INTRODUCCIÓN Se estudia un proyecto vial ubicado en una zona costera de la Quinta Región (se asume esta localidad). A continuación, se detallan las consideraciones de diseño y el diseño final adquirido. Se emplea para el análisis los softwares Dips®, Swedge®, rocktoppling® y Slide®. Dadas las características del proyecto se deben diseñar 2 taludes (A y B). De la estratigrafía suministrada de 15 puntos de observación, se define que el talud A es de roca granítica y el talud ta lud B de suelo tipo SM (maicillo). ( maicillo). La dirección de la vía es N20W y se considera que la vía provocará un tramo de corte de 50 [m]. Dada la ubicación del proyecto en una zona costera de la Quinta Región, se tiene una Zona Sísmica N°3 con un = 0.4 denotando ello el uso de un coeficiente símico de 0.2. No se considera la presencia del nivel freático en las cercanías de la obra ni de sobrecargas importantes cercanas que pudieran alterar la estabilidad de la obra. Se considera el uso futuro de la vía antigua. La Figura 1 muestra un esquema simplificado de los casos de estudio.
planos para esta esta zona zona de falla (en (en color color rojo), rojo), por lo cual no se continúa estudiando su efecto.
Figura 2: Análisis falla planar La Figura 3 muestra el análisis para falla por Toppling. Se aprecia la presencia de planos en la zona de falla de este tipo (en color rojo). Se procede a identificar dichos polos (dirección e inclinación) para analizar su estabilidad (y medidas de apoyo para ello).
Figura 1: Esquema situación de diseño DISEÑO TALUD A Se considera el diseño de un talud en roca tipo Granítica, de propiedades: -
Peso unitario roca: 2.75 [Ton/m3] (valor intermedio). ∅=24° (valor conservador de ensayo corte directo). C=0 (no se observa relleno entre diaclasas. Se descartan valores de cohesión de corte directo)
Dado ya ha comenzado ya la excavación de la zona, se considera la misma inclinación del talud iniciada de 70°. Se utiliza teoría de Morh Coulomb para analizar la interacción. Del reporte geomecánico se obtienen la dirección e inclinación de las discontinuidades, como input para desarrollar el análisis en el software Dips® e identificar los tipos de falla falla que sufrirá el macizo rocoso. Dentro del análisis cinemático, se considera un Dip=70° y DipDirection=70°+15°=85| (provenientes de dirección de la vía N20W y considerando una variación del corte respecto de la vía de 15°). La Figura 2 muestra el análisis para falla Planar. Es posible notar que no hay
Figura 3: Análisis falla por Toppling Para estabilizar la falla por toppling se utilizó el software rocktoppling®. Respecto a los “Toppling Joints, se consideró un espaciamiento de 3 [m] e inclinación de 68° (promedio de inclinación de los planos en falla toppling) toppling); un “overall Base Inclination” de 23° (casi equivalente al límite). La Figura 4 muestra el resultado de la estabilidad, la cual se logra con pernos de carga resistente de 0.8 [MN]. Se considera que al no volcar los 4 elementos en verde de la figura, los elementos en amarillo (que están deslizando según el programa) no deslizarán, deslizarán, dado que están están soportados soportados por los otros bloques ya estabilizados. Por su parte, el elemento inferior no fue posible de estabilizar su volcamiento, ante lo cual se considera colocar una malla de protección que le contenga, de forma de evitar caídas inesperadas a la vía.
Upper Face Dip DipDirection
0
0
[°]
85
85
[°]
Rock Properties Unit Weight
0.027
0.027
[MN/m3]
24
47
[°]
6 5 0 24
21 5 0 24
[°] [°] [Mpa] [°]
50
70
[°]
Joints Joint 1
Figura 4: Estabilidad de falla por toppling La Figura 5 muestra el análisis de formación de cuñas de falla. Es posible apreciar la concentración de dos grandes focos de planos dentro de la zona de falla (en color rojo).
Dip DipDirection Waviness c fi Joint 2
Dip DipDirection Waviness C Fi
Figura 5: Análisis cuñas de falla Se generaron nuevos planos representativos (NP) de la formación de las cuñas, de tal forma de representar de mejor manera lo que sucedía en dichos sectores. La Tabla 1 muestra los Dip y Dip-Direction de estas concentraciones.
UBICACI N Superior Centro
PLANO S
DIPDIRECTION
DIP
N1 N2 N3 N4
24 50 47 70 Tabla 1: Nuevos planos
6 319 21 120
Se procede a estudiar el comportamiento de las cuñas en el software Swedge®. Se estudia la estabilidad de las dos cuñas formadas. La Tabla 2 contiene los input para ambos casos.
ITEM Dip DipDirection Height Length
CASO 1 CASO 2 Slope
UNIDAD
70
79
[°]
85 15 50
85 15 50
[°] [m] [m]
319 5 0 24
120 5 0 24 Tabla 2: input Swedge
[°] [°] [Mpa] [°]
Se considera además solo fuerza sísmica, con coeficiente sísmico de 0.2 en la dirección “Horiz. & Inters. Trend”. Se determinan volúmenes de cuña; para el caso 1 V=512.163 [m3] y para el caso 2 V=278.963 [m3]. En ambos casos se obtiene un factor de seguridad ( 1) =1.1709 (FS) menor a 1.3; y ( ) =0.4742. Dado lo anterior se considera necesario el uso de pernos. La Tabla 3 muestra los valores adoptados de carga que toma cada perno para estabilizar la cuña respectiva y lograr un FS=1.3.
ITEM Trend Plunge Capacity FS
CASO 1
CASO 2
UNIDAD
154 15 0.58 1.3281
265 15 4.62 1.3272
[°] [°] [MN] -
Tabla 3: “Bolt properties”
Con los datos mostrados en la Tabla 3, se puede observar que el perno del caso 2 toma más carga (mayor que en Toppling), por lo tanto, tendremos que diseñar un sistema de pernos que asegure esta, y de esa forma se sostendrán ambas cuñas sin problema. La tensión solicitante del perno vendrá dada por: = [ ∗ 2 ∗ ∗ ∗ ] ∗
Donde se asumen los siguientes valores: -
T (solicitación)= 471[Tonf] r (radio perno) =0.011 [m] La (largo agarre) = 10[m] (resistencia al corte) = 20 [Tonf/m2]
Se considera una longitud libre (Ll) equivalente a 0.2 la longitud de agarre (La), quedando un largo de perno de 15.5 [m] Con ello, se deben colocar n=34 pernos. La Figura 6 esquematiza los largos del perno.
Se quiere un corte de 6.4 metros en un material SMTipo Maicillo (suelo granular), considerando ángulos de inclinación 40° y 50°, como se muestra en la Figura 7, donde tendremos una falla tendiente a ser más planar que circular, razón por la cual para el análisis de estabilidad se determinó el uso del método Spencer dado que permite dicha flexibilidad (a diferencia de otros métodos como el “Bishop” que se
Figura 6: Esquema perno DISEÑO TALUD B Se tiene un suelo SM IP=NP. Se considera un peso unitario de 1.95 [Ton/m3] (valor intermedio). Con los resultados del ensayo triaxial es posible obtener el ángulo de fricción interna y la cohesión del suelo. La Tabla 4 muestra los valores rescatados de los ensayos triaxiales. El Grafico 1 muestra la gráfica según parámetros MIT, de los cuales se obtiene un ∅=38.98° y C=0.23 [kPa].
TRIAXIAL
F3 F1-F3 [Kgf/cm2] [Kgf/cm2]
F1
1
0.5
2.38
2.88
2
1
4.87
5.87
3
2
7.54
9.54
s
t
1.69
1.19
3.435 2.435 5.77
3.77
utiliza solo para fallas circulares). El Método Spencer considera equilibrio de fuerzas y momentos, además supone paralelas las fuerzas entre las dovelas (existe un grado de inclinación y por ende componentes verticales y horizontales de fuerza)
Figura 7: Esquema talud B.
Tabla 4: Valores ensayo triaxial. PARAMETROS MIT
' t
5 4 3 2 1 0
y = 0.629x + 0.1806 0
2
4 s'
6
Gráfico 1: Parámetros MIT
8
Se considera en el análisis la posibilidad de falla en ambas caras del talud. Se buscaba asegurar un factor de seguridad FS=1.1. En la Figura 8 se muestra la estabilidad de ambos lados del talud, alcanzando factores de seguridad de FS=2.820 y Fs=2.909. Se considera que la estabilidad del corte era esperable por el lado izquierdo, ya que el corte se ha mantenido así durante toda la vida útil del camino antiguo, y más aún ahora que se le ha quitado volumen de suelo. En la otra dirección, se justifica la estabilidad por las mismas condiciones.
Figura 8: Estabilidad del talud. Falta de información de la persistencia: La falta de información respecto a la persistencia es entendible, dado lo complejo que es mediarla. Ella se relaciona con un parámetro que refleja que tan continuas están las diaclasas y afecta a las propiedades mecánicas del macizo, quedando la resistencia al corte dependiente de que tanto se puede desplazar a los largo de las discontinuidades (superficie potencial de falla), allí recae el problema.
