CALCULO PARA ESTABILIDAD DE TALUDES..pptx

calculo para la estabilizacion de taludes

1. Desafiando la Gravedad: El Arte del Cálculo de Estabilidad de Taludes

2. Que es la estabilidad de taludes En el estudio de la estabilidad de los taludes se abordan fenómenos de estado último o de rotura de masas de suelo. Los agentes externos responsables de la inestabilidad son una fuerza de masa, el peso y, eventualmente, los efectos de filtración, a los cuales hay que añadir otros factores como las sobrecargas (estáticas/ dinámicas). Es la seguridad de una masa de tierra contra la falla o movimiento. A diferentes inclinaciones del talud corresponden diferentes masas de material térreo por mover y por lo tanto diferentes costos.

3. Factores que intervienen La fuerza desestabilizadora más importante será el peso de la masa deslizante, a la cual se le suman otras fuerzas, como las sobrecargas de estructuras o el empuje del agua en las grietas. La principal fuerza estabilizadora será la resistencia de corte del terreno en la superficie de deslizamiento.

4. Análisis de seguridad Para determinar la estabilidad de una masa de suelo se debe determinar su coeficiente o factor de seguridad al deslizamiento, comparando los esfuerzos que tienden a producir el deslizamiento con aquellos que tienden a evitarlo.

5. FACTOR DE SEGURIDAD DE UN TALUD Los factores de seguridad son parámetros críticos en el análisis de estabilidad de taludes. Estos factores indican la relación entre la resistencia del talud y las cargas aplicadas. Un factor de seguridad adecuado garantiza la estabilidad, mientras que un factor bajo puede indicar un riesgo de falla inminente. Evaluar y mantener un factor de seguridad óptimo es esencial. F . . S . . =  de momentos resistentes disponibles  m o mentos actuantes

6. Los métodos de cálculo para analizar la estabilidad de un talud se pueden clasificar en dos grandes grupos: métodos de cálculo en deformaciones o métodos de equilibrio límite. Los análisis de equilibri o límite tienen algunas limitaciones l o s cuales están relacionadas principalmente porque no tienen en cuenta las deformaciones . L as distribuciones de presiones en muchos casos no son realistas. métodos de calculo

7. métodos de calculo 1.Métodos de cálculo en deformaciones Consideran en el cálculo las deformaciones del terreno además de las leyes de la estática. Su aplicación práctica es de gran complejidad y el problema debe estudiarse aplicando el método de los elementos finitos u otros métodos numéricos. 2. Métodos de equilibrio límite Se basan exclusivamente en las leyes de la estática para determinar el estado de equilibrio de una masa de terreno potencialmente inestable. No tienen en cuenta las deformaciones del terreno. • Métodos exactos. • Métodos no exactos. Los métodos de cálculo para analizar la estabilidad de un talud se pueden clasificar en dos grandes grupos:

8. a) Métodos exactos La aplicación de las leyes de la estática proporcionan una solución exacta del problema con la única salvedad de las simplificaciones propias de todos los métodos de equilibrio límite (ausencia de deformaciones, factor de seguridad constante en toda la superficie de rotura, etc.). Esto sólo es posible en taludes de geometría sencilla, como por ejemplo la rotura planar y la rotura por cuñas. métodos de calculo

9. b) Métodos no exactos En la mayor parte de los casos la geometría de la superficie de rotura no permite obtener una solución exacta del problema mediante la única aplicación de las leyes de la estática. El problema es hiperestático y ha de hacerse alguna simplificación o hipótesis previa que permita su resolución. Se pueden considerar así los métodos que consideran el equilibrio global de la masa deslizante, hoy en desuso, y los métodos de las dovelas o rebanadas, que consideran a la masa deslizante dividida en una serie de fajas verticales. Los métodos de las dovelas o rebanas pueden clasificarse en dos grupos: métodos de calculo

10. métodos de calculo Métodos oproximados : No cumplen todas las ecuaciones de la estática. Se pueden citar por ejemplo los métodos de Fellenius , Janbu y Bishop simplificado. Métodos precisos o completos: Cumplen todas las ecuaciones de la estática. Los más conocidos son los de Morgenstern-Price, Spercer y Bishop riguroso.

11. MÉTODO DE FELLENIUS. Conocido también como método Sueco, método de las Dovelas. Este método asume superficies de falla circulares, divide el área de falla en tajadas verticales, obtiene las fuerzas actuantes y resultantes par cada tajada y con la sumatoria de estas fuerzas obtiene el Factor de Seguridad. Las fuerzas que actúan sobre una dovela son:

12. MÉTODO DE FELLENIUS. Para el cálculo del factor de seguridad se tiene:

13. MÉTODO DE FELLENIUS. Una vez que se calcula FS para una determinada potencial superficie de falla, se repite el mismo proceso para otra supuesta superficie de falla, y así sucesivamente hasta llegar a un mínimo FS, asumiéndose así que dicha superficie es la más crítica y a través de la cual se producirá la falla.

14. MÉTODO DE JANBU. Diseñado para superficies no necesariamente circulares, también supone que la interacción entre rebanadas es nula, pero a diferencia de Bishop este método busca el equilibrio de fuerzas y no de momentos. Experiencias posteriores hicieron ver que la interacción nula en el caso de equilibrio de fuerzas era demasiado restrictiva, lo que obligó a introducir un factor de corrección fo empírico aplicable al FS. En la versión posterior modificada, se define una línea de empuje entre las rebanadas, y se buscan los equilibrio en fuerzas y momentos respecto al centro de la base de cada una. • Se aplica a cualquier superficie de Rotura. • No cumple el equilibrio de momentos peri si el de fuerzas. • Al igual que el método Bishop , la solución requiere un proceso iterativo.

15. MÉTODO DE JANBU. Donde:

16. MÉTODO DE BISHOP SIMPLIFICADO El cálculo de la metodología original se basa en buscar el equilibrio de momentos respecto al centro del arco circular que coincide con la superficie de falla; en la posterior versión modificada, se puede aplicar a superficies no curvas, teniendo que definir centros ficticios. Este es un método iterativo en el cual se parte en un Factor de Seguridad calculado de una superficie falla dada.

17. MÉTODO DE BISHOP SIMPLIFICADO Donde:

18. MÉTODO DE SPERCER Este método es uno de los considerados rigurosos. Supone que la interacción entre rebanadas actúa como una componente de empuje con un ángulo (ϴ) de inclinación constante, por lo, que mediante iteraciones, se analiza tanto el equilibrio de momentos como de fuerzas en función a ese ángulo (ϴ), hasta hacerlo converger hacia un mismo valor, calculando entonces el FS correspondiente. ( Métodos precisos o completos )

19. MÉTODO DE MORGENSTEM-PRICE Similar al método de Spercer , es de aplicación general, y se basa en lograr el equilibrio de momentos como de fuerzas. La gran diferencia se debe a que la interacción entre las rebanadas viene dada por una función, la cual evalúa las interacciones a lo largo de la superficie de falla. ( Métodos precisos o completos )

20. MÉTODO DE BISHOP RIGUROSO El método modificado, es una extensión del método de las rebanadas. En este método se realizan varias suposiciones que permiten hacer cálculos más fáciles. Bishop asume que las fuerzas entre dovelas sean horizontales o sea que no tiene en cuenta las fuerzas de cortante. Las solución rigurosa de Bishop es muy compleja y por esta razón se utiliza una versión simplificada de su método. Donde:

21. Ejemplo utilizando el método de fellenius

22. Se tiene una sección de 48 pies de profundidad con un talud de 1.5 horizontal contra 1 vertical, como se muestra en la figura. Hasta una profundidad de 16ft el suelo tiene las siguientes propiedades: Y 115 lb/ft3 C=520 lb/ft2 y Ф= 10˚ por debajo de este hay un estrato de 32 ft, con las siguientes propiedades: Y 125 lb/ft3 C= 700 lb/ft2 y Ф= 24˚.Para la superficie de deslizamiento dada, encontrar el F.S. Del talud .

23. Hipótesis de fellenius Se propone un círculo de falla a elección y la masa de tierra deslizante se divide en dovelas, cuyo número es arbitrario. Considerando una dovela para el análisis, cuyas dovelas adyacentes ejercen fuerzas normales P1 y P2 así como fuerzas tangenciales O1 y O2. La hipótesis de Fellenius propone que para P1 y P2 son fuerzas iguales, colineales y contrarias por lo tanto se contrarrestan, también para el momento producido por las fuerzas O1 y O2, que se considera de igual magnitud, es despreciable. Por lo tanto equivale a considerar que cada dovela actúa de forma independiente, entonces para el equilibrio de cada dovela se considera su peso W y las fuerzas N y T, que son las reacciones normal y tangencial del suelo a lo largo de la superficie ΔL.

24. Momento resistente Se calcula el momento resistente debido a la resistencia al esfuerzo cortante S, que se desarrolla en la superficie de deslizamiento de cada dovela: Mr = R Σ S*ΔL Para el cálculo del esfuerzo cortante se considera el criterio de falla Mohr-Coulomb: T=S= C + σ * tanФ El cociente de la normal y la longitud de arco es una aproximación de N

25. Momento motor Se calcula el momento motor debido al peso de cada dovela: Mm = R Σ|T| FACTOR DE SEGURIDAD: Se determina dividiendo el momento resistente entre el momento de motor.

26. El método esencialmente divide la masa de suelo en unidades discretas que se llaman elementos finitos. Estos elementos se interconectan en sus nodos y en bordes predefinidos. El método típicamente utilizado es el de la formulación de desplazamientos el cual presenta los resultados en forma de esfuerzos y desplazamientos a los puntos nodales. Análisis con Elementos Finitos

27. Analisis en tres dimensiones

28. Software para el calculo de estabilidad de taludes A partir de la década del 60, la aparición de herramientas computacionales ha permitido manejar los cálculos iterativos de los distintos métodos de análisis de estabilidad de taludes. Entre los mas conocidos podemos encontrar . GeoStudio . Slide . Geo5 . Geostru

29. GeoStudio

30. FS S lide

31. Geo5

32. GeoStru

33. Thanks Any Question ? [email protected]