unidad 6 estabilidad de taludes

7/21/2019 Unidad 6 Estabilidad de Taludes

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Unidad 6. Estabilidad de taludes

Definición de Talud:

Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto de la horizontal

que hayan de adoptar permanentemente las estructuras de tierra. No hay duda

que el talud constituye una estructura compleja de analizar debido a que en su

estudio coinciden los problemas de mecánica de suelos y de mecánica de rocas,

sin olvidar el papel básico que la geología aplicada desempeña en la formulacin

de cualquier criterio aceptable.

!uando el talud se produce en forma natural, sin intervencin humana, se

denomina ladera natural o simplemente ladera. !uando los taludes son hechospor el hombre se denominan cortes o taludes artificiales, seg"n sea la g#nesis de

su formacin$ en el corte, se realiza una e%cavacin en una formacin t#rrea

natural &desmontes', en tanto que los taludes artificiales son los lados inclinados

de los terraplenes.

Definición de estabilidad:

Se entiende por estabilidad a la seguridad de una masa de tierra contra la falla o

movimiento. !omo primera medida es necesario definir criterios de estabilidad de

taludes, entendi#ndose por tales algo tan simple como el poder decir en un

instante dado cuál será la inclinacin apropiada en un corte o en un terrapl#n$

casi siempre la más apropiada será la más escarpada que se sostenga el tiempo

necesario sin caerse. (ste es el centro del problema y la razn de estudio.



(a)

(b)

6.1. Tipos y causas de fallas en taludes.

Falla Rotacional:

(n el primer lugar se define una superficie de falla curva, a lo largo de la cual

ocurre el movimiento del talud. (sta superficie forma una traza con el plano del

papel que puede asimilarse, por facilidad y sin mayor error a una circunferencia,

aunque pueden e%istir formas algo diferentes, en la que por lo general influye la

secuencia geolgica local, el perfil estratigráfico y la naturaleza de los materiales.

(stas fallas son llamadas de rotacin.

(ste tipo de fallas ocurren por lo com"n en materiales arcillosos homog#neos o

en suelos cuyo comportamiento mecánico est# regido básicamente por su

fraccin arcillosa. (n general afectan a zonas relativamente profundas del talud,

siendo esta profundidad mayor cuanto mayor sea la pendiente.

)as fallas por rotacin se denominan seg"n donde pasa el e%tremo de la masa

que rota. *uede presentarse pasando la superficie de falla por el cuerpo del talud

&falla local', por el pie, o adelante del mismo afectando al terreno en que el talud

se apoya &falla en la base'. !abe señalar que la superficie de este "ltimo tipo de

falla puede profundizarse hasta llegar a un estrato más resistente o más firme de

donde se encuentra el talud, provocando en este punto un límite en la superficie

de falla.

Figura 2: (a)

Nomenclatura de unazona de falla. (b)Distintos tipos de falla.



O

Suelo de cimentación blando

Falla Traslacional:

(stas 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.

)a superficie de falla se desarrolla en forma paralela al estrato d#bil y se remata

en sus e%tremos con superficies curvas que llegan al e%terior formando

agrietamientos.

)os estratos d#biles que favorecen estas fallas son por lo com"n de arcillas

blandas o de arenas finas o limos no plásticos sueltos. !on mucha frecuencia, la

debilidad del estrato está ligada a elevadas presiones de poro en el agua

contenida en las arcillas o a fenmenos de elevacin de presin de agua en

estratos de arena &acuíferos'. (n este sentido, las fallas pueden estar ligadas

tambi#n al calendario de las temporadas de lluvias de la regin.

)as fallas del material en bloque, muchas veces están asociadas a

discontinuidades y fracturas de los materiales que forman un corte o una ladera

natural, siempre en añadidura al efecto del estrato d#bil subyacente.

)as fallas de una franja superficial son típicas de laderas naturales formadas por

materiales arcillosos, producto de la meteorizacin de las formaciones originales.

Se suelen provocar por el efecto de la sobrecarga impuesta por un terrapl#n

construido sobre la ladera. (n estas fallas el movimiento ocurre casi sin

distorsin.

Figura 3: +alla de base



O

Suelo blando

Estrato rme

Figura 4: +alla limitada por un estrato firme.



6.2. Métodos de anlisis de fallas en taludes.

)os m#todos de análisis para las fallas de talud de deslizamiento de tierras,

básicamente consisten en determinar una superficie de falla en la cual puede

ocurrir un desplazamiento de la masa del suelo &como un cuerpo rígido', y se

comparan la acciones actuantes sobre esta superficie contra la resistencia

cortante del suelo en la misma, al coeficiente de las acciones actuantes y la

resistencia al cortante se le conoce como factor de seguridad, el cual debe ser

mayor de la unidad, en la práctica se considera un talud estable con factores de

seguridad mayores o iguales a .-, sin embargo esto dependerá de cada caso

específico en funcin de la importancia de la obra y el grado de incertidumbre

del diseño.

Seguridad contra rotacin

Fs=momento .resistente

momento.actuante

Seguridad contra traslacin

Fs=fuerza. resistente

fuerza . actuante

(n los taludes de arenas &puramente friccionaste', la estabilidad se logra con

que el ángulo de talud &' sea menor que el ángulo de friccin interna & ',ϕ

considerando un /factor de seguridad0.

Fs=ϕ

α 1.2

!on la finalidad que la superficie del talud no tenga erosin e%cesiva.



Método sueco – Casagrande:

(ste m#todo recibe su nombre por los primeros estudios que hizo el 3ngeniero

Sueco *eterson sobre los análisis de estabilidad de taludes en los

deslizamientos del puerto de 4otemburgo al suroeste de Suecia, en el cual se

considera que la superficie de falla es de tipo cilíndrica, aplicado a suelos de

tipo puramente cohesivo, 5. !asgrande propone el siguiente procedimiento6

Suelos puramente cohesivos

c78 y 98 :ϕ

*or lo que la frmula de resistencia al esfuerzo cortante queda6

S9 c ; tan s9cϕ

Se considera un arco de circunferencia con centro en < y de radio =, como la

superficie hipot#tica de falla, la masa de suelo del talud delimitada por esta

circunferencias moviliza rotando con respecto al punto <.

(l momento actuante con respecto al origen de la circunferencia, es el producto

del peso de la masa de suelo del talud delimitada por el segmento de

circunferencia, multiplicado por la distancia entre su centro de gravedad y la

vertical del origen del círculo.

>59? @d



Aambi#n contribuyen en el momento actuante, todas las estructuras que se

encuentre sobre el talud en el área de influencia de la masa de suelo

delimitada, por lo que la formula queda6

>59 ∑i−l

n

(wi∗di )

(l momento resistente con respecto al origen de la circunferencia, es el

producto de las fuerzas que se oponen al deslizamiento de la masa de suelo y

que en este caso son los efectos de la cohesin a lo largo de la superficie de

falla supuesta.

>=9c@=@)

*or lo que el factor de seguridad de la circunferencia propuesta se define

como6

fs= c∗ R∗ L

∑i−l

n

(wi∗di )

(n este m#todo es necesario realizar tanteos para determinar el círculo crítico

&el de menor factor de seguridad'.

Método de las dovelas – Fellenius:

(ste m#todo es una variante del m#todo sueco, en el cual se consideran con

cohesin y friccin, así como suelos estratificados o estructuras como presas

de tierra de seccin compuesta.

(n este m#todo tambi#n se considera una superficie de falla de tipo cilíndrica,

lacual +ellenius dividi en dovelas &rebanadas', el n"mero de dovelas se

determina a criterio del problema, procurando que nunca coincida la base de

una dovela en dos tipos de suelo.

Suelos con cohesin y friccin



c78 y 98 :ϕ

*or lo que la frmula de resistencia al esfuerzo cortante queda6

S9 c ; B tan 5nálisis con esfuerzos totales.ϕ

S9 c ; BC tan 5nálisis con esfuerzos efectivos ante la presencia de flujo deϕ

agua en el talud.

Se considera tambi#n un arco de circunferencia con centro en < y de radio =,

como la superficie hipot#tica de falla, la masa de suelo del talud delimitada por

esta circunferencia se divide en dovelas y se analiza el deslizamiento con el

desplazamiento de las dovelas en su base rotando con respecto al punto <.

5nalizando las acciones en una dovela, se considera que se pueden despreciar

las fuerzas normales y tangenciales, de confinamiento de las dovelas pr%imas,

debido a que el mecanismo de falla de rotacin de todas las dovelas se da al

mismo tiempo.

(l peso de la dovela &Di' se puede descomponer en sus componentes normal

y tangencial, que en el caso del análisis se consideran igual a sus reacciones

sobre la superficie hipot#tica de falla.

Ni9?i cos iϕ



Ai9 ?i sen iϕ

(l momento actuante con respecto al origen de la circunferencia es el producto

dela suma de todas las componentes tangenciales de las dovelas multiplicadas

por el radio.

>59&=' ∑i−l

n

(Ti)

(l momento resistente con respecto al origen de la circunferencia es el

producto de la suma de las resistencias al corte de las dovelas multiplicado por

el radio.

>59&=' ∑i−l

n

( si⍙ li )

*or lo anterior el factor de seguridad queda6

fs=

∑i−l

n

(si⍙li )

∑i−

l

n

(Ti)

Método del Círculo de fricción:

)os doctores 4ilboy y 5. !asagrande, desarrollaron un m#todo para el análisis

dela estabilidad de taludes en fallas de rotacin de suelos homog#neos con

cohesin y friccin, conocido como m#todo del !írculo de friccin o !írculo ,ϕ

este m#todo consiste en determinar el estado de equilibrio de un polígono de

fuerzas en donde los vectores representan6 el peso propio de la masa de suelo

contenida en el círculo de falla, la reaccin del suelo considerando la friccin y

la cohesin del suelo.



(l vector D, corresponde al peso de la masa de suelo delimitada por la

superficie, el talud y el plano de falla circular. (ste peso se calcula

determinando el área de influencia multiplicándola por el peso específico del

suelo. )a línea de accin del vector D es vertical por los efectos de la

gravedad. (l vector !, !orresponde a la fuerza cohesiva y es la cohesin

necesaria !n para lograr el equilibrio estático, multiplicada por la cuerda )C de la

circunferencia.

!9 !n &)C'

)a línea de accin del vector !, es paralela a la cuerda )C y su distancia al

origen del círculo &brazo de momento', es6

x= L

L ´ R

(l vector +, corresponde a la fuerza de friccin &suelo E suelo' necesaria para

lograr el equilibrio estático. )a línea de accin del vector + pasa por el punto de

interseccin de las líneas de accin de D y de !, forma un ángulo conϕ

respecto a la normal del arco y es tangente al círculo de friccin. =esolviendo el

polígono de fuerzas, se puede determinar la magnitud de !, con lo que se

puede determinar el valor de la cohesin necesaria ! n para lograr el equilibrio

estático y compararla con la cohesin real del suelo c, para poder conocer el

factor de seguridad de la superficie de falla propuesta, en funcin de la

cohesin6



Fsc= c

C n

Fe la misma forma puede aplicarse a la friccin si el valor propuesto del ángulo

de friccin interna es menor que el real6

Fsϕ= tanϕ

tan cϕ

Método Taylor:

!onsiderando que el en m#todo del circulo de friccin los tres vectores que

forman el polígono de fuerzas D, ! y + , deben ser concurrentes &interceptarse

en un punto', y la direccin de la fuerza + debe ser tangente al círculo .ϕ

Aaylor observa que e%iste un pequeño error &Aerzaghi lo considera del lado de

la seguridad' en cuanto al cálculo del radio del círculo , y propone un factor deϕ

ajuste G6

=adio m#todo círculo de friccin. =adio con el ajuste de Aaylor.

F9 = Senϕ F9 H= Senϕ

(l valor de G está en funcin del ángulo central 5<I de la superficie de falla

circular.

5sí tambi#n Aaylor propone un m#todo para determinar el factor de seguridad

de este análisis respecto a la resistencia al esfuerzo cortante del suelo en

donde, el factor de seguridad del talud, sea igual al factor de seguridad en

funcin de la cohesin y el factor de seguridad en funcin de la friccin, o sea6



+s9 fsc 9 fsϕ

(l m#todo consiste en determinar varias veces el factor de seguridad de

unamisma superficie de falla por el m#todo del circulo , proponiendoϕ

diferentes valores del ángulo de friccin , graficándose los valores de fsc yϕ

fs .ϕ

6.3 !nlisis de c"rculos cr"ticos

Jno de los problemas que se presentan en los m#todos anteriormentedescritos, es el conocer en un talud, cual es la superficie de falla con el menor

factor de seguridad, con lo que se conocería el grado de estabilidad. (n taludes

de material cohesivo homog#neo en el cuerpo y en su cimentacin, se han

realizado estudios para determinar sus círculos críticos, un estudio establece

que el ángulo de inclinacin del talud con la horizontal, marca una frontera en

los -KL, que establece.

5ngulo del talud con la horizontal M. Aipo de falla de taludM1-K: *ie de talud



M -K: Fe base o profunda

*ara encontrar un círculo crítico es preciso buscar la superficie de falla que d#

el factor de seguridad mínimo. !onsid#rense los siguientes análisis6 *rimero, siel centro de la circunferencia se mueve sobre una trayectoria horizontal6

(l arco de las superficies de falla desplazándose horizontal el centro de la

circunferencia no cambia, por lo tanto el momento resistente >= no cambia,

por lo que el factor de seguridad +S será mínimo, cuando el momento actuante

>5 sea má%imo.

>59> ;> 2 ;> K;> O

6.4 #re$enci%n y correcci%n de fallas en taludes.

!on la finalidad de mejorar la estabilidad de los taludes desde el punto de vista

de prevencin y correccin de fallas de taludes, se pueden establecer las

siguientes recomendaciones. Fisminuir la pendiente del talud. (sta solucin

como prevencin o correccin de fallas de taludes, es efectiva en suelos

friccionantes y cohesivo friccionantes, si las condiciones físicas y econmicas

lo permiten, sin embargo en suelos cohesivos la ventaja de disminuir la

pendiente, no garantiza un incremento significativo en la seguridad en cuanto a

la estabilidad del talud.

!onstruccin de bermas o banquetas. (sta solucin se emplea tambi#n lo

mismo para prevenir como para corregir, y consiste en colocar una berma o

banqueta de suelo en la parte baja del talud, con la intencin de reducir el



momento actuante con el peso dela berma, y de ser posible incrementar el

momento resistente.

(stabilizacin de suelos. (sta solucin se emplea para prevenir fallas de

taludes, consiste en adicionar substancias cementantes al suelo, para mejorar

las características físicas del talud &aumentar su resistencia al cortante', este

procedimiento tiene las desventajas de ser caro y su proceso constructivo es

complejo.

>uros de retenimiento. (sta solucin se emplea cuando el desarrollo del talud

es limitado por las necesidades de los proyectos, y se debe de tener cuidado

para que el nivel de desplante del muro quede por debajo de la superficie de

falla.

Frenaje. )a principal causa de fallas de taludes, está relacionada con la

presencia del agua fluyendo dentro del suelo, es com"n escuchar y ver en las

noticias que en la temporada de lluvias e%isten fallas en taludes &en especial en

laderas', a e%cepcin de las presas de tierra, en los taludes deben de

proyectarse obras de drenaje como cunetas, contracunetas, drenajes, etc., que

elimine filtraciones y flujo de aguas.

6.&. 'oft(are de aplicaci%n.

(l programa básico para el análisis de estabilidad es (stabilidad de taludes. (l

cual permite el análisis para la estabilidad de taludes con superficie circular o

poligonal y optimizacin automática de la superficie de deslizamiento. 5demás

coopera con todos los programas para el análisis de diseño de e%cavaciones y



diseño de muros de contencin. *ermite la creacin de anclajes, geo refuerzos,

sobrecargas y modelado de efectos sísmicos.

(l programa para el análisis de muros de suelos reforzados por geo refuerzos

es >uro de suelo reforzado el cual contiene una e%tensa base de datos de geo

refuerzos para diferentes empresas constructoras. (l programa de análisis de

muros claveteados &clavos pasivos con cara de hormign proyectado es el

llamado >uros claveteados.

(l programa (stabilidad de =oca se designa al análisis de estabilidad de

taludes rocosos para un tipo de fallo específico incluyendo una superficie de

deslizamiento plana o poligonal o cuña de roca.

(l programa *ilote antiPdeslizante se utiliza para el diseño de muros de pilotes

estabilizando el movimiento de pendientes o el aumentando el factor de

seguridad de la pendiente.

Aodos los problemas de estabilidad pueden incluso resolverse con el m#todo

de elementos finitos &m#todo de reduccin fi,c' en el programa >(+. (l nivel

freático del agua puede ser calculado en el programa >(+ +lujo de agua y

luego e%portado al programa (stabilidad de taludes o a >(+ para el análisis deestabilidad.

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