Estabilidad de taludes

ESTABILIDAD DE TALUDESESTABILIDAD DE TALUDES

• Definición y Tipos de taludes

• Tipos de falla

• Cálculo de estabilidad. Parámetros a utilizarse

• Estabilidad al Deslizamiento Superficial

• Estabilidad al Deslizamiento Circular. Método Sueco

• Estabilidad al Deslizamiento Circular. Método del Círculo de Fricción. Ábacos de Taylor

• Verificación de la estabilidad para distintos estados

Estabilidad de Estabilidad de TaludesTaludes

• Taludes: Cualquier superficie inclinada respecto a la horizontal permanente

• Taludes:– Suelo– Roca

• Taludes:– Naturales– Artificiales:

• Cortes• Terraplenes

Estabilidad de TaludesEstabilidad de Taludes

Para determinar la estabilidad de una masa de suelo debemos determinar su coeficiente de seguridad al deslizamiento. Al existir un coeficiente de seguridad igual a 1, se produce el deslizamiento del talud.

Debemos comparar la colaboración de esfuerzos que tienden a producir el deslizamiento (esfuerzos motores) con aquellos que tienden a evitarlo (esfuerzos resistentes) se debe definir la superficie de falla

Tipos de Fallas de TaludesTipos de Fallas de Taludes

• Varnes (1978)

• Caídas (“Falls”)• Vuelco (“Topple”)• Deslizamiento (“Slides”)• Escurrimiento (“Spread”)• Flujo (“Flow”)

• Deslizamientos:

• Superficiales• Rotacionales• Traslacionales

Tipos de Deslizamientos RotacionalesTipos de Deslizamientos Rotacionales

Falla de Local

Falla de PieFalla Profunda o de BaseMaterial mas resistente

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

Formación de la superficie de falla y falla progresivaFormación de la superficie de falla y falla progresiva

Cálculo de Estabilidad de TaludesCálculo de Estabilidad de Taludes

• Parámetros de Resistencia al Corte a ser usados:• Arenas: • Arcillas:

• Análisis a Corto Plazo (Final de la Obra): Su

• Análisis a Largo Plazo: c;

• Situaciones en Arcillas:• Terraplén sobre arcilla normalmente consolidada• Excavación en arcilla sobreconsolidada

Cálculo de Estabilidad de TaludesCálculo de Estabilidad de TaludesTerraplén sobre arcilla normalmente consolidada

Cálculo de Estabilidad de TaludesCálculo de Estabilidad de TaludesExcavación en arcilla sobreconsolidada

Arena seca• Superficie de falla plana y paralela al talud• Masa que desliza de pequeño espesor• Tensiones en caras verticales iguales y opuestas

T

iW

a

d

N

Equilibrio de fuerzas

Si se moviliza toda la resistencia al corte (FS = 1), el talud será estable si i = . Donde i es el ángulo de reposo

máx

d

i i nat

tanFS

i senW

tani cosW

i senW

tanNFS

daW ; i cosWN ; i senWT

Estabilidad al Deslizamiento SuperficialEstabilidad al Deslizamiento Superficial

Estabilidad al Deslizamiento SuperficialEstabilidad al Deslizamiento Superficial

Arena sumergida• Superficie de falla plana y paralela al talud• Masa que desliza es de pequeño espesor• No existe flujo de agua en el interior

T

iW

a

d

N´

a.d.w

Talud sumergido

máx

'

'

'

'

'''''

i i nat

tanFS

i senW

tani cosW

i senW

tanNFS

daW ; i cosWN ; i senWT

En general:

• El talud es estable para i <

• El ángulo de fricción para el cual comienza el deslizamiento está relacionado con el máx (dependiendo de su e inicial). Si el material queda suelto, = cv.

i tan

tanFS

Obs.: Flujo de agua reduce estabilidad del talud

Estabilidad al Deslizamiento SuperficialEstabilidad al Deslizamiento Superficial

dW

lRS

M

MFS u

motor

resistente

.

..

O

Fuerzas Resistentes

W

G

RFuerzas Motoras

H

Su

d

Determinar el centro para el menor F.S.

ii

iui

motor

resistente

dW

lSR

M

MFS

.

..

Si se tiene estratificación:

Suelo uniforme:

Estabilidad al Deslizamiento Circular – Método SuecoEstabilidad al Deslizamiento Circular – Método SuecoCondición no drenada (Fellenius)Condición no drenada (Fellenius)

Estabilidad al Deslizamiento Circular – Método SuecoEstabilidad al Deslizamiento Circular – Método SuecoMétodo de las dovelas simplificado (Fellenius)Método de las dovelas simplificado (Fellenius)

O

R

H Ei+1

ii

ii

ii

ii

motor

resistente

sen.W

l.´ tanL.c

sen.W

l.

M

MFS

tan´.cSegún Mohr-Coulomb:

Dovela (i)

Wi

Ei

li

´i

i

Wi

Wi.sen

Wi.cos

Xi+1

Xi

i

i+1

Resultante de fuerzas laterales nula en dirección normal al arco de deslizamiento

Estabilidad al Deslizamiento Circular - Método del Estabilidad al Deslizamiento Circular - Método del Círculo de Fricción (Taylor, 1937)Círculo de Fricción (Taylor, 1937)

O

W’

r

R

r

L´

L

R = r.sen d

F

d

Rc

rc = r. L/L´

Círculo de Fricción

N

R

r

FS

tan

FS

c '

N

R

F

Estabilidad al Deslizamiento Circular - Método del Estabilidad al Deslizamiento Circular - Método del Círculo de Fricción (Taylor, 1937)Círculo de Fricción (Taylor, 1937)

• Suponiendo r = r quedan 3 incógnitas que pueden determinarse a partir de las ecuaciones de equilibrio• El FS calculado a partir de esta hipótesis constituye un límite inferior• El límite superior de FS se obtiene suponiendo esfuerzos efectivos concentrados únicamente en los extremos del círculo de falla (Frölich, 1955)• En un talud real los esfuerzos normales estarán distribuidos sobre el arco de falla de forma desconocida

• Se tienen dos FS:

• La solución correcta es la que hace:

dcec tan

tanFS ;

R

Lc

C

CFS

FSFSFSc

• Solución particular del Método del Círculo de Fricción para el círculo de falla crítico en suelos homogéneos saturados (Taylor, 1948)• Distribución de esfuerzos normales distribuidos de forma similar a una semionda sinusoidal• Se define el Coeficiente de Estabilidad (m):

• Para suelo homogéneo existen tres variables: m, y • Ábacos para la determinación de círculos de falla críticos sin necesidad de tanteos• En un suelo homogéneo con círculo crítico de base una vertical tangente al círculo de fricción pasa por el punto medio del talud

Método del Círculo de FricciónMétodo del Círculo de FricciónÁbacos de Taylor para suelo homogéneo saturado (1948)Ábacos de Taylor para suelo homogéneo saturado (1948)

.H.FS

cm

• Son considerados únicamente las tensiones en una sección vertical única del talud (no se considera el aspecto tridimensional)

• Existen métodos que consideran parcial o totalmente las fuerzas entre dovelas (Bishop, Jambu, Spencer)

• Existen otros métodos que permiten considerar distintos tipos de superficies de falla (método de la cuña, espiral logarítmica, etc.)

• Los métodos de dovelas simplificados dan coeficientes de seguridad con un intervalo de confianza de ±10% respecto a los parámetros de resistencia supuestos. Es fundamental la elección de los parámetros resistentes.

• En arcillas “fisuradas” (sobreconsolidadas) el empleo de los parámetros de resistencia máxima puede dar lugar a estimaciones poco seguras. Asociado con la falla progresiva.

Consideraciones GeneralesConsideraciones Generales

Verificación de la estabilidad para distintos Verificación de la estabilidad para distintos estadosestados

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

• Verificar la fundación de presas o terraplenes sobre suelos blandos

• Se pueden ajustar los parámetros considerados en un proyecto a partir de la observación del comportamiento de terraplenes de prueba debidamente instrumentados (monitoreo de deformaciones y presiones neutras)

Elección del método de cálculoElección del método de cálculo

Caso Método Observaciones

Final de la construcción con suelo saturado; periodo de construcción corto respecto al de consolidación

Cálculo con Su (=0) Resistencia no drenada

El método c, permite comprobaciones mediante las presiones neutras reales

Estabilidad a largo plazo

Método c, con presiones neutras deducidas de las condiciones de equilibrio del agua freática

Estabilidad en fases intermedias

Método c, con presiones neutras estimadas

Las presiones neutras reales deben determinarse en sitio