Tema 4 Parte2

TEMA 4. MECANICA DEL SUELO (III)

Estabilidad de taludes

Mecnica de Suelos y Rocas 2 Grado TM, RE y C. Departamento de Geologa. Universidad de Jan. EPS Linares. Curso 2012/2013

Manawatu Gorge, Nueva Zelanda

Taludes: Suelo Roca

Taludes:

Naturales Artificiales:

Cortes Terraplenes


TIPOS DE TALUDES

TALUDES EN SUELOS: ESTABILIDAD


FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD

La estabilidad de un talud est determinada por factores geomtricos (altura, inclinacin), factores geolgicos (planos de estratificacin, diaclasas, fallas, zonas de debilidad y anisotropa litolgica), factores hidrogeolgicos (agua) y factores geotcnicos, relacionados con el comportamiento mecnico (resistencia, deformabilidad)

La combinacin de estos factores determinar las condiciones de rotura. Existen factores condicionantes y desencadenantes:

Varnes (1978)

(a) Cadas (Falls)

(b) Vuelco (Topple)

(c) Deslizamiento (Slides)

(d) Escurrimiento (Spread)

(e) Flujo (Flow)

Tipos de deslizamientos:

Superficiales

Rotacionales

Traslacionales

TIPOS DE ROTURA EN TALUDES


TIPOS DE ROTURA EN TALUDES


Deslizamientos Rotacionales

Rotura Local

Rotura de Pie

Rotura Profunda o de Base Material mas resistente

A partir de observaciones: En general se toma superficie de rotura circular

Mecnica de Suelos y Rocas 2 Grado TM, RE y C. Departamento de Geologa. Universidad de Jan. EPS Linares.

Formacin de Superficie de Rotura progresiva


Se debe de determinar el Coeficiente de seguridad (F) del talud:

F = Fuerzas estabilidadoras / Fuerzas desestabilizadoras

Para taludes permanentes, F debe de ser superior a 1.5 (normalmente 2), aunque lo normal es que sea en torno a 1.3, para garantizar la

estabilidad del talud

Se pueden analizar otras superficies cinemticamente posibles, hasta encontrar la superficie de rotura con menor coeficiente, que se toma

como la superficie potencial de rotura del talud

TALUDES EN SUELOS: ANLISIS DE LA ESTABILIDAD


Los mtodos de anlisis de estabilidad se basan en un planteamiento fsico-matemtico en el que intervienen las fuerzas estabilizadoras y

desestabilizadoras que actan sobre el talud

Se debe determinar Factor de seguridad al deslizamiento

Factor de seguridad = 1 Deslizamiento del talud

Comparar colaboracin de esfuerzos que tienden a producir deslizamiento (esfuerzos motores) con los que tienden a evitarlo (esfuerzos resistentes)

Definir superficie de rotura

TALUDES EN SUELOS: ANLISIS DE LA ESTABILIDAD

Los mtodos de equilibrio lmite se pueden usar considerando la masa total (bloque) o la masa dividida en fajas verticales, vlido para

materiales heterogneos

ANLISIS DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES

METODOS DE EQUILIBRIO LMITE. Son los ms utilizados. Comparacin de las fuerzas que tienden al movimiento con las fuerzas resistentes que se oponen al mismo a lo largo de una determinada superficie de

rotura.

Se basan en la seleccin de una superficie terica de rotura, el criterio de rotura de Mohr-Coulomb y la definicin de coeficiente o factor de

seguridad (F).

Se asume: la superficie de rotura debe ser cinemticamente posible, y ser computada mediante datos conocidos (peso especfico, presin de agua, etc.) y que la resistencia se moviliza a lo largo de todo el plano de

rotura


Como mtodos clsicos se pueden considerar:

Anlisis de roturas planas en taludes infinitos

Anlisis de varios bloques de terreno que interaccionan entre s (mtodo de las cuas)

Anlisis del equilibrio total de una masa deslizante, de desarrollo circular, con roturas curvas

Los que analizan el terreno en fajas verticales (dovelas)

Superficie de rotura plana y paralela a talud Masa que desliza de pequeo espesor Esfuerzos en caras verticales iguales y opuestas

Si se moviliza toda la resistencia al corte (FS = 1), talud ser estable para i = i: ngulo de reposo : ngulo de rozamiento interno efectivo

mx

d

ii

FS

isenW

iW

isenW

NFS

daWiWNisenWT

tan

tan

tan cos

tan

; cos ;

T

i W

a

d

N

Equilibrio de fuerzas


O

Fuerzas Resistentes

W

G

R Fuerzas Motoras

b

H

Su

d

Determinar centro para menor FS

ii

iui

motor

resistente

dW

lSR

M

MFS

.

..

Suelo estratificado

dW

lRS

M

MFS u

motor

resistente

.

..

Suelo uniforme

Estabilidad al Deslizamiento Circular Mtodo Sueco Condicin no drenada (Fellenius)

Mecnica de Suelos y Rocas 2 Grado TM, RE y C. Departamento de Geologa. Universidad de Jan. EPS Linares

Estabilidad al Deslizamiento Circular Mtodo Sueco Mtodo de las Dovelas simplificado (Fellenius)

O

R

b

H

ii

ii

ii

ii

motor

resistente

sen.W

l. tanL.c

sen.W

l.

M

MFS

tan.cMohr-Coulomb:

Ei+1

Dovela (i)

Wi

Ei

li

i

i

Wi

Wi.sen

Wi.cos

Xi+1 Xi

ai

ai+1

Resultante de fuerzas laterales nula en direccin normal a arco de deslizamiento

Estabilidad al Deslizamiento Circular

Mtodo del Crculo de Friccin (Taylor, 1937)

O

W

r

b

R

r

L

L

R = r.sen d

F

d

Rc

rc = r. L/L

Crculo de Friccin

N

R

r

FS

tan

FS

c

FS

'

N

R

F

4 incgnitas:

FS, magnitud y lnea de accin de N, r

Existen mtodos que consideran parcial o totalmente fuerzas entre dovelas (Bishop, Jambu, Spencer)

Existen mtodos que suponen otros tipos de superficies de falla (mtodo de la cua, espiral logartmica, etc.)

Mtodo de dovelas simplificado da coeficientes de seguridad con intervalo de confianza de 10% respecto a parmetros de resistencia supuestos. Fundamental eleccin de parmetros resistentes

Otros casos a considerar: largo plazo con flujo en rgimen establecido (redes de flujo), vaciado rpido (elevadas presiones neutras)

Se puede ajustar parmetros de proyecto a partir de observacin de comportamiento de terraplenes de prueba instrumentados (monitoreo de deformaciones y presiones neutras)

Consideraciones Generales

MEDIDAS DE ESTABILIZACIN


Para su diseo (tras rotura o deformacin) o por otros motivos (constructivos, econmicos, etc.) hay que conocer:

Propiedades y comportamiento geomecnico del terreno

Mecanismo y tipologa de roturas (velocidad, direccin, geometra)

Factores geolgicos (hidrogeolgicos): mineraloga, fbrica, nivel fretico, presin de agua, permeabilidad.

ESTUDIOS GELOGICOS Y GEOTCNICOS, IN SITU Y COMPLEMENTADOS CON ENSAYOS DE LABORATORIO


En definitiva, se trata de controlar las fuerzas desestabilizadoras, para conseguir un coeficiente de seguridad ptimo en cada caso

para cada talud:

El peso de los materiales

Las propiedades resistentes del suelo

El agua

Las medidas estabilizadoras pueden ser:

Modificacin de la geometra del talud

Medidas de drenaje

Elementos estructurales resistentes

Muros y elementos de proteccin

MEDIDAS DE ESTABILIZACIN Modificacin geometra

Disminucin de la inclinacin del talud

Eliminar peso de la cabecera: Descabezamiento

Incremento de peso al pie del talud (escolleras o tacones)

Escalonar el talud (bancos y bermas)

A priori es mas favorable el tratamiento en la parte baja del talud (con muros cimentados o gaviones), aunque debe de estar bien diseado

Son las soluciones ms recurridas, pero suelen presentar muchos problemas: dificultades de acceso, expropiacin de terreno, vertidos de

material excavado,etc.

MEDIDAS DE ESTABILIZACIN Modificacin geometra

MEDIDAS DE ESTABILIZACIN Drenaje


Eliminar o disminuir al agua presente en el talud: disminuir presiones instersticiales que desestabilizan las superficies de rotura. Son las

medidas ms efectivas.

Drenaje superficial: zanjas, cunetas de drenaje, canalizaciones, desvos, impermeabilizacin. Su diseo vara en funcin de las caractersticas locales. El objetivo es evacuar el agua fuera del talud.

Drenaje profundo: Deprimen el nivel fretico y sacan el agua del talud. Se debe tener en cuenta: permeabilidad, radio de accin, la posible rotura de los propios elementos drenantes

Drenes californianos, pozos verticales, pantallas drenantes


Autova A-3 (Perales de Tajua, Madrid)

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