GEOTECNIA TALUDES

Anglo American Quellaveco S.A. OPTIMIZACION DE LA INGENIERIA DE DETALLE DEL CAMINO DE ACCESO PRINCIPAL DEL TRAMO II DV. PAPAJUNE - PAPAJUNE

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Proyecto Quellaveco Fecha: 10-Diciembre-2014

Contrato Q1CO-K-ES-330 ESTUDIO DEFINITIVO PARA LA CONSTRUCCION A NIVEL DE ASFALTADO Y MANTENIMIENTO DE LA CARRETERA DESVIO

TOQUEPALA - PAPUJUNE

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Código de Proyecto: 30214 Rev. A

ESTUDIO GEOTÉCNIA PARA TALUDES TRAMO II

VOLUMEN II – EVALUACION GEOLOGICA PARA FUENTES DE MATERIALES


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1. INTRODUCCION

El presente Informe documenta y justifica la evaluación realizada en los taludes de corte y relleno, del Estudio: Optimización de la Ingeniería del Camino de Acceso Principal del Tramo II Dvo. Papajune - Papajune, ubicada en el departamento de Moquegua.

El Estudio Geotécnico consta de 02 partes: la primera es la evaluación de los taludes de corte y el segundo comprende la evaluación de taludes de relleno a lo largo de la carretera, determinando para ambos el ángulo óptimo para realizar el diseño óptimo de corte que garantice la estabilidad del talud durante la operación de la carretera. Se evaluaran los taludes de corte y de relleno de acuerdo a lo observado en el camino existente próximo, basado en la normativa E.030 que corresponde al Diseño Sismo Resistente.



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2. OBJETIVOS

Los objetivos principales del presente informe son los siguientes:

- Proponer la inclinación de los taludes de corte y relleno a realizarse.- Determinar el grado de estabilidad de todos los taludes de corte y relleno.- Una vez identificados las zonas con problemas de inestabilidad, se recomendará el tipo

de sostenimiento más adecuado según las características físicas y mecánicas de los materiales que conforman las estructuras de los cortes y rellenos.

3. METODOLOGIA

3.1. TRABAJO DE CAMPO

Los trabajos de campo consistieron, en visita a la zona de estudio, específicamente en las zonas que se encuentra ubicado el trazo de la carretera a proyectar, por parte de una cuadrilla conformada por ingenieros especialistas, ingenieros asistentes y personal de apoyo; con la finalidad de analizar visualmente el origen de formación geológico de la zona, características organolépticas de los suelos, condiciones de equilibrio que se encuentran los taludes naturales y mapeo geológico del área influyente al tramo.

En la evaluación de taludes se tiene lo siguiente:

- Evaluación del macizo rocoso- Evaluación de suelos

3.2. ENSAYOS DE CAMPO Y LABORATORIO

Este informe está basado en el estudio de Geotecnia para Corredores, Taludes, Estructuras y Depósitos de Materiales Excedentes entregado por el propietario; con esta aclaración se argumenta que el programa de exploración geotécnico ejecutado consistió en la excavación de calicatas, perforaciones distribuidas por el área de influencia del trazo de la carretera.



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Con las nuestras extraídas de la exploración geotécnica, se procedió a realizar sus respectivos ensayos de materiales con el fin de determinar la clasificación de los materiales, características físico mecánicas.

3.3. TRABAJO DE GABINETE

El trabajo de Gabinete consistió en el procesamiento de los datos, elaboración de perfiles de taludes de corte y relleno, procesamiento de la información para la estabilidad por el programa slide 6.0.

3.4. FENÓMENOS DE INESTABILIDAD DE TALUDES

Conforme la observación en campo los tipos de deslizamientos son: “flujo rápido y toppling”, cabe mencionar que existe la clasificación de movimientos, según Varnes 1978, que agrupa estos en 5 tipos importantes:

a) DesprendimientoSe trata de masas en movimiento que viajan la mayor parte de la distancia en el aire, que se desprenden de taludes empinados o escarpados a lo largo de una superficie sobre la que tienen lugar, poco o ningún desplazamiento tangencial; incluye caída libre, rodamiento y movimiento por saltación y rodadura, de los fragmentos del sustrato o suelo.

Estos desprendimientos se producen en acantilados o laderas socavadas en su base, taludes de carretera, etc., generalmente con pendientes mayores de 40° pudiendo alcanzar velocidades muy rápidas a extremadamente rápidas (0.3 a 300m/seg.).

Están condicionadas por factores como: fracturamiento (fractura por tracción, cuñas), inclinación o pendiente del terreno y disposición de esta, respecto al buzamiento de estratos, esquistocidad o foliación de las rocas, resistencia diferencial de estratos rígidos y estratos competentes, etc.

b) TopplingSon movimientos debido a fuerzas que causan un momento de rotación alrededor de un punto de pivot o giro, bajo la acción de la gravedad y fuerzas ejercidas por unidades adyacentes o por inclusión de agua en las discontinuidades.

Si no se controlan estos eventos, generalmente culminan en caídas o deslizamientos de capas o estratos.

c) DeslizamientoMovimiento de masas que involucran un desplazamiento tangencial o de cizalla, a lo largo de una o varias superficies, o dentro de una zona relativamente estrecha, visible o



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que puede razonablemente ser inferida.

d) Corrimientos (lateral spreads)

a) Los corrimientos de tierra son movimientos que afectan a una gran cantidad de

masa de terreno por deslizamientos, que se producen cuando una gran masa de

terreno o zona inestable, se desliza con respecto a una zona estable, a través de

una superficie o franja de terreno de pequeño espesor. En nuestro caso se produce

en el corte de los taludes del material denominado material suelto o material común,

generalmente de gran magnitud producido por:

Falta de soporte en la base del talud.

Sobresaturación de agua.

Desintegración gradual del afloramiento rocoso.

Movimiento sísmico.

Con la finalidad de proteger la plataforma de la carretera existen normas y criterios que se aplican los mismos que apuntan directamente a la estabilidad y durabilidad de los taludes a lo largo del tiempo.

Los tipos de fallas más comunes en taludes son:

Deslizamiento superficiales (creep) Movimiento del cuerpo del talud Flujosa) Deslizamientos superficiales (creep)

Cualquier talud está sujeto a fuerzas naturales que tiendan a hacer que las partículas y/o porciones de suelos próximos al talud se deslicen hacia abajo. Se refiere esta falla al proceso más continuo y por lo general en forma lenta que se presenta de la capa superficial de algunas laderas; sin una transición brusca entre la parte superficial móvil y el comportamiento inmóviles de las masas más profundas, variando su intensidad según la época del año (periodos húmedos) y los efectos de los movimientos sísmicos.

Pero también existe el deslizamiento masivo es el que afecta las capas de las tierras más profundas el mismo que se puede atribuir a los efectos gravitacionales y los movimientos sísmicos.

b) Movimiento del cuerpo del talud.

Puede ocurrir en taludes de movimientos bruscos que afecten a masas considerables mayormente de suelos. Se considera que la superficie de falla se forma cuando en la zona de su futuro desarrollo actúan esfuerzos cortantes que sobrepasan la resistencia



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al corte del material. Motivo por el cual se produce la ruptura del mismo, produciéndose el deslizamiento, el mismo que se produce por los efectos de los periodos húmedos, movimientos sísmicos y el efecto gravitacional.

a) Flujos.

Son movimientos de falla de movimiento más o menos rápido de las laderas naturales, asemejándose el movimiento de velocidades y desplazamiento a un comportamiento de un líquido viscoso. El deslizamiento se desarrolla durante un periodo relativamente corto.

Los materiales susceptibles de fluir pueden ser cualquier formación no consolidada y asi el efecto puede presentarse en fragmentos de roca, suelos granulares y finos, donde son frecuentes los flujos de barro.

Estos tipos de corrimiento ingenierilmente pueden ser evitables con obras de arte.

Para lo cual se debe se debe tener en cuenta los siguientes materiales que presentan

un especial comportamiento:

Flujo de arcillas se produce en zonas muy lluviosas. Los terrenos arcillosos, al

entrar en contacto con el agua, se comportan como si alcanzasen el límite

líquido, y se mueven de manera más lenta que los deslizamientos. Se

producen en los terrenos donde se presentan pendientes.

Licuefacción se da en zonas de arenas limosas saturadas, o en arenas muy

finas, debido a la presencia de las precipitaciones pluviales, provocando la

licuefacción por la pendiente que presentan los taludes de corte,

comportándose el terreno como un «pseudolíquido.Complejos Muchos movimientos de tierra son complejos aunque un tipo de movimiento generalmente es el que predomina, el mismo que es conocido como complejo.

4. EVALUACION DE TALUDES DE CORTE

Se ha utilizado la metodología que mejor se adecua a los objetivos planteados. La metodología utilizada para la evaluación de taludes en suelo es de equilibrio límite Bishop y Janbu simplificada por medio del programa software Slide 6.0 con estos datos se determina el Factor de Seguridad (FS), la condición actual del talud y permite definir el sistema de sostenimiento adecuado, se ha empleado esta metodología por los



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excelentes resultados que se vienen obteniendo en la evaluación de taludes conformados por suelos.

Para la evaluación de taludes en roca, se hace uso de metodologías empíricas y analíticas, siendo parte de la primera la valoración del macizo rocoso mediante el clasificación Rock Mass Rating (RMR) propuesto por Bieniawski en 1979; obtenido este valor se obtiene un grado de estabilidad según la clasificación Slope Mass Rating (SMR) propuesto por Romana en 1985; dentro de la metodología analítica, se identificarán las familias de discontinuidades propensas a producir las fallas del tipo planar, cuña o vuelco, una vez identificadas estas familias se hará un análisis al talud de corte propuesto, determinando un factor de seguridad que debe ser superior a la unidad para considerarlo como estable; Con ambas metodologías en resumen se obtiene la valoración del macizo rocoso, el grado de estabilidad y factores de seguridad, que nos permitan asegurar la estabilidad de los taludes, así como las recomendaciones generales del sostenimiento en caso de persistir las fallas.

4.1. EVALUACION DE SUELOS

Estos se producen en material aluvial o fluvial sea el caso, y básicamente son desmoronamientos por rodadura del material inestable de las laderas de moderada a fuerte pendiente, que se acumulan en la base, formando escombros de talud. Frecuentemente activados por el corte del pie de la base por la carretera, también por acción eólica, por sismos y precipitaciones pluviales.

Para la evaluación de estos sectores inestables, se han hecho análisis geológicos y geotécnicos para los respectivos análisis de laboratorio del presente estudio presentado por el propietario. Los cuales según la naturaleza de la muestra, son los siguientes:

4.1.1. ENSAYOS ESTÁNDAR DE SUELOS

Las muestras para estos ensayos provienen de los taludes conformados por suelo, las cuales fueron sometidas a ensayos estándar de clasificación consistentes en: análisis granulométrico por tamizado, Límites de Atterberg (líquido y plástico) y contenido de humedad. De la totalidad de ensayos algunos fueron presentados por el propietario y otros por Tecosur s.c.r.l.

Los ensayos se ejecutaron siguiendo las normas de la American Society For Testing and Materials (ASTM). Las normas para estos ensayos son las siguientes:

- Análisis granulométrico por tamizado ASTM D-422- Límites de Atterberg ASTM D-4318



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- Contenido de humedad ASTM D-2216- Clasificación SUCS ASTM D-2487- Compresión no Confinada de Especímenes de Roca ASTM D-2938-95

Sobre los resultados obtenidos de los ensayos de laboratorio de suelos, contamos con el porcentaje pasante N° 200, límites de consistencia, clasificación de SUCS (GP,GW,GC,GM,SC,SM), se deduce que los componentes de suelos es de alto porcentaje de finos en un rango de 10 a 35% , elemento esencial para mantener la estabilidad y en reposo junto con los demás materiales, por dicha razón que los suelos del talud muestreado no son vulnerables por el viento, pero si por factores desencadenantes como movimientos telúricos y precipitaciones pluviales; para este último factor es necesario indicar que las condiciones meteorológicas por lluvia son escasas.

4.2. EVALUACION DEL MACIZO ROCOSO

El comportamiento de un macizo rocoso está directamente relacionado con el número de familias de discontinuidades existentes, su distribución espacial y orientación; por lo que es necesario realizar esta evaluación.

La caracterización litológica y estructural del macizo rocoso, se realizó en los afloramientos rocosos en superficie mediante mapeo; este mapeo geológico estructural de las discontinuidades consiste básicamente en la medición detallada de la orientación de los planos (juntas, estratificaciones y fallas) que cortan el macizo rocoso. También se evalúa la alteración/meteorización, estructura, rugosidad, persistencia, espaciamiento de las discontinuidades, para ser incorporadas en la clasificación del macizo rocoso y en la determinación de las familias principales de discontinuidades, para lo cual se utilizó el sistema de Clasificación Geomecánica de Bieniawski (1979), denominado índice RMR básico.

El sistema RMR básico, cuenta con cinco parámetros básicos:

- Resistencia de la Roca Intacta- Designación de la Calidad de la Roca (RQD)- Espaciamiento de Discontinuidades- Estado de las Discontinuidades- Condiciones de Agua Subterránea.

Este método ha sido modificado con los años conforme más casos históricos llegaron a estar disponibles, y adecuado a las normas y procedimientos internacionales, es así que en el año 1989 se añade un factor más por Condición de la orientación de discontinuidades, obteniéndose, un RMR modificado (considerando todos los factores por evaluación de campo) y el RMR 89 (considerando en condiciones secas y orientación de juntas muy favorables).



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La clasificación del macizo rocoso, se basó según lo antes mencionado y del mapeo geomecánico realizado en campo y es el siguiente:

CUADRO Nº 04Litología Clasificación geomecánica

AndesitaRMR89= 40 Tipo III Roca Regular

GranodioritaRMR89= 42 Tipo III Roca Regular

RiolitaRMR89= 36 Tipo IV Roca Mala

DioritaRMR89= 43 Tipo III Roca Regular

MonzonitaRMR89= 60 Tipo III Roca Regular

Mayormente los taludes de roca evaluados en la zona de estudio presentan algunos problemas de estabilidad, esto basado en las observaciones de campo, por presentar zonas de fallas o fuerte fracturamiento, y por estar localizados en condiciones climáticas secas.

Asimismo, no se ha detectado agentes desestabilizantes que puedan generar alto riesgo a la transitividad de vehículos; los factores favorables existentes son la falta de filtraciones o aguas subterráneas respaldadas con la información de la serie histórica climatológica, la cual indica que las precipitaciones pluviales en la zona de estudio son mínimas e insignificantes.

Tenemos la presencia de Andesita-Dolerita Carpanto y geomecanicamente presenta de alta a muy alta resistencia en capas gruesas y en condición de roca fracturada y muy fracturada baja su resistencia. Aflora en los tramos: Km.: 11+750 - 11+800 ; 22+100 - 23+320 ; 23+500 - 23+780 ; 24+200 - 24+340 ; 24+340 - 24+400 ; 24+400 - 24+500 ; 24+650 - 25+080 ; 25+150 - 25+750 ; 26+000 - 26+130 ; 26+200 - 26+230 ; 26+325 - 26+600 ; 26+600 - 27+080. (Ver foto siguiente).



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Tenemos la presencia de Riolita Yarito geomecanicamente presenta una alta a muy alta resistencia y en condición de roca fracturada a muy fracturadas es afectada por tres (3) sistemas de discontinuidades. Aflora en los tramos: Km.: 9+040 - 9+110 ; 10+520 - 10+600 ; 12+080 - 13+060 ; 13+100 - 13+120 ; 13+140 - 13+250 ; 14+150 - 14+180 ; 14+350 - 14+600; 14+950 - 15+850; 16+100 - 16+120 ; 16+200 - 16+520 ; 16+570 - 17+680 ; 17+740 - 22+100 . (Ver foto siguiente).



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Tenemos la presencia de Dioritas y geomecanicamente presenta una condición de roca sana, de alta resistencia, cubierta por bloques y fragmentos de diferentes tamaños producto de su desintegración mecánica y alteración superficial. Aflora en los tramos: Km.: 7+720 - 8+360; 8+480 - 8+500; 8+580 - 8+980; 9+040 - 9+110; 14+950 - 15+850. (Ver Foto siguiente).

Tenemos la presencia de Monzonita – Cuarzo Monzonita y geomecanicamente, se expone



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como una roca masiva de muy alta resistencia, cubierta por un horizonte de materiales sueltos producto de la disgregación mecánica in situ. Aflora en los tramos: Km.: 8+360 - 8+380; 8+380 - 8+480; 8+500 - 8+580, 23+320 - 23+500.


DOLERITA

MONZONITA


MQ1CO-27-ES-5310-GO0005Proyecto Quellaveco Fecha: 10-Diciembre-2014Contrato Q1CO-K-ES-330 ESTUDIO DEFINITIVO PARA LA CONSTRUCCION A NIVEL DE

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Tenemos la presencia de Granodiorita, que aflora un cuerpo de stock granodioritico intrusivo y geomecánicamente se presenta como una roca masiva de muy alta resistencia, por efectos de intemperismo se fractura en bloques subredondeados. Aflora en los tramos del Km.: 9+400 - 9+850; 10+700 - 10+800; 10+800 - 11+200.

4.2.1. ENSAYOS DE LABORATORIO - PROPIEDADES FISICAS

Los resultados de laboratorio y características geotecnias varían según el tipo de material, en el presente estudio estas características se han determinado por medio de trabajo de campo, ensayos de laboratorio y asumidos según la experiencia, además con ayuda del software RocDatab0.3 (Rocscience), se tiene lo siguiente.

Tipo de materialPeso Específico

(kN/m3)Cohesión

kN/m2 (kPa)Angulo de fricción (º )

Riolita intacta 24 80 38

Riolita Alterada 22 35 30

Monzonita Intacta 27.8 50 65

Monzonita Alterada 27.8 38 58

Andesita Intacta 26.5 50 15

Andesita Alterada 22.9 30 15

Granodiorita 22.94 18 28.95

Diorita 22 50 30

4.3. CALCULO DE ESTABILIDAD DE TALUDES






4.3.1. ANALISIS DE ESTABILIDAD EN SUELOS

Para el cálculo de los factores de seguridad al corte se ha empleado el método simplificado de Bishop (1955), basado en la determinación, mediante el análisis de equilibrio límite, de la relación entre la resistencia disponible del suelo al corte y el esfuerzo cortante requerido para mantener el equilibrio límite a lo largo de superficies que definan un mecanismo potencial de falla (círculos de falla).

Utilizando los criterios, hipótesis y modelo matemático antes indicados, los cálculos relativos al análisis de estabilidad de taludes se realizaron empleando un programa de cómputo geotécnico de reconocida confiabilidad (Programa SLIDE v6.0) lo que posibilita estudiar, detalladamente una gran variedad de configuraciones alternativas para obtener una sección óptima, aceptable tanto desde el punto de vista de la seguridad como de economía de la obra.

El programa analiza la estabilidad de taludes tomando en cuenta las propiedades del suelo (cohesión y ángulo de fricción), las características geométricas del talud y las variables desencadenantes de deslizamiento (nivel de agua).

Los parámetros correspondientes a las propiedades de los materiales que componen el talud, requeridos para el análisis de estabilidad, son los siguientes:

- Peso unitario húmedo (h)- Peso unitario saturado (sat)- Cohesión (c)- Ángulo de fricción (Φ).

Los valores de estos parámetros se han seleccionado teniendo en consideración los resultados de los diversos ensayos de campo y de laboratorio y algunos asumidos según la experiencia y la evaluación de las condiciones geológicas y geotécnicas del talud, además con ayuda del software RocDatab0.3 (Rocscience), se tiene lo siguiente.

Tipo de materialPeso especifico

(kN/m3)Cohesión


Depósitos Coluviales 18 15 25

Depósitos Aluviales 18 15 6.93

A. Metodología de Análisis

Para el análisis de estabilidad de taludes se ha empleado exclusivamente el método simplificado de Bishop, debido a que, en general, los valores de los factores de seguridad obtenidos mediante dicho método para superficies de falla circulares difieren en un 5% a 10% por defecto (es decir, dando un margen conservador de seguridad) que de los valores obtenidos empleando métodos rigurosos de análisis (tales como el de Spencer o el de Morgenstern – Price). Por tanto, para fines prácticos, el método simplificado de Bishop es satisfactorio.






El cálculo utiliza el método de las dovelas. Este método asume que no hay fuerzas de corte entre dovelas adyacentes y que la geometría de cada una queda definida por su altura, h, medida a lo largo de su línea central, su ancho, x, y por las inclinaciones de su base y de su parte superior, y respectivamente.

El método satisface el equilibrio de fuerzas verticales para cada dovela. Por lo tanto, de acuerdo con el diagrama de cuerpo libre se tiene:

∑ Fv = ( ΔN ' + ΔU α ) cosα + ΔS sen α − ΔW (1 − kv ) (1)− ΔU β cos β − ΔQ cos δ = 0

Asimismo, este método satisface el equilibrio de momentos de toda la porción del talud susceptible de falla, tomados con respecto al centro de la superficie circular de falla analizada; por lo tanto:

∑ M o = ∑i =1

n

[ ΔW (1 − k v) + ΔU β cos β + ΔQ cos δ ] ( R sen α )

− ∑i = 1

n

[ ΔU β sen β + ΔQ sen δ ] ( R cos α − h ) (2)

− ∑i = 1

n

[ ΔS ] (R ) + ∑i = 1

n

[k h ΔW ] ( R cos α − haq)= 0

En la anterior expresión (2), R es el radio de la superficie circular de falla, h es la altura promedio de cada dovela y heq es la altura vertical entre el centro de la base y el control de cada dovela.

Por otro lado, considerando que el factor de seguridad es el mismo para todas las dovelas, la resistencia al corte Mohr – Coulomb movilizada (S) a lo largo de la base de cada dovela está dada por:

ΔS = ΔC + ΔN ' tg φF (3)

En base a las relaciones anteriores, finalmente se deduce la fórmula que permite hallar el factor de seguridad al deslizamiento, que es la siguiente:

F =∑i = 1

n

[ ΔC + ΔN ' tg φ ]

∑i = 1

n

A1 − ∑i =1

n

A2 + ∑i =1

n

A3

(4)En donde:

A1 = [ ΔW (1 − kv ) + ΔU β cos β + ΔQ cosδ ] (sen α )A2 = [ ΔU β sen β + ΔQ sen δ ] (cos α − h/ R ) (4a)






A3 = [ kh ΔW ] (cosα −heq

R)

y la fuerza normal (N’) es: (4b)

ΔN ' = 1mα

[ ΔW (1 − k v )−ΔC sen α

F− ΔU α cos α + ΔU β cos α + ΔU β cos β + ΔQ cosδ ]

Dónde:

mα = cos α [1 + tg α tg φF

](4c)

Las ecuaciones (4), (4a), (4b) y (4c) son las expresiones programadas en el programa SLIDE para calcular el factor de seguridad al deslizamiento de superficies de falla circulares según el método simplificado de Bishop.

B. Software Empleado para el Análisis

El programa realiza los análisis de estabilidad según equilibrio límite bidimensional, calculando el factor de seguridad de un talud con varios estratos empleando el método simplificado de Bishop o el método modificado de Janbu. El programa permite analizar tanto una superficie única de falla como una gran cantidad de superficie de falla circulares y no circulares. Para los cálculos realizados en el presente estudio, se han considerado 100 y 400 círculos de falla por cada análisis. Se obtiene así el mínimo factor de seguridad, graficando las superficies de falla con menores factores de seguridad. Este programa ofrece, entre otras, las siguientes opciones:

- Sistemas de suelos heterogéneos. - Suelos con características de resistencia anisotrópicas.- Envolvente no lineal de esfuerzos, según Mohr - Coulomb.- Presiones de poros calculadas de diversas maneras: A partir del coeficiente de presión de poros u de una superficie freática, de una superficie piezométrica o de una malla de presiones de poros definida previamente.- Cálculo de los factores de seguridad. - Verificación de errores de entrada de datos- Visualización preliminar de la geometría del talud analizado.- Archivos independientes de datos de entrada, salida de resultados y gráficos, los cuales pueden ser inicialmente grabados y posteriormente recuperados e impresos.- Análisis de taludes tanto con pendientes.- Sistema de unidades métricas o inglesas.- Menú de ayuda para todas las opciones del programa.






Figura: Análisis de Estabilidad de Talud de un estrato de suelosobre un estrato rocoso. Posibles círculos de falla

Figura: Contornos mostrando la variación espacial de losfactores de seguridad.

C. Factor de Seguridad

Los factores de seguridad en los cálculos de la estabilidad de taludes habitualmente se obtienen mediante el método de equilibrio límite. En los últimos años, se está empleando cada vez con mayor frecuencia el método de los elementos finitos, especialmente en problemas complejos que implican la interacción suelo estructura, donde se requiere análisis tenso-deformacional. Estudios comparativos entre ambos métodos [1], indican que se obtienen resultados similares.

La elección de un factor de seguridad en los análisis de estabilidad debería considerar dos aspectos importantes: el margen de error entre los parámetros empleados en el diseño y aquellos que pueden existir realmente en el campo, y por otra parte considerar las limitaciones del método de análisis adoptado.






Para cálculos de este tipo, se dispone de una dilatada experiencia en determinados problemas geotécnicos, como es el caso de presas de retención de agua; ciertamente, esta experiencia ayuda a establecer una escala convincente para los factores de seguridad mínimos requeridos en distintas estructuras geotécnicas, sin embargo, se debe tener muy en cuenta las diferencias sustanciales que existen entre los distintos tipos de estructuras, así como las consecuencias que podría ocasionar la rotura de un talud.

Como referencia para establecer los criterios de seguridad para el proyecto, se dispone de ‘la guía ambiental para la estabilidad de taludes de depósitos de residuos sólidos provenientes de actividades mineras’, en la cual se sugiere los factores de seguridad mínimos indicados en la tabla 2.2.6.1.3. Igualmente útil son las recomendaciones del manual EM-1110-2-1902 del US Army Corps of Enginners [ver tabla 2.2.6.1.1 y 2.2.6.1.2].

Tabla 2.2.6.1.1. Factores de seguridad mínimos.Guía ambiental depósitos mineros, MINEM, 1998.

Suposiciones

Nivel de daños que produciría la falla del

depósitoSeveros Poco severos

Empleando parámetros de resistencia pico al corte. 1.5 1.3

Empleando parámetros de resistencia residual al corte. 1.3 1.2

Incluyendo carga para el mayor terremoto que puede ocurrir en un periodo de 100 años.

1.2 1.2

Para el deslizamiento horizontal sobre la base de depósitos de retención de relaves en áreas sísmicas, asumiendo que la resistencia al corte de los relaves detrás de la presa se reduzca a cero.

1.3 1.3

Tabla: Factores de seguridad recomendados por el USACE

Sobre la base de estas referencias y considerando la experiencia en proyectos similares, se han adoptado los siguiente valores de factores de seguridad.

Tabla: Factores de Seguridad Adoptados

Condición de Calculo F.S. Mínimo

Análisis estático 1.3

Pseudo-estático 1.0






D. Condiciones de Análisis

Se han ejecutados cálculos de estabilidad de taludes para diferentes condiciones de análisis:

D.1. Análisis EstáticoEste análisis se refiere a la estabilidad talud sin considerar la acción sísmica. Los resultados de los análisis se presentan en términos de factor de seguridad utilizando la metodología del equilibrio límite. Estos análisis se pueden realizar tanto en esfuerzos efectivos como esfuerzos totales, dependiendo de la naturaleza de los suelos afectados.Cuando se utiliza el método del equilibrio limite, se asume que los parámetros de resistencia son independientes del comportamiento esfuerzo deformación de los suelos, por lo tanto no se tiene información del valor de los desplazamientos.Los factores de seguridad determinados para la condición estática se presentan en la Tabla 2.2.6.1.3.

D.2. Análisis Pseudo-estáticoEl método consiste en calcular el factor de seguridad contra deslizamiento, considerando que actúa una fuerza horizontal igual al producto del coeficiente sísmico por el peso de la masa potencial de falla, la cual es adicionada a las fuerzas estáticas ya existentes. Para este análisis simplificado se utiliza un coeficiente sísmico horizontal seleccionado sobre la base de la sismicidad de la zona.

En esta condición se ha verificado la estabilidad de taludes en los escenarios siguientes:- Situación inicial, antes del proyecto- Solución del proyecto.- Talud con medidas de mejoramiento.

Para el análisis por el modo pseudo estático se está asumiendo un coeficiente sísmico horizontal de 0,22 g.

D.3. ResultadosSe realizaron una serie de cálculos por equilibrio límite para taludes inestables. En una primera fase se ha corrido el modelo de la sección inicial que corresponde al talud antes de la ejecución del proyecto. Posteriormente, se ha corrido el talud de corte recomendado en el proyecto y finalmente una propuesta para mejorar de las condiciones de estabilidad, considerando un tipo de solución viable económicamente para el proyecto. En todos los casos se logra mejorar las condiciones de estabilidad.

FALTA EL CUADRO DE RESULTADOS DE ESTABILIDAD






4.3.2. ANALISIS DE ESTABILIDAD EN ROCA

Para el análisis de Estabilidad de Roca se asume los siguientes parámetros:


(kN/m3)Cohesión


Riolita intacta 24 80 38

Riolita Alterada 22 35 30

Monzonita Intacta 27.8 50 65

Monzonita Alterada 27.8 38 58

Andesita Intacta 26.5 50 15

Andesita Alterada 22.9 30 15

Granodiorita 22.94 18 28.95

Diorita 22 50 30

A. Método de Análisis

Los parámetros físico mecánicos que se emplearan en el análisis de estabilidad de los taludes rocosos, se conseguirán empleando el método de Barton Bandis (1973), el cual permite estudiar el comportamiento de discontinuidades naturales de rocas, la ecuación que formula este análisis se presenta a continuación:

τ f=σ n tan(φb+JRC log10( JCSσn

))Dónde:

JRC : Coeficiente de rugosidad de la discontinuidad;JCS : Resistencia a la compresión simple de las paredes de la

Discontinuidad (Uniaxial Compressive Strength).σ n

: Tensión normalφb

: Ángulo de fricción básico

El coeficiente de rugosidad (JRC) representa una escala de perfiles de rugosidad desde la más lisa (JRC = 0) hasta la más rugosa (JRC = 20). En coeficiente de rugosidad de la discontinuidad es un número que puede ser estimado comparando.

El ángulo de fricción básico (

φb

) depende del tipo de roca y es un parámetro fundamental en el entendimiento de la resistencia al cizallamiento de las superficies de las discontinuidades.






B. Condiciones de Análisis

Se han ejecutados cálculos de estabilidad de taludes para diferentes condiciones de análisis:

- Análisis Estático: Este análisis se refiere a la estabilidad talud sin considerar la acción Sísmica.- Análisis Pseudo-estático: Para este análisis se utiliza un coeficiente sísmico horizontal seleccionado sobre la base de la sismicidad de la zona de 0.22 G.

C. Resultados

Se realizaron una serie de cálculos para taludes inestables. En una primera fase se ha corrido el modelo de la sección inicial que corresponde al talud antes de la ejecución del proyecto. Posteriormente, se ha corrido el talud de corte recomendado en el proyecto y finalmente una propuesta para mejorar de las condiciones de estabilidad, considerando un tipo de solución viable económicamente para el proyecto. En todos los casos se logra mejorar las condiciones de estabilidad.

5. EVALUACION DE TALUDES DE RELLENO

A lo largo del trazo de carretera se ha podido visualizar las necesidades que requieren los terraplenes como taludes de relleno, para ello es pertinente el uso de material de préstamo, debidamente clasificado y con cumplimiento de las funciones de las normas técnicas peruanas de carreteras.

5.1. EVALUACION DE CANTERAS (CORTE TALUD)

El material de relleno se tomara de las fuentes de materiales, ubicadas muy cerca al trazo de la carretera del proyecto. Se ubicaron 03 zonas posibles:






Calicata N°Limite Liquido

Indice de Plasticidad

Equivalente de Arena

AbrasionParticulas

ChatasSales

SolublesCBR

1 39 N.P. 11 16 N.P. 0.08 172 36 N.P. 11 19 N.P. 0.04 803 N.P. N.P. 46 16 N.P. 0.05 844 N.P. N.P. 28 - N.P. - 75.85 N.P. N.P. - - N.P. - 85.9




AbrasionParticulas

ChatasSales

SolublesCBR

1 39 16 57 19 N.P. 0.05 1072 36 12 35 27 N.P. 0.06 773 24 N.P. 47 20 N.P. 0.05 754 27 6 53 20 N.P. 0.06 895 - - 39 23 N.P. 0.14 115




AbrasionParticulas

ChatasSales

SolublesCBR

1 26 6 14 18 N.P. 0.07 412 26 7 26 21 N.P. 0.05 743 25 N.P. 10 22 N.P. 0.15 554 29 N.P. 12 24 N.P. 0.09 675 29 N.P. 12 18 N.P. 0.08 70

FUENTE DE MATERIAL N° 02 (km.16+700)



( - ) : Ensayo No Realizado.

5.2. CALCULO DE ESTABILIDAD

Para el cálculo de estabilidad de taludes de rellenos se ha empleado el método simplificado de Bishop, de igual modo que el realizado para el cálculo de estabilidad de taludes de Corte en Suelos (Ver capítulo 4. Análisis de Estabilidad de taludes de corte).

Los cálculos relativos al análisis de estabilidad de taludes se realizaron empleando en programa SLIDE v6.0, lo que posibilita estudiar, detalladamente una gran variedad de configuraciones alternativas para obtener una sección óptima, aceptable tanto desde el punto de vista de la seguridad como de economía de la obra.

Los parámetros correspondientes a las propiedades de los materiales que componen el talud, requeridos para el análisis de estabilidad, son los siguientes:

- Densidad Seca ()- Cohesión (c)- Ángulo de fricción (Φ)






Las características geotecnias varían según el tipo de material, en el presente estudio este característica se han determinado por medio de trabajo de campo, ensayos de laboratorio y asumidos según la experiencia, además con ayuda del software RocDatab0.3 (Rocscience). Cabe indicar que estos parámetros se han obtenido de taludes aledaños, con la finalidad que se pueda utilizar el material de corte en los taludes de relleno, son los siguientes:

Depósitos Coluviales 18 15 25

Depósitos Aluviales 18 15 6.93


(kN/m3)Angulo de fricción (º )

Cohesión kN/m2 (kPa)

6. ANALISIS GEOLOGICO Y GEOTECNICO DE PUNTOS CRITICOS

7. CONCLUSIONES

- Se realizó los análisis de estabilidad de corte en suelos granulares tipo aluvial y coluvial, por tener una consistencia suelta a semicompacta y por tener más de 10 metros de altura. Estos taludes de suelos se han localizado en las progresivas …………………………………………………….

- Se ejecutaron gráficos de estabilidad de taludes de corte con el software Slide 6.0 utilizando el método simplificado de Bishop, mediante el análisis de equilibrio limite. El mismo método se utilizó para cálculo de estabilidad de taludes de relleno.

- Estos análisis de suelos muestran la representación del control de la estabilidad variando la inclinación de los taludes hasta superar el factor de seguridad mínimo de 1.3 en condiciones estáticas y 1.0 en condiciones pseudo-estáticas. Del análisis efectuado, los taludes en suelos presentan una inclinación 1H:4V con banquetas de 3m de ancho y 10 m de altura.

- Mayormente los taludes de roca evaluados en la zona de estudio no presentan problemas de estabilidad, ni son taludes críticos; los factores favorables existentes son la falta de filtraciones o aguas subterráneas respaldadas con la información de la serie histórica climatológica, por el contrario la falta de zonas de falla o fuerte Fracturamiento, presentan factores desfavorables.

- La clasificación RMR evaluado para el talud de roca representativo denota una Calidad de roca Regular a Mala para taludes respectivamente.

- Según la evaluación de taludes de Corte en Roca se contabilizan xxxxx sectores, pero solo se consideran para análisis de estabilidad xxxx, por presentar características litológicas similares, y alturas de corte mayores de 10 m.

- Con respecto a los taludes de relleno según la evaluación se contabilizan xxxx sectores, pero solo se consideran para análisis de estabilidad de taludes xxxx, por presentar alturas mayores de 10 metros.






- Por consiguiente, el análisis de estabilidad de taludes de relleno se ha representado por medio de gráficos mostrando inclinación de taludes con baquetas hasta superar el F.S. mínimo de 1.3 en condiciones estáticas y 1.0 en condiciones Pseudo-estáticas, y su diseño implica una inclinación de talud H1:4V, con banquetas de 3m de ancho y 10 m de altura.

- El responsable de mecánica de suelos debe cumplir con adjuntar los resultados de la ubicación de las canteras, ensayos de compactación PROCTOR de las canteras, perfil estratigráfico de las calicatas, capacidad de soporte (CBR) de la sub rasante y materiales de préstamo.

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