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Evaluación de Estabilidad de Taludes - Presencia de FRM

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Fundamentos de Estabilidad de Taludes de Suelo - Evaluación de las Condiciones de Amenaza, Vulnerabilidad y Riesgo en Zonas Afectadas por Fenómenos de Remoción en Masa.

“Taller computacional manejo de Software para el Análisis de Estabilidad de Taludes Mediante Elementos Finitos”

M.Sc. Ing. Alvaro Camilo Bravo
Sesión I
Visita Técnica - Objetivos.
Conceptos: Amenaza, Vulnerabilidad y Riesgo.
Geología y geotecnia básica para Ingeniería de Taludes.
Introducción de Datos en Software para Análisis de Estabilidad de Taludes.
Sesión II
Desarrollo de casos reales (presentados por el ponente).
Sesión III
Recomendaciones para una exitosa visita de campo.
Evaluación de casos de Visitas Técnicas Realizadas por el Ponente.
Desarrollo y discusión de casos reales (presentados por los participantes).
Geologia y Geotecnia básica 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.

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
• 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 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
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
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.

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
Visita Técnica
Objetivo
Concepto: Amenaza, Vulnerabilidad y Riesgo
CONCEPTOS
CONCEPTOS
Visita Técnica:

Objetivo:

Definir la condición de riesgo de sectores específicos afectados por fenómenos de remoción en masa (FRM) y recomendar, con base en la inspección visual, las medidas y/o acciones inmediatas para su mitigación, con el fin de proteger la vida de las personas, reduciendo las condiciones de riesgo a las que se encuentra expuesta la comunidad, estructuras y equipamentos.
Amenaza
Fenómeno de origen natural o antrópico que puede causar daño a personas o bienes materiales expuestos a éste.
Vulnerabilidad
Susceptibilidad de las personas o bienes materiales de ser afectados por la ocurrencia de un evento externo (amenaza).
Riesgo
Probabilidad de pérdida o daño que pueden sufrir los elementos expuestos ante una amenaza, en caso de que éste se manifieste o materialice.
Amenza
Vulnerabilidad
Partes de un Deslizamiento
Escarpe Principal
Flanco
Cuerpo Pricipal
Cabeza
Escarpe
Punta
Deslizamiento:
Movimiento en Masa
Los movimientos en masa son procesos de la
Geodinámica Externa, los cuales modifican
las diferentes formas del terreno.

(Fundamentos sobre deslizamientos - M. Sc. Rolando Mora Chinchilla)
Movimiento de una masa de roca, detritos o tierra, pendiente abajo bajo la acción de la gravedad, cuando el esfuerzo de corte excede la resistencia del material.

(Cruden, 1991)
Fenómenos de Remoción en Masa
F.R.M

Clasificación de Los Deslizamientos
Los deslizamientos son clasificados con base en diferentes características de acuerdo a varios esquemas de clasificación.

Los esquemas varían de acuerdo con el propósito de la clasificación: Sharpe (1938), Varnes (1978), Hutchinson (1988).

Factores
Material
Atributos geomorfológicos
Geometría del Deslizamiento
Tipo de Movimiento
Clima
Humedad
Velocidad del Movimiento
Mecanismo de Disparo
Varnes (1978)
Fuente: FOPAE - Fondo de Prevención y Atención de Emergencias - Bogotá (2010)
Fuente: Varnes (1978)
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