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Estabilidad de taludes en suelos
(84.07)
Mecánica de Suelos y GeologíaFIUBA
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Índice
• Definición del problema de estabilidad de taludes
•
• Solución analítica: teorema cinemático s u e l o s
• Selección de parámetros t a l
u d e s e n
•
• Solución numérica: Un ejemplo de falla de s t a b i l i d a d
d
2
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Descripción del problema
• En un terreno inclinadose inclinan las direcciones
principales: tensiones de corte• Las tensiones de corte s u e
l o s
pueden superar la resis-
tencia al corte del terreno t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
3
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Índice
• Definición del problema de estabilidad de taludes
•
• Solución analítica: teorema cinemático s u e l o s
• Selección de parámetros t
a l u d e s e n
•
• Solución numérica: Un ejemplo de falla de s t a b i l i d a d
d
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Mecanismos de falla
s u e l o s
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
Falla general6
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Métodos de análisis
• Aplicaciones de teorema cinemático
s u e l o s
t a l u d e s e n
• Geomecánica computacional s t a b i l i d a d
d
7
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Presa Doornkop: Verificaciónanalítica
1.1351.1351.1351.135
Outer fill
Strength Type: Mohr-CoulombUnsaturated Unit Weight: 18.5 kN/m3
Saturated Unit Weight: 19.63 kN/m3
Cohesion: 2 kPa
Friction Angle: 35 degrees
Water Surface: Water Table
Custom Hu value: 1
Core fill
Strength Type: Shear Normal functionUnsaturated Unit Weight: 18.5 kN/m3
Saturated Unit Weight: 19.63 kN/m3
Water Surface: Water Table
Custom Hu value: 1
Safet y Factor0. 000
0. 500
1. 000
1. 500
2. 000
2. 500
1 6 9 0
s u e l o s
3. 000
3. 500
4. 000
4. 500
5. 000
5. 500
6. 000+
1 6 8 0
1 6 7 0
t a l u d e s e n
W 1 6 6 0
s t a b i l i d a d
d
W
Clay foundation
Strength Type: Mohr-Coulomb
Unsaturated Unit Weight: 18.5 kN/m3
Saturated Unit Weight: 18.5 kN/m3
Cohesion: 0 kPa
Friction Angle: 22 degrees
:
1 6 5 0
1 6 4 0
a er ur ace: a er a e
Custom Hu value: 1
(Meintjes 2012)8
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Presa Doornkop: Verificación numérica
s u e l o s
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
(Meintjes 2012)9
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Índice
• Definición del problema de estabilidad de taludes
•
• Solución analítica: teorema cinemático s u e l o s
• Selección de parámetros t
a l u d e s e n
•
• Solución numérica: Un ejemplo de falla de s t a b i l i d a d
d
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Solución analítica: t. cinemático
• Se postula un mecanismocinemáticamente admisible
s u e l o s
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
11
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Solución analítica: t. cinemático
• Se postula un mecanismocinemáticamente admisible
• Se asume que las tensionesde corte en la línea de ot. s u e
l o s
deslizamiento son una
fracción de la resistencia al t a
l u d e s e n
corte es n co
s t a b i l i d a d
d
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Solución analítica: t. cinemático
• Se postula un mecanismocinemáticamente admisible
• Se asume que las tensionesde corte en la línea de ot. s u e
l o s
deslizamiento son una
fracción de la resistencia al t a
l u d e s e n
corte es n co
• Se calcula el equilibrio entre s t a b i l i d a d
d
uerzas equ ran es y ese-quilibrantes (se calcula FS)
13
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Solución analítica: t. cinemático
• Se postula un mecanismocinemáticamente admisible
• Se asume que las tensionesde corte en la línea de ot. s u e
l o s
deslizamiento son una
fracción de la resistencia al t a
l u d e s e n
corte es n co
• Se calcula el equilibrio entre s t a b i l i d a d
d
uerzas equ ran es y ese-quilibrantes (se calcula FS)
•
encontrar el mínimo FS14
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Análisis de taludes infinitos
• Para suelos no cohesivostan
[ ]tan=
s u e l o s
FS depende del
es esor z t a
l u d e s e n
FS= c+ γ z⋅cos2 β ⎡⎣ ⎤⎦−u( ) tan φ ⎡⎣ ⎤⎦
s t a b i l i d a d
d
⋅
16
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Análisis: método de las fajas
• La masa en potencial deslizamiento se subdivideen fa as se lantea el e uilibrio de cada fa a
s u e l o s
t a
l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
17
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Análisis: método de las fajas
• La masa en potencial deslizamiento se subdivideen fa as se lantea el e uilibrio de cada fa a
• Para superficies simples, se plantea el equilibriode ru os de fa as s u e
l o s
t a
l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
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Análisis: método de las fajas
• La masa en potencial deslizamiento se subdivideen fa as se lantea el e uilibrio de cada fa a
• Para superficies simples, se plantea el equilibriode ru os de fa as s u e
l o s
• Para superficies circulares, se plantea el
equilibrio (de momentos) t a
l u d e s e n
de toda la masa
s t a b i l i d a d
d
19
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Análisis: método de fajas (circular)
• Para superficies circulares, se plantea ele uilibrio de momentos de toda la masa
[ ]tani i ii cs σ φ = + s u e l o s
iir i i
r l r F
M S
τ = Δ =∑ ∑ t a
l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
20
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Análisis: método de fajas (circular)
• Para superficies circulares, se plantea ele uilibrio de momentos de toda la masa
[ ]tani i iis c σ φ = + s u e l o s
ii ir
ir l r FS
M τ = Δ =∑ ∑ t a
l u d e s e n
i id i i
s t a b i l i d a d
d
21
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Análisis: método de fajas (circular)
• Para superficies circulares, se plantea ele uilibrio de momentos de toda la masa
[ ]anti i ii cs σ φ = + s u e l o s
i
i
i
ir r l r
FS τ = Δ =
= =
∑ ∑ t a
l u d e s e n
d
i i i i
r M M =
s t a b i l i d a d
d
[ ]sini ii isFS
W α = ∑
22
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Análisis: método de fajas (circular)
• Para superficies circulares, se plantea ele uilibrio de momentos de toda la masa
[ ]anti i ii cs σ φ = + s u e l o s
i
i
i
ir r l r
FS τ = Δ =
= =
∑ ∑ t a
l u d e s e n
d
i i i i
r M M =
s t a b i l i d a d
d
[ ]sini ii isFS
W α = ∑
23
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Método de Fellenius (circular)
• Desprecia las fuerzas entre fajas
•
• Es conservador s
u e l o s
[ ]cos
i iW α = − t a
l u d e s e n
[ ]( )ntai
i i i i
l
c lσ φ Δ
Δ
+∑ s t a b i l i d a d
d
[ ]s nii iW α =
∑
24
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Método de Bishop simplificado (circ)
• Asume que las fuerzas entre fajas sonhorizontales
N • Resuelve el equilibrio de fuerzas verticales
s u e l o s
tan sin cos
i i
i
FS
ul
W c u l
σ
α α
= −Δ
− − Δ t a
l u d e s e n
[ ] [ ] [ ]( )cos sin tani i i i FS N
α α φ =
+
s t a b i l i d a d
d
[ ]sini i
ii i i
W FS α = ∑
25
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Superficies de falla no circulares
• Métodos que resuelven sólo Fx – Fy – Se asume una inclinación ara las fuerzas entre fa as
(por ejemplo, paralela al talud) – El sistema queda determinado s u e l o s
t a
l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
26
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Superficies de falla no circulares
• Métodos que resuelven sólo Fx – Fy – Se asume una inclinación ara las fuerzas entre fa as
(por ejemplo, paralela al talud) – El sistema queda determinado s u e l o s
• Métodos que resuelven M - Fx – Fy
– Todas las fuerzas tienen una t a l u d e s e n
m sma nc nac n nc gn a
– Se asumen leyes de variación s t a b i l i d a d
d
27
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Comparación entre métodos
• No resuelve equilibrio de fuerzas verticales – Fellenius: Des recia fuerzas entre fa as vars: 1
• Resuelve equilibrio de fuerzas verticales – Bisho S.: Asume fuerzas horizontales entre fa as s u
e l o s
(vars: n+1) Resuelve M - Fy
– Janbu S.: Asume una inclinación constante de t a l u d e s e n
vars: n uerzas en re a as. esue ve x - y – Spencer: Las fuerzas entre fajas son paralelas
vars: 3n La fuerza normal actúa en el centro de s t a b i l i d a d
d
la base de la faja. Resuelve M - Fx - Fy – Morgenstern Las fuerzas entre fajas no son paralelas
vars: n a uerza norma ac a en e cen ro e
la base de la faja. Resuelve M - Fx - Fy28
-
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Índice
• Definición del problema de estabilidad de taludes
•
• Solución analítica: teorema cinemático s u e l o s
• Selección de parámetros t a
l u d e s e n
•
• Solución numérica: Un ejemplo de falla de s t a b i l i d a d
d
29
-
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Selección de parámetros mecánicos
s u e l o s
t a
l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
30
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Selección de parámetros mecánicos
c = 12 pa = 32°
s u e l o s
t a l u d e s e n
c = 0 pa = 50°
s t a b i l i d a d
d
31
-
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Selección de parámetros mecánicos
• La resistencia al corte no drenadas de ende de la orientación
del plano de falla conrespecto al eje de s u e l o s
consolidación primaria
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
32
-
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Selección de parámetros mecánicos
s u e l o s
36°
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
Ángulo de fricción interna para el diseño: ⎞ tc
33
-
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Precaución en la selección de
parámetros
s u e l o s
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
34
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Índice
• Definición del problema de estabilidad de taludes
•
• Solución analítica: teorema cinemático s u e l o s
• Selección de parámetros t
a l u d e s e n
•
• Solución numérica: Un ejemplo de falla de s t a b i l i d a d
d
35
-
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El modelo de Newmark
• Se considera un bloquerí ido en una su . lana
s u e l o s
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
(Newmark 1965)36
-
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El modelo de Newmark
• Se considera un bloquerí ido en una su . lana
• El bloque es estable si®
-
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El modelo de Newmark
• Se considera un bloquerí ido en una su . lana
• El bloque es estable si®
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El modelo de Newmark
• Se considera un bloquerí ido en una su . lana
• El bloque es estable si®
-
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El modelo de Newmark
• El bloque se desliza sitanλ λ > = −
c
s u e l o s
t
a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
(Newmark 1965)40
-
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El modelo de Newmark
• El bloque se desliza sitanλ λ > = −
• La integración en el
c
s u e l o s
de aceleración y
frenado da el t
a l u d e s e n
desplazamiento total
[ ] 2cosg β φ ⎛ ⎞−= ⋅ − s t a b i l i d a d
d
• El bloque sólo se mueve hacia abajo cuando se[ ]2
c
c cosλ φ ⎝ ⎠
alcanza su resistencia al corte(Newmark 1965)42
-
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El modelo de Makdisi-Seed
• El modelo de bloque rígido se reemplaza porro a ación elástica de ondas mecánicas
s u e l o s
t
a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
43
-
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El modelo de Makdisi-Seed
• El modelo de bloque rígido se reemplaza porro a ación elástica de ondas mecánicas
• El bloque se reemplaza por cuñas con cualquierforma s u e l o s
t
a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
44
-
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El modelo de Makdisi-Seed
• El modelo de bloque rígido se reemplaza porro a ación elástica de ondas mecánicas
• El bloque se reemplaza por cuñas con cualquierforma s u e l o s
• El desplazamiento total es la suma de los
desplazamientos de todas las cuñas t
a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
45
-
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El modelo de Makdisi-Seed
• El modelo de bloque rígido se reemplaza porro a ación elástica de ondas mecánicas
• El bloque se reemplaza por cuñas con cualquierforma s u e l o s
• El desplazamiento total es la suma de los
desplazamientos de todas las cuñas t a l u d e s e n
• El problema no es trivial, por lo que se empleananálisis numéricos aún en etapa de diseño
s t a b i l i d a d
d
46
Í
-
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Índice
• Definición del problema de estabilidad de taludes
•
• Solución analítica: teorema cinemático s u e l o s
• Selección de parámetros
t a l u d e s e n
•• Solución numérica: Un ejemplo de falla de
s t a b i l i d a d
d
47
T i l Zá t
-
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48/56
Terminal Zárate
s u e l o s
200 m
400 m
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
48
D i ió d l bl
-
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Descripción del problema
• Relleno 80 ha con refulado y limo compactado
•
• Programa de relleno + precarga + monitoreo s u e l o s
1000 /1500 m 400 m
GORGE
20 / 25 m
t a l u d e s e n
EMBANKMENT RIVER N - SPT
56312232
-4
-2
0
2
0 10 20 30 40 50 60
sandy silt
ω = 40%
fill
s t a b i l i d a d
d
''PAMPEANO'' STIFF SILTY CLAY22 / 30 m
''POST PAMPEANO'' SOFT CLAY W/ SANDN-VALUE: 20 - 40 N - VALUE: 0 - 3
2311111111111
-18
-16
-14
-12
-10
-8
- 200 =
plastic
clay
ω = 68%
ωl = 72%
''PUELCHE'' DENSE SANDS
N - VALUE: 35 - 60
113
6035
4620
3160
556060-32
-30
-28
-26
-24
-22
-
dense
sand
Dr >75%
p
49
P d it
-
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Programa de monitoreo
s u e l o s
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
50
-
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Falla del talud
-
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Falla del talud
• En el sector que no estaba terminado, el.
• El talud falló: 4000 m2 se asentaron ~2.50 m s u e l o s
t a l u d e s e n
de una falla: anticipada, prevista y no evitada s t a b i l i d a d
d
52
Falla del talud
-
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Falla del talud
s u e l o s
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
53
Análisis de la falla
-
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Análisis de la falla
s u e l o s
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
54
Análisis de la falla
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Análisis de la falla
s u e l o s
no drenado
t a l u d e s e n
consolidado-no drenado
s t a b i l i d a d
d
55
Bibliografía básica
-
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Bibliografía básica
s u e l o s
t a l u d e s e n
s t a b i l i d a d
d
El laboratorio tiene los tres libros
56