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Aspectos Basicos Sobre Estabilidad
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ASPECTOS BASICOS DE
LA ESTABILIDAD DE
TALUDES
El caso de El Salvador
Presenta:
Ing. MSc. Luis Pineda
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSE SIMEON CAÑAS
ESTABILIDAD DE TALUDES
generalidades
TIPOS DE TALUD
TIPOS DE TALUD
Presa de jales
1.Presas de tierra y enrocamiento
2.Depositos de desperdicio
Aguas abajo Aguas arriba
Pilas de
material
Aguas arriba
Aguas abajo Desperdicio en forma de lama
TIPOS DE TALUD 3.Obras varias (carreteras y vías de tren)
4.Diques, islas artificiales, puertos
Suelo blando
Suelo blando
Suelo blando
TIPOS DE TALUD 5.cortes, para minas y obras varias
TIPOS DE TALUD 6. excavaciones
Metro, sótanos
Obras de
drenaje
TIPOS DE TALUD 6. laderas
TIPOS DE TALUD 6. laderas
TIPOS DE TALUD 6. laderas
TIPOS DE TALUD 6. laderas
TIPOS DE TALUD 6. laderas Embalses de presas
TIPOS DE TALUD Taludes submarinos
OLEODUCTOS, CIMENTACIÓN DE
PLATAFORMAS MARINAS
MOVIMIENTO DEL TALUD
MOVIMIENTO DEL TALUD
Procesos de deterioro en macisos rocosos (Nicholson y Hencher,
1997)
MOVIMIENTO DEL TALUD
Procesos de deterioro en macizos rocosos (Nicholson y Hencher,
1997)
MOVIMIENTO DEL TALUD
Procesos de deterioro en macizos rocosos (Nicholson y Hencher,
1997)
MOVIMIENTO DEL TALUD
Esquema de caídos de roca y residuos
MOVIMIENTO DEL TALUD
Volteo o inclinación en materiales residuales
Efectos de la estructura en la formación de deslizamientos por
rotación
DIFICULTADES GENERALES
Variación espacial de las propiedades del suelo
Evaluación de los mecanismos de ruptura y sus condicionantes
Evaluación del estado inicia y distribución de los esfuerzos en el talud (Ko, intensidad y dirección de s1 y s3)
Confiabilidad del modelo teórico asociado al método de cálculo utilizado.
Obtención experimental de parámetros de suelo representativos de las condiciones de campo
Causas de los deslizamientos
Causas de los deslizamientos
Factores que afectan el comportamiento
de los taludes:
Litologia: Homogenea o Heterogenea
Microestructura: Fabrica y Textura
Estructura Geologica: planos de
estratificacion y en rocas, los planos de
foliacion o esquistosidad, fracturas,
slickenslides, fallamiento, fracturacion
Factores que afectan el
comportamiento de los taludes
Tectónica,
Geomorfología (predicción del
comportamiento y estado futuro)
Meteorización,
Pendiente y el relieve
El clima y la Hidrologia: precipitaciones
convectivas y estratiformes,
La hidrogeología
Factores que afectan el
comportamiento de los taludes
Sismicidad,
Cobertura Vegetal,
Efecto Antrópico,
Factor Tiempo,
Vegetación,
La Geologia de El Salvador
F. Balsamo
F. San
Salvador
F. Chalatenango F. Morazan
La Geología de El Salvador
F. San Salvador: productos de las
erupciones de las cadenas volcánicas
jóvenes: cenizas volcánicas, escoria,
tobas, tobas fundidas.
F. Bálsamo: Aglomerados con
intercalaciones de tobas endurecidas y
lavas, y suelos fósiles de gran profundidad
(20m)
La Geologia de El Salvador
F. Chalatenango: Rocas volcánicas de
carácter riolítica-dacitico: prevalecen las
tobas muy endurecidas.
F. Morazán: Rocas extrusivas,
piroclásticas, tobas fundidas, riolitas y
epiclastitas volcánicas.
Aspectos Geologicos Desfavorables
De lo descrito anteriormente se observan las siguientes condiciones desfavorables para deslizamientos en las zonas mencionadas:
F. San Salvador: 1) Zonas donde los espesores de cenizas volcánicas superficiales son muy grandes, p.e. en los alrededores del lago de Ilopango.
2) Zonas de Efusivas (lavas) meteorizadas en zonas de alta pendiente, p.e. Volcán de San Vicente.
Aspectos Geológicos Desfavorables
Se generan planos de debilidad ante los
cambios diarios de temperatura, que
generan grietas verticales paralelas a las
caras del talud, Generando derrumbes por
vuelco.
Aspectos Geológicos Desfavorables
Los depósitos de flujos piroclásticos provenientes de la erupción pliniana de la caldera de Ilopango, ocurrida 430 D.C. (Dull, R.A. et al. 2001), están distribuidos en casi toda el área AMSS, y se caracterizan por ser masivos e isótropos. Están compuestos por una matriz fina de ceniza volcánica clara, constituida por fragmentos de vidrio volcánico de composición riolítica, que contienen pómez vesicular y líticos diseminados de tamaños variados; los cuales no están soldados, por eso, sus componentes son fácilmente erosionables cuando no tienen una cubierta vegetal. La microfábrica constituida por fragmentos muy angulares y curvilineales, de tamaños variados con presencia importante de pómez, bastante vesicular; son bien graduados y producen cierta cohesión de esos depósitos que les favorece para mantener la verticalidad de los taludes de esos depósitos (Urbina y Melara, 1996).
Aspectos Geológicos desfavorables
F. Bálsamo: Aglomerados y Perfiles de
suelos meteorizados de gran espesor en
zonas de alta pendiente, p.e. cordillera del
bálsamo.
F. Morazán y Chalatenango: Estratos
superiores de rocas meteorizadas y/o
altamente fisurada por tectonismo. P.e.
Longitudinal del norte.
Aspectos Geológicos desfavorables
La meteorización afecta la susceptibilidad
a los deslizamientos al disminuir la
resistencia al cortante aunque también
ayuda a cementar las partículas de otros
suelos con óxidos o silicatos.
Aspectos Geológicos desfavorables
En el caso de taludes rocosos, es tipico en
nuestro pais que estos se encuentren muy
fisurados, y dependiendo de la orientacion
del corte puede suceder que el
buzamiento sea hacia la direccion del
corte en tal caso se genera inestabilidad.
Aspectos Geológicos desfavorables
Aspectos Geológicos desfavorables
Aspectos Geológicos desfavorables
Aspectos Geológicos desfavorables
Problemas Frecuentes de
Deslizamientos en El Salvador
Según la geología predominante en cada
zona de El Salvador, existen cierto tipo de
deslizamientos que se pueden catalogar
como típicos para cada una de las zonas
mencionadas, para estos deslizamientos
típicos se tiene un conjunto de causas
mas o menos comunes a todos ellos.
Problemas Frecuentes de
Deslizamientos en El Salvador Formación San Salvador
Suelo problematico: Cenizas Volcánicas
Causas Frecuentes de Deslizamientos: Erosión al pie de Taludes en cauces,
Erosión originada en la cabeza del talud (Cárcava),
Exfoliación,
Sismicidad,
Cobertura Vegetal,
Clima e Hidrológica,
Pendiente y Relieve.
Efecto Antrópico.
Erosion al pie de Taludes en
Cauces Un talud se
desestabiliza
fácilmente
cuando le falta el
pie, el cual es
erosionado por el
agua corriente
del cauce,
durante las
crecidas de los
rios.
Erosion Originada en la Cabeza del
Talud (Cárcava)
Exfoliación
Exfoliacion
Es el aparecimiento de fisuras que
progresan a grietas que aparecen de
manera regular en el talud.
Surgen lentamente,
Factores: Temperatura, Sismos, Lluvias,
Vegetación.
Sismicidad
Sismicidad
Aumento de los esfuerzos cortantes aplicados y disminucion de la resistencia del suelo por aumento de la presion de poros y deformaciones asociadas a la onda sismica (Falla por cortante, licuacion).
La disminucion de la resistencia puede estar entre 20%(Makdisi&Seed, 1978), pero puede llegar hasta 50% en suelos sensitivos.
Por otro lado hay amplificacion de la onda sismica en los mantos de suelos blandos, que pueden incluso ocasionar resonancia.
Sismicidad
Posibilidad de Deslizamientos causados por Sismos (Keefer 1984) s. Magnitud (Richter)
4.0 Caidos de roca, Caidos de Suelo, alteracion de masas de suelo,
4.5 Deslizamientos de traslacion, rotacion y bloques,
5.0 Flujos, espercimientos laterales, flujos subacuaticos,
6.0 Avalanchas de Roca,
6.5 Avalanchas de Suelo.
Sismicidad
Los movimientos con picos altos de
aceleración no son necesariamente mas
destructivos que aquellos con picos
menores debido a que el tiempo de
ocurrencia del sismo interviene de forma
importante en el comportamiento de
suelos.
Cobertura Vegetal
Clima, Hidrologia y Drenaje
Mecanismo de Ampliación de una
Cárcava
Clima, Hidrologia y Drenaje
La precipitación juega un papel importante en la
estabilidad de taludes:
La presencia y ausencia de agua determina los
procesos de meteorización física y química,
Las lluvias convectivas afectan taludes de materiales
permeables de alta capacidad de infiltracion y poco
espesor de suelo.
Y las lluvias estratiformes afectan perfiles de suelos
profundos y materiales de naturaleza arcillosa.
Pendiente y Relieve
Pendiente y Relieve
Efecto Antrópico
Problemas Frecuentes de
Deslizamientos en El Salvador
Formación Bálsamo
Suelo problemático: Suelos Meteorizados
Causas Frecuentes de Deslizamientos:
Factor Antrópico,
Meteorización,
Pendiente y Relieve,
Hidrogeología,
Sismicidad
Suelos Meteorizados
Hidrogeologia
Problemas Frecuentes de
Deslizamientos en El Salvador
Formaciones Chalatenango y Morazán
Suelo problemático: Rocas Meteorizadas y/ Fisuradas
Causas Frecuentes de Deslizamientos:
Factor Antrópico,
Meteorización,
Pendiente y Relieve,
Hidrogeología,
Sismicidad
Roca Meteorizada y/o Fisurada
Factor Antrópico
Factor Antrópico
Las principales modificaciones causadas por el hombre que
afectan la estabilidad de taludes son las siguientes:
1. Cambios en la topografia y forma del talud (carga, descarga o
subsidencia),
2. Cambios en las condiciones de humedad (drenaje superficial,
modificacion de aguas subterraneas, Infiltracion desde ductos
de agua, aceleracion de infiltracion por depositos superficiales,
cambio del regimen de aguas superficiales, construccion de
reservorios).
3. Vibraciones,
4. Cambios en la cobertura vegetal,
5. Otros (usos negligentes)
Factor Antrópico
URBANIZACION
La rapidez de los procesos urbanisticos es proporcional a la ocurrencia de
deslizamientos, especialmente en areas susceptibles y con desarrollo
desordenado,
Por actividades como: Cortes, Rellenos, Deforestacion, concentracion de
aguas lluvias y servidas.
Asociados con: Cortes indiscriminados, rellenos sobre laderas de alta
pendiente, fugas incontroladas de agua, descargas directas de aguas
domesticas y aguas lluvias.
METODOS DE ANALISIS DE
ESTABILIDAD
METODOS DE ANALISIS DE
ESTABILIDAD
CLASES O
CATEGORIAS
a) Métodos Probabilísticos
(probabilidad de ruptura)
b) Métodos Determinísticos
(factor de seguridad)
METODOS PROBABILISTICOS
Requieren las distribuciones de
probabilidad o de las funciones de
densidad de probabilidad de las
variables aleatorias asociadas al
problema
METODOS PROBABILISTICOS F
RE
CU
EN
CIA
/No
DE
ME
DIC
ION
ES
FD
P
FD
P
ESFUERZO
ACTUANTE
RESISTENTE
ÁREA ASHURADA DEFINE LA PROBABILIDAD DE RUPTURA
HISTOGRAMA
FDP (intervalo →0)
Variable X (e.g. t)
METODOS DETERMINISTICOS
a) Esfuerzo-Deformación
b) Análisis Límite
c) Equilibrio Limite
c.a) análisis variacional
c.b) Convencionales (dovelas o cuñas)
ESFUERZO-DEFORMACION
La solución satisface:
• Ecuaciones de equilibrio
• Ecuaciones de compatibilidad
• Relación esfuerzo-deformación-resistencia
• Condiciones de contorno (desplazamiento y
esfuerzo)
ESFUERZO-DEFORMACION
La solución envuelve:
• Métodos numéricos – MEF(más común)
ESFUERZO-DEFORMACION La solución requiere:
• Perfil geotécnico (geometría del problema,
incluyendo estratigrafía)
• Proceso de formación del suelo (Taludes
naturales? Ko?)
• Determinación y modelaje de las
características de esfuerzo-deformación-
resistencia (representatividad de los modelos
para suelos tropicales naturales?)
ESFUERZO-DEFORMACION
Campos actuales de aplicación/desarrollo:
• Estudios paramétricos –
• Retro-análisis
• Informaciones sobre el desarrollo de
mecanismos de ruptura: ruptura progresiva
ESFUERZO-DEFORMACION
• Informaciones sobre el desarrollo de
mecanismos de ruptura: ruptura progresiva
t
e
t
e
Mat.1
Mat.2
Mat.1: P/ei, t<tf
Mat. 2: P/ei, t≥tf Redistribución de esfuerzos
ESFUERZO-DEFORMACION
La redistribución de esfuerzos puede llevar a la
ocurrencia progresiva de rotura – inicialmente roturas
localizadas. Subsecuente progresión de condiciones
de contorno. Tipos de condición (drenadas o no) y
materiales relacionados (geología).
ANALISIS LIMITE
Se basan en el uso de los teoremas de límite
inferior y superior de la teoría de plasticidad
Teorema de límite Inferior – Pi
• Ecuaciones de equilibrio
• Condiciones de contorno en esfuerzo
• No viola el criterio de ruptura
Pf < Pi
ANALISIS LIMITE
Teorema de límite Superior – Ps
• Ecuaciones de compatibilidad
• Condiciones de contorno en desplazamiento
• Trabajo externo = Disipación de energía
interna
Pf > Ps
ANALISIS LIMITE
Problemas
Límite inferior, definición de campo de esfuerzo
admisibles realísticos
Limite superior, definición de modo de ruptura “a
priori” (forma de la superficie de ruptura)
realístico
EQUILIBRIO LIMITE
HIPOTESIS BÁSICAS
• Se asume la existencia de una superficie de
ruptura bien definida
• Una masa de suelo o roca se encuentra en
condiciones de ruptura generalizada incipiente
(i.e., en un estado de equilibrio límite)
EQUILIBRIO LIMITE HIPOTESIS BÁSICAS
• Se asume un criterio de ruptura (en gral. Mohr-
Coulomb), el cual es satisfecho a lo largo de toda
la superficie de ruptura.
• Se asume un coeficiente o factor de seguridad,
FS, constante (único) a lo largo de la superficie
Potencial de ruptura.
EQUILIBRIO LIMITE
• METODOS VARIACIONALES
• METODOS TRADICIONALES
Perfiles
homogéneos
• Círculo de fricción
(Taylor, 1948)
• Frohlich (1955)
EQUILIBRIO LIMITE
• METODOS VARIACIONALES
• METODOS TRADICIONALES
Perfiles
Cualesquiera
• Dovelas
• Cuñas
Simplificados
rigurosos
Talud Infinito
Simplificados
Generalizados
Método Variacional
No envuelve ninguna hipótesis inicial relativa a la
forma y posición de la superficie de ruptura o de la
distribución del esfuerzo normal a lo largo de la
superficie.
El factor de Seguridad tratado como funcional de
Y(x) función asociada a la geometría de la superficie
potencial de ruptura y de s(x) – función asociada a
la distribución de los esfuerzos normales actuantes
en la superficie potencial de ruptura.
Método Variacional
El factor de seguridad crítico corresponde a la
minimización de la funcional f(y(x), s(x)), o sea
FSc= min F(y(x), s(x)) = F(ye(x), se(x))
Las funciones Ye(x) y se(x), que minimizan la
funcional de seguridad F(y(x), s(x)) satisfacen las
condiciones de equilibrio (momentos y fuerzas)
del problema
Método Variacional
Solución racional y elegante
Aplicaciones prácticas aún restringidas a pesar del
potencial teórico (suelos heterogéneos,
anisotrópicos, y distribuciones cualesquiera de
presión de poro).
Método Tradicionales
Perfiles homogéneos
Superficies de ruptura circulares (compatible con
consideraciones de talud/cimiento constituidos por
un único material, homogéneo)
Usualmente utilizados para análisis en términos de
esfuerzos totales, (condiciones no drenadas).
Métodos de análisis expeditos (sin justificativa actual
para uso en proyectos/retro-análisis)
Método Tradicionales
Métodos
simplificados
Perfiles Cualesquiera
• Spencer
• Morgenstern & Price
• GEL (Fredlund)
• Sarma
Métodos
Rigurosos
• Fellenius
• Bishop
• Janbu
MUCHAS GRACIAS !!!!
