Estudio de ad de Taludes1

8/3/2019 Estudio de ad de Taludes1

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MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES

PROVIAS NACIONAL

INDICE

N de Pginas

INDICE 001

1.0 INTRODUCCIN 003

2.0 MTODO DE EQUILIBRIO LMITE 003

3.0 MTODO DE BISHOP SIMPLIFICADO 004

3.1 Factores de Seguridad Mnimos 009

3.2 Condiciones de Anlisis 010

4.0 PROGRAMA DE CMPUTO SLOPE/W 010

5.0 ANLISIS REGRESIVO 011

6.0 MODELO GEOTCNICO DE FALLA DE TALUDES 013

7.0 PARAMETROS GEOMECANICOS 013

7.1 Resultados de Laboratorio HBO(1995) 014

7.2 Resultados de Laboratorio Consorcio Integral Motlima(2001) 014

7.3 Resultados de Laboratorio Consorcio CES-Hidroenergia(2003) 015

8.0 SITIO CRTICO LAS VEGAS 017

8.1 Anlisis Regresivo de Estabilidad de Taludes 017

8.2 Evaluacin de las Alternativas 019

9.0 EL HUANUQUEO 019


10.0 DESLIZAMIENTO POTENCIAL 020


ESTUDIO COMPLEMENTARIO DE ESTABILIDAD DE TALUDES Y ADECUACIN DEL EXPEDIENTETCNICO DE LA CARRETERA TINGO MARA AGUAYTA, TRAMO 1.2: Km. 15+200

Km. 51+551


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11.0 CONCLUSIONES 021

ANEXOS 030

LAS VEGAS

EL HUANUQUEO

DESLIZAMIENTO POTENCIAL

ANLISIS DE ESTABILIDAD MSE

ANALISIS DE DEFORMACIONES PERMANENTES

ESTABILIDAD DE TALUDES


Km. 51+551


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anlisis de estabilidad se han calculado mediante ensayos de laboratorio de las

muestras obtenidas en la exploracin de campo.

Por otro lado, el Per se encuentra en una zona de alta sismicidad, de

manera tal que el riesgo ssmico tiene que ser necesariamente parte de la

evaluacin. Para el presente estudio el coeficiente lateral ssmico considerado es

igual a 0.14, valor que fue determinado del estudio de peligro sismico(Anexo J)

.

3.0 MTODO DE BISHOP SIMPLIFICADO

El mtodo de Bishop Simplificado es muy utilizado en la prctica de la

ingeniera porque proporciona valores del factor de seguridad por el mtodo de

equilibrio lmite muy cercanos a aquellos que proporcionan los mtodos ms

rigurosos que satisfacen completamente las condiciones de equilibrio de fuerzas y

momentos. El mtodo de Bishop considera un problema de deformacin plana en

donde la superficie de falla es circular, dividiendo la masa del suelo comprendida

en la superficie de falla en una cantidad limitada de dvelas verticales en las que

los valores de cohesin, friccin y presin de poros permanecen constantes. En

este mtodo el factor de seguridad est definido como:

[ ]

+=

m

1.

SenW

tg)b.uWb.cFS

i

ii

[ ])FS/tg.tg(1cosm ii +=

Donde :

FS = factor de seguridad

c = cohesin del suelo


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= ngulo de friccin intrna

b = ancho de la dovela

Wi= peso total de la dovela

Ui= presin de poros

i= ngulo de la base de la dovela con la horizontal

Esta ecuacin no lineal se resuelve por iteraciones hasta alcanzar la

convergencia en el clculo del factor de seguridad esttico.

El mtodo de evaluacin ms usado en el anlisis ssmico de taludes es el

clculo del mnimo factor de seguridad contra el deslizamiento cuando una fuerza

esttica y horizontal de alguna magnitud es incluida en el anlisis. El anlisis es

tratado como un problema esttico en el que el talud se comporta como cuerpo

rgido fijado a su cimentacin, experimentando una aceleracin uniforme e igual a

la aceleracin superficial del terreno. La fuerza horizontal es expresada como el

producto de un coeficiente ssmico K, y el peso W, de una potencial masadeslizante. Si el factor de seguridad se aproxima a la unidad, la seccin es

considerada insegura, aunque no hay un lmite reconocido para el valor del

mnimo factor de seguridad.

Como se indic anteriormente, uno de los mayores problemas en este

mtodo es la eleccin del coeficiente ssmico K. Los coeficientes utilizados varan

de acuerdo al criterio y experiencia del diseador.

Entre los diversos mtodos pseudo-estticos de equilibrio lmite que

existen, se tiene al Mtodo de Bishop, el cual es uno de los ms usados en el

anlisis de estabilidad de taludes. Este mtodo tiene como base las siguientes

hiptesis:

- El mecanismo de falla es circular


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- La fuerza de corte entre dovelas es nula

- La fuerza normal acta en el punto medio de la base de la dovela

- Para cada dovela se satisface el equilibrio de fuerzas verticales, pero no as

el equilibrio de fuerzas horizontales, ni el equilibrio de momentos.

- Para la masa total deslizante se satisface el equilibrio de fuerzas verticales

y de momentos, ms no el equilibrio de fuerzas horizontales.

=0FV i

0senTcos)LuN(W iiiiiii =+++ (1)

Donde:

)tgNLc(FS

1T iiii += (2)

Adems:

ii secbLi = (3)

Reemplazando la ecuacin 3 en 2 se obtiene:

)tgNisecbc(FS1T iiii += (4)

Luego sustituyendo la ecuacin 4 en 1 y despejando Ni, se tiene:

FS

sentgcos

FS

tgbcbuWi

Nii

i

iiiii

+

= (5)

Las fuerzas normales entre dovelas Ei, no producen momentos con

respecto al centro del arco por ser fuerzas internas. Se traslada la fuerza KWi a la

base de la dovela y se aplica el par de transporte de sentido contrario.

=+ 2h

KWcosWKRsenWR ii2ii2ii1


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=0)circulararcodelcentro(M

+= )tgNisecbc(FS1

R iii (6)

Despejando FS se tiene:

+

+=

ii2ii2ii1

iiii

hWR2

KcosWKsenW

)tgNsecbc(FS (7)

Sustituyendo la ecuacin 5 en 7:

+

+

+=

FS

tgtg1

sec

hWR2

KcosWKsenW

)tg)buW(bc(FS

i

i

ii2ii2ii1

iii2ii

(8)

Donde :

FS = factor de seguridad

W1i = peso de la dovela, usando el peso unitario sumergido

W2i = peso de la dovela, usando el peso unitario in stiu

, c = parmetros de resistencia al corte

bi = ancho de la dovela

ui = presin de poros

i = ngulo de la dovela con la horizontal

hi = altura de la dovela

R = radio del crculo de falla

K = coeficiente ssmico


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La ecuacin 8 se resuelve por iteraciones hasta alcanzar la convergencia

en el clculo del factor de seguridad.

Cuadro No. 1

Factores de Seguridad Mnimos para el Anlisis de Estabilidad

de Presas de Tierra (US Corps of Engineers)

CondicinTalud Aguas

ArribaTalud Aguas

Abajo

I) Al final de la construccin parapresas de ms de 15 m.

1.3

1.4

1.3

1.4

II) Infiltracin Constante -- 1.5

III) Desembalse Rpido 1.5 --

IV) Sismo 1.0 1.0

V) Post Sismo 1.1


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unidad, el talud no sufrir una sbita inestabilidad, pudiendo simplemente sufrir

algunas deformaciones de tipo permanente.

Otra limitacin es considerar en el anlisis un nico modo potencial de falla,

pues vienen siendo observados otros tipos de comportamiento en presas de tierra

(Seed et al, 1969; Seed et al., 1975; Seed et al., 1978; Seed, 1979):

- Falla por flujo debido a licuacin causada por un incremento de las

presiones de poro en zonas de materiales no cohesivos.

- Fisuras longitudionales cerca a la cresta debido a grandes deformaciones

por corte y traccin durante oscilaciones laterales.

- Desplazamientos diferenciales en la cresta, prdida del borde libre debido a

deslizamientos laterales o densificacin de los suelos.

- Fisuras transversales causadas por la deformacin de traccin debido a

oscilaciones longitudinales.

- Fallas por turificacin a travs de fisuras en zonas de suelos cohesivos.

3.1 Factores de Seguridad Mnimos

Para el caso de taludes naturales el US Corps of Engineers propone que

los factores de seguridad mnimos requeridos para considerar un talud estable

sern similares a las presas de tierra; en el Cuadro N 1 se presentan los factores

de seguridad mnimos para las diferentes condiciones de anlisis.

3.2 Condiciones de Anlisis

Condiciones Estticas


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Se supone que la estructura slo estar sometida a la accin de las fuerzas

debidas a su peso propio, carga aplicada y a las condiciones de infiltracin, las

cuales generan condiciones de presin de poros que influyen en la estabilidad de

la estructura.

Condiciones Ssmicas

En este anlisis se considera que la estructura estar sometida adems del

peso propio a la accin de la fuerza horizontal que es proporcional al peso de la

estructura, el coeficiente ssmico considerado es de 0.18. Este es el valor

propuesto en el Estudio del Consorcio Integral Motlima. Se debe indicar que enun nuevo estudio realizado por el Consultor se determin el valor de 0.14.

4.0 PROGRAMA DE CMPUTO SLOPE/W

El programa SLOPE/W utiliza el mtodo de equilibrio lmite para calcular el

factor de seguridad de taludes de tierra y roca. El programa opera en Microsoft

Windows 95 y Windows NT. El programa tiene la capacidad de modelar tipos

heterogneos de suelo, estratigrafa y geometra de superficie de fallas complejas

y condiciones variables de la presin de poros utilizando una gran seleccin de

modelos de suelo. Los anlisis pueden realizarse con parmetros determinsticos

o probabilsticos.

Adicionalmente, se pueden utilizar los esfuerzos calculados mediante un

anlisis de elementos finitos en el clculo de equilibrio lmite para los anlisis ms

completos de estabilidad de taludes disponibles. La combinacin de estas

caractersticas del programa le permiten ser utilizados en cualquier problema de

estabilidad de taludes.

El programa cuenta con un manual de usuario. Este programa de cmputo

fue utilizado principalmente con el mtodo de Bishop en falla circular, tanto en

condiciones estticas como pseudo-estticas para el anlisis restrospectivo (back


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anlisis), los taludes existentes antes del sismo y los taludes con las medidas de

estabilizacin propuestas. En los siguientes acpites se describen los distintos

anlisis efectuados.

El Consorcio encargado del presente estudio cuenta con la Versin 5 de

SLOPE/W, la cual ser transferida al MTC despus de terminado y aprobado el

estudio.

5.0 ANLISIS REGRESIVO

En base a la topografa existente antes de la del talud se ha realizado unanlisis regresivo (back analysis) para verificar los parmetros geotcnicos que

produzcan un factor de seguridad superior a la unidad, tal como debera existir en

el talud antes de fallar por sismo y la unidad ante la ocurrencia de ste.

El anlisis pseudo-esttico calcula el factor de seguridad de la estabilidad

de taludes por el mtodo de equilibrio lmite, adicionando un coeficiente lateral

ssmico. Uno de los principales problemas con este mtodo es determinar elcoeficiente lateral ssmico, que depende de la sismicidad del pas y es de

naturaleza semi-emprica (Seed y Martin, 1966; Ruesta et al, 1988).

A veces es difcil la determinacin de las propiedades fsicas de algunos

tipos de suelos por medio de pruebas de laboratorio. En casos en los que un

deslizamiento ha ocurrido y las medidas de rehabilitacin estn siendo evaluadas,

es frecuentemente ms efectiva la determinacin de las caractersticas fsicas por

medio de un anlisis regresivo de estabilidad o back anlisis, este proceso consta

de tres pasos:

1. Debe hacerse el mejor estimado posible de los esfuerzos en el suelo y de

los pesos unitarios usando la informacin que est a la mano, pruebas de


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laboratorio y correlaciones de esfuerzos dan una base efectiva para estos

estimados. Deben ser establecidas adems la geometra del talud y el nivel

fretico antes del deslizamiento.

2. El deslizamiento debe ser analizado con las propiedades estimadas segn

el numeral anterior. Si el factor de seguridad usado es igual a 1.00, las

propiedades y condiciones representan un modelo razonable del deslizamiento, si

el factor de seguridad no es igual a 1.00, las resistencias son ajustados para F=

1.00. El factor de ajuste no necesita ser el mismo para todos los suelos

involucrados en el deslizamiento.

3. Cuando valores de resistencia del suelo han sido determinados para dar

F=1.00 para las condiciones al momento de la falla, estos esfuerzos son

evaluados para evaluar las medidas de rehabilitacin.

Para los deslizamientos en estudio se ha realizado el anlisis regresivo de

estabilidad, ya que por un lado se conoce la geometra actual, se sabe que dichos

deslizamientos estn activos, la estratigrafa y las caractersticas de los estratos

del suelo como son pesos especficos secos y hmedos. La condicin de

esfuerzos para la condicin ssmica se establece en base a un coeficiente ssmico

una aceleracin de ah=0.14g, aplicada a todo el terreno. A continuacin se

exponen las caractersticas que debe cumplir cada uno de los anlisis para reflejar

las respuestas observadas en campo en cada uno de los deslizamientos.

Los mtodos de equilibrio lmite fueron utilizados en el derrumbe de Las

Vegas, El Huanuqueo y Deslizamiento Potencial, con el propsito de establecer

rangos de valores de las caractersticas de resistencia cortante del suelo, que

permitan luego ser comparadas con los resultados de los ensayos de laboratorio y

estudios pasados para entender el mecanismo de falla del talud y determinar los

parmetros de resistencia cortante.


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Para realizar el anlisis retrospectivo se cont con perfiles topogrficos

actuales y se tom un coeficiente lateral ssmico de 0.14 g, el sismo que fue

determinado en el estudio de peligro ssmico.

6.0 MODELO GEOTCNICO DE FALLA DE TALUDES

Un modelo geotcnico de falla de taludes consiste en definir las

caractersticas de un talud de tal manera de poder explicar satisfactoriamente su

comportamiento ante distintas condiciones de esfuerzos y cargas aplicadas, de tal

manera de tener un esquema confiable para definir soluciones de estabilizacin.

Para poder desarrollar un modelo geotcnico de taludes, es necesario

definir las caractersticas topogrficas, geolgicas y de mecnica de suelos,

hidrogeolgicas y definir las cargas que estn actuando sobre el talud mismo en

un momento dado, o sobre la cabeza o el pie del talud y que pueden afectar la

estabilidad del mismo; por otro lado, es importante la caracterizacin de las fallas

ocurridas, ya que existe una relacin cercana entre el tipo de inestabilidad que

puede producirse y la naturaleza intrnseca del material.

Sobre estos modelos se practicarn los ejercicios de estabilidad de los

taludes para tres situaciones importantes:

- Estabilidad de los taludes anteriores al sismo.

- Comportamiento inestable del talud durante el sismo.

-Estabilidad de taludes con las medidas de rehabilitacin que se propongan

en este estudio.

7.0 PARAMETROS GEOMECNICOS LAS VEGAS

Para definir los parmetros de los materiales se han tenido en cuenta el

anlisis regresivo de estabilidad, los resultados de los ensayos realizados por la


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empresa HOB Consultores y Ejecutores en 1995, los parmetros utilizados por el

consorcio Integral Motlima, los ensayos de laboratorio realizados en este estudio,

las recomendaciones del consultor del BID R. Hunt. Adems se ha tenido en

cuenta la Norma DIN-1055 de 1991 la cual permite definir en forma conservativa

rangos de variacin de parmetros de resistencia al esfuerzo cortante en base a

las curvas granulomtricas y las propiedades ndices de los suelos finos

granulares.

7.1 Ensayos de Laboratorio HOB(1995)

Del Estudio de Rehabilitacin de la Carretera Tingo Maria - Aguayta. ,realizado en 1995 por la empresa HOB Consultores y Ejecutores se pudo extraer

el resultado de los ensayos de laboratorio realizados en el sector crtico Las

Vegas.

Cuadro N2

Resultados de Laboratorio HBO

Km. Ensayo SUCSL.L(%)

L.P(%)

W(%)

C(KPa)

() Observacin

23+400 Corte directo SC 38 15.4 21.1 0.35 19 Inalterada

23+400 Triaxial UU SC 38 15.4 21.1 0.57 11 Inalterada

7.2 Ensayos de Laboratorio Consorcio Integral-Motlima(2001)

Del la actualizacin de los Estudios Definitivos de la Carretera Huanuco-Tingo Maria Pucallpa sector Tingo Maria Aguaytia realizado en el 2001 por el

Consorcio Integral- Motlima se pudo extraer el resultado de los ensayos realizados

en los laboratorios de la Pontificia Universidad Catlica.


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Cuadro N3

Resultados de Laboratorio Integral Motlima

Km. Ensayo SUCS C(KPa) () observacin

23+000 Triaxial CU SC 0.30 25 Remoldeada

23+500 Triaxial CU SC 0.06 25 Inalterada

23+800 Triaxial CU SC 0.39 18 Inalterada

Cabe mencionar que el consorcio Integral-Motlima utiliz los siguientes

parmetros para realizar el anlisis de estabilidad de taludes.

Cuadro N4

Parmetros Geotcnicos Integral Motlima

Material

(kN/m3)

()

c

(KPa)

Suelo natural(GC sin bolones) 19 25 39

Material de Trasportado(GC con

bolones)

18 17 5

7.3 Resultados de Laboratorio Consorcio CES-Hidroenergia(2003)

El anlisis regresivo de estabilidad de taludes realizado en las 10 secciones

de anlisis se determin que los taludes mas crticos ( 23+500 y 23+530) presenta

una cohesin de 30 kPa y un ngulo de friccin de 30.


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Los ensayos de Corte Directo y de Compresin Triaxial realizados en los

laboratorios de la Universidad Nacional de Ingeniera, se hicieron sobre las

muestras inalteradas y remoldeadas extradas de las crcavas (ver Cuadro N5)

Cuadro N5

Resultados de Laboratorio CES-Hidroenergia

UbicacinTipo deensayo SUCS

%Finos W(%) C(KPa) () Observacin

CV-2 Corte directo CL 52.4 28.96 35 24 Inalterada

CV-3 Corte directo CL 55.2 16.58 18 28 Inalterada

T-1/M3 Corte directo CL 59.1 35.15 10 25 Inalterada



T-4/M2 Corte directo CL 79.0 28.40 16 23 Remoldeada

T-5/M1 Corte directo MH 98.8 27.80 11 20 Remoldeada

T-6/M1 Corte directo ML 54.7 27.80 13 26 Remoldeada

T-1/M1 Triaxial UU CH 89.9 28.3 76 6.9 Inalterada

T-2/M1 Triaxial CU CL 58.4 23.00 29 31.8 Inalterada

T-8/M1 Triaxial CU CL 58.2 23.2 23 28 Inalterada

De la tabla anterior se obtiene un valor promedio del ngulo de friccin

=26.2 y cohesin efectiva promedio de 18 kPa para los ensayos de corte directo

y para los ensayos triaxiales tenemos =29.9 y c=0.26 kPa. Sin embargo

teniendo en cuenta que este sector se encuentran taludes verticales de entre 10 a

20 m que se autosoportan se puede inferir que presenta valores de cohesin y

ngulo de friccin mayores a los promedios obtenidos. Basado en este criterio y

considerando los valores altos de SPT encontrados en las perforaciones

diamantinas se tomo como valor de diseo los valores mximos encontrados en el

Ensayo Triaxial CU(T2/M2).


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Finalmente se ha definido los siguientes parmetros geotcnicos de diseo para

ser considerados en las alternativas de estabilizacin en el sector crtico Las

Vegas.

Cuadro N6

Parmetros Geotcnicos CES-Hidroenergia

Material

(Kn/m3)

()

C(KPa)


Material Trasportado(GC con bolones) 19 28 20

Material Natural(GC con bolones) 19 32 30

Relleno compactado 18 30 20

Enrocado 20 40 0

Relleno sin compactar(alternativa 1) 18 28 20

8.0 SITIO CRTICO LAS VEGAS

8.1 Anlisis Regresivo de Estabilidad de Taludes

Se ha realizado un anlisis regresivo de estabilidad de taludes con el objeto

de determinar parmetros mnimos de diseo. Para realizar los clculos de

estabilidad se ha empleado el programa de cmputo SLOPE/W de GEOSLOPE el

cual utiliza el mtodo de equilibrio lmite para determinar los factores de seguridad.

Para el anlisis se han considerado 10 secciones consideradas crticas en las

cuales las crcavas se encuentran muy prximas a la va. En la Tabla N 1 se

presentan los resultados obtenidos en el anlisis regresivo. En los Anexos del

presente informe se presentan los resultados del anlisis de estabilidad.

El anlisis de estabilidad se ha realizado en condiciones estticas y

condiciones pseudo estticas en donde se consider un coeficiente ssmico de

0.14 g. Los parmetros de los materiales han sido definidos en el Item 7


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PROVIAS NACIONAL

Los resultados de este anlisis son presentados en la Tabla N 2, donde se

puede observar el siguiente comportamiento.

Crcava 2

En las secciones 23+020, 23+110, 23+210 y 23+230 los taludes presentan

factores de seguridad mayores a 1 para condiciones estticas y pseudo-

estticas considerando superficies de falla en la parte superior y falla

profunda.

En la seccin 23+330 el talud presenta factor de seguridad menor a 1 para

condiciones pseudo-estticas considerando superficie de falla en la parte

superior.

Crcava 3

En la seccin 23+460 el talud es estable en condiciones presentndose

factores de seguridad por encima de los mnimos exigidos en el Cuadro N

1.

En las secciones 23+500 y 23+530 presentan factores de seguridad

menores a la unidad en condiciones estticas y pseudo-estticas para

superficies de falla en la parte superior y falla profunda.

En la seccin 23+700 se ha determinado factores de seguridad mayores a

1.0 para superficies de falla en la parte superior y superficies de falla

profunda.

El anlisis regresivo arroj un valor mximo de cohesin de 30 Kpa y

ngulo de friccin de 30.


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PROVIAS NACIONAL

Crcava 4

La seccin 23+510 ubicada al lado derecho de va presenta factor de

seguridad mayor a 1.0 para superficie de falla en la parte superior y

superficie de falla profunda.

8.2 Evaluacin de las Alternativas

Las alternativas de estabilizacin han sido evaluadas mediante el anlisis

de estabilidad de taludes para lo cual se ha hecho uso del programa de computo

SLOPE/W. los factores de seguridad en condiciones pseudo estticas obtenidos

estn por encima 1.0, lo que indica un talud estable. Tambin se ha realizado la

calibracin de los anlisis de estabilidad realizados en la alternativas 2A y 2B con

los programas GSLOPE y MAC.ST.A.R.S 2000 respectivamente.

A sugerencia del Consultor Roy E. Hunt. se ha realizado el anlisis de

deformaciones permanentes para los taludes del sector critico Las Vegas, el cual

adjunto al presente anexo.

Las deformaciones inducidas por sismo tanto para el talud natural y el talud

estabilizado estn por debajo de los mnimos establecidos.

9.0 EL HUANUQUEO


En la zona de El Huanuqueo se ha realizado un anlisis regresivo deestabilidad de taludes con el objeto de determinar parmetros de resistencia de los

materiales que conforman el talud, estos parmetros fueron empleados en la

evaluacin de las alternativas de solucin propuestas.


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PROVIAS NACIONAL

Los parmetros de los materiales obtenidos del anlisis regresivo de

estabilidad de taludes se presentan en la Tabla N 3. En el Anexo adjunto se

presentan los resultados de anlisis.

Tomando como base los parmetros obtenidos a partir del back analysis y

las investigaciones geotcnicas que consistieron en refraccin ssmica, se ha

establecido los perfiles estratigrficos, parmetros geotcnicos y alternativas de

estabilizacin.

Tambin se realiz un anlisis de estabilidad de taludes en condiciones

estticas y condiciones pseudo estticas en dos secciones consideradas como las

ms crticas (Km. 46+920 y Km. 47+940). Los parmetros para el anlisis han sido

determinados en base al anlisis regresivo, las investigaciones geotcnicas y los

parmetros planteados por el Consorcio Integral Motlima.

Los resultados del anlisis de estabilidad de taludes realizados en el talud

existente indican un talud estable tanto en condiciones estticas y pseudo-

estticas. Sin embargo se considera el nuevo alineamiento de la va y la presencia

de un material de roca fisurada y propenso a deslizarse, se ha evaluado las

alternativas de solucin propuestas por el Consorcio Integral Motlima, las

soluciones planteadas por R. Hunt y finalmente la alternativa que propone el

Consorcio encargado del presente estudio. Estas son las Alternativas 1, 2 y 3.

Los resultados del anlisis de estabilidad se presentan en la Tabla N 4

donde se puede notar que los factores de seguridad son estables en condiciones

estticas y pseudo-estticas. Adems, las superficies de falla consideradas se

presentan en el Anexo adjunto.

10.0 DESLIZAMIENTO POTENCIAL



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PROVIAS NACIONAL

En la zona denominada deslizamiento potencial se ha realizado un anlisis

de estabilidad regresivo con el objeto de determinar los parmetros para evaluar la

estabilidad del talud en dos secciones de anlisis (Km. 50+363 y Km. 50+400).

Los resultados del anlisis regresivo se presentan en la Tabla N 5 y los

resultados en el Anexo adjunto.

En esta zona se han planteado superficies de falla en bloque, uno en la

parte inferior que emerge por el borde de la carretera y otro en la parte superior

del talud. Para el anlisis se ha utilizado el mtodo de Morgenstern-Price.

Los resultados obtenidos en el anlisis indican un talud estable en la parte

superior y en la parte inferior es inestable en condiciones pseudo estticas. El

coeficiente ssmico considerado es de 0.14 g. (de acuerdo al nuevo estudio de

peligro ssmico).

Los resultados del anlisis de estabilidad se presentan en la Tabla N 6 y

los reportes se presentan adjuntos al presente informe.

11.0 CONCLUSIONES

Las Vegas

- El valor del coeficiente ssmico determinado del Estudio de Peligro Ssmico

fue de 0.14g

- El anlisis regresivo arrojo un valor mximo de cohesin de 30 Kpa y

ngulo de friccin de 30.

- Los parmetros geomecnico para el anlisis de estabilidad de taludes son

los siguientes.

Material C


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(kN/m3) () (KPa)


Material Trasportado(GC con bolones) 19 28 20

Material Natural(GC con bolones) 19 32 30

Relleno compactado 18 30 20

Enrocado 20 40 0

Relleno sin compactar(alternativa 1) 18 28 20

- En las secciones 23+020, 23+110, 23+210 y 23+230 los taludes presentan

factores de seguridad mayores a 1 para condiciones estticas y pseudo-

estticas considerando superficies de falla en la parte superior y falla

profunda.

- En la seccin 23+330 el talud presenta factor de seguridad menor a 1 para

condiciones pseudo-estticas considerando superficie de falla en la parte

superior.

- En la seccin 23+460 el talud es estable en ambas condiciones

presentndose factores de seguridad por encima de los mnimos exigidos

en el Cuadro 1.

- En las secciones 23+500 y 23+530 presentan factores de seguridad

menores a la unidad en condiciones estticas y pseudo-estticas para

superficies de falla en la parte superior y falla profunda.

- En la seccin 23+700 se ha determinado factores de seguridad mayores a

1.0 para superficies de falla en la parte superior y superficies de falla

profunda.

- La seccin 23+510 ubicada al lado derecho de va presenta factor de

seguridad mayor a 1.0 para superficie de falla en la parte superior y

superficie de falla profunda.

- Se ha evaluado los taludes de corte y relleno propuestos en cada una de

las alternativas de estabilizacin de este sector crtico, donde se pudo


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observar que los factores de seguridad estn por encima de los mnimos

establecidos en el Cuadro N1.

- Se ha calibrado los anlisis de estabilidad realizados en las alternativas

2A(Tensar) y 2B(Maccaferri). Para ello se ha hecho uso del programa de

computo SLOPE/W en comparacin con aquellos utilizados por los

departamentos tcnicos de los proveedores.

- Se ha realizado el anlisis de deformaciones permanentes inducidas por

sismo, a sugerencia del Consultor Hunt, resultando valores apropiados.

El Huanuqueo

- Los resultados del anlisis de estabilidad de taludes realizados en el talud

existente indican un talud estable tanto en condiciones estticas y pseudo

estticas. Sin embargo si se considera el nuevo alineamiento de la va y la

presencia de un material de roca fisuradas y propenso a deslizarse, se ha

evaluado las alternativas de solucin propuestas por el Consorcio Integral

Motlima, las soluciones planteadas por R. Hunt y finalmente la alternativa

que propone el Consorcio encargado del presente estudio. Estas son las

Alternativas 1, 2 y 3.

- Los resultados del anlisis de estabilidad de taludes se presentan en la

Tabla N 4 donde se puede notar que los factores de seguridad indican que

los taludes de corte propuestos son estables en condiciones estticas y

pseudo estticas.

Deslizamiento Potencial

- Los parmetros de los materiales han sido tomados del estudio del

Consorcio Integral Motlima.

- En la zona del Deslizamiento Potencial se han planteado superficies de falla

en bloque, uno en la parte inferior que emerge por el borde de la carretera y


Km. 51+551


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PROVIAS NACIONAL

otro en la parte superior del talud. Para el anlisis se ha utilizado el mtodo

de Morgenstern-Price.

- Los resultados obtenidos en el anlisis de estabilidad indican un talud

estable en la parte superior y en la parte inferior presenta factores de

seguridad cercanos a la unidad.


Km. 51+551


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PROVIAS NACIONAL

ANALISIS DE DEFORMACIONES PERMANENTES INDUCIDAS POR SISMO

1.0 INTRODUCCION

El mtodo de anlisis pseudo-esttico, como todos los mtodos de

equilibrio lmite, proporciona un ndice de la estabilidad dado por el factor de

seguridad, pero ninguna informacin sobre las deformaciones asociadas con la

falla del talud. Sin embargo, la condicin de servicio de un talud luego de un

sismo est controlada por las deformaciones; de esta manera los mtodos de

anlisis que predicen los desplazamientos del talud proveen una mejor evaluacin

de la estabilidad ssmica del talud.

Existen diferentes mtodos para predecir los desplazamientos permanentes

despus de ocurrido el sismo y de acuerdo a su aplicabilidad y valoracin

merecen cierta atencin en lo concerniente a la evaluacin en presas de tierra ytaludes.

Tabla A


Km. 51+551

Categoras de Dao de Acuerdo a la Deformacin Permanente Producida por Sismo*

Categoras de Dao Deformacin Descripcin

Deformacin de la cresta mnima o casi

despreciable.No ocurren mayores fallas en el talud.

I 3.0 m

La carretera al pie del talud ser bloqueadaocurriendo desgracias.


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PROVIAS NACIONAL

En la Tabla anterior se define las categoras de daos con relacin a la

deformacin permanente producidos por sismos y la descripcin de las probables

consecuencias obtenidas de Makdisi-Seed (1977). Esta clasificacin se basa en el

juicio ingenierl y est aplicada a presas y terraplenes. En el caso de taludes

naturales o de corte esta clasificacin puede variar. Para el caso de los taludes

naturales se puede establecer valores lmites de hasta 20 cm o dependen de la

experiencia del especialista.

2.0 MTODO DE NEWMARKComo la aceleracin vara con el tiempo, el factor de seguridad pseudo-

esttico tambin lo har, si las fuerzas de inercia actuantes en la masa de falla

potencial (estticas y dinmicas) son mayores que las fuerzas resistentes, el factor

de seguridad disminuir su valor hasta ser menor que la unidad. Newmark (1965)

consider el comportamiento de un talud bajo tales condiciones. Cuando el factor

de seguridad es menor que la unidad, la masa de falla potencial no estar ms en

equilibrio, consecuentemente, ser acelerada por una fuerza. La situacin esanloga a un bloque apoyado en un plano inclinado. Newmark us esta analoga

para desarrollar un mtodo de prediccin de las deformaciones permanentes de

un talud sujeto a cualquier movimiento del terreno.

Cuando un bloque en un plano inclinado es sujeto a un pulso de aceleracin

que excede la aceleracin de fluencia, el bloque se mover de manera relativa al

plano. Para ilustrar el procedimiento de clculo de las deformaciones

permanentes, consideramos el caso en el cul un plano inclinado es sujeto a un

pulso de aceleracin rectangular simple de amplitud A y duracin t. Si la

aceleracin de fluencia, ay, es menor que A , la aceleracin del bloque relativa al

plano durante el perodo de tiempo t0 a t0 + t es :


Km. 51+551


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PROVIAS NACIONAL

Donde ab(t) es la aceleracin del plano inclinado. El movimiento relativo del

bloque durante este perodo puede ser obtenido integrando dos veces la

aceleracin relativa, de esta manera:

Cuando t = t0 + t, la velocidad relativa alcanza su mximo valor:

Despus, la aceleracin de la base se hace cero (cuando t = t 0 + t), el bloque

deslizante se desacelera por la fuerza de friccin actuante en su base. El bloque

continuar deslizndose en el plano, pero slo hasta que su velocidad alcance el

valor de cero. La aceleracin en este tiempo est dada por:

Donde t1 es el tiempo en el cual la velocidad relativa se hace cero. Entre t0+ t y

t1, la velocidad relativa disminuir con el tiempo de acuerdo a:


Km. 51+551

[ ]( ) (3)tttttta-Adt(t)a)( 000yt

trel

0

+== tvrel (4)ta-A)t( y0 =+tvrel

[ ] (5)ta-A2

1)t( 2y0 =+tdrel

(6)tttta-a-0a-(t)a)( 10yyyb +===tarel

(7))t-(ta-tdt(t)at)(tv)( 0yt

trel0rel

t0

=++= + Atvrel

(8)tttt 10 +

[ ]( ) (2)tttttta-A2

1dt(t)v)( 00

2

0y

t

trel

0

+== tdrel

(1)tttta-Aa-(t)a)( 00yyb +==tarel


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PROVIAS NACIONAL

Si la ecuacin la igualamos a cero cuando t = t1, se obtiene:

Luego:

Despus del tiempo t1, el bloque y el plano inclinado se mueven juntos. Durante el

perodo total de tiempo entre t = t0 y t = t1.

Entre t0 y t0 + t, la velocidad relativa se incrementa linealmente y el

desplazamiento relativo cuadrticamente. En t0 + t, la velocidad relativa ha

alcanzado su mximo valor, luego del cual decrece linealmente. El desplazamiento

relativo contina incrementndose hasta t = t1. El desplazamiento total relativo

ser:

drel (ti) = (A ay) t2 A/ay (12)

El desplazamiento relativo depende de la duracin del tiempo durante el cual la

aceleracin de fluencia es excedida. Esto sugiere que el desplazamiento relativo

causado por un simple pulso de un fuerte movimiento estar relacionado a la

amplitud y contenido de frecuencias de ese pulso. Un movimiento ssmico puede

exceder la aceleracin de fluencia varias veces y producir un nmero de

incrementos del desplazamiento.


Km. 51+551

(9)ta

Att

y

01 +=

(11)tttt 10 +

( )[ ] )10......(t2

1-t)-t-(ttdt(t)v)(

2

0

2

0

t

trel

t0

ttAtdrel

+== +


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PROVIAS NACIONAL

3.0 ANLISIS DE DEFORMACIONES

Para el clculo de las deformaciones permanentes producidas en el talud

por la accin ssmica se utiliz el Mtodo de Newmark, mediante algoritmos y

hojas de clculo para presentar los resultados (Alva Hurtado e Infantes, 2000). Se

tendr en consideracin que para el clculo de la deformacin permanente del

talud, adems del sismo de diseo, es necesario conocer la superficie de falla

propuesta y el valor de la aceleracin de fluencia calculada por el mtodo de

equilibrio lmite en el anlisis Pseudo-esttico. Los clculos de la deformacin

permanente se ejecutaron simulando condiciones antes del sismo para verificar

su falla y luego de realizada la estabilizacin del talud para predecir su

comportamiento satisfactorio ante el sismo de diseo.

Para los sismos de diseo se utilizaron los siguientes registros de la ciudadde Lima:

1. Sismo del 17 de Octubre de 1966

2. Sismo del 31 de Mayo de 1970

3. Sismo del 3 de Octubre de 1974

Para este fin se usaron los registros ssmicos con distintas amplificaciones de las

aceleraciones mximas a 0.28g, 0.50g, y 0.75g, y as de esta manera ser

utilizados en el anlisis de deformaciones permanentes.

Los clculos de la deformacin permanente se ejecutaron para la condicin talud

natural antes del sismo con el objeto de verificar su falla y luego de la

estabilizacin del talud para predecir su comportamiento satisfactorio ante el sismo

de diseo.


Km. 51+551


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PROVIAS NACIONAL

La condicin de servicio de un talud luego de un sismo est controlada por las

deformaciones, ms an si se trata de taludes, que su falla significa un grave

peligro, pudiendo producir daos ambientales y perdidas economica importantes.

De esta manera para determinar los desplazamientos permanentes de los taludes

se utilizo el mtodo de Newmark.

Para el caso de los taludes naturales del Sector La Vegas se ha establecido

valores lmites de hasta 20 cm, ya que se trata de materiales susceptibles a la

vibracin.

4.0 CALCULO DE DEFORMACIONES PERMANENTES CON SISMOS DE

DISEO

Se hizo uso de una hoja de calculo en Excel para realizar el clculo de

deformaciones permanentes, esta hoja est basada en la publicacin de Houston

et al (1987), adems se obtiene resultados grficos de forma inmediata y que son

presentados en los clculos siguientes.

Los valores de las aceleraciones de fluencia han sido determinados para la falla

del talud antes del sismo y despus del sismo.

Para los clculos se hizo uso de los valores de los registros ssmicos amplificadas

a valores de 0.28, 0.50, y 0.75g como aceleracin mxima, este procedimiento fue

posible gracias al programa SHAKE, el cual logra aumentar en forma proporcional

los valores del registro a aquellos valores de aceleracin mxima supuestos. Se

utiliz a la aceleracin de 0.28g dado que este es el valor mximo proveniente del

estudio de peligro ssmico.


Km. 51+551


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PROVIAS NACIONAL

La Tabla B presenta los resultados de los clculos de las deformaciones

permanentes para los taludes naturales el Sector Las Vegas determinados en

base a los registros simicos nombrados anteriormente.

El anlisis de los resultados de las condiciones pre-sismo nos indican que para

una falla del talud, el sismo de Lima de 1974 escalado a 0.28g se consider como

el de mayor importancia por presentar una mxima aceleracin y un contenido de

frecuencia mayor que los otros registros. Se not que tal registro produca

deformaciones permanentes menores de 51.31 cm en el talud para una

amplificacin de 0.50g; mientras que para una amplificacin de 0.75g se

desarrollaran deformaciones permanentes menores a 168.70 cm, Estos Valores

de Deformacin Permanente se dan el caso donde los taludes no han sido

estabilizados.

De la misma manera en la Tabla C se presentan los resultados obtenidos para

deformaciones permanentes en los taludes estabilizados. En este caso las

deformaciones permanentes son menores de 2.92cm con una amplificacin de0.50g y una deformacin de 20.12cm para una amplificacin de 0.75g.

En el Anexo Deformaciones Permanentes se muestran las hojas de clculo del

anlisis de deformaciones permanentes junto con grficas que complementan la

informacin, tanto para los taludes en un estado pre-ssmico as como con las

medidas correctivas de estabilizacin de los mismos.

ESTUDIO COMPLEMENTARIO DE ESTABILIDAD DE TALUDES Y ADECUACIN DEL EXPEDIENTE

Documents

Estudio de ad de Taludes1