Analisis de Estabilidad - Entrega2

 

ESTABILIDAD DE TALUDES

INFORME DEL ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

Autores Camilo Andrés Aguilar Ramírez Sergio Alejandro Porras Morales

Profesor: Fernando Esteban Sierra Aguirre

Medellín, mayo 3 de 2020

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Contenido

INTRODUCCIÓN   .............................................................................................................................. 4 OBJETIVOS  ....................................................................................................................................... 5 ALCANCE  .......................................................................................................................................... 5 ANÁLISIS ........................................................................................................................................... 6 SECCIÓN 1  ..................................................................................................................................... 6 SECCION 2  ..................................................................................................................................... 8 SECCION 3  ..................................................................................................................................... 9 ANALISIS PROBABILÍSTICO Y DE SENSIBILIDAD  ................................................................ 10 SECCION 1  ................................................................................................................................... 11 SECCIÓN 2  ................................................................................................................................... 13 SECCIÓN 3  ................................................................................................................................... 14 OBRAS DE INTERVENCION  ........................................................................................................ 16 SECCIÓN 1  .................................................................................................................................. 17 SECCIÓN 2  ................................................................................................................................... 19 SECCIÓN 3  ................................................................................................................................... 21 CONCLUSIONES.   ........................................................................................................................... 24

2

 

Tabla de figuras Tabla 1 . Datos representativos de las secciones estudiadas_______________________6 Figura 1.Modelos de Jambú y Morgenstern-Price para la sección 1________________7 _ Figura 2. Modelo Spencer para la sección 1__________________________________7 Figura 3. Modelos de Spencer y Morgensten-Price para la sección 2. ______________8 Figura 4. Modelo de Janbú para la sección 2. ________________________________8 Figura 5. Modelos de Janbú y Spencer para la sección 3. _______________________9 Figura 6. Modelo de Morgenstern and price para la sección 3. __________________10 Figura 7. Diagrama de sensibilidad phi vs F.S. para la sección 1. ________________11 Figura 8. Diagrama de sensibilidad C vs F.S. para la sección 1.__________________12 Tabla 2. Análisis probabilístico para la sección 1._____________________________12 Figura 9. Diagrama de sensibilidad phi vs F.S. para la sección 2_________________13 Figura 10. Diagrama de sensibilidad C vs F.S. para la sección 1._________________13 Tabla 3. Análisis probabilístico para la sección 2._____________________________14 Figura 11. Análisis de sensibilidad Phi vs F.S. para la sección 3__________________14 Figura 12. Análisis de sensibilidad C vs F.S. para la sección 3___________________15 Tabla 4. Análisis probabilístico para la sección 3._____________________________15 Figura 13. Sección 1 y su factor de seguridad antes de la intervención____________17 Figura 14. Sección 1 y su factor de seguridad después de la obra de intervención___18. Figura 15. Obra de intervención y factor de seguridad en condiciones sin sismo. ____18 Figura 16. Sección 2 y su factor de seguridad antes de la intervención____________19 Figura 17. Sección 2 y su factor de seguridad después de la obra de intervención. __20 Figura 18. Obra de intervención y factor de seguridad en condiciones sin sismo_____20 Figura 19. Sección 3 y su factor de seguridad antes de la obra de intervención______21 Figura 20. Sección 3 y su factor de seguridad después de la obra de intervención. ___22 Figura 21. Obra de intervención y factor de seguridad en condiciones sin sismo______23

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INTRODUCCIÓN El presente informe es una continuación a la caracterización geotécnica realizada anteriormente a un talud en tres secciones a las cuales, mediante ensayos de laboratorio se les definió parámetros geotécnicos como cohesión (C), peso específico ( γ), ángulo de fricción (Φ), nivel freático (NF) y estratigrafía. Se modelará la estabilidad del talud en cada una en las secciones, considerando diferentes superficies de falla y la presencia o no del nivel freático usando los modelos de Spencer, Morgensten-Price y Janbú; a su vez se modelará el talud en condiciones de un sismo, todo esto para analizar la variabilidad del factor de seguridad, además de la realización de un análisis probabilístico y de sensibilidad para el primer horizonte en cada una de las tres secciones. Para el desarrollo de este informe se utilizaron múltiples herramientas como el software de información Excel y softwares de diseño como Autocad y Slide, en los cuales se procesaron los datos de la forma del talud, variación del factor de seguridad, variación de los parámetros de cohesión, ángulo de fricción y nivel freático

4

 

OBJETIVOS   Definir para todas las secciones los mismos parámetros de cohesión y ángulo de fricción que se consideren representativos de las condiciones del talud.   Modelar la estabilidad en cada sección considerando una superficie de falla circular, no circular, la variación del nivel freático y la presencia de un sismo, usando los modelos de Spencer, Morgenstern-Price y Janbú.

•

•

•

  anteriores. Analizar la variación del factor de seguridad en cada uno de los escenarios   Tomando el modelo que mejor refleje de las condiciones del talud se le realizará un análisis probabilístico y de sensibilidad para observar la respuesta del F.S. cuando se varia la cohesión y el ángulo de fricción.   Proponer obras de contención que permitan aumentar la magnitud del F.S. teniendo en cuenta aspectos como la calidad del material y la altura critica.

•

•

ALCANCE El alcance de este informe se centra en tomar el modelo más representativo de las condiciones del talud para modelar los diferentes escenarios naturales a los cuales podría enfrentarse y proponer una obra de intervención inte rvención que aumente el factor de seguridad segur idad y como consecuencia disminuya la probabilidad de que el talud falle.

5

 

ANÁLISIS Se tomaron las tres secciones del talud, en las cuales según la estratigrafía definida en el trabajo anterior se logran observar dos estratos del perfil de d e meteorización de Deere-Patton, estos son: Suelo residual (IB): este estrato se caracteriza porque se pierde totalmente la textura de la roca parental. En las perforaciones que se realizaron este horizonte se conforma por partículas de tamaño limo-arenoso de coloración rojiza a café, presentando en algunas secciones oxidaciones leves, su humedad es media a baja y una consistencia muy firme. Saprolito (IC): se diferencia del suelo residual porque aún conserva la textura de la roca original se encuentra como un suelo limo-arenoso de coloraciones variables de rojizo, beige y café. Posee una mineralogía de cuarzo, moscovita y biotita, su humedad varia de alta a baja al igual que su consistencia. Cada uno de estos horizontes tiene características geotécnicas definidas en las tres secciones, sin embargo, para el correcto desarrollo del análisis de estabilidad se tomó para el primer estrato en todas las secciones una C, un Φ  y un peso específico que se consideraba representativo de las condiciones del talud, y de la misma manera para el estrato 2 en todas las secciones, dando como resultado los datos observados en la tabla 1. No obstante, cada sección posee su propia pendiente y el espesor de cada horizonte horizont e puede variar entre secciones. HORIZONTE

Φ (°)  (°) 

C(Kpa)

Suelo residual (IB) de todas las secciones Saprolito (IC) de todas las secciones

11 13

γ(KN/m3)  γ(KN/m3) 

24 25

Tabla 5 . Datos representativos de las secciones estudiadas.

Para modelar la estabilidad de las secciones en los diferentes escenarios se tomaron, los modelos de Janbú: evalúa fuerzas y cualquier superficie de falla, Morgenstern-Price: evalúa fuerzas, momentos y cualquier superficie de falla, y Spencer: evalúa momentos, fuerzas y cualquier superficie de falla. Con estos modelos y datos se procede a la realización del análisis en las tres secciones determinadas.

SECCIÓN 1: Usando los modelos de Janbú, Morgenstern-Price (figura 1) y Spencer (figura 2) se modelaron los escenarios de una superficie de falla circular y no circular, la presencia de agua o no, y tomando del estudio de microzonificación sísmica, el valor de la zona homogénea #14 (Poblado) de Asmax para calcular la aceleración horizontal (ah) y la aceleración vertical (av), y de esta manera modelar el talud con la presencia de un sismo. Asmax=0.2, Ah=0.67*0.2=0.134, Av= 0.1*Ah=0.0134.

6

15,92 11,01

 

JANBÚ

MORGENSTERN-PRICE

1,4 1,2 1  . 0,8    S  .    F 0,6 0,4

1,4 1,2 1  . 0,8    S  .    F 0,6 0,4

0,2 0

0,2 0 Circ Ci rcul ular ar

Circ Ci rcula ularr

No Ci Circ rcul ular ar No Ci Circ rcul ular ar No Ci Circ rcul ular ar No circular circular circular circular

Sin aguaS aguaSin in agua con agua

con Sin aguaS aguaSin in agua con agua agua

Estáti Est ático co Est Estáti ático co Est Estáti ático co Est Estáti ático co con sismo

con sismo

con sismo

No Ci Circ rcul ular ar No Ci Circ rcul ular ar No Ci Circ rcul ular ar No circular circular circular circular

Sin agua

con agua

Sin agua

con agua

con agua

Sin agua

Sin agua

Morgenstern-Price para la sección 1.

En estos gráficos de barras se observa la variación del factor de seguridad en diferentes escenarios y diferentes modelos. Se puede analizar que el F.S. no varía tanto entre los diferentes modelosdesiendo condición arrojando más establedatos cuandodeel talud estático, sin agua y una superficie fallala circular, F.S. espara Janbú=1.194, Morgensten=1.266 y Spencer=1.266; y siendo la condición más inestable cuando el talud tiene agua, hay un sismo y una superficie de falla no circular, arrojando datos de F.S. para Janbú=0.43, Morgensten=0.503 y Spencer=0.512.

SPENCER 1,4 1,2 1  . 0,8    S  .    F 0,6 0,4 0,2 0 No Ci Circ rcul ular ar No Cir ircu cula larr No Ci Circ rcul ular ar No circular circular circular circular

Sin agu aguaa Sin agu aguaa

con agua

con agua

Estático Estát ico Estát Estático ico Estáti Estático co Estáti Estático co

con agua

Estático Estát ico Estát Estático ico Estáti Estático co Estáti Estático co con con con con sismo sismo sismo sismo

con sismo

Figura 2.Modelos de Jambú y

Cir ircu cula larr

con agua

Sin agu aguaa Sin agu aguaa con sismo

con sismo

con agua

con agua

con sismo

con sismo

Figura 2. Modelo Spencer para la sección 1.

Ahora analizando las condiciones a las que se sometió el talud observamos, que la forma de la superficie de falla no condiciona de manera importante important e el F.S., tomando como ejemplo el modelo de Spencer (figura 2) y las condiciones estáticas, sin agua, la falla circular da un valor de Fs=1.266, y con falla no circular Fs=1.265, y de esta manera funciona igual para 7

 

los demás escenarios, en los otros dos modelos. También se observa que los ambientes que arrojan los valores de F.S. más bajos ocurren cuando existe un sismo y hay presencia de nivel freático, es decir, la combinación de estos dos factores genera los escenarios de mayor inestabilidad (figura 1 y 2).

SECCION 2 Usando los modelos ya mencionados, se procedió a evaluar los escenarios anteriores, obteniendo los gráficos de barras (figuras 3 y 4) mostrados a continuación.

SPENCER

MORGENSTERN-PRICE

1,4 1,2 1  . 0,8    S  .    F 0,6 0,4 0,2 0

1,4 1,2 1 0,8    S  .    F 0,6 0,4 0,2 0 Circ Ci rcula ularr Sin agua

No Ci Circ rcul ular ar No Ci Circ rcul ular ar No Ci Circu rcula larr No circular circular circular circular Sin agua

con agua

con agua

Sin agua

Sin agua

con agua

Circ Ci rcula ularr

con agua

Sin agua

EstáticoEstáticoEstáti Estát icoEstáticoEstáticoEstático coEstático con con con con sismo sismo sismo sismo

No Ci Circ rcula ularr No Ci Circ rcula ularr No Ci Circ rcula ularr No circular circular circular circular Sin agua

con agua

con agua

Sin agua

Sin agua

con agua

Estático Estát ico Estát Estático ico Estát Estático ico Estát Estático ico con con con con sismo sismo sismo sismo

Figura 3. Modelos de Spencer y Morgensten-Price para la sección 2.

Una vez graficado el F.S vs los ambientes dados, en cada uno de los modelos, se puede ver claramente que en todos los modelos tenemos escenarios en los que el talud es más estable, dando valores de cercanos a 1.2, y otros escenarios en los que este valor de F.S. cae hasta casi los 0.3, es decir completamente inestable.

JANBÚ 1,2 1 0,8  .    S  . 0,6    F

0,4 0,2 0 Circula Cir cularr No circ circula ularr Cir Circul cular ar No cir circul cular ar Cir Circula cularr No circ circula ularr Cir Circul cular ar No cir circul cular ar Sin Si n ag agua ua

Sin Si n ag agua ua co con n ag agua ua co con n ag agua ua

Está Es táti tico co

Está Es táti tico co

Está Es táti tico co

con agua

Sin Si n ag agua ua

Sin Si n ag agua ua co con n ag agua ua co con n ag agua ua

Está Es táti tico co co con n si sism smo o co con n si sism smo o co con n si sism smo o co con n si sism smo o

Figura 4. Modelo de Janbú para la sección 2.

8

 

Dada la variación tan fuerte pasamos a analizar los escenarios en que los F.S. bajan significativamente, dando como resultado el escenario de falla no circular, presencia de sismo y de nivel freático, que arroja valores para Spencer: 0.379, Morgensten-Price:0.372 y Janbú: 0.304, convirtiéndolo en el escenario de mayor inestabilidad. Estas variaciones tan marcadas en los factores de seguridad se atribuyen mayormente a la presencia de agua, ya que como podemos observar la presencia o no de este factor, disminuye los factores de seguridad entre 60-70% aproximadamente, teniendo como ejemplo las condiciones estáticas, sin agua, en fallas circular y no circular F.S. del rango entre 1.1-1.172 y 1.1081.17 respectivamente; pasando a rangos de entre 0.42-0.501 y 0.414-0.489 para las mismas condiciones pero ahora con presencia de agua.

SECCION 3 Al igual que en las secciones anteriores se evalúa la respuesta del factor seguridad de un talud cuando es sometido a diferentes condiciones de inestabilidad, para esto se usaron los ya nombrados modelos de Janbú, Morgensten-Price y Spencer (figura 5 y 6).

SPENCER

JANBÚ 1,2

1,2

1

1 0,8

0,8  .    S  . 0,6    F

 .    S  . 0,6    F

0,4

0,4

0,2

0,2

0

0 Circ Ci rcula ularr Ci Circ rcula ularr Con agua

Sin agua

Circula Cir cularCircu rCircular lar No No Cir Circula cularCircu rCircular lar No No circular circular circular circular

No No Cir Circul cular ar Cir Circula cularr No No circular circular circular circular Con agua

Sin agua

Con agua

Sin agua

Con agua

Con agua

Sin agua

Sin agua

Con agua

Sin agua

Con agua

Sin agua

Con agua

Sin agua

EstáticoEs Estát icoEstático táticoEstáti EstáticoEst coEstático ático Sismo Sismo Sismo Sismo

Estáti Est áticoEstá coEstátic ticoEstát oEstáticoEstá icoEstático tico Sism Sismo o Sis Sismo mo Sis Sismo mo Sis Sismo mo

Figura 5. Modelos de Janbú y Spencer para la sección 3.

Analizando nuevamente las variaciones del F.S. observamos el mismo patrón de las secciones anteriores, anterior es, es decir, el factor de seguridad en las diferentes modelaciones modelaci ones genera valores similares, esto se debe a que estos modelos evalúan en algunos casos los mismos factores. Ahora pasando a los escenarios en los que se modeló la sección 3, tenemos que de nuevo la presencia de agua es el factor que condiciona de manera más significativa la estabilidad del talud, aunque para esta sección se observa que en los ambientes con agua el F.S. se redujo en menor proporción en comparación con las secciones estudiadas anteriormente. Para observar el efecto del agua en la estabilidad tomamos de los modelos el escenario de sismo, falla circular circul ar y sin agua, arrojando valores de F.S. para Janbú=0.886, Spencer=0.895 9

 

y Morgenstern=0.895; ahora evaluando este mismo escenario, pero en presencia de agua el F.S. genera valores para Janbú=0.562, Spencer=0.637 y Morgenstern=0.636, es decir una reducción de aproximadamente 30-35% aproximadamente, esta variación es significativa, sin embargo no lo es tanto como en las secciones 1 y 2, donde la disminución del F.S. era del rango entre 60-70% aproximadamente.

MORGENSTERN-PRICE

1,2 1 0,8  .    S  . 0,6    F

0,4 0,2 0 Cir ircu cula larr

Circ Ci rcul ular ar

No circular

No circular

Cir ircu cula larr

Cir ircu cula larr

No circular

No circular

Con agu aguaa Sin agu aguaa Con agu aguaa Sin agu aguaa Con agu aguaa Sin agu aguaa Con agu aguaa Sin agu aguaa Est stát átic ico o Es Está táti tico co Está Estáti tico co Está Estáti tico co

Sism Si smo o

Sis ismo mo

Sis ismo mo

Sis ismo mo

Figura 6. Modelo de Morgenstern and price para la sección 3.

La razón de estas variaciones, es que las secciones, a pesar de pertenecer al mismo talud y haberles definido los mismos parámetros de cohesión y ángulo de fricción, cada una posee su propia pendiente y el espesor de los estratos varía en cada una de ellas.

ANALISIS PROBABILÍSTICO Y DE SENSIBILIDAD. Para estos análisis se debía elegir uno de los modelos usados en los numerales anteriores, el que mejor reflejara las condiciones del talud, es decir el más representativo. A pesar de que los modelos de Janbú arrojaban los valores de F.S. más bajos en las tres secciones se descartó ya que este modelo solo evalúa fuerzas y no momentos. Esto nos deja los modelos de Spencer y Morgenstern-Price cuyos resultados de F.S. son muy similares, sin embargo, entre estos dos el de Morgenstern genera en más ocasiones valores de factor de seguridad más bajos que Spencer, por lo que este fue el modelo designado para realizar los análisis de sensibilidad y probabilístico. La modelación con los F.S. menores en todas las secciones fue la de sismo, superficie de falla no circular y presencia pres encia de nivel freático, se tomó este escenario escenari o y se procedió a evaluar los factores de seguridad respecto a los parámetros de cohesión y Angulo de fricción, variando la presencia del sismo y del agua, ya que son considerados los parámetros que más condicionan la estabilidad del talud. Los análisis fueron realizados solo al primer estrato de cada sección, es decir, al estrato IB (suelo residual).

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SECCION 1

Sensitivity Plot    e    c 1,25    i    r    p   - 1,15    n    r    e    t 1,05    s    n    e 0,95    g    r    o 0,85    m     /    e 0,75     l    g   0,65    y    t    e     f 0,55    a    S     f    o 0,45    r    o    t    c    a    F

sismo-con agua  sismo-sin agua  estático-con agua estático-sin agua

23

23,2

23,4

23,6

23,8

24

Material IB : Phi (deg)

Figura 7. Diagrama de sensibilidad phi vs F.S. para la sección 1.

Para el análisis de sensibilidad, se tomaron los parámetros de Φ (figura 7) y Cohesión (figura 8) y se graficaron versus la variación del factor de seguridad, es diferentes condiciones de estabilidad. Se logró observar que el ángulo de fricción no es un parámetro representativo de la estabilidad, ya que en los diferentes escenarios el factor de seguridad se mantiene estable, a medida que el Φ aumenta, sin embargo, este parámetro posee un pequeño rango de variación, lo que podría explicar que el F.S. no cambie demasiado en las diferentes condiciones.

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Sensitivity Plot      n    r    e    t    s    n    e    g    r    o

1,4 1,2 sismo-con agua

    /    m    e    e 1     l    g    c    i   -    r 0,8    p    y    t    e     f 0,6    a    S     f    o    r 0,4    o    t    c    a    F

sismo-sin agua estático-con agua estático-sin agua 10

20

30

40

50

60

70

Material IB : Cohesion (kN/m2)

Figura 8. Diagrama de sensibilidad C vs F.S. para la sección 1.

Ahora centrándonos en la cohesión (C), vemos que, con este parámetro, existe variación del factor de seguridad en todos los escenarios, se observa obser va que a medida que la C aumenta también lo hace el F.S., es decir, son directamente proporcionales, y en los casos en los que el agua no está presente su magnitud aumenta considerablemente; tomando como ejemplo la condición estática, sin agua (figura 8), el factor de seguridad tiene un valor de 1.25 cuando la cohesión es de 11KN/m2, y aumenta llegando a valores de 1.44 cuando la cohesión es 61 KN/m2. SECCION 1 SISMO CON AGUA SISMO SIN AGUA

FS PROBABILIDAD DE PROBABILÍSTICO FALLA % 0,509 100 1,001 51,4

ESTÁTICO AGUA ESTÁTICO CON SIN AGUA

0,706 1,297

1000

Tabla 6. Análisis probabilístico para la sección 1.

En el análisis probabilístico realizado a la sección 1 (tabla 2) se observa que la presencia de agua tiene el mayor efecto en la inestabilidad del talud, los factores de seguridad se bajan considerablemente cuando está presente, porque este factor debe ser tenido en cuenta al momento de proponer obras de contención.

12

 

SECCIÓN 2 Los resultados del análisis de sensibilidad para el factor de seguridad con respecto al ángulo de fricción ( figura 9) arrojan que este último no es un parametro representativo de la estabilidad del talud, ya que, el F.S. se mantiene completamente estable mientras el phi aumenta, y se observa, que a pesar de las diferentes condiciones el primero seguía manteniendo el mismo valor. Aunque si se puede ver una brecha de F.S. entre las condiciones en que se evaluó con agua, las cuales son menores a 0.5, y las condiciones en las que se evaluó sin agua, las cuales son mayores que 0.9, dejando un rango entre (0.5-0.9) entre los que no ocurre nigún factor.

Sensitivity Plot 1,4      n    r    e 1,2    t    s    n    e 1    g    r    o    m 0,8     /    e   e     l    g    c    i   -    r 0,6    p    y    t    e     f 0,4    a    S     f    o 0,2    r    o    t    c    a    F

sismo-sin agua sismo-con agua estatico con agua estatico sin agua 23

23,2

23,4

23,6

23,8

24

Material IB : Phi (deg)

Figura 9. Diagrama de sensibilidad phi vs F.S. para la sección 2.

Sensitivity Plot    e    c 1,4    i    r    p      n    r 1,2    e    t    s    n    g    e 1    r    o    m0,8     /    e     l    g   - 0,6    y    t    e     f    a 0,4    S     f    o    r 0,2    o    t    c    a    F

sismo-con agua sismo-sin agua estático-con agua estático-sin agua

10

20

30

40

50

60

70

Material IB : Cohesion (kN/m2)

Figura 10. Diagrama de sensibilidad C vs F.S. para la sección 1.

13

 

Cuando el análisis se realiza reali za con la cohesión (figura 10) se observa obs erva que el F.S. se comporta completamente diferente difer ente a los datos obtenidos en la figura 9. Se logra observar que q ue cuando la cohesión aumenta el F.S. también lo hace, teniendo un mayor aumento cuando se modeló en condiciones secas y en menor proporción cuando las se evalúa en condiciones húmedas, esto se debe a que el agua disminuye la cohesión entre las partículas quitándole resistencia al suelo. Y nuevamente se observa la brecha entre valores de F.S. modelados con agua, lo cuales no superan los 0.53, y las modelaciones con agua las cuales llegan a valores de F.S. de hasta 1.28, marcando la importancia del agua en la estabilidad. SECCION 2 SISMO CON AGUA SISMO SIN AGUA ESTÁTICO CON AGUA ESTÁTICO SIN AGUA

FS PROBABILÍSTICO PROBABILIDAD DE FALLA % 0,376 100 0,916 100 0,487 100 1,190 0

Tabla 7. Análisis probabilístico para la sección 2.

En la tabla 3 se aprecia los resultados del análisis probabilístico, y se observa que todos los escenarios a excepción del estático sin agua, dan completamente inestables y con probabilidad de falla del 100%, esto se debe a que además de tener factores desestabilizantes como lo es el sismo y el agua, esta sección cuenta con una pendiente mayor en comparación con las otras, lo que ayuda a que el talud pueda fallar más fácil.

SECCIÓN 3 Para esta sección los resultados del diagrama de sensibilidad con el ángulo de fricción (figura 11), poseen el mismo comportamiento que las secciones anteriores, phi no es un parámetro representativo en la estabilidad del talud debido a que su rango de variación es muy pequeño, por lo que el F.S. se mantiene sin cambios a lo largo del análisis.

Sensitivity Plot    e    c    i    r    p      n    r    e    t    s    n    e    g    r    o    m     /    e     l    g      y    t    e     f    a    S     f    o    r    o    t    c    a    F

1,4 1,2 1 0,8

sismo-con agua

0,6

sismo-sin agua

0,4

estático-con agua

0,2

estático-sin agua

0 22,8

23

23,2

23,4

23,6

23,8

24

IB : Phi (deg)

Figura 11. Análisis de sensibilidad Phi vs F.S. para la sección 3.

14

24,2

 

Cuando pasamos a analizar el factor de seguridad respecto la cohesión en la sección 3 (figura 12), encontramos que, en las condiciones con agua, el F.S. posee valores bajos, pero no cambia mucho cuando la cohesión aumenta, se presenta un aumento mas no es significativo, es decir, se mantiene en las condiciones de inestabilidad.

Sensitivity Plot 2,5    e    c    i    r    p   2    n    r    e    t    s    n    e    g    r 1,5    o    m     /    e     l    g   1    y    t    e     f    a    S     f    o    r 0,5    o    t    c    a    F

sismo-con agua sismo-sin agua estático-con agua estático-sin agua

0 0

10

20

30

40

50

60

70

IB : Cohesion (kN/m2)

Figura 12. Análisis de sensibilidad C vs F.S. para la sección 3.

Por otro lado, en las condiciones secas observamos algo diferente, el F.S. aumenta a medida que la cohesión crece, volviendo más estable el talud, en las condiciones sin agua y estáticas el F.S. aumenta de 1.07 a 1.98. SECCION 3 SISMO CON AGUA SISMO SIN AGUA ESTÁTICO CON AGUA ESTÁTICO SIN AGUA

FS PROBABILÍSTICO PROBABILIDAD DE FALLA % 0,602 100 1,061 0,86 1,286

17,8 100 0

Tabla 8. Análisis probabilístico para la sección 3.

Los resultados del análisis probabilístico compilados en la tabla 4, muestran que en los dos escenarios donde se modeló la presencia del agua, la probabilidad de falla dio del 100%, convirtiéndolo en el factor clave en la inestabilidad del talud. Como se observa, la presencia del sismo también genera que el factor de seguridad baje y genera una probabilidad del 17.8% de ocurra la falla, pero no es tan fuerte como el efecto causado por el agua. Además, Adem ás, la mejor condición ocurre cuando el talud esta estático, y no hay nivel freático, reduciendo a 0 la probabilidad de ocurra la falla. 15

 

Como se observó en todas las secciones del talud, la cohesión estaba directamente relacionada al aumento del factor de seguridad, incluso en los escenarios donde el suelo se encontraba saturado, se veía un aumento, aunque era leve en comparación en las condiciones secas. Este comportamiento se puede explicar mediante la fórmula de resistencia al corte: T= C + σ tan(Φ). Donde T es la resistencia al corte. Como se observa en la ecuación la cohesión es un factor independiente que condiciona directamente la resistencia al corte, si C aumenta, T también lo hará y esto conllevará a que el suelo sea más competente y resista más los esfuerzos cortantes, evitando así la ruptura en falla. No obstante, en las modelaciones se logra apreciar que el agua cumple la función contraria, disminuyendo el efecto de la cohesión y aumentando los esfuerzos en la masa de suelo.

OBRAS DE INTERVENCION Las obras de intervención se realizan al talud, con el fin de estabilizarlas aumentando el factor de seguridad y disminuyendo la probabilidad de falla. Dado que enlas estesecciones talud el agua fueobras el principal causante de la inestabilidad, recomienda para todas unas que logren reducir la infiltraciónsedel agua de escorrentía y que permitan evacuar de forma rápida el agua lluvia evitando así que los efectos de la erosión perjudiquen la estabilidad del talud y que de igual manera se logre un abatimiento del nivel freático, es decir, bajar el nivel del agua hasta que ya no afecte el talud. Entre las obras con las que se pueden mitigar los efectos de la erosión y lograr este abatimiento del nivel freático se encuentran: Canales o zanjas de desvío de la escorrentía, zanjas de corona,  canales colectores en espina de pescado,  drenes franceses,  trinchos o cortacorrientes. Al calcular los parámetros de altura crítica por el método de la cuña, se recomienda un terraceo a lo largo de las secciones del talud, de esta manera se logra aumentar el factor de la seguridad lo ysuficiente paralaque sea estable, permiteque minimizar pendiente ayuda a como disminuir erosión, ademásesta se recomienda reobra comienda una vezelseefecto haya realizado el terraceo se le establezca vegetación ya que está comprobado que esta última ayuda a estabilizar el talud por medio de sus raíces y a disminuir los efectos desestabilizantes del agua. A continuación, se presentan imágenes de las modelaciones antes y después de la intervención del talud, con el fin de mostrar el aumento del factor de seguridad posterior a la obra.

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SECCIÓN 1  1 

Figura 13. Sección 1 y su factor de seguridad antes de la intervención.

En la sección 1 se aprecia que el factor de seguridad es muy bajo (figura 13), en condiciones de sismo y presencia de nivel freático, es de 0.509 y con una probabilidad de falla del 100%.

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Figura 14. Sección 1 y su factor de seguridad después de la obra de intervención.

Para la obra de intervención de la sección 1 (figura 14) se diseñó un terraceo con una altura de 2.72 m y una berma de 3.086m de ancho, además de una inclinación de 35°, de este modo disminuyendo la pendiente, quitando gran parte de la masa de suelo, además de bajar el nivel freático freátic o hasta que ya no afecta la sección, esto hace que el factor de seguridad se eleve hasta los 1.216 y la probabilidad de falla disminuya hasta 0%.

Figura 15. Obra de intervención y factor de seguridad en condiciones sin sismo.

Y para condiciones en las que no hay sismo presente (figura 15), esta obra genera un F.S. de 1.685 y 0% de probabilidad de falla. Como se observa en las figuras anteriores, la realización de esta obra de intervención, provoca que el horizonte IB (de color marrón) sea removido prácticamente por completo de la sección.

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SECCIÓN 2 Para esta sección (figura 16) se aprecian el nivel freático y la carga sísmica además de que su pendiente es mayor a las otras secciones, por lo que su factor de seguridad será el menor de todos, con una magnitud de 0.377 y una probabilidad de falla del 100%.

Figura 16. Sección 2 y su factor de seguridad antes de la intervención.

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Una vez realizados los cálculos necesarios, se modela un terraceo con una altura de 2.655m y una berma de 3.035 m de ancho, con una inclinación inc linación de 44° (figura (fig ura 17), y aún con sismo observamos que el F.S. aumento a 1.116, disminuyendo hasta cero la probabilidad de que el talud falle.

Figura 17. Sección 2 y su factor de seguridad después de la obra de intervención.

Figura 18. Obra de intervención y factor de seguridad en condiciones sin sismo.

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Ahora, cuando es modelado en un escenario donde no hay sismo (figura 18), el factor de seguridad aumenta hasta 1.501 y probabilidad de falla 0%. Con esta obra, el horizonte IB desaparece completamente, dejando una sección homogénea con solo el estrato IC (verde)

SECCIÓN 3

Figura 19. Sección 3 y su factor de seguridad antes de la obra de intervención.

En la sección 3 (figura 19) a pesar de ser la de menor pendiente, el factor de seguridad antes de la obra es de 0.602 y 100% de probabilidad de fallar, dado el escenario en que se modeló 

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Figura 20. Sección 3 y su factor de seguridad después de la obra de intervención.

Como se aprecia en la figura 20, se realiza un abatimiento del nivel freático de modo que este no afecte al talud, y se diseña un terraceo con una altura de 2.736m y una berma de 3.033m, con una inclinación de 35°, para condiciones con sismo el F.S. aumenta hasta 1.167, casi el doble de la condición inicial (figura 19)

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Figura 21. Obra de intervención y factor de seguridad en condiciones sin sismo.

Cuando la carga sísmica es retirada de la modelación (figura 21) el factor se seguridad aumenta a 1.607 fuera de peligro de fallar. En esta sección el estrato IB resultó menos afectado que en las anteriores secciones, ya que aún se conserva una parte de su espesor.

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CONCLUSIONES. CONCLUSIONES.   El factor más desestabilizante fue la presencia de agua, siendo evidente en las diferentes gráficas y tablas presentadas anteriormente, donde en todos los casos en que había presencia de agua el factor de seguridad disminuía notoriamente hasta hast a en un 70% bajo ciertas condiciones.

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  El factor de seguridad más bajo ob obtenido tenido en los ddiferentes iferentes métodos se alcanzaba al modelar el talud con presencia de agua, carga sísmica y con superficie de falla no circular.

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  El ángulo de fricció fricción n (Φ) es un parámetro que no es representativo en la estabilidad de un talud ya que el cambio de este no genera variaciones significativas s ignificativas en el factor de seguridad, como se evidencia en las figuras (7, 9 y 11)

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  La (C) contrario fricción n si cohesión es representativa en la de cohesión las secciones, ya quealalángulo tener de unafricció mayor se obtiene unestabilidad factor de seguridad más alto, incluso en escenarios en donde el suelo se encuentra saturado, esto se observa en las figuras (8, 10 y 12)   Al modelar el perfil 2 con el terraceo sin presencia de carga sísmica por el método de Morgenstern-Price con superficie no circular en el Software de Slide, se obtuvo un factor de seguridad de 1.501 mientras que al modelarlo con carga sísmica se obtuvo un factor de seguridad de 1.116, este se redujo en un 25.65%, lo que evidencia que dichas cargas sísmicas son factor desestabilizante muy importante a tener en cuenta en el modelamiento de taludes. De igual manera se presentó en los perfiles 1 y 3 al reducirse el FS en 28.02% y 27.37% respectivamente al modelarlos

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con carga sísmica.

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