MANUAL DEL SOFTWARE ESTABILIDAD DE TALUDES.pdf

Guía STB 2006 

MANUAL DE ANALISIS DE ESTABILIDAD DE PRESAS DE TIERRA

STABILITY STB2006

EL SOFTWARE TIENE FINES DIDACTICOS

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Guía STB 2006 

Manual STB 2006 Introducción STB es un programa para el análisis de estabilidad de un talud, que usa el método simplificado de Bishop, con algunas modificaciones introducidas por GeoDelft y la Universidad Deflt. En este manual se describen varias partes del programa, junto a los métodos básicos y las definiciones de los parámetros, con fines didácticos. Método de Bishop En el método de Bishop el factor de seguridad de un talud es determinado comparando el momento del peso de una cuña de suelo alrededor del centro de un círculo de deslizamiento, con el momento resistente provisto por e esfuerzo cortante a lo largo de la superficie de deslizamiento (Figura 2). Los dos momentos son calculados subdividiendo la cuña deslizante en un número grande de pedazos verticales. Se asume que en los planos laterales verticales de cada pedazo sólo actúan esfuerzos horizontales (normales), y no esfuerzos cortantes (Figura 3) La primera ecuación básica es la de Coulomb para el esfuerzo cortante a lo largo de la parte baja de un pedazo, T = (c+(s-p)*tan (phi))/F, Donde t es el esfuerzo cortante, c es la cohesión, s es el esfuerzo normal total en el plano deslizante, p es la presión del agua por poros, phi es el ángulo de fricción interna, y F es el factor de seguridad. La segunda ecuación básica es la ecuación de equilibrio vertical de un pedazo, que está dado por: W*h=s+t*tan (alpha) Donde W es el peso unitario (promedio) del pedazo, h es su altura, y alpha es la pendiente de la superficie de deslizamiento del pedazo considerado. El equilibrio de momentos con respecto al centro del círculo da una fórmula de donde el factor de seguridad puede ser calculado, en forma iterativa. El programa STB2006 contiene tres mejoras del método de Bishop: 1. 2.

3.

La primera mejora es el cuidado que se tiene con la dirección del esfuerzo de corte a lo largo de la superficie de deslizamiento que es siempre opuesta al mecanismo deslizante. La segunda mejora es que la resistencia de corte es reducida si el coeficiente de esfuerzos horizontales neutrales es demasiado pequeño que el deslizamiento podría ocurrir a lo largo de un plano perpendicular a la superficie deslizante, combinado con una rotación local, de acuerdo con un modelo de doble deslizamiento, como es sugerido por G. de Josselin de Jong. Esta mejora es efectiva sólo si el coeficiente de esfuerzos horizontales neutros (Ko) es menor a 1. La tercera mejora es que es posible introducir una fuerza horizontal por cuerpo de agua, lejos de la pendiente. Esto puede ser usado para simular la estabilidad de la pendiente durante un sismo. Las fuerzas horizontales actuando en los pedazos, incrementan el momento del peso de los pedazos respecto al centro del círculo de falla, reduciendo así el factor de estabilidad.

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Problema de estabilidad de taludes Se supone que un talud consisten de un terreno en donde la altura en el lado derecho es mayor que la altura en el lado izquierdo. Se asume que el talud puede fallar por deslizamiento a lo largo de un plano circular de deslizamiento, en la dirección de las agujas del reloj (Figura 4). El programa calculará factores de seguridad para un número de círculos de deslizamiento, definidos por centros ubicados en una región cuadrangular (definida por los puntos 1, 2, 3 y 4), y pasando a través de un punto dado 5. El número de centros considerado es siempre 100, llenando el cuadrángulo 1234. La coordenada vertical del punto 5 es siempre fija. Su coordenada horizontal puede estar  libre o también fija, según esté configurada en las opciones del programa. Es responsabilidad del usuario variar la ubicación del punto ajustado 5, de manera que el factor de seguridad menor sea obtenido. El suelo es subdividido en áreas poligonales de propiedades constantes, y la tabla de agua (subterránea) es definida como la superficie de un polígono de agua. Todas las geometrías son descritas por puntos fijos 6, 7, 8, etc. Un problema puede ser definido iniciando desde el juego de datos por defecto (también contenidos en el archivo Demo.stb), editando entonces los datos, moviendo nudos, adicionando nuevos nodos y líneas, y modificando propiedades de suelos. Esto será explicado en la descripción de las características del programa. Los datos de un problema consisten en: Datos generales, como el nombre del problema Datos de nudos, que describen la geometría Datos de suelos, que describen las propiedades de los polígonos de suelos Datos de círculos, que describen los círculos de deslizamiento potenciales. Datos Generales Los datos generales de un problema son:    



Usuario con Licencia. Identificación del usuario que será impresa en todas las salidas. Nombre de archivo. Nombre del archivo de datos en el disco. Todos los archivos son del tipo *.stb. Nombre del problema. Identificación del problema que será impresa en todas las salidas. Número de cortes. Número de cortes en la subdivisión de la cuña de deslizamiento, que serán utilizadas en el procedimiento de solución (mínimo 100, máximo 10000). Fuerza relativa horizontal. La razón del componente horizontal de la fuerza de gravedad respecto a la componente vertical (mínimo 0, máximo 1). Esto posibilita estimar el factor de seguridad durante un sismo.

Nudos La geometría del problema se describe mediante las coordenadas de un número de puntos característicos, los nudos: Los nudos 1, 2, 3 y 4 definen el rectángulo desde donde los centros de los círculos de deslizamiento son escogidos. El nudo 5 es un punto dado en el círculo de deslizamiento. Los nodos 6, 7, 8, etc. Son usados para definir la geometría de los polígonos de suelos y polígono de agua (subterránea). El número máximo de nudos es 1000. Por definición, el punto más bajo a la izquierda en la geometría siempre tiene las coordenadas X = 0 y Y = 0. Durante la edición de un problema el tamaño del área del problema puede ser  modificado. En ese caso las coordenadas serán ajustadas por el programa para asegurarse que el límite al lado izquierdo se inicia Hoja 3 de 6 

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a X = 0, y el límite más bajo a Y = 0. Las coordenadas de los nudos pueden ser modificadas de dos formas: -

En la pantalla “Nodes”, que pu ede ser activada en la pantalla principal haciendo clic en el botón “Nodes”, las coordenadas pueden ser editadas manualmente. En la pantalla “Figure”, que puede ser activada en la pantalla principal haciendo clic en el botón “Figure”, un nodo puede ser arr astrado a una nueva ubicación, si se hace clic en el botón “Drag Node”.

Un nuevo nudo puede ser creado, en una línea entre dos nudos existentes, presionando primero en el botón “New Node” y entonces haciendo clic en la ubicación deseada del nuevo nodo. E ste nodo puede ser  arrastrado a una nueva ubicación después. Nuevos nodos pueden ser también creados, arrastrados, en la tabla de agua subterránea. En la figura 5 un nuevo nodo ha sido creado entre los nodos 11 y 14. El número 17 es asignado por el programa. Líneas Las líneas entre nudos definen polígonos de suelo. En cada polígono las propiedades del suelo son constantes. El número máximo de polígonos es 100, y el número máximo de nudos en un polígono de borde es 50. Puede crearse una nueva línea en la pantalla “Figura”, presionando primero el botón “New Line”, y entonces haciendo clic en un primer nudo, y arrastrando el cursor al segundo nodo de la nueva línea, con el botón izquierdo del ratón presionado. Esto resulta en un polígono que será separado en dos. Inicialmente las propiedades en esos dos polígonos serán iguales, pero podrían ser editadas después. En la figura 6 una nueva línea ha sido creada concentrando los nodos 12 y 17. El polígono 2 es subdividido en dos partes: ahora numeradas 2 y 3. Propiedades del suelo Las propiedades del suelo pueden ser editadas en la pantalla “Soils”, que pude ser activada presionando el botón “suelos” en la pantalla principal. Las propiedades del suelo son: -

Wd. Peso unitario seco (kN/m3) Ws. Peso unitario saturado (kN/m3) Ko. Coeficiente de esfuerzo horizontal neutral ( - ) c. Cohesión (kN/m2) phi. Angulo de fricción interna (grados) P/F. Interruptor para la condición de agua subterránea ( - ) p = 0. Nivel cero para la presión de agua por poros (m) cap. Espesor de la zona capilar, sobre la capa de agua subterránea (m)

El peso unitario del agua es 10 kN/m3. Si Ko