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Conceptos de estabilidad de taludes
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ESTABILIDAD DE TAUDES
Universidad de la Salle
Facultad de Ingeniera Civil
DESLIZAMIENTOS
Ing. Martin Riascos
DESLIZAMIENTOS
(Jaime Suarez 2009)
DESLIZAMIENTOS
TALUD / LADERA
(Jaime Suarez 2009)
DESLIZAMIENTOS
PARTES DE UN DESLIZAMIENTO
(Jaime Suarez 2009)
DESLIZAMIENTOS
VOLUMEN DE DESPLAZAMIENTO
Volumen se mide en metros cbicos
despus de la falla.
Factor de expansiones comnmente
entre 1.25 y 1.3.
El volumen es importante para detectar
el riesgo y amenaza de flujos y avalanchas
(Jaime Suarez 2009)
DESLIZAMIENTOS
ANGULO DE DESPLAZAMIENTO
Angulo determina el volumen de material
de un flujo y su velocidad
Menor volumen mayor y velocidad menor
La velocidad tambin depende de la zona
de desprendimiento y la longitud de
recorrido
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
CAIDO
Desprendimiento y cada de material de
talud
Desplazamiento producido por cada
libre a saltos o rodando.
Abarca desde particulas de suelo hasta
bloques de varios metros cbicos
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
CAIDOS
Velocidad
La velocidad aumenta con la caida.
= 2
Procesos que lo forman
Erosin diferencial
Presin de tierra en juntas
Presin hidrosttica
Fracturacin por explosivos
Cuerpo de agua
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
CAIDOS
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
CAIDOS
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
INCLINACION O VOLCAMIENTO
Rotacin hacia delante de una unidad
Centro de giro por debajo centro de
gravedad
Abarca de pequeos a grandes
volmenes.
Buzamiento y estratificacin definen el
proceso.
Son lentas al principio y aumentan la
velocidad con el tiempo
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
INCLINACION O VOLCAMIENTO
Modos de volcamiento, (tres tipos)
Volcamiento a flexin
Volcamiento en V invertida.
Flexin en bloque
Proceso falla al volcamiento
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
INCLINACION O VOLCAMIENTO
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
REPTACION (CREEP)
Movimientos suelo subsuperficial desde
muy lentos a extremadamente lentos.
No hay superficie de falla definida.
Puede preceder a movimientos mas
rpidos.
Atribuye a cambios de humedad en
suelos finos y blandos.
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
REPTACION (CREEP)
Monitoreo mediante inclinmetros.
En las rocas el movimiento es
extremamene lento formando un
levantamiento.
La solifluccin es un tipo especial de
creep donde ocurre congelacin.
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
REPTACION (CREEP)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
REPTACION (CREEP)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTOS EN MASA
Deslizamiento a lo largo de una o varias
superficies.
Puede ser progresivo (no se inicia a lo
largo de su superficie de falla).
Deslizamientos rotacionales
Deslizamientos traslacionales
Deslizamientos compuestos
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTOS EN MASA
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTO ROTACIONAL
Superficie de falla cncava hacia arriba.
Movimiento rotacional al eje paralelo a la
superficie.
Centro de giro por encima.
El tipo de deslizamiento mas estudiado
en la literatura.
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTO ROTACIONAL
Superficie de falla es curva en algunos
casos circular (zonas de meteorizacin
muy profundas).
La mayora se forman en superficie en
forma de cuchara
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTO ROTACIONAL
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTOS TRASLACIONALES
La masa se desliza hacia afuera o hacia
abajo, en superficie plana.
Relacin Dr/Lr menor a 0.1.
En pendientes fuertes puede convertirse
en flujo.
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTO TRASLACIONAL
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTOS COMPUESTOS
Incluyen patrones de deslizamiento
rotacional y traslacional.
Pueden presentarse como hundimientos
o como extensiones laterales.
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTOS COMPUESTOS Extensin lateral
Componentes laterales en taludes baja
pendiente.
Suelos finos sensitivos sobre masas de
roca.
Rata extremadamente baja.
Movimientos sin superficie basal definida.
Movimiento fracturas y extensin de roca.
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTOS COMPUESTOS Hundimientos
Son movimientos verticales de masas de
suelos.
Sagging : Deformaciones geologicas
producidas por la gravedad.
Skinholes: Hundimiento del terreno
producidas por el agua formacin de
cavernas.
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
DESLIZAMIENTOS COMPUESTOS Hundimientos
Son movimientos verticales de masas de
suelos.
Hundimientos confinados por cambio de
presiones de poros: obedecen a la
reacomodacin interna de partculas.
Hundimiento de terraplenes: Asociado a
procesos de compactacin, confinamiento o
asentamiento co-ssmico.
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
FLUJOS
Relacionada con los siguientes factores.
Lluvias.
Deshielo de nevados.
Ssmos.
Alteracin de los suelos sensitivos.
Deslizamientos en zonas de alta pendiente.
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
FLUJOS Velocidad
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
FLUJOS Flujos de rocas
(Jaime Suarez 2009)
Inicialmente se presenta como cados o
deslizamientos.
Pendiente de los flujos es superior a 20%
Comn en rocas gneas, metamrficas
fracturadas, rocas sedimentarias (mayor
magnitud).
Frecuencia en zonas tropicales de alta
montaa
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
FLUJOS Flujos de residuos (detritos)
(Jaime Suarez 2009)
Movimientos rpidos extremadamente
rpidos.
Material grueso con menos del 50% de
finos.
Se inicia a velocidades moderadas y
aumenta a medida que desciende.
Se activa por las lluvias.
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
FLUJOS DE LODO
Se habla de viscosidad.
Velocidades muy altas.
Compuesta por tres unidades
morfolgicas:
Un camino
Canal de flujo
Zona de acumulacin
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE
MOVIMIENTOS
FLUJOS DE LODO
DENSIDAD
Mayor a 80% - Flujo detritos
Entre 40% 80% Flujo hiper-
concentrado de detritos.
Menor a 25% flujo de agua
(Jaime Suarez 2009)
CLASIFICACION DE MOVIMIENTOS
AVALANCHAS
Grandes velocidades (pueden alcanzar
mas de 50m/s).
El flujo desciende en forma de ros.
Relacionados con las lluvias, deshielo de
nevados o movimientos ssmicos y
ausencia de vegetacin.
Lahares tipo especial de avalancha,
generado por deshielo rpido de nevados
(Jaime Suarez 2009)
CARACTERIZACION DE MOVIMIENTOS
CARACTERIZACION DE MOVIMIENTOS
SECUENCIA ESTILO
(Jaime Suarez 2009)
CARACTERIZACION DE MOVIMIENTOS
ESTADO DE ACTIVIDAD
(Jaime Suarez 2009)
CARACTERIZACIN DE
MOVIMIENTOS
VELOCIDAD
Tiene gran influencia sobre el poder
destructivo de un deslizamiento.
Permite monitorear el desarrollo del
proceso.
(Jaime Suarez 2009)
CARACTERIZACION DE MOVIMIENTOS
TAMAO
(Jaime Suarez 2009)
CARACTERIZACION DE
MOVIMIENTOS
TAMAO
* rea inundada o cubierta por sedimentos
- Lodos o residuos - Bloques de roca
* Caudal pico: seccin transversal mayor a lo
largo del canal de descarga y la mxima velocidad
estimada del flujo que pasa por esta seccin
(Jaime Suarez 2009)
CARACTERIZACION DE MOVIMIENTOS
(Jaime Suarez 2009)
CALCULO DE ESTABILIDAD DE TALUDES
PRUEBAS DE LABORATORIO
Compresin inconfinada
http://civilgeeks.com/wp-content/uploads/2011/04/ASTM-D-2166-66-en-espa%C3%B1ol.jpg
PRUEBAS DE LABORATORIO
Compresin inconfinada
(Braja M. Das 2001)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Corte directo
http://www.proetisa.com/fotos/productos/1f_1085g.jpg
PRUEBAS DE LABORATORIO
Corte directo
http://www.alcalageotecnia.es/imagenes/interfaz/estudios_9.jpg
PRUEBAS DE LABORATORIO
Corte directo
(Braja M. Das 2001)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Corte directo
(Peter Berry 1993)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Corte directo
(Peter Berry 1993)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Triaxial
Tipos de pruebas
Prueba consolidada drenada (CD)
Prueba consolidada no drenada (CU)
Prueba no consolidada no drenada (UU
(Peter Berry 1993)
PRUEBAS DE LABORATORIO
http://jorgemartinezlarios.com/wp-content/uploads/2013/03/ensayos-triaxiales-en-suelos.jpg
PRUEBAS DE LABORATORIO
Prueba no consolidada no drenada Prueba triaxial
Esfuerzo efectivo principal mayor:
3 + = 1
Esfuerzo efectivo principal menor:
3
(Braja M. Das 2001)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Prueba no consolidada no drenada
(Braja M. Das 2001)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Prueba no consolidada no drenada No permite el drenaje de las muestras
durante la totalidad de ensayos.
Rpido y relativamente econmico.
Confiabilidad depende de la muestra.
Utilizado para estabilidad de
terraplenes
Ensayos realizados sobre muestras
extradas en situ.
Si el grado de saturacin es del 100% = 0.
No es recomendable para suelos
granulares saturados
PRUEBAS DE LABORATORIO
Prueba consolidada no drenada Prueba triaxial
Esfuerzo total principal mayor: 3 += 1
Esfuerzo total principal menor: 3
Esfuerzo efectivo principal mayor:
(3 + ) = 1
Esfuerzo efectivo principal menor:
3 = 3
(Braja M. Das 2001)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Prueba consolidada no drenada Prueba triaxial
(Braja M. Das 2001)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Prueba consolidada no drenada Ensayo muy rpido con varias
muestras .Permite determinar la
resistencia al corte para un rango de
presiones de consolidacin.
Si se miden las presiones intersticiales
se puede determinar los parmetros
en esfuerzos efectivos.
Resultados muy aplicados para
construccin en etapas.
Utilizado para construccin de presas.
Se obtiene un valor de CU con presin
de poros (CU).
PRUEBAS DE LABORATORIO
Prueba consolidada drenada Prueba triaxial
Esfuerzo efectivo principal mayor:
3 + = 1 = 1
Esfuerzo efectivo principal menor:
3 = 3
(Braja M. Das 2001)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Prueba consolidada drenada Prueba triaxial
(Braja M. Das 2001)
PRUEBAS DE LABORATORIO
Prueba consolidada drenada Ensayo muy lento para determinar la
resistencia al corte para un rango de
presiones de consolidacin.
La muestra es consolidada, utilizado
para evaluar la resistencia a largo
plazo
Resultados muy aplicados para la
estabilidad de taludes en corte
Es el ms utilizado.
La velocidad de ensayo no debe generar
presiones intersticiales
CALCULO DE ESTABILIDAD DE TALUDES
PARAMETROS
(Peter L Berry et all 1993)
Parmetros de Resistencia al Corte a ser usados:
Arenas: f
Arcillas:
Anlisis a Corto Plazo (Final de la Obra): Su Anlisis a Largo Plazo: c; f
CALCULO DE ESTABILIDAD DE TALUDES
METODOS DE CALCULO
(Peter L Berry et all 1993)
Mtodos de clculo
Mtodos de equilibrio lmite
Extractos Rotura plana Rotura por
cua
Cua Simple Cua Doble Cua Triple
Aproximados
Tabla de Taylor Tabla de Jamb
No exactos
Mtodo de estabilidad
global
Espiral logartmica
Arco circular
Mtodos de dovelas
Aproximados Jamb,
Fellenius, Bishop
simplificado
Prcisos Morgenstem-
Price.
Spencer Bishop riguroso
Mtodos de equilibrio lmite
Elementos Finitos
Diferencias Finitas.
Elementos discretos
Elementos de borde
ESTABILIDAD DE TALUDES
ESTABILIDAD DE TALUDES
ANALISIS DEL LIMITE DE EQUILIBRIO
A lo largo de una superficie supuesta de posible falla:
=Resistencia al corte
Esfuerzo al cortante
En superficies circulares donde existe un centro de giro y momentos resistentes y actuantes:
=Momento resistente
Momento actuante
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE TAYLOR
Para suelos = 0 Factor de seguridad se obtiene
mediante.
Donde:
No = Nmero de estabilidad
c = Cohesin
= Peso unitario del suelo
H = Altura del talud
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE JANBU
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE JANBU
Para suelos > 0
Factor de seguridad se obtiene
mediante.
Donde:
Ncf y Pd son los obtenidos en la grfica y
c es la cohesin promedio
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE JANBU
Para suelos > 0
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE JANBU
Correccin Sobrecarga
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE JANBU
Correccin Sumergencia
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE JANBU
Correccin Grietas Tensin
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE JANBU
Correccin Grietas Tensin
con
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE TALUD INFINITO
Suposiciones:
Suelo isotrpico y homogneo
Talud infinitamente largo
Superficie de falla paralela al talud .
Para un talud seco y cohesivo.
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE BLOQUE DESLIZANTE
Factor de seguridad
Dnde: Pp: Fuerza pasiva producida por la cua inferior.
Pa: Fuerza activa producida por la cua superior.
c'm: Cohesin efectiva del suelo blando en la base del bloque central.
L: Longitud del fondo del bloque central.
W: Peso total del bloque central.
u: Fuerza total de poros en el fondo del bloque central.
m: Friccin del suelo en el fondo del bloque.
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE ORDINARIO O DE FELLENIUS
Factor de seguridad
Dnde:
: Angulo del radio del crculo de falla con la vertical bajo el centroide en cada tajada.
W: Peso total de cada tajada.
u: Presin de poros = w *hw b: Ancho de la tajada
C, : Parmetros de resistencia del suelo.
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE BISHOP
Factor de seguridad
Dnde:
b: Ancho de la Dovela
W: Peso de cada dovela
C,: Parmetros de resistencia del suelo. u: Presin de poros en la base de cada dovela
= w x h w : Angulo del radio y la vertical en cada
dovela
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODO DE JANBU
Factor de seguridad
Dnde: b: Ancho de la Dovela
W: Peso de cada dovela
C,: Parmetros de resistencia del suelo. u: Presin de poros en la base de cada dovela
= w x h w : Angulo del radio y la vertical en cada
dovela
Fo: Factor de correccin.
ESTABILIDAD DE TALUDES
OTROS METODOS
Consultar los siguientes mtodos grupos de 3:
Mtodo del Cuerpo de Ingenieros (Sueco Modificado).
Mtodo de Spencer
Mtodo de Morgenstern y Price
Mtodo de Chen y Morgenstern
Mtodo de Sarma
Para los anteriores mtodos consultar
En que consisten
Generalidades
Formulacin
ESTABILIDAD DE TALUDES
ANALISIS SSMICO
Factores:
Magnitud de la fuerza ssmica.
Disminucin de la resistencia a causa de las cargas oscilatorias.
Disminucin de la resistencia por aumento de la presin de poros.
Fenmeno de resonancia.
Amplificacin de las cargas ssmicas.
Mtodos de estudio:
Mtodo seudoesttico.
Mtodo del desplazamiento o de las deformaciones, (Newmark, 1965).
Mtodo de la estabilidad despus del sismo, (Castro y otros, 1985).
Mtodo de anlisis dinmico por elementos finitos. (Finn 1988, Prevost y otros, 1985).
ESTABILIDAD DE TALUDES
METODOS NUMERICOS