análisis de talud en estado limito de equilibrio

8/17/2019 Análisis de Talud en Estado Limito de Equilibrio

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Alumno: Martinez Torres Diego Alonzo

Materia: Taller de Geotecnia Grupo: ACV0

Profesor: García Torres William

Entrega: 02/05/16

Análisis de estado límite de equilibrio y

estabilización.


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INDICE

Introducción…………………………………………………………………… 2

Objetivo………………………………………………………………………… 2 Localización. ………………………………………………………………….. 2

Características………………………………………………………………… 3

Método por el que se analizara el Talud………………………………….. 5

Modelación del Talud ………………………………………………………. 5

Conclusión……………………………………………………………………...11

Estabilización………………………………………………………………… ..12

Introducción…………………………………………………………………… .12

Objetivo………………………………………………………………………….13

Características del terreno………………………………………………… ..13

Método por el que se analizara el Talud…………………………………13

Condiciones de carga……………………………………………………… ..14

Desarrollo y Modelación en Programa…………………………………....14

Conclusión…………………………………………………………………… ..19


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Introducción

Se conoce con el nombre genérico de taludes cualesquiera superficies inclinadas

respecto a la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las masas de tierras.

Los taludes son las obras. Normalmente de tierra, que se construyen a ambos lados de la

vía (tanto en excavaciones como en terraplén) con una inclinación tal que garanticen laestabilidad de la obra.

Los taludes tienen zona de emplazamiento que comprende, además de la vía, una franja

de terreno a ambos lados de la misma. Su objetivo es tener suficiente terreno en caso de

ampliación futura de la carretera y atenuar en gran medida, los peligros de accidentes

motivados por obstáculos dentro de dicha zona, los cuales deben ser eliminados.

Cuando el talud se produce en forma natural, sin intervención humana, se denomina

ladera natural o simplemente ladre. Cuando los taludes son hechos por el hombre se

denominan cortes o taludes artificiales, según sea la génesis de su formación; en el corte

se realiza una excavación en una formación terrea natural, en tanto que los taludes

artificiales son los inclinados de los terraplenes. También se producen taludes en losbordes de una excavación que se realice a partir del nivel del terreno natural, a los cuales

se suele denominar taludes de la excavación.

Objetivo

1.-Determinar el ángulo de fricción interno mediante iteraciones para encontrar el estado

límite de equilibro en el talud con un F.S= 1

2.-Calcular y proponer las anclas necesarias para llevar el Talud a un F.S= 1.5 o 2.

Localización

El talud analizar se encuentra ubicado en Arriga- Tres Cruces en el estado de Chiapas enel km 30+640.


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Características

El talud está conformado por un solo estrato conformado Arena Limosa (SM) con un peso

volumétrico de 17 KN/m3, una cohesión de 74 KN , una altura de 93 metros en total del

talud y el ángulo de fricción debemos determinarlo para saber cuándo será el estado

límite de equilibro del talud haciendo iteraciones para conocer el ángulo de fricción la

iteración para el ángulo de fricción interna estará entre 25° y 35°.

Se debe de considerar la zona en la que estamos ubicados para determinar el coeficiente

sísmico a lo cual no ayudaremos con las normas de CFE utilizando el mapa de

Regionalización Sísmica de la Republica Mexica.

Estrato Peso volumétricoKN/m3

Angulo de fricción(°)

Cohesión KN/m2

SM 17 KN/m3 A determinar con elprograma

74 KN/m2

Regionalización Sísmica de la República Mexicana.


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Tabla 1. Espectros Sísmicos de Diseño para estructuras comunes.

ZONA

SÍSMICA

TIPO DE

SUELO

aO C Ta

(seg)

Tb

(seg)

R

A

I

II

III

0.02

0.04

0.05

0.08

0.16

0.20

0.2

0.3

0.6

0.6

1.5

2.9

½

2/3

1

B

I

II

III

0.04

0.08

0.10

0.14

0.30

0.36

0.2

0.3

0.6

0.6

1.5

2.9

½

2/3

1

C

I

II

III

0.09

0.13

0.16

0.36

0.50

0.64

0.0

0.0

0.0

0.6

1.4

1.9

½

2/3

1

D

I

II

III

0.13

0.17

0.21

0.50

0.68

0.86

0.0

0.0

0.0

0.6

1.2

1.7

½

2/3

1

E

(Zona Metropolitana

Ciudad de México)

I

II

III

0.04

0.08

0.10

0.16

0.32

0.40

0.2

0.3

0.6

0.6

1.5

3.9

½

2/3

1

Donde el tipo de suelo se define como sigue:

I Terreno firme

II Terreno intermedioIII Terreno blando

ao Valor de a que corresponde a T = 0

C Coeficiente sísmico.

Ta, Tb Periodos característicos de los espectros de diseño (en segundos).


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Observando un mapa de la republica puedo observar que Arriaga- Tres Cruces está

dividido entre 2 zonas sísmicas observando en un mapa de la república mexicana está

más orientado hacia la zona sísmica D y el tipo de terreno en el que se encuentra que esel I tiene un coeficiente sísmico de 0.50 pero para este tipo de obras civiles el coeficiente

sísmico se reduce un 50% a lo cual el Coeficiente sísmico nos quedara con 0.25.

Para encontrar el F.S=1 no consideraremos diferentes condiciones como el agua, carga y

sismo estas consideraciones las tendremos para cuando queramos subir el F.S > 1 esas

consideraciones se harán más adelante cuando estemos resolviendo el ejercicio.

Método por el que se analizara el Talud

Para el analices de los taludes hay diferentes tipos de métodos, pero con base a la

experiencia obtenida con el tiempo los métodos con los cuales se obtienen las mejorescondiciones de análisis son el método de Spencer y Morgenstern-Price estos dos

métodos satisfacen las condiciones de equilibrio y momentos que son las que buscamos

para que un Talud no llegue a presentar fallas en un futuro.

Tendremos que checar en cada iteración para que el F.S nos de igual a 1 o un poco cerca

a esa cantidad para determinar el estado límite de equilibrio

Modelación del talud en el programa

Para poder modelar el talud en el programa nos ayudaremos mediante las secciones de

talud ya hechas en el AutoCAD haciendo una exportación del archivo para poder

modelarlo en el programa de slide y poder encontrar el ángulo de fricción necesario para

llegar al estado límite de equilibrio.

No consideraremos agua, sismo y sobre carga solo se hará un análisis de peso propio del

talud y en este ejercicio no nos ayudaremos con el auto grid porque vamos hacer una

continuación del ejercicio para cálculo de anclas a lo cual cuando elaboremos el ejercicio

no tendrá que tener el auto grid por que genera ciertos puntos que al hacer un Back

Analysis buscara diferentes puntos y nosotros necesitamos un punto fijo a lo cual solo

encontrando el F.S sin auto grid.


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Análisis del Talud

Método de Spencer

Aquí podemos observar que proponiendo un ángulo de fricción interna de 26° casi

llegamos al F.S= 1 pero tendremos que iterar para llegar al F.S deseado.

Método de Morgenstern-Price

Para este método utilizamos el mismo ángulo de fricción interna se observa un factor

similar al de Spencer pero a un no llegamos al F.S=1 a lo cual iteraremos con otro ángulo.


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Método de Spencer

Proponiendo un ángulo de fricción de 25.6° se puede observar que el factor de seguridad

disminuyo a lo cual me doy cuenta que el ángulo lo tendré que disminuir para poder llegar

al F.S=1


Se puede observar que igual disminuyo el F.S a lo cual tendré que seguir disminuyendo elángulo de fricción para llegar al F.S que estoy buscando.


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Método de Spencer

Bajando el ángulo de fricción a 24.5° podemos observar que el F.S no aparece a lo cualsupongo yo que baje mucho el ángulo de fricción por eso no me arroga un F.S.


Usando el ángulo de fricción igual al anterior podemos observar que el factor de seguridad

ya es menor a 1 a lo cual puedo suponer que en Spencer el ángulo de fricción igual es

menor por eso no me arrogo un valor.


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Método de Spencer

Subiendo el ángulo de fricción a 25.3 puedo observar que casi llego al F.S=1 a lo cual

tendré que bajar un poco más el ángulo.


El ángulo de fricción igual que el anterior nos arroga un factor un poco mayor a lo cual lo

bajare de igual forma.


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Método de Spencer

Bajando el ángulo de fricción exactamente a 25° podemos observar que llegamos alestado límite de equilibrio lo compare con el siguiente método para ver si da el mismo

valor.


Podemos observar que con el mismo ángulo de fricción es muy poco mayor a 1 a lo cualel método con el que se puede confiar será el de Spencer.


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Conclusión:

La utilización del programa nos ayuda mucho para poder determinar cuándo un Talud fallo

y no sabíamos en que ángulo de reposo se encontraba mediante las condiciones en las

que se encontraba teniendo solo la cohesión y el peso volumétrico obtenidos por pruebas

de laboratorio únicamente nos otros ingresando valores al sistema para el ángulo

podemos determinar mediante iteraciones el valor en el cual el talud se encontraba eneste problema pudimos observar que mientras más ángulo de fricción tenia no fallaría

pero bajando el ángulo de fricción del talud se observó que perdía el factor de seguridad a

lo cual en este caso llegando a 25° se pudo observar que llegamos al factor de seguridad

de 1.


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Estabilización

El problema anterior una vez llegado a su estado límite de equilibrio que es igual a F.S=1

necesita ser estabilizado para que no llegue a presentar problemas futuros a lo cual por

las condiciones del talud y sus propiedades el cliente nos ha solicitado una estabilización

por medio de anclaje para poder hacer el anclaje explicaremos un poco sobre las anclas y

su función.

Introducción

En las obras de ingeniería civil, es común la ejecución de cortes y excavaciones; ambos

tipos de trabajo requieren la remoción de cierta cantidad de suelo y la consecuente

pérdida de confinamiento en la periferia. El ingeniero, inicialmente, verifica si la estructura

puede ser estable sin ayuda externa, o si es necesario, emplear un muro de contención o

formar un talud. Esto último solo puede lograrse si el espacio disponible lo permite.

Cuando no es así, el corte se efectúa dejando paredes verticales. En esta condición, el

suelo puede sufrir fuertes desplazamientos horizontales e inclusive llegar a la falla. Hasta

principios del siglo pasado, el método más empleado para restringir el movimiento del

suelo en las excavaciones (túneles, trincheras, etc.) era mediante el uso de puntales de

madera o metálicos, que se iban agregando conforme avanzaba la excavación. Esta

forma de proceder, tiene la desventaja de reducir el espacio de trabajo en el interior,

limitando las maniobras de construcción. Además, el cambio constante en la distribución

de la presión en las paredes soportadas, conducía a que algunos puntales se

descargaran y cayeran (esto se solucionó presforzandolos y sujetándolos). La aparición

de las anclas para roca, primero, y para suelo, poco después, representó un importante

avance tecnológico para todos los trabajos relacionados con la estabilización de una

masa de roca o suelo. Las anclas, al estar totalmente embebidas en el suelo no interfieren

con las maniobras de construcción en el interior de las excavaciones.

Los componentes de las anclas son los siguientes:

La forma de anclaje más avanzada desde el punto de vista técnico (tanto en suelo como

en roca), es aquella en la cual el tendón queda sujeto con algún cementante (concreto,

mortero o resina) en un estrato firme o resistente, dejando una longitud libre de contacto

entre el suelo y el refuerzo.

Cabeza: Es el elemento que conecta el ancla con la estructura a soportar. Dicha

estructura puede ser un muro, tablestaca o capa de concreto lanzado reforzada con malla.

Debido a que la fuerza de tensión en el tendón se transmite a la estructura a través de la

cabeza, es común colocar una placa debajo de ésta para disminuir la concentración de

esfuerzos.

Tendón: Elemento estructural principal, constituido por cables de acero de alta resistenciao barras de refuerzo de grado estructural. Se deben proteger contra la corrosión, sobre

todo si el anclaje es de tipo permanente.

Bulbo de anclaje: Es el ancla propiamente dicha y se encarga de transmitir los esfuerzos

a la masa del suelo. La capacidad de un ancla, está en función de la fricción bulbo-suelo,

adherencia y la presión de inyección que actúan en la superficie del bulbo.


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El tipo de ancla que se utilizara será:

Anclas de tensión.- Son aquellas que ayudan a incrementar el esfuerzo normal en lasuperficie de deslizamiento potencial y por lo tanto la resistencia al corte. También se lesdenomina de tipo activo, ya que proporcionan una fuerza externa desde el inicio. Estasanclas se usan predominantemente en rocas y solo se fijan en su extremo inferior.

Objetivo

Dar estabilidad al Talud de Roca consiguiendo un F.S> 1.5.

Características del terreno.

El terreno en el cual trabajaremos ya está mencionado en la parte superior del trabajo

agregando el ángulo de fricción interna que se encontró mediante la ayuda del programa.

Método por el que se analizara el TaludPara el analices de los taludes hay diferentes tipos de métodos, pero con base a laexperiencia obtenida con el tiempo el método con el cual se obtiene la mejor condicionesde análisis es el método de bishop este método satisface las condiciones de equilibrio ymomentos que son las que buscamos para que un Talud no llegue a presentar fallas enun futuro.Para poder resolver el problema sin que nos tome varias horas nos apoyaremos con unsoftware el cual analiza el talud de una forma mucho más rápida pero para poder manejareste tipo de programas hay que tener conocimiento de los valores que se van ingresarpara que nos pueda resolver el problema el programa con el cual nos ayudaremos para eltrabajo es slide este programa ya nos facilitara el cálculo a mano ya dándonos losparámetros que nosotros necesitamos para determinar un buen factor de seguridad.

Estrato Pesovolumétrico

KN/m3

Angulo defricción (°)

CohesiónKN/m2

Coeficientesísmico

Alturadeltalud

SM 13 KN/m3 25.0° 51 KN/m2 0.25 99 m


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Condiciones o combinaciones de carga:

1- W natural del terreno para la condición se tomara en cuenta solo el peso propio del terreno sincondiciones adicionales de carga.

2- En este caso se usara los factores de espectro sísmico y se pondrá un nivel freático.

DESARROLLO Y MODELACION EN PROGRAMA

Para resolver el problema utilizáremos el Software de Slide con el cual con los datos que

se obtuvieron anteriormente para poder determinar el F.S> 1.5.

Después de que con anterioridad conseguimos un F.S=1 tenemos que llevarlos a un

factor de seguridad mayor a 1.5 con la ayuda de anclas las cuales se tendrán que diseñar

con la ayuda de una tabla que se mostrara más adelante con los cálculos hechos para

determinar ciertos datos, antes de hacer el Back Bnálysis tenemos que poner en el

programa aparte del peso propio del talud la presencia de un Nivel Freático y agregarle la

condición del sismo el cual con la ayuda del manual de CFE determinamos que llega un

C= 0.50 pero para las condiciones de Taludes solo le pegara el sismo un 50% a lo cual

bajara el C= 0.25 el sismo se lo agregaremos en ambas direcciones poder determinar con

el Back Analysis la Fuerza Activa que se va presentar en el la parte del talud se analizara.

Cuando ingresemos al Back Analysis nos pedirá el F.S al cual deseamos llegar ahí

pondremos que deseamos llegar al 1.5 pero ahí una consideración importante en el

programa que nos pide que es la altura del talud en esa parte debemos considerar la

altura de 2/3 nuestra altura total es de 99 m a lo cual en esa parte pondremos una altura

de 66 m.

Necesitamos dar estos valores para que el Back Analysis nos de la fuerza activa que se

presenta en la parte del talud a continuación se muestra la fuerza activa que nos arroga el

programa.


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La fuerza que se presenta es de 13836.3 KN a lo cual esto lo tenemos que pasar a

Toneladas para llenar una hoja de cálculo de Excel la cual nos ayudara a determinar la

cantidad necesaria de anclas que va requerir el talud para poder ser estabilizado y cumplir

un F.S>1.5 para poder pasar los 13836.3 KN necesitamos dividirlo entre 9.81 a lo cual

haciendo la operación nos da 1410 Toneladas este valor lo utilizaremos para alimentar

una hoja de cálculo la cual nos ayudara para determinar la cantidad de anclas necesarias

para la estabilización del talud.

A continuación se muestra la tabla con la que nos ayudaremos hacer el cálculo de las

anclas necesarias para el Talud.

Para su cálculo necesitamos:

La carga actuante la cual es de 1410 Ton lo que nos salió en la conversión.

El factor de reducción de resistencia que es de 0.6 y un factor de seguridad el cual

depende del cliente.

El ángulo de fricción el cual encontramos haciendo iteraciones cuando quisimos encontrar

el ángulo de fricción interna para llegar al F.S=1.

La resistencia del concreto de la lechada la cual dependerá de las condiciones que se

quieran dar en la obra.

Una presión de inyección la cual se muestra con ejemplo del profesor.

El cortante que toma ese concreto

El tipo de torón a utilizar es del número 15 el cual tiene ya mostrado su diámetro y

resistencia.

A continuación se muestra la tabla con la cual nos da la cantidad de anclas y la longitud

del bulbo necesario para cada ancla los bulbos deben adherirse bien a las paredes del

material y la ancla debe adherirse bien al bulbo para que esta no se salga.


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Aquí se muestran la cantidad anclas necesarias pero estas varían en cantidad

dependiendo de la cantidad de cables los cables son importante en las anclas ya que son

los que dan la mayor resistencia en el anclaje.

En este tipo de anclaje está constituido por cables o también llamados torones estos se

les emplea un potenzado lo que da mayor resistencia ya que están trabajando a una

tensión que se les hizo trabajar a lo cual a resisten esa fuerza que están actuando ahí

deferentes tipos de anclas con diferente cantidad de cables en nuestro ejemplo

utilizaremos una cantidad de 10 cables como se muestran en la siguiente imagen.

Después de tener la cantidad de cables podemos observar que necesitamos 18 anclas

para poder estabilizar el talud, se hace un modelado en el programa slide con la cantidad

de anclas y su separación que se calculó con la tabla de igual forma ahí que utilizar las

tenciones de los cables más adelanta se explicara.


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Modelación con anclas en el programa.

En la imagen observamos la colocación de las 18 anclas las cuales tienen que tener unos

valores los cuales sacaremos con ayuda de la tabla a continuación mostramos los valores

que se necesitan para darle propiedades a las anclas hay que recordar que el bulbo debe

ir atrás de la falla.


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análisis de talud en estado limito de equilibrio

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