CI4402 Clases 9-10-11 12 Modo de Compatibilidad

8/18/2019 CI4402 Clases 9-10-11 12 Modo de Compatibilidad

1/59

CI4402

GEOMECANICA

UNIVERSIDAD DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS YMATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE INGENIER A CIVIL

Prof. Luis Paredes

NOVIEMBRE 2010


2/59

ESTABILIDAD DE TALUDES

ROTACIONAL

Circular: Principalmente

en suelos homogéneos

No circular: suelos no

homogéneos


3/59


TRASLACIONALAquí la superficie de falla es planay paralela a la pendiente.

Esta falla ocurre cuando elhorizonte subyacente estarelativamente superficial


4/59


COMPUESTALa superficie de falla consisteen dos secciones curvas y el

.

Ocurren cuando loshorizontes subyacentes sonprofundos


5/59


Diversas superficies de falla circulares con radios variables desde unsolo centro de rotación

Centro de rotación Sup. de falla crítica


6/59

EQUILIBRIO LIMITE

Estos métodos son los más utilizados en lapráctica para el cálculo de estabilidad de taludes yse basan fundamentalmente en una consideraciónde equilibrio plástico límite. Se han desarrollado

,

mayoría se basan en dividir la potencial masa dedeslizamiento en un cierto número de dovelas orebanadas.


7/59

EQUILIBRIO LIMITE

W

I-dovela

EQUILIBRIOLIMITE

Wi= Peso de una i-dovela.Ni= Fuerza normal actuando ala base = wcos θi.Ti= Fuerza de Corte resistente en la base.Ui: ui *∆li= fuerza presión de porosUi: Fuerza de presión de poros actuando

sobre una i-dovela.Fi= Fuerza de corte actuando sobre losladosPi= Fuerza normal actuando sobre los lados


8/59

EQUILIBRIO LIMITE

Las fuerzas que actúan sobre cada dovela debenencontrarse en equilibrio, tanto para cada dovela, comopara la totalidad de la masa deslizante. Algunos métodosconsideran sólo equilibrio de fuerzas, otros sólo de

momento y otros satisfacen ambas fuerzas. Las hipótesisdel Método de Equilibrio Límite son:

El suelo sigue una ley de comportamiento Mohr-Coulomb:

τ=c+σ

’n·tan(Φ') y la resistencia se moviliza total y simultáneamente a lolargo de la superficie de deslizamiento, El Factor de Seguridad (FS) de la componente cohesiva y friccionante

del material es igual para todos los suelos involucrados en la superficiede deslizamiento y es el mismo para todas las dovelas,

Se debe verificar el equilibrio de cada dovela como para toda la masade suelo potencialmente deslizante


9/59

EQUILIBRIO LIMITE

La primera formulación del método corresponde a la

propuesta por Fellenius (1927), en donde postuló que laresistencia al corte movilizado para satisfacer la condiciónde equilibrio límite queda determinada por la expresión:

c + σ´n tan φ´τ mov = ----------------------

FS


10/59

La solución del problema se encuentra indeterminada, razón por locual es necesario introducir hipótesis sobre la dirección, magnitud y/oposición del punto de aplicación de algunas de las fuerzas actuantes.Los Métodos de equilibrio limite más comunes son: Fellenius, BishopSimplificado, Janbu Simplificado, Janbu Generalizado, Spencer,

Morgenstern-Price, GLE, Corps of Engineers y Lowe-Karafiath.

De los métodos indicados, el más preciso es el de Morgenstern-Price, pero su comprensión y aplicación es laboriosa. En cambio, elde Bisho Sim lificado obtiene mu oca diferencia con los métodos

precisos. Whitman & Bailey (1967) analizaron en detalle el MétodoSimplificado de Bishop, concluyendo que el error cometido al utilizareste método frente a otros más rigurosos es inferior al 7%, siendo engeneral menor a un 2%.


11/59


Factor de Seguridad en función del radio

FACTORDE

SEGURIDAD

RADIO (m)Radio de círculo crítico parael círculo crítico


12/59


Superficies de falla analizadas desde diversos centros derotación

Grilla decentro derotación


13/59


Fallas globales y locales

Falla global


14/59


Talud en suelo granular sobre arcilla

Relleno granular

Arcilla


15/59


Efecto de las grietas de tracción en las dovelas

Pérdida deresistencia debidoa grietas detracción obliga adespreciar el peso

Grietas de tracción

prop o e ove a

Superficie de falla

formada como extensiónde las grietas de tracción

Peso unitario de agua

Prof grieta tracción

Altura desde coronam. a centro de rot.


16/59

Tres puntos de superficie de falla con diferentes estados de falla

Opera resistencia alcorte residual – ya

No ha pasado aún el peak

No ha pasado el peaktodavía mantieneresistencia

pas e va or pea


17/59

Análisis sísmico (pseudoestático)La forma más simple para incluir los efectos del sismo es considerar que las fuerzasinducidas por éste son incorporadas como fuerzas horizontales en el análisis. Lamagnitud de la fuerza horizontal FH es tomada igual al peso de la masa que desliza,multiplicada por un coeficiente kh que “representa” al sismo, transformándolo en un

problema pseudoestático.

Aunque en la realidad el sismo impone fuerzas horizontales y verticales, diversosautores recomiendan no incluir estas últimas en el análisis.

coe c en e s sm co , es un va or emp r co que epen e en re o ros ac ores, e a

aceleración horizontal máxima de campo libre, las características del sismo (magnitud,profundidad, contenido de frecuencias, etc.,), dimensiones de la obra (volumenpotencial masa deslizante y condiciones de borde), existencia de poblados,instalaciones y equipos que puedan verse afectados. Diversos autores han propuestovalores y expresiones para determinar el valor de kh, los que se muestran en laminasiguiente.

Como es posible observar, existe una amplia gama de posibilidades para adoptar elvalor de kh , pero exceptuando la expresión propuesta por Saragoni, todas fuerondesarrolladas sin incluir las particularidades de los sismos chilenos.


18/59

ANALISIS SISMICOCoeficientes Sísmicos

Autor kh Observación

Terzaghi (1950) kh =0.1, kh =0.2 y kh =0.5 Para sismos severos, violentos ydestructivos y sismos catastróficos respectivamente

Noda & Uwave (1976) kh=amax/g Si amax ≤ 2 m/s2kh=0.33·(amax/g)0,33 Si amax > 2 m/s2

Seed (1979) kh=0.10, FSsísmico ≥ 1.15 Grandes deslizamientos y sitios cercanos a la fuentesísmica, capaz de generar un sismo de Magnitud 6.5

kh=0.15, FSsísmico ≥ 1.15 Grandes deslizamientos y sitios cercanos a la fuentesísmica, capaz de generar un sismo de Magnitud 8.5

Seed (1980) kh=0.15 FSsísmico ≥ 1.15 Siempre que no exista una pérdida significativa deresistencia de los materiales durante el sismo (suelosarcillosos, arenas drenadas y suelos no-cohesivosdensos). Además, sugiere verificar deformaciones con

método de Newmark (1965)

Marcuson (1981) kh=0.33·amax/g, a kh=0.5·amax/g Considera posible amplificación óamorti uamiento

Krinitzsky et al (1993), Taniguchi& Sasaki (1986) kh=0.65·amax/g Recomendada para deslizamiento de magnitud intermedia

Seed & Martin (1966), Dakuolas & Gazetas (1986) kh=amax/g Para un talud pequeño. kh=0.65·amax/g Deslizamiento de magnitudintermedia

Idem Seed (1979) Grandes deslizamientos

Hynes-Griffin & Franklin (1984) kh=0.5·amax/g Para presas y con FS=1, concluyó que la presa no estará sujeta adeformaciones importantes.

Saragoni (1993) kh=0.3·amax/g Si amax≤

6.6 m/s2kh=0.22(amax/g)0,33 Si amax > 6.6 m/s2

Kramer (1996) kh=0.5·amax/g Apropiado para muchos taludes, pero acota que no es una reglageneral.

Division of Mines and Geology, California (1997) kh=0.15


19/59


20/59


21/59


Excavación

Estabilidad de largo y corto plazo

Período de construcción

Tiempo

Relleno

Período deconstrucción (aumentoen presiones de poros)

Tiempo


22/59


Perfil de AnálisisPlanta

Coronamiento

Pie


23/59


24/59


25/59


26/59


27/59


28/59


29/59


30/59

Fellenius


31/59

Fellenius


32/59


33/59


34/59


35/59


36/59


37/59


38/59


39/59


40/59


41/59


42/59


43/59

RESUMEN METODOS MAS CONOCIDOS PARA


44/59

ANALISIS DE ESTABILIDAD

METODO LIMITACIONES Y SUPUESTOS

ORDINARIO DE DOVELAS Factores bajos de seguridad: muy inexacto para taludesde poca pendiente y con presiones altas de poros; sólo

para superficies circulares de falla; se asume que lafuerza normal sobre la base de cada rebanada esWcos α; una ecuación (equilibrio de momento de toda lamasa), una incógnita (factor de seguridad).

BISHOP MODIFICADO Método preciso; sólo para superficies circulares de falla;

satisface el equilibrio vertical y el equilibrio de momentototal; asume que las fuerzas laterales sobre rebanadasson horizontales.

SIMPLIFICADO DE JAMBU Método de equilibrio de fuerzas; aplicable a cualquierforma de superficie de deslizamiento; asume que las

fuerzas laterales son horizontales (las mismas paratodas las rebanadas); generalmente los factores deseguridad son considerablemente más bajos que loscalculados empleando métodos que satisfacen todas lascondiciones de equilibrio.

METODOS MAS CONOCIDOS PARA ANALISIS DE


45/59

ESTABILIDAD

METODO LIMITACIONES Y SUPUESTOS

SUECO SIMPLIFICADO Método de equilibrio de fuerzas, aplicable a cualquierforma de superficie de falla; asume que las inclinaciones

de las fuerzas laterales son iguales a la inclinación deltalud (las mismas para todas las rebanadas); losfactores de seguridad a menudo son considerablementemas altos que los calculados empleando los métodos

.

JANBU GENERALIZADO Satisface todas las condiciones de equilibrio; aplicable acualquier forma de superficie de falla; asume alturas defuerzas laterales por encima de la base de dovela(variando de dovela en dovela); problemas deconvergencia numéricos

SPENCER Muy utilizado. Satisface todas las condiciones deequilibrio; aplicable a cualquier forma de superficie defalla; asume que la inclinación de fuerzas laterales es lamisma para todas las dovelas; la inclinación de la fuerzalateral es calculada en todas las condiciones deequilibrio; método preciso.


46/59

ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

Para la verificación de la estabilidad de los taludes seconsidera en general en la práctica el método de equilibriolímite, utilizándose para ello algoritmos numericos ocódigos como los softwares MStabl, Clara, Slide,Geoslope, SlopeW y otros.

s os c gos u zan e m o o e ove as, un o con e

enfoque de equilibrio límite, para calcular los factores deseguridad para una posible falla en superficies circulares ode bloque. Los softwares utilizan un proceso de búsquedaa fin de obtener el factor de seguridad mínimo y lasuperficie de falla más crítica, calculando los factores deseguridad según un número de algoritmos establecidos,tales como los ya mencionados (Bishop simplificado, Janbucorregido, Spencer u otros).



47/59


El método Bishop simplificado es frecuentemente utilizadoen análisis de fallas circulares, mientras que los algoritmosJanbu corregido y Spencer son utilizados tanto en análisisde fallas circulares como fallas de bloque. Estas

diferencias se deben a que el algoritmo Spencer y Janbucorregido, o también llamado Janbu riguroso, cumplentanto con el equilibrio de fuerzas en sus dos direcciones,como con el equilibrio de momento, considerando unanc nac n constante e as uerzas entre ove as, en ecaso del algoritmo Spencer y una línea de falla en el casode Janbu corregido, mientras que Bishop simplificado nocompatibiliza todas las fuerzas en su análisis, además deconsiderar las fuerzas entre dovelas horizontales. Por lo

tanto, el método de Spencer es uno de los métodos máscompletos, y como se ha mencionado, preciso.


48/59

EXPLORACION GEOTECNICA

(o prospección Geotécnica):

Investigación mediante métodos invasivos,que pueden ser complementarios conmétodos no invasivos, del subsuelo con

fines geotécnicos. Habitualmente incluye la obtención de

muestras del subsuelo


49/59

EXPLORACION DE SUELOS(GEOTECNICA)

Objetivo principal:Detectar, reconocer e identificar losmateriales geomecánicos y profundidadesde na as roca basal en sector de

emplazamiento (o trazado) de obras deingeniería que se proyectan ( aprofundidades influenciadas por ella -bulbode presión), en el area en que pueden

influenciarla (taludes adyacentes) o enprofundidades donde se requiera prevenirefectos en aguas subterraneas


50/59

EXPLORACION GEOTECNICA

Identificar horizontes o estratos desuelos => Descripción estratigráfica Definir posible secuencia

estratigráfica => Programar campañaen extensión Efectuar trabajos de terreno que

permitan caracterizar los materialesrepresentativos de los horizontes


51/59

Exploración geotécnica

Procedimientos

Excavación de zanjasPerforación de sondajes

Desarrollo de procedimientos geofísicos


52/59

Programa Se debe definir mediante: Cantidad de puntos a investigar Profundidad a alcanzar en cada punto

Distribución de los puntos en lasuperficie del terreno Numero y tipo de muestras a extraer


53/59

Prospección Geofísica

Sísmica de refracción Propagación de ondas en sondajes

Numero mínimo de calicatas de investigación


54/59


para profundidades de hasta 4 mSuperficie a explorar (m2) Cantidad de puntos de

exploración

Hasta 500 2De 501 a 1000 3

De 1001 a 2000 4

De 2001 a 5000 5

De 5001 a 10000 6

Mas de 10000 Según lo indicado por el ing.Geotécnico con un minimo de 7



55/59


para profundidades de entre 4 y 8 mSuperficie a explorar (m2) Cantidad de puntos de

exploración

Hasta 1000 2De 1001 a 4000 3

De 4001 a 10000 4

Mas de 10000 Según lo indicado por el ing.Geotécnico con un minimo de 5

Profundidad mínima a alcanzar en


56/59


cada punto de exploración

Se entiende como profundidad mínima deexploración aquella dentro de la cual seproduce la interacción suelo-estructura dela obra en proyecto



57/59


cada punto de exploración

Fundaciones superficiales Edificación sin subterráneo

Zp = Df + z

Zp = h + Df + z

En ambos casos z= 1,5 By B el ancho menor de fundación

Df profundidad de fundación distancia desde terreno a sello defundación


58/59

Profundidad de exploración

z puede tener el valor de B, con unmínimo de 2 m

Zp no puede ser menor a 2,5 m

Fundaciones profundas


59/59

Fundaciones profundas

Zp = h + Df + z

Con Df el extremo de la fundación profundailote il s

Debe profundizarse un mínimo de 3 m pordebajo de su punta

En caso de cepas o estribos de puentes, unmínimo de 7 m

Documents

CI4402 Clases 9-10-11 12 Modo de Compatibilidad