Coeficiente de Estabilidad de Taludes, SLIDE

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA FACULTAD DE GEOLOGIA, GEOFISICA Y MINAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOFISICA

Coeficientes de Seguridad de Taludes Curso: Geotecnia Condori Nifla Miguel Angel 21/05/2012

Escuela: Ing. Geofisica

Cui: 20084067

tutor: Msc.Ing Salome Chacon Arcaya

INDICE

I.

INTRODUCCION

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II.

MARCO TEORICO

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Definición de Talud

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4

Definición de estabilidad

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4

Deslizamientos

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4

Coeficiente sísmico

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III.

PROBLEMA PLANTEADO

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IV.

METODOLOGIA DE TRABAJO

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V.

RESULTADOS

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VI.

CONCLUCIONES

………………………....

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VII.

BIBLIOGRAFIA

…………………………

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I.

INTRODUCCION

La estabilidad de taludes es un punto importante y necesario de determinar para todas las consideraciones geotécnicas al momento de realizar obras de ingeniería. Una caracterización útil del lugar de emplazamiento de cualquier obra de ingeniería que requiera taludes en su construcción requiere considerar los siguientes aspectos: • Geología y estratigrafía del lugar, determinando espesor y orientación de las capas de suelo. • Densidad o peso unitario de las capas de suelo. • Parámetros de resistencia del suelo (cohesión y ángulo de fricción). • Stress ejercido por la obra de ingeniería. • Consideraciones sísmicas. • Presencia de cuerpos de agua, entre otros aspectos. La cantidad de parámetros en consideración y el gran número de opciones que puede contemplar el trazado de la obra hace que el cálculo de estabilidad de taludes no sea una labor trivial. La utilización de software se ha convertido en una herramienta útil y eficiente en el análisis de estabilidad, facilitando de sobremanera la tarea al geotécnico. En este informe se presentan los resultados de análisis de estabilidad de taludes para un caso ficticio con ayuda del programa SLIDE 5.0 de Rocscience junto con las discusiones del caso.

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II.

MARCO TEORICO a) TALUD

Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto de la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las estructuras de tierra. No hay duda que 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, sin olvidar el papel básico que la geología aplicada desempeña en la formulación de cualquier criterio aceptable. Cuando el talud se produce en forma natural, sin intervención humana, se denomina ladera natural o simplemente ladera. Cuando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes artificiales, según sea la génesis de su formación; en el corte, se realiza una excavación en una formación térrea natural (desmontes), en tanto que los taludes artificiales son los lados inclinados de los terraplenes. b) ESTABILIDAD Se entiende por estabilidad a la seguridad de una masa de tierra contra la falla o movimiento. Como primera medida es necesario definir criterios de estabilidad de taludes, entendiéndose por tales algo tan simple como el poder decir en un instante dado cuál será la inclinación apropiada en un corte o en un terraplén; casi siempre la más apropiada será la más escarpada que se sostenga el tiempo necesario sin caerse. Este es el centro del problema y la razón de estudio. A diferentes inclinaciones del talud corresponden diferentes masas de material térreo por mover y por lo tanto diferentes costos. Podría imaginarse un caso en que por alguna razón el talud más conveniente fuese muy tendido y en tal caso no habría motivos para pensar en “problemas de estabilidad de taludes”, pero lo normal es que cualquier talud funcione satisfactoriamente desde todos los puntos de vista excepto el económico, de manera que las consideraciones de costo presiden la selección del idóneo, que resultará ser aquél al que corresponda la mínima masa de tierra movida, o lo que es lo mismo el talud más empinado. c) DESLIZAMIENTOS Se denomina deslizamiento a la rotura y al desplazamiento del suelo situado debajo de un talud, que origina un movimiento hacia abajo y hacia fuera de toda la masa que participa del mismo.Generalmente se producen como consecuencia de excavaciones o socavaciones en el pie del talud. Sin embargo existen otros casos donde la falla se produce por desintegración gradual de la estructura del suelo, aumento de las presiones intersticiales debido a filtraciones de agua, etc.Los tipos de fallas más comunes en taludes son: • Deslizamientos superficiales (creep) • Movimiento del cuerpo del talud • Flujos 4

d) EL COEFICIENTE SÍSMICO Los métodos más comunes utilizados en el análisis sísmico de la estabilidad de presas de tierra y enrocado son los métodos seudo-estáticos de equilibrio límite. Estos métodos consideran que la acción sísmica puede reemplazarse por una fuerza horizontal proporcional al peso de la masa deslizante (F=K.W). En la Tabla 1 se presentan los factores de seguridad mínimos requeridos en los taludes de presas para las diferentes condiciones de carga que se presentarán en la vida útil de una presa, según el Cuerpo de Ingenieros del Ejército Americano. El coeficiente sísmico a utilizarse en el diseño está influenciado por los factores siguientes: a) Sismicidad de la zona b) Condiciones locales de la cimentación, cuanto mayor sea la densidad natural del subsuelo menor será la amplificación sísmica. c) Período fundamental de la presa, implícitamente considera la altura y propiedades de los materiales. d) Importancia de la estructura y riesgo de daños aguas abajo de la presa.

Selección del Coeficiente Sísmico en el Análisis Seudo-Estático

La mayoría de los diseñadores adoptan un valor empírico de acuerdo a la sismicidad de la zona y al tipo de presa. Se considera que el coeficiente sísmico es uniforme en toda la altura de la presa, variando éste entre 0.05 y 0.25 en la dirección horizontal y entre 0 y 0.5 del coeficiente sísmico horizontal en la dirección vertical. La presión sísmica del agua está considerada en la fuerza estática. Generalmente se supone que el coeficiente sísmico se reduce en un porcentaje cuando los embalses contienen poca agua o se encuentran vacíos; también que es poco probable que un terremoto fuerte y una inundación extraordinaria ocurran simultáneamente.

III.

PROBLEMA PLANTEADO Determinar el factor de seguridad del siguiente talud considerando las condiciones actuales del talud y asumiendo un valor de aceleración de la gravedad (caso sismos). Parámetros: SM: arenas limosas C=0.6 ᵧ=18.5 KN/m3 ϕ=20 SC: arenas arcillosas C=0.7 ᵧ=19.0 KN/m3 ϕ=18 CH: arcillas inorgánicas C=0.8 ᵧ=19.5 KN/m3 ϕ=21 Coeficiente sísmico=0.1

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S M SC

C H

Figura1: la siguiente figura muestra la morfologia del talud, el tipo de material del cual esta constituido, con su respectiva simbologia (CH,SC,SM).

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4. METODOLOGIA DE TRABAJO Para el análisis de estabilidad de taludes se utilizará el programa SLIDE 5.0 de Rocscience. Se siguen los siguientes pasos: • En el programa, primero debemos definir la “configuración del proyecto”, donde elegimos las unidades con que se trabajaran, la dirección del deslizamiento; así como también los métodos que se emplearan en el trabajo. • También podemos configurar ciertos parámetros como GRID, SNAP, etc.; esto para hacernos más fácil el desarrollo del trabajo. •

Luego graficamos el talud, y su núcleo.

•

Los datos brindados tienen unidades diferentes a las que pide el programa Slide. Para lo cual convertimos unidades. • Después hacemos uso del Auto-Grid, y de Focus Search, ayudándonos de Add Surface (three points). •

A continuación le damos click en Compute y luego en Interpret.

•

Para condiciones pseudo-estáticas hacemos click en Seismic Load, y ahí colocamos los valores del coeficiente de carga sísmica. La cual es igual a 0.1. • En el caso del nivel freático, hacemos click en Add Water Table.

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IV.

RESULTADOS 1. METODO DE BISHOP SIMPLIFICADO:

CONDICIONES ACTUALES:

CON COEFICIENTE SISMICO

2. METODO DE FELLENIUS: 8

CONDICIONES ACTUALES:

CON COEFICIENTE SISMICO

3. METODO DE JANBU SIMPLIFICADO: 9

CONDICIONES ACTUALES:

CON COEFICIENTE SISMICO

4. METODO DE SPENCER 10

CONDICIONES ACTUALES:

CON COEFICIENTE SISMICO

5. METODO DE LOWE- KARAFIATH 11

CONDICIONES ACTUALES:

CON COEFICIENTE SISMICO

V.

CONCLUCIONES 12

•

El método que nos da un factor de seguridad más estable es el método de Lowe-Karafiath esto para condiciones actuales el cual llega a 1.437. mientras que el método de Spencer presenta un mayor factor de seguridad en condiciones sísmicas llegando a FS=1.144.

•

El análisis de estabilidad de taludes se observa que los valores del factor de seguridad varían según el método empleado, y también varían de acuerdo a las condiciones que se presentan (condiciones sísmicas, condiciones estáticas y con nivel freático).

•

En el método de Janbu Simplificado, tenemos para condiciones estáticas un valor de FS = 1.113, en condiciones sísmicas tenemos un FS = 0.907.

•

En el método de bishop Simplificado, tenemos para condiciones estáticas un valor de FS = 1.389, en condiciones sísmicas tenemos un FS = 1.129.

•

En el método de spencer, tenemos para condiciones estáticas un valor de FS = 1.394, en condiciones sísmicas tenemos un FS = 1.144.

•

En el método de fellenius, tenemos para condiciones estáticas un valor de FS = 1.106, en condiciones sísmicas tenemos un FS = 0.921.

•

En el método de Lowe-Karafiath, tenemos para condiciones estáticas un valor de FS = 1.437, en condiciones sísmicas tenemos un FS = 1.089.

•

Podemos concluir que de ser factible realizar la represa en este talud, siempre y cuando este mantenga sus condiciones estáticas, lo cual es muy improbable que suceda. En todo caso deberíamos de hacer investigaciones sobre la sismicidad de la zona en estudio para ver si es factible o no la realización de la represa en mención.

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VI.

BIBLIOGRAFIA •

http://www.cismid.uni.edu.pe/descargas/a_labgeo/labgeo02_p.pdf

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http://fiselect2.fceia.unr.edu.ar/geologiaygeotecnia/Estabilidad%20de %20Taludes.pdf

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http://web.usal.es/~jrmc/MartinezCatalan/texts/FormulasSIS.pdf

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http://www.disaster-info.net/PEDSudamerica/leyes/leyes/centroamerica/guatemala/otranorm/Evaluacion_ de_Codigo_Sismico_Guatemala.pdf

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http://www.rocscience.com/downloads/slide/webhelp/tutorials/Slide_Tutor ials.htm

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http://www.translatorscafe.com/cafe/unitsconverter/pressure/calculator/kilopascal-%5BkPa%5D-to-kilonewton-persquare-meter-%5BkN/m%5E2%5D/

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http://www.convertworld.com/es/masa/Tonelada.html

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http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/10087641/Slide-5_0programa-para-calcular-el-fs-de-un-talud.html

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http://www.onlineconversion.com/

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http://www.pistonheads.com/gassing/topic.asp?f=23&h=&t=75293

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http://www.aimecuador.org/capacitacion_archivos_pdf/Estabilidad_de_tal udes.pdf

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