Estabilidad de Taludes 3

M E C A N I C A D E SU SU E L O S A PL P L I C A D A A C I M E N T A C I O N E SY V I A S D E T R AN AN SP O R T E

FA L L A MIENT IENTO O DE TEL TEL UDES UDES EN SUEL SUELOS OS FINOS


El obje objeti tiv vo prin princi cipa pall de un estud tudio de est estabil bilidad de taludes udes o lader adera as es el de establecer medidas de preve evenci nción y cont ontrol para ara reducir los niveles de amenaza y riesgo. Generalmente, los beneficios más más impo imporrtant tantes es desd desde e el punto de vista de reducción de amenazas y riesgos es la prevención.


El obje objeti tiv vo prin princi cipa pall de un estud tudio de est estabil bilidad de taludes udes o lader adera as es el de establecer medidas de preve evenci nción y cont ontrol para ara reducir los niveles de amenaza y riesgo. Generalmente, los beneficios más más impo imporrtant tantes es desd desde e el punto de vista de reducción de amenazas y riesgos es la prevención.

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FALLAMIENTO DE TALUDES EN SUELOS FINOS Fallamiento es lo mismo que ruptura. El fallamiento se produce cuando se aplican fuerzas tan grandes.

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FALLAMIENTO DE TALUDES EN SUELOS FINOS Fallamiento es lo mismo que ruptura. El fallamiento se produce cuando se aplican fuerzas tan grandes.


TIPOS DE TALUDES: Naturales: son formados por la naturaleza a través de la historia geológica. Artificiales: necesitan la intervención del hombre ejecutados para construir carreteras, terraplenes, etc.

y

son


SUELOS FINOS: Los suelos finos están constituidos de partículas compuestas de fragmentos diminutos de roca, minerales de arcillas con textura granular. De acuerdo al sistema de clasificación unificado etas partículas tienen un tamaño inferior a 0.075mm, que corresponden a la categoría de limos y la arcilla, por lo que toda fracción de suelo que pasa el tamiz N° 200 es considerado como suelos fino.


SUELOS FINOS: Los suelos finos están constituidos de partículas compuestas de fragmentos diminutos de roca, minerales de arcillas con textura granular. De acuerdo al sistema de clasificación unificado etas partículas tienen un tamaño inferior a 0.075mm, que corresponden a la categoría de limos y la arcilla, por lo que toda fracción de suelo que pasa el tamiz N° 200 es considerado como suelos fino.


FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD El que un talud permanezca estable o sufra un deslizamiento depende de la unión de varios factores, entre ellos están: 1. Características del Terreno: los lugares montañosos con pendientes fuertes son los que con más facilidad sufren deslizamiento, aunque en ocasiones pendientes de muy pocos grados son suficientes para originarlos si la roca está muy suelta o hay mucha agua en el sub suelo. 2. Condiciones Climáticas: en la regiones lluviosas suele haber espesores grandes de materiales alterados por la meteorización y el nivel freático suele ser alto lo que en conjunto, facilita mucho los deslizamientos.


1. 2.

W E

3. Erosión: los ríos u otros procesos van erosionando la base de las laderas y provocan gran cantidad de deslizamiento. 4. Expansividad de las arcillas: las arcillas tienen la propiedad de que al saturarse de agua aumentan su volumen.


TALUDES EN ARCILLA

Entre las particularidades más molestas de la geotecnia destacan los suelos cohesivos: las arcillas, cuyas propiedades resistentes varían con el grado de humedad y la rapidez con las que se les aplican los esfuerzos. - Son conflictivos, si están saturados. - No son capaces de soportar esfuerzos. - Si están secos aguantan, pero se desmoronan.


MODOS DE FALLA EN ARCILLAS: Las fallas están ligadas a una deficiencia del esfuerzo al corte de la masa de suelo.

Falla Rotacional: Se define una superficie de falla curva, a lo largo de la cual ocurre el movimiento del talud. Este tipo de fallas ocurre por lo común en materiales arcillosos homogéneos o en suelos cuyo comportamiento mecánico está regido básicamente por su fracción arcillosa.


Falla Traslacional: Estas fallas por lo general consisten en movimientos traslacionales importantes del cuerpo del talud sobre superficies de falla básicamente planas, asociadas a la presencia de estratos poco resistentes localizados a poca profundidad del talud.


TALUDES FINITOS: Cuando el valor de Hcr tiende a la altura del talud, éste es considerado generalmente como finito. Por simplicidad al analizar la estabilidad de un talud finito en un suelo homogéneo, tenemos que hacer una suposición acerca de la forma general de la superficie potencial de falla. La mayoría de los análisis convencionales por estabilidad de taludes se han hecho suponiendo que la curva de deslizamiento potencial es el arco de un circulo. Sin embargo, en muchas circunstancias (por ejemplo, presas y cimentaciones sobre estratos débiles), el análisis de estabilidad usando fallas planas de deslizamiento es mas apropiado y conduce a resultados excelentes.


Análisis de un talud finito con superficie de falla plana (método de Culmann) Este análisis se basa en la hipótesis de que la falla de un talud ocurre a lo largo de un plano cuando el esfuerzo cortante promedio que tiende a causar el deslizamiento es mayor que la resistencia cortante del suelo.


El esfuerzo normal efectivo promedio y el esfuerzo cortante sobre el plano AC se expresa


El esfuerzo cortante promedio resistente desarrollado a lo largo del plano AC también se expresa como reemplazando

Para determinar el plano critico de falla, usamos el principio de los máximos y mínimos (para un valor dado de ϕd) para encontrar el ángulo θ en el que la cohesión desarrollada será máxima. La primera derivada de Cd con respecto a θ se hace igual a 0.



La altura máxima del talud para la cual ocurre el equilibrio crítico se obtiene sustituyendo


Ejemplo: se va a hacer un corte en un suelo que tiene ϒ=16.5kN/m3, c=29kN/m2 y ϕ=15°. El lado del talud del corte formará un ángulo de 45° con la horizontal. ¿Qué profundidad del talud del corte tendrá un factor de seguridad FSs de 3?


Solución: Datos: ϒ= 16.5kN/m3 c = 29kN/m2 ϕ = 15° β = 45° FSs = 3 Tenemos que FSc = FSs = FSϕ


Sustituyendo los valores precedentes de cd y ϕd, obtenemos


Análisis de taludes finitos con superficie de falla circularmente cilíndrica. Generalidades En general, la falla de los taludes ocurre en uno de los siguientes modos: 1. Cuando la falla ocurre de tal manera que la superficie de deslizamiento interseca al talud en, O arriba de, su pie, es llamada una falla de talud. Al circulo de falla de le llama circulo de pie si este pasa por el pie del talud y circulo de talud si pasa arriba de la punta de talud.


2. Bajo ciertas circunstancias es posible tener una falla de talud superficial como se muestra en la figura.

3. Cuando la falla ocurre de tal manera que la superficie de deslizamiento pasa a alguna distancia debajo del pie del talud, se llama falla de base. El circulo de falla en el caso de una falla de base se llama circula de media punta.


Procedimiento de masa del análisis de estabilidad (Superficie de falla circularmente cilíndrica) Taludes en suelo arcilloso homogéneo con ϕ = 0 (Condición no drenada)


Se muestra un talud en un suelo homogéneo. La resistencia del cortante no drenada del suelo se supone constante con la profundidad y se de por Para hacer el análisis de estabilidad, se selecciona una curva de deslizamiento potencial de prueba AED, que es un arco de un circulo que tiene un radio r . El centro del circulo esta localizado en O. Considerando la longitud unitaria perpendicular a la sección del talud, damos el peso total del suelo arriba de la curva AED como W = W1 + W2, donde


Sat

Sat

La resistencia al deslizamiento se deriva de la cohesión que actúa a lo largo de la superficie potencial de deslizamiento. Si Cd es la cohesión que tiene que desarrollarse, el momento de las fuerzas resistentes respecto a O es entonces


El factor de seguridad contra deslizamiento se halla ahora como:

Problemas de estabilidad de este tipo fueron resueltos analíticamente por Fellenius (1927) y Taylor (1937). Para el caso de círculos críticos, la cohesión desarrollada se expresa por la relación:


m es adimensional y se llama número de estabilidad. La altura critica (es decir FSs = 1) del talud se evalua sustituyendo H = Hcr y Cd = Cu (movimiento total de la resistencia cortante no drenada) por lo tanto tenemos que el Hcr es:


Los valores del numero de estabilidad m para varios ángulos de talud β están dados en la grafica siguiente. Terzafhi y Peck usaron el término , el reciproco de m y lo llamaron el factor de estabilidad. Nota: esto es solo valido para taludes de arcilla saturada y es aplicable solo a condiciones no drenadas (ϕ = 0)



Para ángulo de talud mayores que 53°, el circulo critico es siempre un circulo de pie. La localización del centro del circulo de pie se encuentra con ayuda de la grafica:


Para ángulo de talud menores que 53°, el circulo critico es un circulo de pie, de talud, o de madeio punto dependiendo de la localización de la base firme bajo el talud, denominada la FUNCION DE PROFUNDIDAD, que se define como:


Cuando el circulo critico es un circulo de medio punto (es decir, la superficie de falla es tangente a la base firme), su posición se determina con ayuda de la siguiente grafica:

Estabilidad de Taludes 3

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