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CI4402
GEOMECANICA
UNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS YMATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIER A CIVIL
Prof. Luis Paredes
NOVIEMBRE 2010
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ESTABILIDAD DE TALUDES
ROTACIONAL
Circular: Principalmente
en suelos homogéneos
No circular: suelos no
homogéneos
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ESTABILIDAD DE TALUDES
TRASLACIONALAquí la superficie de falla es planay paralela a la pendiente.
Esta falla ocurre cuando elhorizonte subyacente estarelativamente superficial
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ESTABILIDAD DE TALUDES
COMPUESTALa superficie de falla consisteen dos secciones curvas y el
.
Ocurren cuando loshorizontes subyacentes sonprofundos
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ESTABILIDAD DE TALUDES
Diversas superficies de falla circulares con radios variables desde unsolo centro de rotación
Centro de rotación Sup. de falla crítica
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EQUILIBRIO LIMITE
Estos métodos son los más utilizados en lapráctica para el cálculo de estabilidad de taludes yse basan fundamentalmente en una consideraciónde equilibrio plástico límite. Se han desarrollado
,
mayoría se basan en dividir la potencial masa dedeslizamiento en un cierto número de dovelas orebanadas.
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EQUILIBRIO LIMITE
W
I-dovela
EQUILIBRIOLIMITE
Wi= Peso de una i-dovela.Ni= Fuerza normal actuando ala base = wcos θi.Ti= Fuerza de Corte resistente en la base.Ui: ui *∆li= fuerza presión de porosUi: Fuerza de presión de poros actuando
sobre una i-dovela.Fi= Fuerza de corte actuando sobre losladosPi= Fuerza normal actuando sobre los lados
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EQUILIBRIO LIMITE
Las fuerzas que actúan sobre cada dovela debenencontrarse en equilibrio, tanto para cada dovela, comopara la totalidad de la masa deslizante. Algunos métodosconsideran sólo equilibrio de fuerzas, otros sólo de
momento y otros satisfacen ambas fuerzas. Las hipótesisdel Método de Equilibrio Límite son:
El suelo sigue una ley de comportamiento Mohr-Coulomb:
τ=c+σ
’n·tan(Φ') y la resistencia se moviliza total y simultáneamente a lolargo de la superficie de deslizamiento, El Factor de Seguridad (FS) de la componente cohesiva y friccionante
del material es igual para todos los suelos involucrados en la superficiede deslizamiento y es el mismo para todas las dovelas,
Se debe verificar el equilibrio de cada dovela como para toda la masade suelo potencialmente deslizante
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EQUILIBRIO LIMITE
La primera formulación del método corresponde a la
propuesta por Fellenius (1927), en donde postuló que laresistencia al corte movilizado para satisfacer la condiciónde equilibrio límite queda determinada por la expresión:
c + σ´n tan φ´τ mov = ----------------------
FS
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La solución del problema se encuentra indeterminada, razón por locual es necesario introducir hipótesis sobre la dirección, magnitud y/oposición del punto de aplicación de algunas de las fuerzas actuantes.Los Métodos de equilibrio limite más comunes son: Fellenius, BishopSimplificado, Janbu Simplificado, Janbu Generalizado, Spencer,
Morgenstern-Price, GLE, Corps of Engineers y Lowe-Karafiath.
De los métodos indicados, el más preciso es el de Morgenstern-Price, pero su comprensión y aplicación es laboriosa. En cambio, elde Bisho Sim lificado obtiene mu oca diferencia con los métodos
precisos. Whitman & Bailey (1967) analizaron en detalle el MétodoSimplificado de Bishop, concluyendo que el error cometido al utilizareste método frente a otros más rigurosos es inferior al 7%, siendo engeneral menor a un 2%.
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ESTABILIDAD DE TALUDES
Factor de Seguridad en función del radio
FACTORDE
SEGURIDAD
RADIO (m)Radio de círculo crítico parael círculo crítico
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ESTABILIDAD DE TALUDES
Superficies de falla analizadas desde diversos centros derotación
Grilla decentro derotación
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ESTABILIDAD DE TALUDES
Fallas globales y locales
Falla global
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ESTABILIDAD DE TALUDES
Talud en suelo granular sobre arcilla
Relleno granular
Arcilla
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ESTABILIDAD DE TALUDES
Efecto de las grietas de tracción en las dovelas
Pérdida deresistencia debidoa grietas detracción obliga adespreciar el peso
Grietas de tracción
prop o e ove a
Superficie de falla
formada como extensiónde las grietas de tracción
Peso unitario de agua
Prof grieta tracción
Altura desde coronam. a centro de rot.
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Tres puntos de superficie de falla con diferentes estados de falla
Opera resistencia alcorte residual – ya
No ha pasado aún el peak
No ha pasado el peaktodavía mantieneresistencia
pas e va or pea
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Análisis sísmico (pseudoestático)La forma más simple para incluir los efectos del sismo es considerar que las fuerzasinducidas por éste son incorporadas como fuerzas horizontales en el análisis. Lamagnitud de la fuerza horizontal FH es tomada igual al peso de la masa que desliza,multiplicada por un coeficiente kh que “representa” al sismo, transformándolo en un
problema pseudoestático.
Aunque en la realidad el sismo impone fuerzas horizontales y verticales, diversosautores recomiendan no incluir estas últimas en el análisis.
coe c en e s sm co , es un va or emp r co que epen e en re o ros ac ores, e a
aceleración horizontal máxima de campo libre, las características del sismo (magnitud,profundidad, contenido de frecuencias, etc.,), dimensiones de la obra (volumenpotencial masa deslizante y condiciones de borde), existencia de poblados,instalaciones y equipos que puedan verse afectados. Diversos autores han propuestovalores y expresiones para determinar el valor de kh, los que se muestran en laminasiguiente.
Como es posible observar, existe una amplia gama de posibilidades para adoptar elvalor de kh , pero exceptuando la expresión propuesta por Saragoni, todas fuerondesarrolladas sin incluir las particularidades de los sismos chilenos.
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ANALISIS SISMICOCoeficientes Sísmicos
Autor kh Observación
Terzaghi (1950) kh =0.1, kh =0.2 y kh =0.5 Para sismos severos, violentos ydestructivos y sismos catastróficos respectivamente
Noda & Uwave (1976) kh=amax/g Si amax ≤ 2 m/s2kh=0.33·(amax/g)0,33 Si amax > 2 m/s2
Seed (1979) kh=0.10, FSsísmico ≥ 1.15 Grandes deslizamientos y sitios cercanos a la fuentesísmica, capaz de generar un sismo de Magnitud 6.5
kh=0.15, FSsísmico ≥ 1.15 Grandes deslizamientos y sitios cercanos a la fuentesísmica, capaz de generar un sismo de Magnitud 8.5
Seed (1980) kh=0.15 FSsísmico ≥ 1.15 Siempre que no exista una pérdida significativa deresistencia de los materiales durante el sismo (suelosarcillosos, arenas drenadas y suelos no-cohesivosdensos). Además, sugiere verificar deformaciones con
método de Newmark (1965)
Marcuson (1981) kh=0.33·amax/g, a kh=0.5·amax/g Considera posible amplificación óamorti uamiento
Krinitzsky et al (1993), Taniguchi& Sasaki (1986) kh=0.65·amax/g Recomendada para deslizamiento de magnitud intermedia
Seed & Martin (1966), Dakuolas & Gazetas (1986) kh=amax/g Para un talud pequeño. kh=0.65·amax/g Deslizamiento de magnitudintermedia
Idem Seed (1979) Grandes deslizamientos
Hynes-Griffin & Franklin (1984) kh=0.5·amax/g Para presas y con FS=1, concluyó que la presa no estará sujeta adeformaciones importantes.
Saragoni (1993) kh=0.3·amax/g Si amax≤
6.6 m/s2kh=0.22(amax/g)0,33 Si amax > 6.6 m/s2
Kramer (1996) kh=0.5·amax/g Apropiado para muchos taludes, pero acota que no es una reglageneral.
Division of Mines and Geology, California (1997) kh=0.15
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ESTABILIDAD DE TALUDES
Excavación
Estabilidad de largo y corto plazo
Período de construcción
Tiempo
Relleno
Período deconstrucción (aumentoen presiones de poros)
Tiempo
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ESTABILIDAD DE TALUDES
Perfil de AnálisisPlanta
Coronamiento
Pie
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Fellenius
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Fellenius
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RESUMEN METODOS MAS CONOCIDOS PARA
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ANALISIS DE ESTABILIDAD
METODO LIMITACIONES Y SUPUESTOS
ORDINARIO DE DOVELAS Factores bajos de seguridad: muy inexacto para taludesde poca pendiente y con presiones altas de poros; sólo
para superficies circulares de falla; se asume que lafuerza normal sobre la base de cada rebanada esWcos α; una ecuación (equilibrio de momento de toda lamasa), una incógnita (factor de seguridad).
BISHOP MODIFICADO Método preciso; sólo para superficies circulares de falla;
satisface el equilibrio vertical y el equilibrio de momentototal; asume que las fuerzas laterales sobre rebanadasson horizontales.
SIMPLIFICADO DE JAMBU Método de equilibrio de fuerzas; aplicable a cualquierforma de superficie de deslizamiento; asume que las
fuerzas laterales son horizontales (las mismas paratodas las rebanadas); generalmente los factores deseguridad son considerablemente más bajos que loscalculados empleando métodos que satisfacen todas lascondiciones de equilibrio.
METODOS MAS CONOCIDOS PARA ANALISIS DE
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ESTABILIDAD
METODO LIMITACIONES Y SUPUESTOS
SUECO SIMPLIFICADO Método de equilibrio de fuerzas, aplicable a cualquierforma de superficie de falla; asume que las inclinaciones
de las fuerzas laterales son iguales a la inclinación deltalud (las mismas para todas las rebanadas); losfactores de seguridad a menudo son considerablementemas altos que los calculados empleando los métodos
.
JANBU GENERALIZADO Satisface todas las condiciones de equilibrio; aplicable acualquier forma de superficie de falla; asume alturas defuerzas laterales por encima de la base de dovela(variando de dovela en dovela); problemas deconvergencia numéricos
SPENCER Muy utilizado. Satisface todas las condiciones deequilibrio; aplicable a cualquier forma de superficie defalla; asume que la inclinación de fuerzas laterales es lamisma para todas las dovelas; la inclinación de la fuerzalateral es calculada en todas las condiciones deequilibrio; método preciso.
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ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
Para la verificación de la estabilidad de los taludes seconsidera en general en la práctica el método de equilibriolímite, utilizándose para ello algoritmos numericos ocódigos como los softwares MStabl, Clara, Slide,Geoslope, SlopeW y otros.
s os c gos u zan e m o o e ove as, un o con e
enfoque de equilibrio límite, para calcular los factores deseguridad para una posible falla en superficies circulares ode bloque. Los softwares utilizan un proceso de búsquedaa fin de obtener el factor de seguridad mínimo y lasuperficie de falla más crítica, calculando los factores deseguridad según un número de algoritmos establecidos,tales como los ya mencionados (Bishop simplificado, Janbucorregido, Spencer u otros).
ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
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ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
El método Bishop simplificado es frecuentemente utilizadoen análisis de fallas circulares, mientras que los algoritmosJanbu corregido y Spencer son utilizados tanto en análisisde fallas circulares como fallas de bloque. Estas
diferencias se deben a que el algoritmo Spencer y Janbucorregido, o también llamado Janbu riguroso, cumplentanto con el equilibrio de fuerzas en sus dos direcciones,como con el equilibrio de momento, considerando unanc nac n constante e as uerzas entre ove as, en ecaso del algoritmo Spencer y una línea de falla en el casode Janbu corregido, mientras que Bishop simplificado nocompatibiliza todas las fuerzas en su análisis, además deconsiderar las fuerzas entre dovelas horizontales. Por lo
tanto, el método de Spencer es uno de los métodos máscompletos, y como se ha mencionado, preciso.
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EXPLORACION GEOTECNICA
(o prospección Geotécnica):
Investigación mediante métodos invasivos,que pueden ser complementarios conmétodos no invasivos, del subsuelo con
fines geotécnicos. Habitualmente incluye la obtención de
muestras del subsuelo
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EXPLORACION DE SUELOS(GEOTECNICA)
Objetivo principal:Detectar, reconocer e identificar losmateriales geomecánicos y profundidadesde na as roca basal en sector de
emplazamiento (o trazado) de obras deingeniería que se proyectan ( aprofundidades influenciadas por ella -bulbode presión), en el area en que pueden
influenciarla (taludes adyacentes) o enprofundidades donde se requiera prevenirefectos en aguas subterraneas
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EXPLORACION GEOTECNICA
Identificar horizontes o estratos desuelos => Descripción estratigráfica Definir posible secuencia
estratigráfica => Programar campañaen extensión Efectuar trabajos de terreno que
permitan caracterizar los materialesrepresentativos de los horizontes
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Exploración geotécnica
Procedimientos
Excavación de zanjasPerforación de sondajes
Desarrollo de procedimientos geofísicos
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Programa Se debe definir mediante: Cantidad de puntos a investigar Profundidad a alcanzar en cada punto
Distribución de los puntos en lasuperficie del terreno Numero y tipo de muestras a extraer
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Prospección Geofísica
Sísmica de refracción Propagación de ondas en sondajes
Numero mínimo de calicatas de investigación
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Numero mínimo de calicatas de investigación
para profundidades de hasta 4 mSuperficie a explorar (m2) Cantidad de puntos de
exploración
Hasta 500 2De 501 a 1000 3
De 1001 a 2000 4
De 2001 a 5000 5
De 5001 a 10000 6
Mas de 10000 Según lo indicado por el ing.Geotécnico con un minimo de 7
Numero mínimo de calicatas de investigación
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Numero mínimo de calicatas de investigación
para profundidades de entre 4 y 8 mSuperficie a explorar (m2) Cantidad de puntos de
exploración
Hasta 1000 2De 1001 a 4000 3
De 4001 a 10000 4
Mas de 10000 Según lo indicado por el ing.Geotécnico con un minimo de 5
Profundidad mínima a alcanzar en
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Profundidad mínima a alcanzar en
cada punto de exploración
Se entiende como profundidad mínima deexploración aquella dentro de la cual seproduce la interacción suelo-estructura dela obra en proyecto
Profundidad mínima a alcanzar en
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Profundidad mínima a alcanzar en
cada punto de exploración
Fundaciones superficiales Edificación sin subterráneo
Zp = Df + z
Zp = h + Df + z
En ambos casos z= 1,5 By B el ancho menor de fundación
Df profundidad de fundación distancia desde terreno a sello defundación
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Profundidad de exploración
z puede tener el valor de B, con unmínimo de 2 m
Zp no puede ser menor a 2,5 m
Fundaciones profundas
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Fundaciones profundas
Zp = h + Df + z
Con Df el extremo de la fundación profundailote il s
Debe profundizarse un mínimo de 3 m pordebajo de su punta
En caso de cepas o estribos de puentes, unmínimo de 7 m
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