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- 1. Transcripciónde SLIDE ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCAS Y SUELOS “Taller computacional manejo del software Slide-Rocscience” M.Sc. Ing. Alvaro Camilo Bravo Nivel Basico Geología y geotecnia básica para Ingeniería de Taludes. Introducción de datos en el Software – Slide. Nivel Intermedio Desarrollo de casos reales (presentados por el ponente). Nivel Avanzado Desarrollo y discusión de casos reales (presentados por los participantes). Geologia y Geotecnia basica para Ingenieria de Taludes Origen y formación de suelos y rocas. Conceptos básicos para el análisis de estabilidad de taludes (clasificacion de taludes, propiedades geomecánicas de los materiales, etc). Procesos de remoción en masa en taludes (deslizamientos, volcamientos, flujos, etc). Cálculo de estabilidad de taludes. Origen y Formacion de los suelos y las rocas B/ Caracolí - Bogotá - Marzo de 2010 Parque Villa Nidia - Bogotá - Octubre de 2007 Geología: Describe las capas de material suelto sin consolidar, formado por intemperismo y desintegración de las rocas. Ingeniería: Se relaciona con la obra que se pueda hacer sobre él, con él o en él (Suelo como material en las diferentes disciplinas). “ Todos los suelos tienen su origen, directa o indirecamente, en las rocas solidas” Suelo Tipos de suelo Sedimentario: Conformado por partículas que se formaron en un lugar diferente al actual. Residual: Formado por la meteorización de las rocas en el mismo local donde ahora se encuentra. Relleno artificial: Construidos de manera antrópica. Geología: Material compuesto de uno o varios minerales como resultado de diferentes procesos geológicos (No solo forma compacta o cohesionada). Roca Tipos de Roca Ígnea: Formada por el enfriamiento del material fundido (magma) ej. granito. Sedimentaria: Formada en capas acumuladas por el asentamiento de sedimentos. ej. lutita. Metamórfica: Formada por la modificación de rocas ya existentes (presión, calor). ej. mármol. Ignea Sedimentaria Metamórfica Tipos de Taludes Taludes Naturales o Laderas Surgen de influencias geológicas e hidrológicas. Debido a irregularidades de la superficie, la estratigrafía y el flujo del agua subterránea (que en la mayoría de los casos no se puede establecer), la estabilidad solo puede ser aproximada de manera correcta bajo ciertas circunstancias. El comportamiento mecánico: depende de si éste tipo de taludes han sido formados por acciones erosivas o mediante movimientos en masa. Taludes artificiales Cortes para vías, ferrocarriles, excavaciones, etc. Estabilidad representativa: el caso más desfavorable. Cortes de excavaciones y de minas son estables temporalmente. Para tiempos cortos (en comparación con la permeabilidad) pueden calcularse con la resistencia inicial del suelo.
- 2. En minas: Taludes deben esperar,en muchos casos,hasta la “recultivación” del sitio, verificar estabilidad final con parámetros de resistencia al corte efectivos. Para grandes profundidades (varios cientos de metros), la cohesión de los suelos cortados juega un papel importante solamente en la parte superior del talud. Taludes de Excavación Taludes artificiales de terraplenes (Rellenos) Casos especiales de taludes; la pendiente es mantenida verticalmente de manera artificial (estructuras de retención). Con excepción de excavaciones temporales, la estabilidad final es la representativa. Presas,Diques,llenos que inducen en el subsuelo esfuerzos cortantes y de compresión. La estabilidad del talud puede calcularse de manera más exacta que la de un talud natural ya que las condiciones de frontera son conocidas. Conceptos Básicos de Estabilidad de Taludes Partes de un talud Partes de una ladera Condiciones Geotécnicas ASPECTOS GENERALES Para un adecuado Análisis de estabilidad de taludes, es necesario definir las condiciones geotécnicas del sitio donde se encuentran o construirán los taludes: Ubicación geométrica en planta y en perfil de las unidades geológicas (investigación del sitio). Valor de las propiedades mecánicas de cada unidad (investigación del sitio). Situación del agua subterránea (investigación del sitio). Definición de las cargas exteriores y deformaciones máximas inducidas y tolerables (depende de las características propias del proyecto). ETAPAS DE INVESTIGACIÓN DEL SUBSUELO Para un adecuado Análisis de estabilidad de taludes, es necesario definir las condiciones geotécnicas del sitio donde se encuentran o construirán los taludes: Antes de la Exploración geotécnica: conocer cuales son las necesidades o los datos de entrada que se requieren en los diferentes métodos de diseño de taludes, con el fin de orientar adecuadamente la campaña de exploración A. Etapa preliminar • Recopilación y análisis de toda la información existente • Visita al sitio y evaluación visual • Reporte preliminar y plan de trabajo en campo B. Etapa principal • Campaña de exploración de campo Mapeo geológico Investigación geofísica Investigación directa (apiques, trincheras, perforaciones, sondeos y pozos a cielo abierto de gran diámetro y profundidad) Ensayos in situ • Investigación de laboratorio
- 3. • Reporte final C. Etapa de verificación – observación • Monitoreo mediante instrumentación durante excavación y construcción. Fuerzas Inestabilizantes o movilizantes Fuerzas que tienden a modificar la condición actual del talud (Gravedad, Agua presente en los vacíos – Presión de poros, Cargas externas de servicio, Cargas dinámicas (sismo u otros). Propiedades índice que influyen en la estabilidad de taludes Porosidad Densidad Peso Específico FUENTE: Curso de explotación de Canteras – Asociación de Ingenieros de Minas del Ecuador Compresión Uniaxial (Rocas) Ensayo de Carga Puntual Compresión Uniaxial FUENTE: Curso de explotación de Canteras – Asociación de Ingenieros de Minas del Ecuador FUENTE:Curso de explotación de Canteras – Asociación de Ingenieros de Minas del Ecuador Influencia de las características estructurales Configuración estructural del macizo rocoso Inclinación del Talud Resistencia al Cizallamiento Rotura por esfuerzos cortantes La falla NO ocurre a través de las partículas del suelo sino que se manifiesta como un movimiento relativo de sus puntos de contacto, por lo tanto la resistencia al corte depende de las presiones existentes en los puntos de contacto. Criterio de Falla de Mohr Coulomb Principio de Esfuerzos Efectivos de Terzagui (1936): Criterio de Falla Coulomb - Terzagui: Criterio de Falla de Mohr Coulomb FUENTE: Curso de explotación de Canteras – Asociación de Ingenieros de Minas del Ecuador FUENTE: Curso de explotación de Canteras – Asociación de Ingenieros de Minas del Ecuador FUENTE: Rock Slopes: Design, Excavation, Stabilization - Hoek y Bray 1991) Causas de desestabilización de taludes Condiciones del Terreno Procesos geomorfológicos Procesos físicos Procesos antrópicos (Intervención humana) Condiciones del terreno Material fisurado o con discontinuidades Discontinuidades orientadas desfavorablemente Material sensible Material meteorizado Procesos Geomorfológicos Socavación de las márgenes de cuerpos de aguas Procesos Físicos Precipitaciones prolongadas Proceso Antrópicos Escapes de aguas de tuberias Excavaciones para Proyectos Urbanísticos Excavaciones Instalación de Redes Taludes de corte y relleno Modos de rotura en taludes de roca La mayoría de las masas de roca pueden considerarse como ensambles de bloques de roca intacta cruzados y definidos estructuralmente en las tres dimensiones por sistemas de discontinuidades. Parámetros que caracterizan la naturaleza de las discontinuidades Orientación: Rumbo, dirección de buzamiento y buzamiento. Tomado de: http://profesores.sanvalero.net/~w0548/geoestructural.html Persistencia: continuidad de la discontinuidad en superficie. Espaciamiento: distancia normal entre dos discontinuidades. Propiedades superficiales: forma, abertura,rugosidad. Relleno: material que ocupa el espacio entre discontinuidades. Tipos comunes de falla Falla Plana Una sola discontinuidad buzando desfavorablemente hacia el talud Falla en cuña Definidas por dos discontinuidades Volcamientos Desprendimientos y rotación de losas cercanas a la vertical Fallas circulares Masas de baja resistencia e intensamente fracturadas en todas direcciones Condiciones: Direccion del buzamiento de la discontinuidad debe ser similar a la dirección del buzamiento del talud. El plano de falla debe cortar la cara libre del talud. El buzamiento de la discontinuidad debe ser mayor que el ángulo de fricción de la superficie de
- 4. contacto. Condiciones: La trayectoria de la línea de intersección próxima a la dirección del buzamiento de la cara del talud. Inclinación de la línea de intersección < buzamiento del talud. Inclinación de la línea de intersección > ángulo de fricción de la superficie. Condiciones: Rumbo de las losas aprox/ paralelo al talud. Buzamiento de las losas paralelo o mayor que la cara del talud. La normal al plano de volcamiento debe tener inclinación < diferencia entre el buzamiento de la cara del talud y el ángulo de fricción de la superficie. Condiciones: Existen innumerables polos de fracturamiento distribuidos en todas las direcciones, entonces cualquier orientación resulta desfavorable. Cálculo de estabilidad Características básicas de los métodos de estabilidad (dovelas) Métodos de cálculo Métodos de Equilibrio límite Métodos de cálculo de deformaciones (métodos numéricos) Exactos Falla Planar Falla por Cuña Falla por Volcamiento No Exactos Estabilidad Global de la Masa del Terreno (Método del círculo de fricción - hoy en desuso) Métodos de dovelas APROXIMADOS Jambu Fellenius Bishop Simplificado PRECISOS Morgenstern & Price Spencer Bishop riguroso El problema debe estudiarse aplicando métodos de elementos finitos u otros métodos numéricos Suponen que la resistencia al corte se moviliza total y simultáneamente a lo largo de la superficie de corte. Ausencia de deformaciones, factor de seguridad constante en toda la superficie de rotura. la geometría de la superficie de rotura no permite obtener una solución exacta del problema mediante la única aplicación de las leyes de la estática No cumplen todas las ecuaciones de la estática Cumplen todas las ecuaciones de la estática Falla Planar Falla Cuña Falla Volcamiento No es aplicable el concepto de FS Método de Bishop Simplificado La solución rigurosa de bishop es muy compleja, por eso se utiliza el método simplificado, el cual arroja resultados precisos en comparación con el método ordinario. Método de Fellenius El método ordinario o de Fellenius solamente satisface equilibrios de momentos y no satisface equilibrio de fuerzas. Método simplificado de Jambu El método simplificado de Janbú se basa en la suposición que las fuerzas entre dovelas son horizontales y no tiene en cuenta las fuerzas de cortante. Janbú considera que las superficies de falla no necesariamente son circulares y establece un factor de corrección f0 . El factor ƒo depende de la curvatura de la superficie de falla. Evidencias de la existencia de fenómenos de remoción en masa (procesos de inestabilidad) Presencia de material movilizado (bloques de roca, material suelto, etc) Presencia de Grietas de Tracción Reptación (creep) en material blando Inclinación de individuos arbóreos Afectación en estructuras de protección y/o contención Afectaciones en estructuras emplazadas en el sector evaluado Existencia de escarpes en laderas Clasificación geomecánica del macizo rocos Mediante la observación directa de las características de los macizos rocosos y la realización de sencillos ensayos, se obtienen índices de calidad de los macizos. Clasificación RMR
- 5. Rock Mass Rating (Bieniawski 1973 - 1979 - 1989 ) Clasificación de macizos rocosos que permite relacionar índices de calidad con parámetros geotécnicos, la cual tiene en cuenta los siguientes parámetros geotécnicos: Resistencia uniaxial de la matriz rocosa Grado de facturación en términos del RQD Espaciado de las discontinuidades Condiciones de las discontinuidades Condiciones hidrológicas Orientación de las discontinuidades con respecto a la excavación y/o corte Proceso: Dividir macizo en zonas de características geológicas similares Toma de datos en campo (propiedades y características delmacizo y las discontinuidades) Obtener puntuación Corrección por orientación de las discontinuidades Clasificación del macizo rocoso. Medidas remediales Metodos para disminuir o eliminar el riesgo Prevención: Elusión de la amenaza Control de la amenaza Estabilización Factores: Determinar el sistema o combinación de sistemas de estabilización más apropiados, teniendo en cuenta todas las circunstancias del talud estudiado. Diseñar en detalle el sistema a emplear, incluyendo planos y especificaciones de diseño. Instrumentación y control durante y después de la estabilización. Sistemas de estabilizacion 1. Re- Conformación del talud o ladera 2. Recubrimiento de la superficie 3. Control de flujos de escorrentía superficial y subsuperficial 4. Estructuras de contención 5. Mejoramiento del suelo Toma de datos para caracterización de taludes en macizos rocosos Ensayos de laboratorio para determinar Resistencia y Deformabilidad de Macizos Rocosos Discontinuidades Representan planos preferentes de alteración, meteorización y fractura. Orientación relativa con respecto a una instalación u obra de ingeniería. La estabilidad del talud depende de su orientación con respecto a las discontinuidades. Resistencia al corte,importante en la resistencia de los macizos rocosos duros fracturados,se debe describir características físicas y geométricas de los planos Características:La orientación: definida por el buzamiento y la dirección de su buzamiento. El espaciado: distancia media perpendicular entre los planos de discontinuidad de una misma familia. La continuidad: extensión del plano de discontinuidad La rugosidad: determina la resistencia al corte de la discontinuidad. La abertura: Distancia perpendicular que separa las paredes de la discontinuidad. La permeabilidad: condicionada por el númjero de discontinuidades, su abertura e interconección (Ensayo de Permeabilidad in situ - Lugeon). Bibliografía BOWLES,Joseph E.“Foundation Analysis and Design, Fifth Edition” The McFraw-Hill Companies, Inc. Bogotá, 1997. DE MATTEIS, Alvaro, “Geología y Geotécnica – Estabilidad de Taludes”. Editores Universidad Nacional del Rosario, Facultad de Ciencias Exactas,Ingeniería y Agrimensura. Buenos Aires, Agosto 2003. GARCÍA López, Manuel. MOYA Barrio, Julio. “Manual de Estabilidad de Taludes – INVIAS”. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, Bogotá, 1998.
- 6. HERRERA RODRÍGUEZ,Fernando. “Análisis de Estabilidad de Taludes – Guía de Cálculo de Estabilidad de Taludes”. Editores Geotecnia, Madrid 2000. HOLT,Robert D. Ph.D,P.E. KOVACS William D., Ph.D.,P.E. “Introduction to Geotechnical Engineerin, Prentice-Hall Civil Engineering and Engineering Mechanics”. Series, N. M. Editors, Newmark and W. J. Hall. New Jersey,1981. Rocscience Inc. “Slide – 2D Limit Equilibrium Slope Stability for Soil and Rock Slopes – User´s Guide”. 1989 – 2003. VALLEJO,González Luis I, FERRE, Mercedes. ORTUNÑO,Luis. OTERO,Carlos “Ingeniería Geológica”. Editores Pearson Educación S.A. Madrid, 2002. Ing. M.Sc. Gavillanes Hernán. Presentación Curso de Explotación de Canteras – Parámetros Geotécnicos y Estabilidad de Taludes. Asociación de Ingenieros de Minas del Ecuador. Disponible en Internet en: http://www.aimecuador.org/capacitacion_archivos_pdf/Estabilidad_de_taludes.pdf. Consultado el 6 de septiembre de 2011. Ing. Suarez Díaz Jaime, Curso Estabilidad de Taludes, Clase 9, Tema 12. Escuela de Ingeniería, Universidad Industrial de Santander. Disponible en Internet en: http://ocw.uis.edu.co/ingenieria-civil/estabilidad-de-taludes/clase-9/TEMA12-en-proceso.pdf. Consultado el 6 de septiembre de 2011. MUCHAS GRACIAS me lleva el chango