171954923-0-Plan-de-Tesis-JMS

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS Facultad de Ingeniería Civil

Curso: Seminario de Tesis

Tema: Plan de Tesis Docente: Ing. Arturo Alayza Valenzuela Alumno: Jimmy Mendoza Salazar Noviembre 2012

SEMINARIO DE TESIS Página i

Noviembre 2012

CONTENIDO

1.0 TÍTULO ............................................................................................................................ 1

2.0 NOMBRE DEL GRADUANDO ........................................................................................ 1

3.0 LUGAR DONDE SE DESARROLLARÁ LA TESIS ........................................................ 1

4.0 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ................................................................................... 1 4.1 Descripción de la Realidad Problemática .............................................................................. 1 4.2 Planteamiento del Problema .................................................................................................. 1 4.3 Objetivos de la Investigación .................................................................................................. 1

4.3.1 Formulación del Problema General ........................................................................... 1 4.3.2 Formulación de los Problemas Específicos .............................................................. 2

4.4 Delimitación ............................................................................................................................ 2 4.4.1 Delimitación Espacial ................................................................................................ 2 4.4.2 Delimitación Temporal ............................................................................................... 2 4.4.3 Delimitación Social .................................................................................................... 2

4.5 Objetivos de la Investigación .................................................................................................. 2 4.5.1 Objetivo General ........................................................................................................ 2 4.5.2 Objetivos Específicos ................................................................................................ 2

4.6 Justificación e Importancia de la Investigación ...................................................................... 2 4.6.1 Conveniencia ............................................................................................................. 2 4.6.2 Relevancia Social ...................................................................................................... 3 4.6.3 Implicancias Prácticas ............................................................................................... 3 4.6.4 Importancia ................................................................................................................ 3 4.6.5 Viabilidad de la Investigación .................................................................................... 3

4.7 Formulación de la Hipótesis ................................................................................................... 3 4.7.1 Hipótesis General ...................................................................................................... 3 4.7.2 Primera Sub hipótesis ............................................................................................... 3 4.7.3 Segunda Sub hipótesis .............................................................................................. 4

4.8 Identificación y Clasificación de Variables ............................................................................. 4 4.8.1 Identificación de Variable .......................................................................................... 4

4.8.1.1 Variable Independiente ............................................................................ 4 4.8.1.2 Variable Dependiente .............................................................................. 4

4.8.2 Operacionalización de las Variables ......................................................................... 4 4.8.2.1 Variable Independiente ............................................................................ 4 4.8.2.2 Variable Dependiente .............................................................................. 4

4.8.3 Cuadro Final de las Variables ................................................................................... 5

5.0 MARCO TEÓRICO .......................................................................................................... 6 5.1 Antecedentes .......................................................................................................................... 6 5.2 Bases Teóricas ....................................................................................................................... 7

5.2.1 Talud .......................................................................................................................... 7 5.2.2 Definición de Estabilidad ........................................................................................... 8 5.2.3 Deslizamientos .......................................................................................................... 8

5.2.3.1 Deslizamientos Superficiales ................................................................... 9 5.2.3.2 Movimiento del Cuerpo del Talud ............................................................ 9

5.2.4 Nomenclatura de los Procesos de Movimiento ....................................................... 10 5.2.5 Dimensiones ............................................................................................................ 12 5.2.6 Procesos en la Etapa de Deterioro ......................................................................... 13

5.2.6.1 Caída de granos .................................................................................... 14 5.2.6.2 Descascaramiento ................................................................................. 14

5.3 Metodología de Cálculo para un Talud ................................................................................ 14 5.3.1 Principales Métodos de Cálculo .............................................................................. 14

5.3.1.1 Método de Bishop .................................................................................. 15 5.3.1.2 Método de Janbu ................................................................................... 15 5.3.1.3 Método de Spencer ............................................................................... 16 5.3.1.4 Método de Morgenstern y Price ............................................................ 16

SEMINARIO DE TESIS Página ii

Noviembre 2012

5.3.1.5 Método de Sarma .................................................................................. 16 5.4 Método Sueco ...................................................................................................................... 16

5.4.1 Suelos puramente Cohesivos (ɸ=0; c≠0) ................................................................ 16 5.4.2 Suelos con Cohesión y Fricción (ɸ≠0; c≠0), Análisis con Esfuerzos Totales.......... 17 5.4.3 Suelos con Cohesión y Fricción (ɸ≠0; c≠0), Análisis con Esfuerzos Efectivos ....... 18

6.0 METODOLOGÍA ............................................................................................................ 19 6.1 Tipo y Nivel de Investigación ................................................................................................ 19

6.1.1 Tipo de Investigación ............................................................................................... 19 6.1.2 Nivel ......................................................................................................................... 19

6.2 Método y Diseño................................................................................................................... 19 6.2.1 Método ..................................................................................................................... 19 6.2.2 Diseño ...................................................................................................................... 19

6.3 Universo, Población y Muestra ............................................................................................. 20 6.3.1 Método ..................................................................................................................... 20

6.4 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos ............................................................. 20 6.4.1 Técnicas .................................................................................................................. 20 6.4.2 Instrumentos ............................................................................................................ 20

7.0 CRONOGRAMA ............................................................................................................ 21

8.0 PRESUPUESTO ............................................................................................................ 22

9.0 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................. 22

SEMINARIO DE TESIS Página 1

Noviembre 2012

1.0 TÍTULO

Comparativo de los Factores de Seguridad Utilizando Diversos Métodos de Cálculo para el Análisis de Estabilidad Física de Taludes Utilizando un Modelo en 2D y 3D del Acantilado de la Costa Verde.

2.0 NOMBRE DEL GRADUANDO

Jimmy Alonso Mendoza Salazar

3.0 LUGAR DONDE SE DESARROLLARÁ LA TESIS

El área de estudio comprende desde la Quebrada de Armendáriz hasta la Bajada Balta en el distrito de Miraflores, con una longitud aproximada de 1,5 km y un ancho aproximado de 0,3 km. La topografía ha sido realizada para esta investigación a escala 1/500 la cual ha servido como base para los estudios geológico, geomorfológico, de geodinámica externa, zonificación de riesgos y para la obtención de los perfiles de estabilidad.

4.0 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

4.1 Descripción de la Realidad Problemática

La presente investigación estudiará la diferencia de los resultados obtenidos del análisis de estabilidad de taludes de suelo utilizando modelos en 2D y 3D. El fenómeno de desprendimientos de suelos en los acantilados de la Costa Verde, a pesar de ser un problema tan antiguo y un tema sumamente importante (de hecho están en juego vidas humanas), no está aún totalmente solucionado y teniendo en cuenta que estamos en una zona de alta sismicidad el problema puede ser de mayores consecuencias que lamentar.

Sabemos que desde años anteriores se han realizado estudios, pero la falta de ensayos adecuados y estudios detallados han llevado a generalizar los parámetros geotécnicos de los suelos que conforman los acantilados, teniendo ciertas precauciones para realizar un análisis de los acantilados. Asimismo, no existe evidencia que se haya hecho un análisis de estabilidad de los acantilados utilizando un modelo tridimensional (3D).

4.2 Planteamiento del Problema

La existencia de proyectos de ingeniería como la construcción de modernas edificaciones cercanas a los acantilados, ambiciosos proyectos para la habilitación de áreas turísticas-recreativas, el mejoramiento y ampliación de la vía de comunicación, otorgan en la actualidad, una gran importancia al área de la Costa Verde.

4.3 Objetivos de la Investigación

4.3.1 Formulación del Problema General

¿La elección del método de cálculo influye en la obtención del factor de seguridad del análisis de estabilidad?


Noviembre 2012

4.3.2 Formulación de los Problemas Específicos

¿El método de cálculo a elegir depende del material que conforma el talud?

¿Qué método de cálculo es el más indicado para el análisis de estabilidad en los taludes de la Costa verde?

4.4 Delimitación

4.4.1 Delimitación Espacial

El presente trabajo es fundamentalmente una investigación, cuya delimitación espacial estará concentrada principal y geográficamente en los acantilados de la Costa Verde, del distrito de Miraflores.

4.4.2 Delimitación Temporal

El período que abarca esta investigación es desde el año 1982 hasta el año 2012, porque son estos 30 años en los cuales se han venido realizando estudios en este sector de la ciudad de Lima, tanto por instituciones públicas como privadas, los cuales aportan parámetros geotécnicos y geofísicos para la construcción del modelo de análisis.

4.4.3 Delimitación Social

En la medida que la dimensión social involucra la seguridad de los habitantes de los acantilados de la Costa Verde y usuarios de las playas, vías y locales comerciales que se localizan en este sector.

4.5 Objetivos de la Investigación

4.5.1 Objetivo General

Conocer la relación entre el método de cálculo y los factores de seguridad obtenidos, mediante el análisis de estabilidad en modelos geotécnicos en 2D y 3D, con la finalidad de determinar el mejor método de cálculo, en los acantilados de la Costa Verde.

4.5.2 Objetivos Específicos

6.5.2.1 Determinar la relación entre el método de cálculo y los materiales (suelos) que conforman el talud, con la finalidad de hallar el mejor método de cálculo en los análisis de estabilidad.

6.5.2.2 Evaluar que método de cálculo es el más apropiado para los análisis de estabilidad en los taludes de la Costa Verde, con la finalidad de establecer una metodología de análisis en futuros proyectos.

4.6 Justificación e Importancia de la Investigación

4.6.1 Conveniencia

Se debe realizar un estudio que consiste en analizar la estabilidad física de los taludes de la Costa Verde, utilizando las metodologías de cálculo disponibles en la literatura, las cuales se han venido aplicando en modelos bidimensionales (2D). Hasta la fecha los estudios realizados se han desarrollado utilizando parámetros conservadores y se han determinado


Noviembre 2012

algunas soluciones, sin embargo en muchos casos no han sido implementados, siendo factores importantes en esto el económico y/o político, en el presente estudio se analizaran algunas de estas soluciones propuestas y se plantearan otras nuevas.

4.6.2 Relevancia Social

Actualmente se vienen proyectando y desarrollando proyectos inmobiliarios, turísticos y comerciales en el distrito de Miraflores, en la periferia de los acantilados de la Costa Verde.

El fenómeno de desprendimientos de suelos en los acantilados de la Costa Verde, es un tema sumamente importante, ya que están en juego vidas humanas e inversiones de gran tamaño, no está aún totalmente solucionada y teniendo en cuenta que estamos en una zona de alta sismicidad el problema puede ser de mayores consecuencias que lamentar.

4.6.3 Implicancias Prácticas

El desarrollo acelerado de proyectos de construcción civil se viene dando de forma continua en la periferia de los acantilados de la Costa Verde, siendo estos mayores a 10 niveles. Conociendo que estamos situados en una zona de alta sismicidad se torna contradictorio que se permita estas grandes construcciones cercanas a los acantilados, no considerándose la presencia de grandes olas ante la ocurrencia de un sismo de gran magnitud frente a las costas de nuestro litoral.

4.6.4 Importancia

Este estudio puede servir de ayuda para el desarrollo de futuros estudios similares. Sabemos que existen acantilados similares a lo largo de la franja costera de nuestro país donde el crecimiento poblacional y desarrollo económico impulsaran la formulación de proyectos similares a los de la Costa Verde.

4.6.5 Viabilidad de la Investigación

Es factible realizar esta investigación en tiempo prudencial. Se cuenta con los recursos financieros, humanos y materiales que determinan los alcances de esta investigación. Se consultarán bases de datos académicos a las que se tiene acceso: Municipalidad de Miraflores, Municipalidad de Barranco, Municipalidad de San Miguel, bibliotecas de universidades peruanas y del mundo, compra de libros en su versión digital, alquiler de software especializado, así como el acceso a revisión de tesis de grado y maestría sobre la materia.

4.7 Formulación de la Hipótesis

4.7.1 Hipótesis General

Si la metodología de cálculo afecta el análisis de estabilidad física entonces influye en el resultado de los factores de seguridad en los taludes de la Costa Verde.

4.7.2 Primera Sub hipótesis

Si los suelos que conforman el talud afectan la estabilidad física de los taludes entonces influyen en la elección de la metodología de cálculo para los taludes de la Costa Verde.


Noviembre 2012

4.7.3 Segunda Sub hipótesis

Si los suelos que conforman el talud afectan la estabilidad física de los taludes entonces influyen en la elección de la metodología de cálculo para los taludes de la Costa Verde.

4.8 Identificación y Clasificación de Variables

4.8.1 Identificación de Variable

4.8.1.1 Variable Independiente

La metodología de cálculo.

4.8.1.2 Variable Dependiente

Los factores de seguridad.

4.8.2 Operacionalización de las Variables

4.8.2.1 Variable Independiente

Variable

La metodología de cálculo.

Indicadores

Estudios anteriores.

Modelos en 2D y 3D.

Escala de medición

Número de veces que se ha utilizado los siguientes métodos: Spencer, Bishop, Janbu. Morgenstern y Price.

Número de veces que se han utilizado modelos en 2D y 3D.

4.8.2.2 Variable Dependiente

Los factores de seguridad.

Indicadores

Análisis de estabilidad física en estudios anteriores.

Ensayos geotécnicos de campo.

Ensayos de laboratorio de mecánica de suelos.

Propiedades mecánicas de los suelos.

Escala de medición

Valores menor y mayor a 1 en condición pseudo estática y valores menor y mayor a 1,3 condición estática.

Ensayos de refracción sísmica, placa de carga, georadar.


Noviembre 2012

Ensayo triaxial confinado no consolidado (CU), corte directo, granulometría, límites de Atterberg.

Valores de ángulo de fricción y cohesión.

4.8.3 Cuadro Final de las Variables

VARIABLE INDEPENDIENTE

Variable Indicador Escala de Medición

La metodología de cálculo

Estudios anteriores

Número de veces que se ha utilizado los siguientes métodos: Spencer, Bishop, Janbu.

Morgenstern y Price

Modelos en 2D y 3D

Número de veces que se han utilizado modelos en 2D y 3D

VARIABLE DEPENDIENTE

Variable Indicador Escala de Medición

Los factores de seguridad

Análisis de estabilidad física

en estudios anteriores

Valores menor y mayor a 1 en condición pseudo estática y valores menor y mayor a

1,3 condición estática

Ensayos geotécnicos de

campo

Ensayos de refracción sísmica, placa de carga, Georadar, SPT.

Ensayos de laboratorio de mecánica de

suelos

Ensayo triaxial confinado no consolidado (CU), corte directo, granulometría, límites de

Atterberg.

Propiedades mecánicas de los

suelos Ángulo de fricción y cohesión


Noviembre 2012

5.0 MARCO TEÓRICO

En el estudio del análisis de estabilidad de taludes las características del material que los conforma, ya sean suelos o estratos rocosos según sea el caso, se hace necesario suponer no uno sino varios mecanismos de falla supuestos, debido a la falta de homogeneidad de los materiales que conforman a los taludes además de la variabilidad de los factores ambientales que pueden presentarse a través del tiempo ya sea por cambios naturales o artificiales, y realizar así una comparativa de métodos de cálculo que nos permita determinar el mecanismo de falla más adecuado al problema, así como las características geométricas y el factor de seguridad que correspondan.

En la geotecnia es frecuente estar ante el problema de realizar un análisis adecuado que nos ayude a obtener un valor de estabilidad de taludes correcto, por lo que es necesario determinar los detalles geométricos del talud y las propiedades mecánicas del suelo donde se localizará ésta estructura, ya que también debemos establecer el tipo de mecanismo de falla que más se adecúe para la determinación de la estabilidad del talud en cuestión.

Asimismo, se debe tomar en cuenta el aspecto económico, ya que, los taludes son a la fecha son de suma importancia ingenieril, y es por esto que requieren de un análisis estricto y minucioso.

5.1 Antecedentes

Los primeros pasos en el cálculo analítico de la estabilidad de taludes los dio Coulomb, en el siglo XVIII, al desarrollar un método de cuñas enfocado al estudio de la estabilidad de muros, pero también utilizable en taludes desnudos. Ya en el siglo XIX, la construcción de líneas férreas obligó a grandes movimientos de tierras, lo que trajo como consecuencia la aparición de importantes deslizamientos y, por tanto, la necesidad de un método de cálculo para prevenirlos. Sin embargo no es hasta la primera mitad del siglo XX cuando puede hablarse de métodos analíticos que sirvieron de base a los actuales.

En 1910, Fellenius desarrolla un método de cuñas, y en 1916 se utiliza por primera vez el de rebanadas, pero solo para suelos no cohesivos, y no es hasta las dos décadas siguientes que se consigue unificar la metodología para suelos con cohesión y con rozamiento interno, a la vez que se introduce en el cálculo el Principio de las Presiones Efectivas, definido por Terzaghi en 1926. Los métodos que pueden considerarse modernos se inician en 1954 con el de Bishop, para roturas circulares, y en 1956 el de Jambu, para superficies no circulares.

La complejidad del cálculo ya era inquietante, y las sofisticaciones posteriores llegaron a hacer casi utópica la aplicación práctica, hasta que la aparición del ordenador convirtió en rutina metodologías consideradas casi imposibles, como la basada en Elementos Finitos.

Hoy existen en el mercado numerosos programas informáticos que cubren suficientemente las necesidades de un profesional, aunque se hace necesario indicar que los buenos suelen ser caros, y los baratos, algunos hasta gratis en Internet, obligan a una tediosa introducción de datos, con el consiguiente riesgo de cometer un error inadvertido.

Una práctica muy saludable, previa a la compra de un programa o a su utilización por primera vez en un problema real, es pedirle que calcule varios deslizamientos ya ocurridos y comprobar si los resultados se ajustan a lo comprobado sobre el terreno.


Noviembre 2012

Debe indicarse que antes de la expansión del ordenador se desarrollaron varios métodos simplificados, algunos de ellos basados en ábacos y en soluciones gráficas, que si en su momento llenaron un importante vacío, hoy ya no está justificado su empleo salvo como herramienta de estimación rápida y preliminar.

Los programas de uso habitual en la actualidad suelen implementar los métodos de Bishop y Janbu, así como algunos de los conocidos como rigurosos o “exactos”, principalmente los de Spencer, Morgenstern y Price, y el de Sarma, que probablemente son los más experimentados. Una sucinta descripción de ellos se presenta a continuación, aunque sin entrar en las formulaciones específicas de cada uno, ya que eso se encuentra en cualquier tratado de Mecánica de Suelos.

Para completar este bosquejo histórico, no se pueden dejar de mencionar los importantes esfuerzos que se están dedicando, en el campo teórico, al desarrollo de métodos que pueden llegar a ser realmente exactos, si se salvan las dificultades que hoy plantea el cálculo analítico de soluciones a modelos de rotura complejos. Son los basados en los teoremas de estados límites de la Teoría del Sólido Plástico que, en el tema aquí tratado, permiten definir un valor máximo para el FS en el equilibrio entre los trabajos de las fuerzas externas y los disipados internamente por la deformación, así como otro valor mínimo a partir del equilibrio entre los campos de tensiones internas y externos. La potencia de los métodos de Elementos Finitos (FEM) y de Diferencias Finitas (FDM) permite disponer de algoritmos para soluciones numéricas de problemas en esta línea, pero la parte negativa aparece cuando es necesario definir el material mediante Leyes Constitutivas mal conocidas, y que normalmente requieren la cuantificación de parámetros del suelo de difícil adquisición. En cualquier caso, son el futuro inmediato. Y dentro de las posibilidades que se están abriendo, no puede olvidarse una línea de investigación que, a partir de técnicas de Inteligencia Artificial y Redes Neuronales, busca el diseño de Sistemas Expertos que integren desde la planificación del problema hasta el proyecto de las soluciones más adecuadas, pasando, evidentemente, por la fase de cálculo.

5.2 Bases Teóricas

5.2.1 Talud

Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto la horizontal que haya de adoptar permanentemente las estructuras de tierra. El talud constituye una estructura compleja de analizar debido a que en su estudio coinciden los problemas de mecánica de suelos y de mecánica de rocas, tomando en cuenta el papel geológico. Cuando un talud se produce de forma natural se le llama ladera y cuando se produce artificialmente se le llama cortes o taludes artificiales.

Una superficie de terreno expuesta situada a un ángulo con la horizontal se llama talud o pendiente no restringida, y puede ser natural o construido. Si la superficie del terreno no es horizontal, una componente de la gravedad ocasionara que el suelo se mueva hacia abajo. Si la componente de la gravedad es suficientemente grande ocurrirá la falla de talud, es decir, la masa de suelo en la zona se deslizara hacia abajo. La fuerza actuante vence a la fuerza de la resistencia al corte del suelo a lo largo de la superficie de ruptura. Fundamentos de ingeniería geotécnica, Brajam. Das, Thompson Learning, 2001.


Noviembre 2012

5.2.2 Definición de Estabilidad

Se entiende por estabilidad tener la seguridad que una masa de tierra no fallará o se moverá. Para lograr una estabilidad de taludes se necesita definir varios criterios, tales como cual será la inclinación apropiada en un corte o en un terraplén. La indicada siempre será aquella que pueda sostenerse el tiempo necesario sin caerse. Este es el centro del problema y la razón de estudio de la estabilización de taludes.

La estabilidad del talud depende de la inclinación, por lo cual a diferentes inclinaciones corresponderán diferentes masas de tierra por mover y por lo tanto diferentes costos. El costo es un factor muy importante en el tema, ya que este factor definirá el método a utilizar para estabilizar el talud. En muchos casos, este método será el que corresponda a movilizar la mínima masa de tierra, lo que significa tener un talud más empinado.

En la actualidad, existen varios problemas que están involucrados en la estabilidad de taludes debido a que estos son unas estructuras complejas, con muchos aspectos dignos de estudio. Es por estas razones que la estabilidad de taludes se puede convertir en un tema complicado y confuso, sin hacer de menos el problema de cómo la naturaleza se manifiesta de diferentes formas. Su estudio siempre será complicado, pero el problema de estabilidad se puede presentar y se debe afrontar.

Los problemas de estabilidad en taludes naturales difieren totalmente a los problemas que se presentan en los taludes construidos por el ingeniero. Dentro de estas diferencias destacan los materiales que componen el talud y como se formó el talud, su historia geológica, el clima al cual ha estado sujeto, los esfuerzos a los que ha estado sometido, su configuración de rocas y suelo, y el flujo de agua a través de la ladera o talud

5.2.3 Deslizamientos

Se entiende por estabilidad tener la seguridad que una masa de tierra no fallará o se moverá. Para lograr una estabilidad de taludes se necesita definir varios criterios, tales como cual será la inclinación apropiada en un corte o en un terraplén. La indicada siempre será aquella que pueda sostenerse el tiempo necesario sin caerse. Este es el centro del problema y la razón de estudio de la estabilización de taludes.

Se denomina deslizamiento al desplazamiento del suelo situado debajo de un talud, que realiza un movimiento hacia abajo y hacia afuera de toda la masa del suelo que se está deslizando. Estos pueden producirse de distintas maneras, como pueden ser lentos ó rápidos, con o sin provocación. Los deslizamientos se producen como consecuencia de excavaciones o socavaciones en el pie del talud, aunque también existen casos en donde estos ocurren por la desintegración de la estructura del suelo, aumento de las presiones intersticiales debido a flujos del agua, etc. Los tipos de falla más comunes en taludes son:

Deslizamientos superficiales

Movimiento del cuerpo del talud

Flujo


Noviembre 2012

5.2.3.1 Deslizamientos Superficiales

Todo talud está sujeto a fuerzas naturales que hacen que las partículas y el suelo deslicen hacia abajo. Los deslizamientos superficiales, por lo general, son de movimiento lento ladera abajo y se presentan en la zona superficial de algunas laderas naturales. Suele involucrar grandes áreas y el movimiento superficial se produce sin alterar las masas inmóviles más profundas.

Existen dos clases de deslizamientos: el estacional y el masivo. El estacional solo afecta a la corteza superficial de la ladera que sufre los cambios climáticos. El masivo afecta a las capas de tierra más profundas, el cual únicamente se le puede atribuir al efecto gravitacional. El estacional es mayor o menor dependiendo de la época del año, mientras que el masivo está sucediendo constantemente.

5.2.3.2 Movimiento del Cuerpo del Talud

El movimiento del cuerpo del talud se refiere al movimiento de masas considerables del suelo, con superficies de falla profundas. La superficie de falla se forma cuando en la zona de su movimiento actúan esfuerzos cortantes que sobrepasan la resistencia al corte del material. Como consecuencia de esto ocurre la ruptura del suelo, formando una superficie de deslizamiento a lo largo de la cual se produce la falla. Hay dos tipos de este movimiento:

Falla Rotacional

Este tipo de falla ocurre cuando se define una superficie de falla curva, a lo largo de la cual ocurre el movimiento del talud. La superficie de falla es asimilada por facilidad a una circunferencia, aunque pueden existir formas algo diferentes. Por lo general, este tipo de fallas ocurre en común en materiales arcillosos o en suelos cuyo comportamiento mecánica está regido básicamente por su fracción arcillosa. Afecta a zonas relativamente profundas del talud, siendo esta profundidad mayor cuanto mayor sea la pendiente. Estas fallas se denominan según donde pasa el extremo de la masa que rota. Puede ser que la masa en rotación pase por la superficie de falla en el cuerpo del talud, por el pie del talud, o adelante del mismo, afectando el terreno en el cual se apoya el talud.

Falla Traslacional

Este tipo de falla consiste en movimientos traslacionales del cuerpo del talud sobre superficies de falla básicamente planas, las cuales están asociadas con la presencia de estratos poco resistentes localizados a poca profundidad del talud. La superficie de falla se


Noviembre 2012

desarrolla en forma paralela al estrato débil y con superficies curvas en los extremos que llegan al exterior formando agrietamientos.

Los tipos de suelos que favorecen este tipo de fallas son usualmente arcillas blandas o arenas finas o limos no plásticos sueltos. Usualmente este tipo de falla también está relacionada con la elevada presión de poro en el agua contenida en las arcillas, por lo que se podría deducir que estas fallas están relacionadas a las temporadas de lluvia de la región.

Flujos

Este tipo de falla se refiere a movimientos más o menos rápidos de una parte de la ladera natural. La superficie de deslizamiento se desarrolla brevemente o no se puede distinguir. El material que fluye puede ser cualquier formación no consolidada, en el cual pueden presentarse fragmentos de roca, depósitos de talud, suelos granulares finos o arcillas francas. El flujo de materiales secos comprende fragmentos de roca.

Los flujos de tierra generalmente ocurren al pie de los deslizamientos del tipo rotacional en el cuerpo del talud. Los flujos de tierra de suelos granulares finos son típicos deformaciones costeras y se asocian con la erosión marina y a la subida y bajada de las presiones de poro debido al nivel del agua con las mareas.

5.2.4 Nomenclatura de los Procesos de Movimiento

Los procesos geotécnicos activos de los taludes y laderas corresponden generalmente, a movimientos hacia abajo y hacia afuera de los materiales que conforman un talud de roca, suelo natural o relleno, o una combinación de ellos.

Los movimientos ocurren generalmente, a lo largo de superficies de falla, por caída libre, movimientos de masa, erosión o flujos. Algunos segmentos del talud o ladera pueden


Noviembre 2012

moverse hacia arriba, mientras otros se mueven hacia abajo.

En la Figura 3.1 se muestra un deslizamiento o movimiento en masa típico, con sus diversas partes cuya nomenclatura es la siguiente:

Figura 6.1: partes de un deslizamiento

Escarpe principal: Corresponde a una superficie muy inclinada a lo largo de la periferia del área en movimiento, causado por el desplazamiento del material fuera del terreno original. La continuación de la superficie del escarpe dentro del material forma la superficie de falla.

Escarpe secundario: Una superficie muy inclinada producida por desplazamientos diferenciales dentro de la masa que se mueve.

Cabeza: Las partes superiores del material que se mueve a lo largo del contacto entre el material perturbado y el escarpe principal.

Cima: El punto más alto del contacto entre el material perturbado y el escarpe principal.

Corona: El material que se encuentra en el sitio, prácticamente inalterado y adyacente a la parte más alta del escarpe principal.

Superficie de falla: Corresponde al área debajo del movimiento que delimita el volumen de material desplazado. El volumen de suelo debajo de la superficie de falla no se mueve.

Pie de la superficie de falla: La línea de interceptación (algunas veces tapada) entre la parte inferior de la superficie de rotura y la superficie original del terreno.

Base: El área cubierta por el material perturbado abajo del pie de la superficie de falla.

Punta o uña: El punto de la base que se encuentra a más distancia de la cima.

Costado o flanco: Un lado (perfil lateral) del movimiento.

Superficie original del terreno: La superficie que existía antes de que se presentara el


Noviembre 2012

movimiento.

Derecha e izquierda: Para describir un deslizamiento se prefiere usar la orientación geográfica, pero si se emplean las palabras derecha e izquierda debe referirse al deslizamiento observado desde la corona mirando hacia el pie.

5.2.5 Dimensiones

Para definir las dimensiones de un movimiento se utiliza la terminología recomendada por el IAEG, ver Figura 6.2.

Figura 6.2: Dimensiones de los movimientos de acuerdo a IAEG Commission Landslides (1990)”

1. Ancho de la masa desplazada “Wd”: Ancho máximo de la masa desplazada perpendicularmente a la longitud, Ld.

2. Ancho de la superficie de falla “Wr”: Ancho máximo entre los flancos del deslizamiento perpendicularmente a la longitud Lr.

3. Longitud de la masa deslizada “Ld”: Distancia mínima entre la punta y la cabeza.

4. Longitud de la superficie de falla “Lr”: Distancia mínima desde el pie de la superficie de falla y la corona.

5. Profundidad de la masa desplazada “Dd”: Máxima profundidad de la masa movida perpendicular al plano conformado por Wd y Ld.

6. Profundidad de la superficie de falla “Dr”: Máxima profundidad de la superficie de falla con respecto a la superficie original del terreno, medida perpendicularmente al plano conformado por Wr y Lr.

7. Longitud total “L”: Distancia mínima desde la punta a la corona del deslizamiento.

8. Longitud de la línea central “Lcl”: Distancia desde la punta o uña hasta la corona del deslizamiento a lo largo de puntos sobre la superficie original equidistantes de los bordes laterales o flancos.

El volumen de material medido antes del deslizamiento generalmente, aumenta con el


Noviembre 2012

movimiento debido a que el material se dilata. El término “Factor de expansión” puede ser utilizado para describir éste aumento en volumen, como un porcentaje del volumen antes del movimiento. En algunas ocasiones como en el caso de roca el factor de expansión puede ser hasta de un 70%.

5.2.6 Procesos en la Etapa de Deterioro

El deterioro, con el tiempo puede dar lugar a la necesidad de mantenimiento o construcción de obras de estabilización. Al deterioro, sin embargo, se le da muy poca atención en el momento del diseño y el énfasis se dirige a evitar las fallas profundas, más que a evitar los fenómenos anteriores a la falla.

Cuando un talud se corta, para la construcción de una vía o de una obra de infraestructura, ocurre una relajación de los esfuerzos de confinamiento y una exposición al medio ambiente, cambiándose la posición de equilibrio por una de deterioro acelerado.

El deterioro comprende la alteración física y química de los materiales y su subsecuente desprendimiento o remoción. Este incluye la alteración mineral, los efectos de relajación y la abrasión. La iniciación y propagación de fracturas es de significancia particular en la destrucción de la superficie que puede conducir a caídos de roca o colapso del talud.

La clasificación de los modos comunes de deterioro fue propuesta por Nicholson y Hencher (1997), pero en el presente texto se amplió con el objeto de incluir la mayoría de los procesos que ocurren previamente a la falla masiva.

Figura 6.3: Proceso de deterioro en macizos rocoso


Noviembre 2012

5.2.6.1 Caída de granos

Consiste en la caída de granos individuales de la masa de roca con desintegración física a granos como prerrequisito. Depende de la resistencia de las uniones intergranulares y las microgrietas relacionadas con los granos.

Causa un debilitamiento general del material de roca. No representa una amenaza en sí misma pero puede conducir a la pérdida de soporte y subsecuente colapso en pequeña escala. Los finos pueden sedimentarse y producir depósitos dentro de las estructuras de drenaje.

Como solución se sugiere la limpieza de los residuos en el pie del talud y el cubrimiento con técnicas de bioingeniería concreto lanzado y refuerzo local, donde exista riesgo de colapso.

5.2.6.2 Descascaramiento

Caída de cáscaras de material de la masa de roca. Las cáscaras tienen forma de láminas con una dimensión significativamente menor a las otras dos dimensiones. Puede reflejar la litología, fisilidad, o puede reflejar la penetración de la meteorización. Los fragmentos en forma de láminas no son grandes y no constituyen una amenaza significativa, sin embargo, se produce un depósito de sedimentos en el pie del talud.

5.3 Metodología de Cálculo para un Talud

5.3.1 Principales Métodos de Cálculo

Casi la totalidad de los métodos utilizados actualmente se basan en el denominado de las rebanadas (Figura 6.4), que consiste en dividir el macizo potencialmente deslizante en rebanadas verticales, calcular el equilibrio de cada una de ellas, y finalmente analizar el equilibrio global, obteniendo un Factor de Seguridad (FS) que se define como la relación entre fuerzas o momentos resistentes y fuerzas o momentos motores.

El peso de la rebanada (W) se descompone en un empuje tangencial (WT) y otro vertical (WN), paralelo y normal, respectivamente, a la base de aquella. WT origina una tensión cortante, a la que se opone la propia resistencia al corte (s) del terreno, definida por la cohesión y la fuerza normal (WN) disminuida en la presión intersticial (u). Las fuerzas V y H, con sus subíndices, definen la interacción entre rebanadas, y es la evaluación de estas reacciones internas lo que establece la diferencia fundamental entre los métodos.

Si las circunstancias así lo requieren puede ser necesario considerar la incidencia de sobrecargas, fijas o temporales, las fuerzas de filtración a través del macizo, así como las acciones sísmicas.

Una vez calculado FS para una determinada curva de rotura potencial, se repite el proceso para otra distinta, y así sucesivamente hasta obtener un mínimo para FS, suponiéndose entonces que esta será la curva pésima.

Como puede fácilmente deducirse, en cálculo manual el proceso es lento y tedioso, prestándose a errores durante la manipulación de tan gran número de parámetros, y


Noviembre 2012

quedando siempre la incertidumbre de si el valor del FS que estimamos final es realmente el mínimo, o todavía podemos encontrar otra curva que lo minimice más, y aunque hay procedimientos para ir acotando progresivamente los FS, se necesita un número significativamente elevado de horas de trabajo para llegar a un valor fiable.

Con el cálculo electrónico el procesamiento es prácticamente instantáneo, y permite analizar un gran número de alternativas, por lo que el valor mínimo de FS puede acotarse dentro de un intervalo razonablemente aceptable en un tiempo muy corto.

Figura 6.4: Método de Dovelas o Rebanadas

Se exponen a continuación los fundamentos de algunos de los métodos más utilizados y contrastados por la práctica:

5.3.1.1 Método de Bishop

Originalmente desarrollado para roturas circulares, considera que las interacciones entre rebanadas son nulas. El cálculo se lleva a cabo buscando el equilibrio de momentos respecto al centro del arco circular, aunque en la versión posterior se puede aplicar a superficies no curvas definiendo centros ficticios.

5.3.1.2 Método de Janbu

Diseñado para superficies no necesariamente circulares, también supone que la interacción entre rebanadas es nula, pero a diferencia de Bishop busca el equilibrio de fuerzas y no de momentos.

Experiencias posteriores hicieron ver que la interacción nula en el caso de equilibrio de fuerzas era demasiado restrictiva, lo que obligó a introducir un factor de corrección empírico


Noviembre 2012

aplicable al FS. En versión posterior, en el denominado método riguroso, se define una línea de empuje entre las rebanadas y se buscan los equilibrios en fuerzas y momentos respecto al centro de la base de cada una.

5.3.1.3 Método de Spencer

Este, también pertenecen a la categoría de los denominados rigurosos. Supone que de la interacción entre rebanadas aparece una componente de empuje con ángulo de inclinación constante, por lo que, mediante iteraciones, analiza tanto el equilibrio en momentos como en fuerzas en función de ese ángulo, hasta hacerlo converger hacia un mismo valor, calculando entonces el FS correspondiente. Es aplicable tanto a roturas circulares como generales.

5.3.1.4 Método de Morgenstern y Price

Al igual que el anterior, también es de aplicación general, y trata de alcanzar tanto el equilibrio de momentos como de fuerzas. La diferencia fundamental estriba en que la interacción entre rebanadas viene dada por una función que evalúa esa interacción a lo largo de la superficie de deslizamiento.

5.3.1.5 Método de Sarma

Significó un cambio radical respecto a la filosofía de los anteriores, ya que 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, y suele ser muy utilizado en el cálculo por Elementos Finitos.

5.4 Método Sueco

Bajo el título genérico de Método Sueco se comprenden todos los procedimientos de análisis de estabilidad respecto a falla por rotación, en los que se considera que la superficie de falla es un cilindro, cuya traza con el plano en el que se calcula es un arco de circunferencia. Existen varios procedimientos para aplicar este método a los distintos tipos de suelo, a fin de ver si un talud dado tiene garantizada su estabilidad.

5.4.1 Suelos puramente Cohesivos (ɸ=0; c≠0)

Se trata ahora el caso de un talud homogéneo con su suelo de cimentación y en el cual la resistencia al esfuerzo cortante puede expresarse con la ley:

s = c

c: es el parámetro de resistencia comúnmente llamado cohesión.

El caso se presenta en la práctica cuando se analizan las condiciones iniciales de un talud en un suelo fino saturado, para el cual la prueba triaxial rápida representa las condiciones críticas.

En este caso el método puede aplicarse según un procedimiento sencillo debido al Dr. A. Casagrande, que puede utilizarse tanto para estudiar la falla de base como la de pie del talud. La descripción que sigue se refiere a la Figura 6.5.


Noviembre 2012

Figura 6.5: Procedimiento de A. Casagrande, para aplicar el Método Sueco a un talud

puramente "cohesivo"

5.4.2 Suelos con Cohesión y Fricción (ɸ≠0; c≠0), Análisis con Esfuerzos Totales

Han de situarse aquellos suelos que, después de ser sometidos a la prueba triaxial apropiada, trabajando con esfuerzos totales, y después de definir la envolvente de falla de acuerdo con el intervalo de presiones que se tenga en la obra real, tienen una ley de resistencia al esfuerzo cortante del tipo

s = c+ σ tg ɸ

De todos los procedimientos de aplicación del Método Sueco a este tipo de suelos, posiblemente el más popular y expedito sea el de las “dovelas”, debido a Fellenius (1927), que se expone a continuación.

En primer lugar, se propone un círculo de falla a elección y la masa de tierra deslizante se divide en dovelas, del modo mostrado en la Figura 6.6. El número de dovelas es, hasta cierto punto, cuestión de elección, si bien, a mayor número, los resultados del análisis se hacen más confiables.

El equilibrio de cada dovela puede analizarse como se muestra en la parte b) de la misma

Figura 5.3, donde Wi es el peso de la dovela de espesor unitario. Las fuerzas Ni y Ti son las reacciones normal y tangencial del suelo a lo largo de la superficie de deslizamiento ∆Li. Las dovelas adyacentes a la i-esima, bajo estudio, ejercen ciertas acciones sobre ésta, que pueden representarse por las fuerzas normales P1 y P2 y por las tangenciales T1 y T2.


Noviembre 2012

Figura 6.6: Procedimiento de las "Dovelas" o de Fellenius”

En el procedimiento de Fellenius se hace la hipótesis de que el efecto de, las fuerzas P1 Y P2 se contrarresta; es decir, se considera que esas dos fuerzas son iguales, colineales y contrarías. También se acepta que el momento producido por las fuerzas T1 y T2 que se consideran de igual magnitud, es despreciable. Estas hipótesis equivalen a considerar que cada dovela actúa en forma independiente de las demás y que Ni y Ti equilibran a Wi.

5.4.3 Suelos con Cohesión y Fricción (ɸ≠0; c≠0), Análisis con Esfuerzos Efectivos

Se trata ahora de los análisis que se hagan en los casos en que los parámetros obtenidos de una prueba lenta (o método equivalente) sean los representativos y en que haya de trabajarse con base en esfuerzos efectivos y una ley de resistencia al esfuerzo cortante del tipo:

s = c+ σ tg ɸ

El análisis puede ejemplificarse con base en el caso que se muestra en la Figura 6.7.

Figura 6.7: Aplicación del Método Sueco al caso de un talud con flujo y parcialmente bajo el N.A.F.

En la parte a de la figura aparece un talud sujeto a un flujo de agua a su través y con un tirante de agua en su parte exterior.


Noviembre 2012

Aplicando el método sueco, se ha supuesto un círculo de falla como superficie de deslizamiento tentativa; el método se aplica con el uso de dovelas, una de las cuales aparece en la parte b de la misma figura. En ella se han dibujado las fuerzas actuantes.

De acuerdo con las hipótesis originales de W. Fellenius, se acepta que las fuerzas entre las dovelas (E1, E2, S1, y S2) no influyen en el estado de equilibrio de una de ellas, por lo que las fuerzas totales normal y tangencial en la base de la dovela pueden obtenerse a partir del dinámico mostrado en la parte c de la figura.

6.0 METODOLOGÍA

6.1 Tipo y Nivel de Investigación

6.1.1 Tipo de Investigación

El presente trabajo es una investigación APLICATIVA, que requiere de una descripción de las características más significativas de los método de cálculo en la obtención de factores de seguridad de los análisis de estabilidad física en los acantilados de la Costa Verde.

La descripción se efectuará con datos cuantitativos obtenidos de los análisis el cual estará sustentado en parámetros de resistencia la corte obtenidos de los ensayos de laboratorio e investigaciones geotécnicas de campo.

6.1.2 Nivel

El nivel será descriptivo, explicativo y correlacional. Se tratará de identificar las relaciones entre los diversos métodos de cálculo y factores de seguridad obtenidos de los análisis de estabilidad física en modelos de 2D y 3D.

Cada uno de estos niveles de investigación será aplicado de manera sistemática de acuerdo a los grados de información que se obtengan en el proceso de la investigación. Así podemos establecer los niveles: ALTO, MEDIO y BAJO.

6.2 Método y Diseño

6.2.1 Método

Los métodos aplicados en el presente trabajo de investigación son el descriptivo, analítico y estadístico

La investigación describe y analiza los efectos de la utilización de los métodos de cálculos en la obtención de factores de seguridad de los análisis de estabilidad física en los acantilados de la Costa Verde.

6.2.2 Diseño

El diseño que utilizaremos en la investigación será por objetivos, conforme al siguiente esquema:


Noviembre 2012

Objetivo General

Objetivos Específicos

Conclusiones Parciales

Hipótesis General

Conclusión Final

OE 1 CP 1

OE 2 CP 2

6.3 Universo, Población y Muestra

6.3.1 Método

Nuestro universo es el distrito de Miraflores, en las zonas de los acantilados de la Costa Verde.

La muestra será obtenida a partir de un tipo de muestreo probabilística de carácter aleatorio simple.

6.4 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

6.4.1 Técnicas

Las principales técnicas que consideraremos en la investigación son:

Análisis documental.

Análisis de datos y resultados.

6.4.2 Instrumentos

Los principales instrumentos que utilizaremos en la investigación son:

Estudios previos.

Topografía actualizada de la zona de estudio.

Software especializado.

Ensayos geotécnicos de campo.

Ensayo de laboratorio de mecánica de suelos.

Análisis de datos


Noviembre 2012

7.0 CRONOGRAMA

ACTIVIDADES

CALENDARIO

MESES

1 2 3 4 5 6

Selección de antecedentes documentarios

X X

Identificación del problema y formulación de los objetivos

X X X

Antecedentes bibliográficos: doctrinales, históricos y de legislación comparada

X X X

Diseño, Hipótesis X X X

Elaboración de las técnicas de recolección de información

X

Aplicación y ejecución X X

Plan de análisis e Interpretación de los datos

X X

Desarrollo del Informe X X

Presentación X


Noviembre 2012

8.0 PRESUPUESTO

9.1 Remuneración del personal (S/.) Apoyo especializado 2,000.00 Apoyo Administrativo 1,000.00 Imprevistos 1,000.00

SUB TOTAL (1) 4,000.00

9.2 Bienes Material bibliográfico 500.00 Material de escritorio 150.00 Material de impresión 500.00 Otros 150.00

SUB TOTAL (2) 1,300.00

9.3 Servicios Impresión y procesamiento 500.00 Servicios de Internet y comunicaciones 500.00 Movilidad 500.00 Otros 350.00

SUB TOTAL (3) 1,850.00

TOTAL GENERAL S/. 7,150.00

Este monto presupuestado, se financiará con fuentes propias.

9.0 BIBLIOGRAFÍA

INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE SUELOS Y CIMENTACIONES; George B. Sowers.

MECÁNICA DE SUELOS, TEORÍA Y APLICACIONES DE LA MECÁNICA DE SUELOS, TOMO II; Eulalio Juárez Vadillo, Alfonso Rico Rodríguez.

ANÁLISIS DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES DE LA COSTA VERDE; Mariella Geovanna Cañari Sanchez, UNI, Lima, Perú.

ESTABILIZACIÓN DEL TALUD DE LA COSTA VERDE EN LA ZONA DEL DISTRITO DE BARRANCO; Alan Raúl Granados López, PUCP, Lima, Perú.

TEMA: Comparativo de los Factores de Seguridad Utilizando Diversos Métodos de Cálculo para el Análisis de Estabilidad Física de Taludes Utilizando un Modelo en 2D y 3D del Acantilado de la Costa Verde

MATRIZ DE CONSISTENCIA

AUTORIA: Jimmy Mendoza Salazar

JUSTIFICACION DEL PROBLEMA

OBJETIVOS HIPÓTESIS Y VARIABLES

VARIABLES E INDICADORES

ESCALA DE MEDICIÓN

METODOLOGÍA

Problema General:¿La elección del método de cálculo influye en la obtención del factor de seguridad del análisis de estabilidad?

Objetivo General: Conocer la relación entre el método de cálculo y los factores de seguridad obtenidos, mediante el análisis de estabilidad en modelos geotécnicos en 2D y 3D, con la finalidad de determinar el mejor método de cálculo, en los acantilados de la Costa Verde

Hipótesis General:Si la metodología de cálculo afecta el análisis de estabilidad física entonces influye en el resultado de los factores de seguridad en los taludes de la Costa Verde

Variable Independiente:La metodología de cálculo. Indicador 1: Estudios anteriores. Indicador 2: Modelos en 2D y 3D Variable Dependiente: Los factores de seguridad. Indicador 1: Análisis de estabilidad física en estudios anteriores. Indicador 2: Ensayos geotécnicos de campo Indicador 3: Ensayos de laboratorio de mecánica de suelos Indicador 4: Propiedades mecánicas de los suelos

Medición 1: Número de veces que se ha utilizado los siguientes métodos: Spencer, Bishop, Janbu. Morgenstern y Price Medición 2: Número de veces que se han utilizado modelos en 2D y 3D. Medición 1: Valores menor y mayor a 1 en condición pseudo estática y valores menor y mayor a 1,3 condición estática Medición 2: Ensayos de refracción sísmica, placa de carga, georadar Medición 3: Ensayo triaxial confinado no consolidado (CU), corte directo, granulometría, límites de Atterberg.

Tipo de Investigación: Aplicativo Método: Descriptivo Analítico Estadístico Diseño: - Objetivo General. - Objetivo Específico. - Conclusiones Parciales. - Hipótesis General. - Conclusión Final.

Problema Específico 1: ¿El método de cálculo a elegir depende del material que conforma el talud? Problema Específico 2: ¿Qué método de cálculo es el más indicado para el análisis de estabilidad en los taludes de la Costa verde?

Objetivo Específico 1:Determinar la relación entre el método de cálculo y los materiales (suelos) que conforman el talud, con la finalidad de hallar el mejor método de cálculo en los análisis de estabilidad. Objetivo Específico 2: Evaluar que método de cálculo es el más apropiado para los análisis de estabilidad en los taludes de la Costa Verde, con la finalidad de establecer una metodología de análisis en futuros proyectos.

Hipótesis Específica 1: Si los suelos que conforman el talud afectan la estabilidad física de los taludes entonces influyen en la elección de la metodología de cálculo para los taludes de la Costa Verde. Hipótesis Específica 2: Si los suelos que conforman el talud afectan la estabilidad física de los taludes entonces influyen en la elección de la metodología de cálculo para los taludes de la Costa Verde.

JUSTIFICACION DEL PROBLEMA

OBJETIVOS HIPÓTESIS Y VARIABLES

VARIABLES E INDICADORES

ESCALA DE MEDICIÓN

METODOLOGÍA

Medición 4: Valores de ángulo de fricción y cohesión.

Documents

171954923-0-Plan-de-Tesis-JMS