ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELOS Y ROCAS.pdf

ESTABILIDAD DE TALUDES
TALUD: se puede definir como una superficie
inclinada que delimita un macizo terroso o rocoso.

INTRODUCCIÓN
INGENIERÍA CIVIL (hasta 100 m; FS > 1.3)
 Vías de transporte (carreteras, ferrovías,
metros, canales, etc).
 Represas (taludes excavados y naturales en el
embalse).
 Taludes naturales urbanos.
TALUDES EN SUELOS Y ROCAS
INGENIERÍA DE MINAS (> 1000 m; FS < 1.3)
 Taludes en tajos.
 Botaderos y pad de lixiviación.
 Presas de relaves.
Tajo Chuquicamata, chile

Se denomina talud a cualquier superficie inclinada en
relación con la horizontal que delimita una masa de tierra,
roca o cualquier otro material (mineral, escoria, basura,
etc.). Pueden ser naturales (laderas) o artificiales (cortes y
terraplenes).
INTRODUCCIÓN

TALUDES
NATURALES ARTIFICIALES
• Materiales – mucha variabilidad, es
heterogeneo, siendo necesario la toma
de varias muestras.
• Flujo de agua de difícil determinación,
precisando ser instrumentado
• Geometria de difícil determinación
• Materiales – en algunos casos,
homogêneo
• Flujo, generalmente, puede
ser determinado
• Geometria predefinida.
PRINCIPALES DIFERENCIAS ENTRE TALUDES:

ANTECEDENTES EN TALUDES:
- PRESA DE CAMARA/PB
• RUPTURA DEL TALUD HOMBRERA IZQUIERDA EN 2002
• 5 MUERTES
• 3000 AFECTADOS
INUNDACION DE LA CIUDAD DE ALAGOA GRANDE

- TALUD EN CARRETERAS
SALVADOR (2004)

- TALUD DE EXCAVACION EN LA OBRA DEL METRO DE
FORTALEZA
FORTALEZA (2007)

- TALUD DE EXCAVACION
BRASILIA (2011)

- TALUD DE TERRAPLEN
PARQUE EOLICO CEARA(2013)

COCHABAMBA- BOLIVIA

Saint-Jouin-Bruneval, Francia

2.- CLASIFICACION
DE LOS
MOVIMIENTOS DE
MASA

Queda
CLASIFICACION DE LOS MOVIMIENTOS DE MASA:

Arrastre

Deslizamientos

Rocas/caidas

FUERZAS ACTUANTES EN UN TALUD:
FUERZAS DESESTABILIZANTES:
• Inducen el movimiento de masa a lo largo de la superficie
de ruptura por medio de tensiones de corte movilizadas ;
• Comúnmente fuerzas gravitacionales y/o de percolación;
FUERZAS RESISTENTES:
• Se oponen a la acción del movimiento de masa en función
a la resistencia al corte del material;
La inestabilidad de un talud es causada cuando las tensiones
movilizadas se igualan a la resistencia de corte del suelo

SUPERFICIES DE RUPTURA:
⇒ Existe varias formas: recta, circular, logarítmica o cualquier
otra forma.
⇒ Para la simplificación matemática, la mayoría de los
métodos de análisis de estabilidad adoptan una superficie
circular o recta.
Para suelos arcillosos, la superficie de ruptura es profundo
y circular
Para suelos arenosos, la superficie de ruptura
generalmente es recta.

3.- PRINCIPALES
CAUSAS DE LA
INESTABILIDAD DE
TALUD

PRINCIPALES CAUSAS DE LA INESTABILIDAD DE
TALUD :
⇒ Cambios en la carga externa:
• Excavaciones al pie de Talud;
• Construcciones en la parte superior de Talud;
• Elevación de nivel freático;
• Carga debido al llenado de grietas por agua(empuje).
⇒ Reducción de la
resistencia al corte en
suelos:
• Por saturación de bloque
(perdida de succión);
• Variación de presión de
poro;
• Intemperismo;
Varnes (1978)

CAUSAS DE LA INESTABILIDAD DE TALUD:
- Estables antes, porque
ocurre la ruptura en la
actualidad?
- Cambios en la
topografía
- Terremotos u otros
sismos
- Perdida de resistencia
- Cambios en el estado
de tensiones.
- Intemperismo

Tensiones actuantes en la superficie de deslizamiento :

Tensiones actuantes en la superficie de deslizamiento :
- Punto 1: El talud es estable.
- Punto 2: Equilibrio limite.!!!!
- Punto 3: El talud es inestable, no cumple.

Condicionantes geológicas
Estratos débiles coinciden con superficie
de ruptura
maciço rochoso fraturado

Cambios en la carga externa

Alteración en la geometría del Talud
Alteración del estado de tensiones  Reducción de la Tensión horizontal

Sobre cargas en el Talud
Alteración del estado de tensiones  Incremento de la Tensión Vertical

Incremento de peso especifico de suelo por saturación
Alteración del estado de tensiones  Incremento de la presión de poro
chuva
infiltração

Perdida de la Resistencia al Corte del Suelo
• Reducción del valor de la succión por aumento de humedad del suelo.
• Aumento de la Presión de Poros
•Disolución de agentes cementantes entre partículas del suelo
'
'
'
tan
)
u
(
'
c
tan
'
c 



 





Disolución de agentes cementantes
INTEMPERISMO
cimento água
'
'
'
tan
)
u
(
'
c
tan
'
c 



 




Reducción de succión y
cohesión del suelo

Incremento de la presión de poros
'
'
'
tan
)
u
(
'
c
tan
'
c 



 




A
Antes:
u < 0 (sucção)
A
A
Após chuva e saturação do talude:
u > 0
A
equipotencial
ha
u =  h
A a a
linha de fluxo

Saturación de Talud
Además de aumentar el peso del suelo y, en consecuencia las
tensiones que actúan sobre el macizo, la saturación puede:
⇒ Causar la pérdida de SUCCIÓN que actúa en la zona
capilar!

Variación cíclica de la presión de poros:
⇒ Puede causar ruptura en Taludes con valores de presión de
poros inferiores a los que ocasionarían el colapso del macizo;
⇒ La variación cíclica del nivel piezométrico puede causar que
el suelo atienda una especie de "fatiga" que provoca
deformaciones en el Talud.
⇒ La acumulación de deformaciones puede causar que la
interacción entre partículas del suelo se rompa, que conducen
a la pérdida de cohesión, es decir:
'
'
'
tan
)
u
(
'
c
tan
'
c 



 




(diminución de la resistencia)

erosão interna (piping)
Erosión
Solicitaciones
Sísmicas
a

Solicitaciones Sismicas
a

4.- IDENTIFICACION
PREVIA A LA
INESTABILIDAD EN
TALUDES

Embarrigado en la cara de talud
Usualmente de difícil detección
(Vegetación, magnitud)
Deformaciones lentas
IDENTIFICACION PREVIA DE LA INESTABILIDAD DE
TALUD:
Trincas o fisuras en la cresta
trincas
Remediación inmediata: cerrado de trincas.

Perdida de verticalidad de
arboles, postes
IDENTIFICACION PREVIA DE LA INESTABILIDAD DE
TALUD:
Circulación de agua en el talud con
partículas de suelo
Remediación inmediata: Sistema Filtro
drenante.
carreamento de partículas

OBJETIVO:
Que esta envuelto en el análisis de estabilidad de
taludes y que precisa ser estudiado o entendido?
-Entender el desenvolvimiento y la forma de los
taludes naturales además del proceso en las
diferentes características de taludes naturales.
Investigación geológica geotécnica.
- Evaluar la estabilidad a corto y largo plazo.
- Analizar rupturas ocurridas y entender el mecanismo
y la influencia de los factores ambientales.
- Remediar y/o prevenir
- Evaluar tipos de carga, como terremotos .

ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES:
- CONOCIMIENTO PREVIO:
-Métodos de Investigación de Campo y Laboratorio
-Resistencia al Corte en Suelos
-Movimiento de agua en el Suelo
-Comportamiento Tensión x Deformación.

AREAS DEL CONOCIMIENTO ENVUELTOS:
GEOTECNIA:
• Caracterización de las propiedades de los suelos y rocas de
laderas naturales y taludes en general;
• Métodos de investigación geotécnica;
• Definición y aplicación de modelos de evaluación de
estabilidad de taludes / terraplenes;
GEOLOGÍA:
• Definición de áreas geológicas y su influencia en la estabilidad
de taludes / terraplenes;
• Mapas de susceptibilidad y gestión de riesgo;
RECURSOS HÍDRICOS / CIENCIAS SOCIALES / CIENCIAS
ECONÓMICAS:
• Definición de condiciones hidro-meteorológicas;
• Definición de trabajos de drenaje;
• Definiciones de condiciones de uso y ocupación en el terreno y
sus efectos, etc

5.- ANALISIS DE
ESTABILIDAD DE
TALUDES

INTRODUCCION:
• Verificar la condición de seguridad en un Talud existente
(Verificar la eventual necesidad de medidas de prevención
y/o correctivas);
• Definición de la geometría más adecuada que garantice un
nivel de seguridad mínima para Taludes naturales o
artificiales.
OBJETIVOS:

 Situaciones a corto plazo para suelos saturados o
parcialmente saturados;
 Parámetros de resistencia determinados en
términos de esfuerzos totales (c e φ);
TIPOS DE ANÁLISES:
ANÁLISES EN TERMINOS DE ESFUERZOS TOTALES: Ejemplo – presa
de tierra en fase final de construcción :

 Situaciones de largo plazo en suelos saturados o parcialmente
saturados, o corto plazo en condiciones drenadas;
 Parámetros de resistencia determinados em términos de
tensiones efectivas (c’ e φ’);
TIPOS DE ANÁLISES:
ANÁLISES EN TERMINOS DE ESFUERZOS EFECTIVOS: Ejemplo -
presa en operación:

 ANÁLISES EN TERMINOS DE ESFUERZOS TOTALES: Presa durante
descenso rápido (nível de água inicial)
TIPOS DE ANÁLISES:

 ANÁLISES EN TERMINOS DE ESFUERZOS TOTALES: Presa situación
de descenso rápido (nível de água inicial -después de 1 dia)
TIPOS DE ANÁLISES:

MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
TIPOS DE ANÁLISES:
SEGÚN EL CÁLCULO
MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE MÉTODOS NUMÉRICOS
TIPO DE SOLUCIÓN
SOLUCIÓN EXACTA SOLUCIÓN APROXIMADA
-UTILIZADOS EN
SUPERFICIES DE
FALLAS
PREDEFINIDAS
-SE ASUME UNA
SUPERFICIE POTENCIAL DE
FALLA. FS

FACTOR DE SEGURIDAD:
FACTOR DE SEGURIDAD
Determina la razón al corte
disponible y las tensiones actuantes
a lo largo de la superficie potencial
de falla.
El factor de seguridad (FS) no
proporciona información acerca de
la deformación del talud que
precede al deslizamiento final.

RECOMENDACIONES PARA FACTORES DE SEGURIDAD PARA
LADERAS (NBR 11.682/2009-ESTABILIDADE DE ENCOSTAS)
• NIVEL DE SEGURIDAD CONTRA PERDIDAS HUMANAS
FACTOR DE SEGURIDAD:

FACTOR DE SEGURIDAD
• NIVEL DE SEGURIDAD CONTRA PERDIDAS HUMANAS

FACTOR DE SEGURIDAD

FACTOR DE SEGURIDAD
RECOMENDACIONES PARA FACTORES DE SEGURIDAD EN
PROYECTOS DE PRESAS (U.S. CORPS OF ENGINEER, 2003)
*TALUDES DE PRESAS
*TALUDES DE DIQUES Y TERRAPLENES
*TALUDES DE EXCAVACION

TECNICAS DE ANALISIS
METODOS DETERMINISTICOS:
*EQUILIBRIO LIMITE DE UNA MASA DE SUELO
*ANALISIS TENSION x DEFORMACION

METODOS PROBABILISTICOS:
*A medida de la solicitación del F.S. será realizada en
términos de probabilidad o de riego de ocurrencia de ruptura

SOLUCION EXACTA
Superficie de fallas definidas (rocas)
Método Exacto
- Talud Infinito
- Falla Planar

Una superficie de falla es
considerado infinito cuando la
relación entre la longitud y el
ancho del plano de falla muy
grande.
En estos taludes la superficie de
ruptura es considerada como
paralela a la superficie del terreno.

Para analizar la estabilidad de un talud considerado infinito,
inclinado de un ángulo i con la horizontal y profundidad h,
consideremos un elemento aislado de ese talud y las
tensiones que actúan sobre las tres caras de este elemento.
Método Exacto - Talud Infinito

Superficie de fallas no-definidas (suelos)
Método aproximado
- Técnica de las dovelas
SOLUCIÓN APROXIMADA

METODO DE EQUILIBRIO LIMITE
• Definición a priori de una superficie ruptura;
• El suelo se comporta de acuerdo con un modelo rígido
perfectamente plástico del tipo mohr-coulomb;
• La masa del suelo está en condiciones inminentes de ruptura
generalizado;
• El factor de seguridad es único sobre la superficie de ruptura;
• El factor de seguridad de las componentes de cohesión y
fricción de la resistencia es igual para todos los suelos
involucrado.
HIPÓTESIS DE LOS MÉTODOS DE EQUILIBRIO LÍMITE:

ESTABILIDAD DE UN TALUD FINITO :

ESTABILIDAD DE UN TALUD FINITO COM SUPERFICIE POTENCIAL
PLANA:
METODO DE CULMANN

Para suelos con c’ = 0 (arena pura)
Para suelos con φ’ = 0 (arcilla pura)

METODO DE DIVISION DE LA MASA EN DOVELAS
ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES CONSIDERANDO UNA
SUPERFICIE POTENCIAL DE RUPTURA CUALQUIERA:

EQUILIBRIO DE MOMENTOS EN LA MASA DESLIZANTE
OBS. LA FUERZA NORMAL (N) ES
UMA DE LAS INCOGNITAS

EQUILIBRIO DE FUERZAS HORIZONTALES EN LA MASA DESLIZANTE
OBS. LA FUERZA NORMAL (N) ES
UMA DE LAS INCOGNITAS

CALCULO DE LA FUERZA NORMAL:
OBS. LAS FUERZAS ENTRE DOVELAS
CONTINUAN SIENDO INCOGNITAS
PARA EL PROBLEMA

FACTOR DE SEGURIDAD PARA EL EQUILIBRIO DE MOMENTOS:
FACTOR DE SEGURIDAD PARA EL EQUILIBRIO DE FUERZAS:

MÉTODO DE FELLENIUS (1936)
Una de las primeras soluciones del tipo de método de las dovelas fue
propuesta por Fellenius. Este método considera una superficie de falla
circular, el cual admite que las fuerzas entre dovelas son iguales y
opuestas, o sea los esfuerzos entre las dovelas son despreciadas. El
factor de Seguridad es determinado directamente por el equilibrio de
momentos en torno del centro geométrico del círculo estudiado. El
equilibrio de fuerzas no es considerado.

MÉTODO DE FELLENIUS (1936)
CALCULO FACTOR DE SEGURIDAD:

MÉTODO DE BISHOP SIMPLIFICADO (1955)
HIPOTESIS:
• Considera las fuerzas entre dovelas iguales (XR y XL )
• La superficie de ruptura es circular
• Cumple solo la condición de equilibrio de momentos

MÉTODO DE BISHOP SIMPLIFICADO (1955)
*Procesos iterativos

MÉTODO DE JANBU SIMPLIFICADO (1955)
HIPOTESIS:
• Considera las fuerzas normales entre dovelas (ER y EL) y
desconsidera las fuerzas (XR y XL )
• La superficie de ruptura es circular
• Cumple solo la condición de equilibrio de fuerzas

MÉTODO DE SPENCER (1967)
HIPOTESIS:
• Cumple las condiciones de equilíbrio de momentos y fuerzas
para toda la superfície deslizante
• Considera las fuerzas normales entre dovelas (ER y EL ) y de
corte entre dovelas (XR y XL ) por médio de la siguiente
relacion:
FACTOR DE SEGURIDAD PARA EL EQUILIBRIO DE MOMENTOS:

FACTOR DE SEGURIDAD PARA EL EQUILIBRIO DE FUERZAS:

MÉTODO DE MORGENSTERN-PRICE (1965)
HIPOTESIS:
• Cumple las condiciones de equilíbrio de momentos y fuerzas
para toda la superfície deslizante
• Considera las fuerzas normales entre dovelas (ER y EL ) y de
corte entre dovelas (XR y XL ) por médio de la siguiente
relacion:
POSIBLES FUNCIONES UTILIZADAS:

Se puede calcular, para cada valor de λ, un factor de seguridad para
el Equilibrio de momentos y un factor de seguridad para el equilibrio de
fuerzas. El método admite que existe un valor 𝜆 para el cual el valor del
factor de seguridad de fuerzas es igual al factor de seguridad de
momentos.
En general se adopta un procedimiento de cálculo para la
determinación del valor de 𝜆 que considera las dos ecuaciones del
factor de seguridad. Primero se calculan los factores de seguridad
relativos a las fuerzas y a momentos para diferentes valores de 𝜆 Se
ajusta un polinomio a cada uno de los conjuntos de puntos de FS
VERSUS 𝜆
Observación:

Factores de seguridad con relacion a los equilibrios de momentos y
fuerzas no lineares :

Proceso iterativo:

PRINCIPALES METODOS DE ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES
QUE CONSIDERAN EL EQUILIBRIO LIMITE DE MASA EM EL SUELO
PRINCIPALES DIFERENCAS ENTRE LOS METODOS
(1)Método do Talude Infinito;
(2)Método de Culmann (1866);
(3)Método de Taylor do Círculo de Atrito (1967);
(4)Método de Fellenius (1938);
(5)Método de Bishop (1955);
(6)Método de Morgenstern e Price (1965)
Ecuaciones de la estática que satisfacen (equiibrio
de momentos , fuerzas, etc.);
Calculo de las fuerzas entre dovelas;

ANÁLISIS PSEUDO ESTÁTICO
El análisis Pseudo estático es una aproximación al análisis
dinámico y esta basado en la inclusión de una fuerza horizontal
que sustituye al efecto dinámico.
La fuerza horizontal es dependiendo del coeficiente sísmico.
DEFINICION

ANÁLISIS PSEUDO ESTÁTICO
COEF. SÍSMICO

EJEMPLO 1

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