Sesión 2 estabilidad taludes suelos granulares

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Sesión 2 estabilidad taludes suelos granulares

  1. 1. CURSO DE ESTABILIDAD DE TALUDES SESION II: ESTABILIDAD DE TALUDES DE SUELOS GRANULARESANALISIS DE ESTABILIDAD Y OBRAS DE ESTABILIZACION
  2. 2. GEOMETRIA DE SUPERFICIES DE FALLA: FALLA DE “PIE DE TALUD”
  3. 3. TALUDES DE SUELOS GRANULARES LIMPIOS (c´=0, φ´≥30°) Sin Sismo A B C FS Con Sismo 1.4 + 1.2 + Estable + 1.0 r 0.8 Inestable r A B C Fallamiento de Taludes de Suelos Granulares Limpios
  4. 4. CUESTA DE ÑAUPEPanamericana Norte km 145 - 149de Chiclayo.
  5. 5. MODELO DE TALUD INFINITO N T T = Wsenα S N = Wcosα α S = Ntanφ = Wcosα tanφ FS = S/T FS = tanφ/tanα
  6. 6. PANAMERICANA SURCERRO DE ARENA KM 715 – KM 774 (entre Atico y Ocoña)
  7. 7. TALUDES DE SUELOS GRANULARES LIMPIOS CON FILTRACION Sin Filtraciones A B C FS 1.4 Con Filtraciones + 1.2 + Estable + 1.0 0.8 Inestable r r A B C Taludes de Suelos Granulares Limpios sujeto a Filtración
  8. 8. TALUDES DE SUELOS GRANULARES CON FINOS (c´>0, φ´≥30°) A B C FS 1.4 Cohesión Fricción Zona Cohesion Intermedia Critica + 1.2 + 1.0 + Estable Fricción Inestable 0.8 r r A B C Taludes Granulares con Finos Plásticos
  9. 9. INFLUENCIA DE LA COHESION Taludes pueden sostenerse con Φ pendientes α mayores a φ
  10. 10. SUELOS GRANULAR CON FINOS CON PERDIDA DE COHESIONHumedecimiento A B C FS Sin LLuviaSuperficial porlas LLuvias 1.4 Con LLuvia 1.2 + Estable 1.0 + Inestable 0.8 + r r A B CSuelos Granulares con Finos y Disminución de Cohesión por Lluvias
  11. 11. METODOLOGIAS PARA EL ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
  12. 12. Método de Equilibrio de Momentos FS = R2.θc.su/(Wd+Pwdw+Pkdk) d +0dw θbc grieta W dkPw b c.g. + R Pk c su
  13. 13. Método de Fellenius o de las Dovelas FS = ΣSi/ΣTi Si = suli = culi + σi.li.tanφu σi.li = Ni = Wi.cosαi Ti = Wi.senαi bi Wi = biγihi Wihi Ti Ni Sui αi (+)
  14. 14. Método de Fellenius o de las Dovelas-Suelos Granulares Si = s.li = c’.li + σ’i.li.tanφ’ FS = ΣSi/ΣTi σ’i.li = Ni - Ui = Wi.cosαi -ui.li ui = γw.hw Wi = biγihi Ti = Wi.senαi Wi hw Ti Ni línea piezométricaui Si
  15. 15. ANALISIS DE ESTABILIDADLos métodos utilizados actualmente dividen la masa inestable en dovelas orebanadas verticales deslizantes.El Factor de Seguridad FS es la relación entre las fuerzas resistentes y lasfuerzas actuantes en el plano potencial de falla definido de manera previa. bi Wi Ni hi Ti Sui
  16. 16. Método de Bishop:• Desarrollado para roturas circulares.• Interacciones entre rebanadas son nulas.• Considera el equilibrio de momentos respecto al centro del arco circular.• Versión posterior puede aplicar a superficies no curvas definiendo centros ficticios.Método de Janbu.-• Considera superficies no necesariamente circulares.• Supone que la interacción entre rebanadas es nula.• Se define una línea de empuje entre las rebanadas.• Considera el equilibrio de fuerzas y momentos.
  17. 17. Método de Spencer:• Es un método riguroso.• Supone que de la interacción entre rebanadas aparece una componente de empuje con ángulo de inclinación constante.• Mediante iteraciones, analiza tanto el equilibrio en momentos como en fuerzas en función.• La convergencia hacia un mismo valor determina el FS correspondiente.• Es aplicable tanto a roturas circulares como generales.
  18. 18. • Método de Morgenstern y Price:• Considera el equilibrio de momentos como de fuerzas.• La diferencia fundamental estriba en que la interacción entre rebanadas viene dada por una función.• Presenta problemas de convergencia.• Método de Sarma:• 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.
  19. 19. ¿Cual debe utilizarse?.La respuesta depende de muchas variables, especialmentede la geometría de la línea de falla asumida, de losparámetros de resistencia considerado y la forma deactuación del agua.
  20. 20. Falla Circular
  21. 21. Falla Tipo Cuña
  22. 22. Falla Compuesta
  23. 23. Un caso de trazado de una carretera a media ladera enun macizo de suelo con rotura circular, donde se apreciala excelente aproximación que se obtiene utilizandoBishop, Janbu y Spencer.
  24. 24. INFLUENCIA DEL SISMO- La fuerza sísmica interviene mediante la componente horizontal: Pk = c.Wdonde: c : coeficiente sísmico W : peso de la masa de suelo inestable.- El coeficiente sísmico depende de: - la sismicidad de la zona - la importancia del proyecto - los riesgos económicos y sobre la vida
  25. 25. Tabla 1: Coeficientes Sísmico en Análisis de EstabilidadSismicidad de la Zona: Coeficiente Sísmico:Alta, cercana a la costa peruana ofuente sismogénica local 0,17 a 0,22Media, zona andina y ceja de selvao a 75 km. de fuente sismogénica local 0,10 a 0,17Baja o Nula, zona de selva baja. 0,00 a 0,10
  26. 26. 5.0 Método de Bishop Simplificado, 1954- El método de dovelas no es muy preciso para suelos friccionantes.- El método considera el equilibrio de fuerzas verticales.- Adicionalmente, a la condición de equilibrio de momento global.- Las fuerzas normales, Ni es determinado con mayor precisión.- La resistencia de los suelos “friccionantes” (φ>0) depende de los esfuerzos confinantes.(fuerzas normales, Ni).- El Método de Bishop proporciona resultados tan precisos como los métodos denominado “rigurosos”.- El Método de Bishop es un método iterativo. Es necesario iniciar el cálculo mediante la consideración de un valor inicial del FS (generalmente se asume un FS=1).
  27. 27. El Método de Bishop utiliza la siguiente expresión: FS = 1/ΣWisenαi . Σ[c’ibi+(Wi-uibi) tanφ’i]/mαi mαi = cosαi [1+(tanαi tanφ’i /FS)]- Si se considera las fuerzas de sismo, se tendrá la expresión, para superficie de falla circular: FS=1/[ΣWisenαi+KΣWicosαi-(K/2R)ΣWihi] . Σ[c’ibi+(Wi-uibi)tanφ’i]/mαidonde:K : coeficiente sísmicohi : altura media de la dovelaR : radio de curvatura de la superficie de falla
  28. 28. ESTUDIO DEFINITIVO DE ESTABILIZACIÓN DE TALUDES Y DESLIZAMIENTOS CARRETERA PANAMERICANA SURSECTOR CERRO DE ARENA KM 715 – KM 774 (entre Atico y Ocoña)
  29. 29. EXPLORACIONES DE CAMPO• 05 líneas de refracción sísmica - 3415 km.• 04 ensayos de penetración estándar SPT - 21.80 km.• 14 ensayos de Cono Peck - 55.65m.• 26 ensayos de Cono Sowers - 58.4 m.• 14 ensayos de SPL - 62.70m.• 15 muestras inalteradas en anillo.La Tabla se presenta la ubicación y cantidad de ensayos.
  30. 30. ENSAYOS DE LABORATORIO• Análisis Granulométrico.• Ensayos de Corte Directo en muestras de anillo.• Humedad que varían de 0.37% a 3.09%.• Densidad de muestras de anillos: 1.52 a 1.6 gr/cm3.• Cloruros, Sulfatos y Sales Solubles Totales.• Las muestras, ubicación los resultados en la Tabla.
  31. 31. CARACTERISTICAS FISICAS Y MECANICAS• Suelo : Arena cementada, fina, limpia a limosa• SUCS : SP, SP-SM y SM• γd : 1,55 gr/cm3• Cohesión : 0.1-0.25 kg /cm2• φ´ : 33º
  32. 32. ANALISIS DE ESTABILIDAD Altura > 20m Talud 30°-32° Amax 0.35g
  33. 33. ESTABILIZACION- Tendido de Talud: Corte, Banquetas.- Berma de pie de talud con una altura de 0.25 - 0.30H.- Obras de Contención que soporte la masa inestable que es proporcional a la altura del talud:- Muros de Gravedad: Empedrado, Concreto Simple, Gaviones, Geoceldas, Tierra Armada o Suelo Reforzado con Geomalla o Geotextiles, Crib-wall (cajones).
  34. 34. TENDIDO DE TALUDBERMADE PIE CORTE BANQUETA CORTE Y RELLENO
  35. 35. OBRAS DE CONTENCION MASA INESTABLEESTABILIDAD INTERNA ALTURA DE LA Φ ESTRUCTURA DE CONTENCION ¼ A 1/5 DE ALTURA DE TALUD
  36. 36. Muro Reforzado de Gaviones - Antamina
  37. 37. Muro de Concreto (protección)
  38. 38. COSTO COMPARATIVOS DE TIPOS DE MUROS DE CONTENCION
  39. 39. MURO DE GRAVEDAD DE GEOCELDAS AREA DE CORTE= 3.00 m2 COTA BASE DE MURO = 130.006 m ALTURA=2m Progresiva 731+020 CELDAS EXTERIORES CON GRAVA PERFIL DE TERRENO ANTERIOR EJE DE VIA TA LU DD Linea blanca EC OR TE 2 BASE MEJORADA 1 0.500 1.40 1.000 COTA DE EJE= 129.524
  40. 40. Estabilidad Externa Estabilidad Interna MOVIMIENTO HORIZONTAL ROTACIÓN MOVIMIENTO ENTRE CAPAS MOMENTO RESBALAMIENTO INTERNO VOLCAMIENTO Estabilidad Externa MOVIMIENTO HORIZONTAL ROTACIÓN ROTACIÓN INCLINACIÓN SEDIMENTACIÓN MOMENTO RESBALAMIENTO VOLCAMIENTO CAPACIDAD DE SOPORTE
  41. 41. PROCESO CONSTRUCTIVOKM. 731+00 AL KM. 731+248 Limpieza del material del pie del talud
  42. 42. Colocación de paneles para evitar el deslizamiento de la arena hacia la zona de trabajo.
  43. 43. Instalación de la capa de base del cimiento las celdas se rellenan con afirmado
  44. 44. Colocación de las geoceldas
  45. 45. Humedecimiento del talud para su contención momentánea durante el período de trabajo.
  46. 46. Perfil final del muro de confinamiento
  47. 47. COMPORTAMIENTO SISMICODE OBRAS DE CONTENCION EN TALUDES DE ARENASISMO DE OCOÑA 21.06.01
  48. 48. Sismo de Ocoña 21.06.01
  49. 49. Sismo de Ocoña 21.06.01
  50. 50. Sismo de Ocoña 21.06.01
  51. 51. Sismo de Ocoña 21.06.01
  52. 52. Sismo de Ocoña 21.06.01
  53. 53. PILAS DE LIXIVIACION
  54. 54. PILAS DE LIXIVIACION
  55. 55. INESTABILIDAD TALUD AGUAS ABAJOPROCESO DE CARGUIO NO RECOMENDABLE
  56. 56. PROCESO DE CARGUIO RECOMENDABLE
  57. 57. MUY DENSO SEMICOMPACTOMUY SUELTO
  58. 58. A MAYOR PRESION VERTICALCONFINANTE MENORANGULO DE FRICCION
  59. 59. ENVOLVENTE DE FALLA CURVAτmax φ (σn) σnBAJO CONFINAMIENTO ALTO CONFINAMIENTO
  60. 60. RESPUESTARESPUESTA LENTARAPIDA
  61. 61. CONTRADICE TEORIA DE ENVOLVENTE CURVO
  62. 62. ¿MAYOR CONFINAMIENTO NO ERA MENOR ANGULO DE FRICCION? 45º 42º 40º 36º

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