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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
1
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.
2
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
3
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:
4
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.
5
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
6
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
7
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.
8
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
(F.S.) de 1.248, lo cual indica que es talud estable por ser el F.S. mayor a 1.0
- Método Ordinario o Fellenius, en el cual se obtuvo un factor de seguridad
(F.S.) de 1.172, lo cual indica que es talud estable por ser el F.S. mayor a 1.0
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.
9
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.
10
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
Slice 2 - Bishop MethodSlice 2 - Bishop Method
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
Slice 3 - Bishop MethodSlice 3 - Bishop Method
2.4206
3.0558
2.1113
22.003
24.072
Factor of Safety 1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 4.5342Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 1.5084Base Length 0.30826Base Angle 75.312Polygon Closure Error 0.73339Anisotropic Strength Modifier 1Weight 2.4206Base Shear Force 3.0558Base Normal Force 2.1113Left Side Normal Force 22.003Right Side Normal Force 24.072
16
Slice 4 - Bishop MethodSlice 4 - Bishop Method
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
Slice 5 - Bishop MethodSlice 5 - Bishop Method
3.2256
3.3509
0.21601
24.977
25.167
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 3.3908Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 2.0102Base Length 0.23053Base Angle 70.18Polygon Closure Error 0.75395Anisotropic Strength Modifier 1Weight 3.2256Base Shear Force 3.3509Base Normal Force 0.21601Left Side Normal Force 24.977Right Side Normal Force 25.167
18
Slice 6 - Bishop MethodSlice 6 - Bishop Method
3.5539
3.4645
0.91109
25.167
24.876
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 3.076Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 2.2147Base Length 0.20913Base Angle 68.053Polygon Closure Error 0.72855Anisotropic Strength Modifier 1Weight 3.5539Base Shear Force 3.4645Base Normal Force 0.91109Left Side Normal Force 25.167Right Side Normal Force 24.876
19
Slice 7 - Bishop MethodSlice 7 - Bishop Method
3.8503
3.5645
1.4597
24.876
24.247
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 2.8385Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 2.3994Base Length 0.19298Base Angle 66.107Polygon Closure Error 0.73156Anisotropic Strength Modifier 1Weight 3.8503Base Shear Force 3.5645Base Normal Force 1.4597Left Side Normal Force 24.876Right Side Normal Force 24.247
20
Slice 8 - Bishop MethodSlice 8 - Bishop Method
4.1216
3.6544
1.9109
24.247
23.373
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 2.6512Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 2.5685Base Length 0.18024Base Angle 64.301Polygon Closure Error 0.74189Anisotropic Strength Modifier 1Weight 4.1216Base Shear Force 3.6544Base Normal Force 1.9109Left Side Normal Force 24.247Right Side Normal Force 23.373
21
Slice 9 - Bishop MethodSlice 9 - Bishop Method
4.3725
3.7364
2.293
23.373
22.321
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 2.4988Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 2.7249Base Length 0.16988Base Angle 62.606Polygon Closure Error 0.74332Anisotropic Strength Modifier 1Weight 4.3725Base Shear Force 3.7364Base Normal Force 2.293Left Side Normal Force 23.373Right Side Normal Force 22.321
22
Slice 10 - Bishop MethodSlice 10 - Bishop Method
4.6063
3.8122
2.624
22.321
21.139
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 2.3717Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 2.8706Base Length 0.16124Base Angle 61.004Polygon Closure Error 0.73701Anisotropic Strength Modifier 1Weight 4.6063Base Shear Force 3.8122Base Normal Force 2.624Left Side Normal Force 22.321Right Side Normal Force 21.139
23
Slice 12 - Bishop MethodSlice 12 - Bishop Method
5.0323
3.94933.1765
19.866
18.531
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 2.1708Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 3.136Base Length 0.14758Base Angle 58.02Polygon Closure Error 0.72968Anisotropic Strength Modifier 1Weight 5.0323Base Shear Force 3.9493Base Normal Force 3.1765Left Side Normal Force 19.866Right Side Normal Force 18.531
24
Slice 15 - Bishop MethodSlice 15 - Bishop Method
5.5898
4.12913.8259
15.762
14.365
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 1.9541Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 3.4834Base Length 0.13285Base Angle 53.96Polygon Closure Error 0.72667Anisotropic Strength Modifier 1Weight 5.5898Base Shear Force 4.1291Base Normal Force 3.8259Left Side Normal Force 15.762Right Side Normal Force 14.365
25
Slice 19 - Bishop MethodSlice 19 - Bishop Method
6.221
4.33744.4942
10.28
8.9872
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 1.7557Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 3.8768Base Length 0.11936Base Angle 49.094Polygon Closure Error 0.74652Anisotropic Strength Modifier 1Weight 6.221Base Shear Force 4.3374Base Normal Force 4.4942Left Side Normal Force 10.28Right Side Normal Force 8.9872
26
Slice 22 - Bishop MethodSlice 22 - Bishop Method
6.6304
4.4782
4.9049
6.5537
5.4256
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 1.6473Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078163Mid-Height 4.1319Base Length 0.11199Base Angle 45.738Polygon Closure Error 0.7625Anisotropic Strength Modifier 1Weight 6.6304Base Shear Force 4.4782Base Normal Force 4.9049Left Side Normal Force 6.5537Right Side Normal Force 5.4256
27
Slice 25 - Bishop MethodSlice 25 - Bishop Method
6.9957
4.61
5.2645
3.3741
2.46
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 1.5612Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 4.3596Base Length 0.10614Base Angle 42.575Polygon Closure Error 0.73455Anisotropic Strength Modifier 1Weight 6.9957Base Shear Force 4.61Base Normal Force 5.2645Left Side Normal Force 3.3741Right Side Normal Force 2.46
28
Slice 28 - Bishop MethodSlice 28 - Bishop Method
7.3236
4.7353
5.5875
0.87539
0.21198
Factor of Safety 1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 1.4913Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 4.5639Base Length 0.10139Base Angle 39.564Polygon Closure Error 0.76898Anisotropic Strength Modifier 1Weight 7.3236Base Shear Force 4.7353Base Normal Force 5.5875Left Side Normal Force 0.87539Right Side Normal Force 0.21198
29
Slice 29 - Bishop MethodSlice 29 - Bishop Method
7.4254
4.776
5.6887
0.21198 0.36121
Factor of Safety1.052Phi Angle 32C (Strength) 14.709C (Force) 1.4709Pore Water Pressure 0Pore Water Force 0Pore Air Pressure 0Pore Air Force 0Slice Width 0.078162Mid-Height 4.6274Base Length 0.099998Base Angle 38.589Polygon Closure Error 0.74254Anisotropic Strength Modifier 1Weight 7.4254Base Shear Force 4.776Base Normal Force 5.6887Left Side Normal Force 0.21198Right Side Normal Force 0.36121
30
Slice 30 - Bishop MethodSlice 30 - Bishop Method
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
31
ANEXO 2
RESULTADOS DE LOS ENSAYOS
DE LABORATORIO
32
33
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