UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSE SIMEON CAÑAS

ASPECTOS BASICOS DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES El caso de El Salvador Presenta: Ing. MSc. Luis Pineda

ESTABILIDAD DE TALUDES generalidades

TIPOS DE TALUD

TIPOS DE TALUD 1.Presas de tierra y enrocamiento Aguas abajo

Aguas arriba

2.Depositos de desperdicio Pilas de material

Presa de jales

Aguas arriba Aguas abajo

Desperdicio en forma de lama

TIPOS DE TALUD 3.Obras varias (carreteras y vías de tren)

Suelo blando

4.Diques, islas artificiales, puertos

Suelo blando

Suelo blando

TIPOS DE TALUD 5.cortes, para minas y obras varias

TIPOS DE TALUD 6. excavaciones

Metro, sótanos

Obras de drenaje

6. laderas

TIPOS DE TALUD

TIPOS DE TALUD 6. laderas

TIPOS DE TALUD 6. laderas

TIPOS DE TALUD 6. laderas

TIPOS DE TALUD 6. laderas

Embalses de presas

TIPOS DE TALUD Taludes submarinos

OLEODUCTOS, CIMENTACIÓN DE PLATAFORMAS MARINAS

MOVIMIENTO DEL TALUD

MOVIMIENTO DEL TALUD

Procesos de deterioro en macisos rocosos (Nicholson y Hencher, 1997)

MOVIMIENTO DEL TALUD

Procesos de deterioro en macizos rocosos (Nicholson y Hencher, 1997)

MOVIMIENTO DEL TALUD

Procesos de deterioro en macizos rocosos (Nicholson y Hencher, 1997)

MOVIMIENTO DEL TALUD

Esquema de caídos de roca y residuos

MOVIMIENTO DEL TALUD

Volteo o inclinación en materiales residuales

Efectos de la estructura en la formación de deslizamientos por rotación

DIFICULTADES GENERALES  Variación espacial de las propiedades del suelo  Evaluación de los mecanismos de ruptura y sus

condicionantes  Evaluación del estado inicia y distribución de los esfuerzos en el talud (Ko, intensidad y dirección de s1 y s3)  Confiabilidad del modelo teórico asociado al método de cálculo utilizado.  Obtención experimental de parámetros de suelo representativos de las condiciones de campo

Causas de los deslizamientos

Causas de los deslizamientos  Factores que afectan el comportamiento de los taludes:  Litologia: Homogenea o Heterogenea  Microestructura: Fabrica y Textura  Estructura Geologica: planos de estratificacion y en rocas, los planos de foliacion o esquistosidad, fracturas, slickenslides, fallamiento, fracturacion

Factores que afectan el comportamiento de los taludes  Tectónica,  Geomorfología (predicción del   



comportamiento y estado futuro) Meteorización, Pendiente y el relieve El clima y la Hidrologia: precipitaciones convectivas y estratiformes, La hidrogeología

Factores que afectan el comportamiento de los taludes  Sismicidad,  Cobertura Vegetal,  Efecto Antrópico,  Factor Tiempo,  Vegetación,

La Geologia de El Salvador F. Chalatenango

F. Balsamo F. San Salvador

F. Morazan

La Geología de El Salvador  F. San Salvador: productos de las erupciones de las cadenas volcánicas jóvenes: cenizas volcánicas, escoria, tobas, tobas fundidas.  F. Bálsamo: Aglomerados con intercalaciones de tobas endurecidas y lavas, y suelos fósiles de gran profundidad (20m)

La Geologia de El Salvador  F. Chalatenango: Rocas volcánicas de carácter riolítica-dacitico: prevalecen las tobas muy endurecidas.  F. Morazán: Rocas extrusivas, piroclásticas, tobas fundidas, riolitas y epiclastitas volcánicas.

Aspectos Geologicos Desfavorables De lo descrito anteriormente se observan las siguientes condiciones desfavorables para deslizamientos en las zonas mencionadas:  F. San Salvador: 1) Zonas donde los espesores de cenizas volcánicas superficiales son muy grandes, p.e. en los alrededores del lago de Ilopango.  2) Zonas de Efusivas (lavas) meteorizadas en zonas de alta pendiente, p.e. Volcán de San Vicente.

Aspectos Geológicos Desfavorables

 Se generan planos de debilidad ante los cambios diarios de temperatura, que generan grietas verticales paralelas a las caras del talud, Generando derrumbes por vuelco.

Aspectos Geológicos Desfavorables  Los depósitos de flujos piroclásticos provenientes de la erupción pliniana de la caldera de Ilopango, ocurrida 430 D.C. (Dull, R.A. et al. 2001), están distribuidos en casi toda el área AMSS, y se caracterizan por ser masivos e isótropos. Están compuestos por una matriz fina de ceniza volcánica clara, constituida por fragmentos de vidrio volcánico de composición riolítica, que contienen pómez vesicular y líticos diseminados de tamaños variados; los cuales no están soldados, por eso, sus componentes son fácilmente erosionables cuando no tienen una cubierta vegetal. La microfábrica constituida por fragmentos muy angulares y curvilineales, de tamaños variados con presencia importante de pómez, bastante vesicular; son bien graduados y producen cierta cohesión de esos depósitos que les favorece para mantener la verticalidad de los taludes de esos depósitos (Urbina y Melara, 1996).

Aspectos Geológicos desfavorables

 F. Bálsamo: Aglomerados y Perfiles de suelos meteorizados de gran espesor en zonas de alta pendiente, p.e. cordillera del bálsamo.  F. Morazán y Chalatenango: Estratos superiores de rocas meteorizadas y/o altamente fisurada por tectonismo. P.e. Longitudinal del norte.

Aspectos Geológicos desfavorables

 La meteorización afecta la susceptibilidad a los deslizamientos al disminuir la resistencia al cortante aunque también ayuda a cementar las partículas de otros suelos con óxidos o silicatos.

Aspectos Geológicos desfavorables

 En el caso de taludes rocosos, es tipico en nuestro pais que estos se encuentren muy fisurados, y dependiendo de la orientacion del corte puede suceder que el buzamiento sea hacia la direccion del corte en tal caso se genera inestabilidad.

Aspectos Geológicos desfavorables

Aspectos Geológicos desfavorables

Aspectos Geológicos desfavorables

Aspectos Geológicos desfavorables

Problemas Frecuentes de Deslizamientos en El Salvador  Según la geología predominante en cada zona de El Salvador, existen cierto tipo de deslizamientos que se pueden catalogar como típicos para cada una de las zonas mencionadas, para estos deslizamientos típicos se tiene un conjunto de causas mas o menos comunes a todos ellos.

Problemas Frecuentes de Deslizamientos en El Salvador  Formación San Salvador  Suelo problematico: Cenizas Volcánicas  Causas Frecuentes de Deslizamientos:        

Erosión al pie de Taludes en cauces, Erosión originada en la cabeza del talud (Cárcava), Exfoliación, Sismicidad, Cobertura Vegetal, Clima e Hidrológica, Pendiente y Relieve. Efecto Antrópico.

Erosion al pie de Taludes en Cauces  Un talud se desestabiliza fácilmente cuando le falta el pie, el cual es erosionado por el agua corriente del cauce, durante las crecidas de los rios.

Erosion Originada en la Cabeza del Talud (Cárcava)

Exfoliación

Exfoliacion  Es el aparecimiento de fisuras que progresan a grietas que aparecen de manera regular en el talud.  Surgen lentamente,  Factores: Temperatura, Sismos, Lluvias, Vegetación.

Sismicidad

Sismicidad  Aumento de los esfuerzos cortantes aplicados y disminucion de la resistencia del suelo por aumento de la presion de poros y deformaciones asociadas a la onda sismica (Falla por cortante, licuacion).  La disminucion de la resistencia puede estar entre 20%(Makdisi&Seed, 1978), pero puede llegar hasta 50% en suelos sensitivos.  Por otro lado hay amplificacion de la onda sismica en los mantos de suelos blandos, que pueden incluso ocasionar resonancia.

Sismicidad  Posibilidad de Deslizamientos causados por

 

  

Sismos (Keefer 1984) s. Magnitud (Richter) 4.0 Caidos de roca, Caidos de Suelo, alteracion de masas de suelo, 4.5 Deslizamientos de traslacion, rotacion y bloques, 5.0 Flujos, espercimientos laterales, flujos subacuaticos, 6.0 Avalanchas de Roca, 6.5 Avalanchas de Suelo.

Sismicidad  Los movimientos con picos altos de aceleración no son necesariamente mas destructivos que aquellos con picos menores debido a que el tiempo de ocurrencia del sismo interviene de forma importante en el comportamiento de suelos.

Cobertura Vegetal

Clima, Hidrologia y Drenaje

Mecanismo de Ampliación de una Cárcava

Clima, Hidrologia y Drenaje La precipitación juega un papel importante en la estabilidad de taludes: La presencia y ausencia de agua determina los procesos de meteorización física y química, Las lluvias convectivas afectan taludes de materiales permeables de alta capacidad de infiltracion y poco espesor de suelo. Y las lluvias estratiformes afectan perfiles de suelos profundos y materiales de naturaleza arcillosa.

Pendiente y Relieve

Pendiente y Relieve

Efecto Antrópico

Problemas Frecuentes de Deslizamientos en El Salvador Formación Bálsamo  Suelo problemático: Suelos Meteorizados  Causas Frecuentes de Deslizamientos:     

Factor Antrópico, Meteorización, Pendiente y Relieve, Hidrogeología, Sismicidad

Suelos Meteorizados

Hidrogeologia

Problemas Frecuentes de Deslizamientos en El Salvador  Formaciones Chalatenango y Morazán  Suelo problemático: Rocas Meteorizadas y/ Fisuradas  Causas Frecuentes de Deslizamientos:     

Factor Antrópico, Meteorización, Pendiente y Relieve, Hidrogeología, Sismicidad

Roca Meteorizada y/o Fisurada

Factor Antrópico

Factor Antrópico Las principales modificaciones causadas por el hombre que afectan la estabilidad de taludes son las siguientes: 1. Cambios en la topografia y forma del talud (carga, descarga o subsidencia), 2. Cambios en las condiciones de humedad (drenaje superficial, modificacion de aguas subterraneas, Infiltracion desde ductos de agua, aceleracion de infiltracion por depositos superficiales, cambio del regimen de aguas superficiales, construccion de reservorios). 3. Vibraciones, 4. Cambios en la cobertura vegetal, 5. Otros (usos negligentes)

Factor Antrópico URBANIZACION La rapidez de los procesos urbanisticos es proporcional a la ocurrencia de deslizamientos, especialmente en areas susceptibles y con desarrollo desordenado, Por actividades como: Cortes, Rellenos, Deforestacion, concentracion de aguas lluvias y servidas.

Asociados con: Cortes indiscriminados, rellenos sobre laderas de alta pendiente, fugas incontroladas de agua, descargas directas de aguas domesticas y aguas lluvias.

METODOS DE ANALISIS DE ESTABILIDAD

METODOS DE ANALISIS DE ESTABILIDAD

CLASES O CATEGORIAS

a) Métodos Probabilísticos (probabilidad de ruptura)

b) Métodos Determinísticos (factor de seguridad)

METODOS PROBABILISTICOS Requieren las distribuciones de probabilidad o de las funciones de densidad de probabilidad de las variables aleatorias asociadas al problema

HISTOGRAMA FDP (intervalo →0)

FDP

FRECUENCIA/No DE MEDICIONES

FDP

METODOS PROBABILISTICOS

ESFUERZO ACTUANTE

RESISTENTE

Variable X (e.g. t) ÁREA ASHURADA DEFINE LA PROBABILIDAD DE RUPTURA

METODOS DETERMINISTICOS a) Esfuerzo-Deformación b) Análisis Límite c) Equilibrio Limite

c.a) análisis variacional c.b) Convencionales (dovelas o cuñas)

ESFUERZO-DEFORMACION La solución satisface: • Ecuaciones de equilibrio • Ecuaciones de compatibilidad • Relación esfuerzo-deformación-resistencia

• Condiciones de contorno (desplazamiento y esfuerzo)

ESFUERZO-DEFORMACION

La solución envuelve:

• Métodos numéricos – MEF(más común)

ESFUERZO-DEFORMACION La solución requiere: • Perfil geotécnico (geometría del problema, incluyendo estratigrafía) • Proceso de formación del suelo (Taludes naturales? Ko?) • Determinación y modelaje de las características de esfuerzo-deformaciónresistencia (representatividad de los modelos para suelos tropicales naturales?)

ESFUERZO-DEFORMACION Campos actuales de aplicación/desarrollo:

• Estudios paramétricos – • Retro-análisis

• Informaciones sobre el desarrollo de mecanismos de ruptura: ruptura progresiva

ESFUERZO-DEFORMACION • Informaciones sobre el desarrollo de mecanismos de ruptura: ruptura progresiva

t

t

Mat.1 Mat.2

e

e

Mat.1: P/ei, t Ps

ANALISIS LIMITE Problemas

Límite inferior, definición de campo de esfuerzo admisibles realísticos Limite superior, definición de modo de ruptura “a priori” (forma de la superficie de ruptura) realístico

EQUILIBRIO LIMITE HIPOTESIS BÁSICAS • Se asume la existencia de una superficie de ruptura bien definida • Una masa de suelo o roca se encuentra en condiciones de ruptura generalizada incipiente (i.e., en un estado de equilibrio límite)

EQUILIBRIO LIMITE HIPOTESIS BÁSICAS • Se asume un criterio de ruptura (en gral. MohrCoulomb), el cual es satisfecho a lo largo de toda la superficie de ruptura.

• Se asume un coeficiente o factor de seguridad, FS, constante (único) a lo largo de la superficie Potencial de ruptura.

EQUILIBRIO LIMITE • METODOS VARIACIONALES • METODOS TRADICIONALES Perfiles homogéneos

• Círculo de fricción (Taylor, 1948) • Frohlich (1955)

EQUILIBRIO LIMITE • METODOS VARIACIONALES • METODOS TRADICIONALES • Dovelas

Simplificados rigurosos

Perfiles Cualesquiera

Talud Infinito

• Cuñas

Simplificados Generalizados

Método Variacional No envuelve ninguna hipótesis inicial relativa a la forma y posición de la superficie de ruptura o de la distribución del esfuerzo normal a lo largo de la superficie. El factor de Seguridad tratado como funcional de Y(x) función asociada a la geometría de la superficie potencial de ruptura y de s(x) – función asociada a la distribución de los esfuerzos normales actuantes en la superficie potencial de ruptura.

Método Variacional El factor de seguridad crítico corresponde a la minimización de la funcional f(y(x), s(x)), o sea

FSc= min F(y(x), s(x)) = F(ye(x), se(x)) Las funciones Ye(x) y se(x), que minimizan la funcional de seguridad F(y(x), s(x)) satisfacen las condiciones de equilibrio (momentos y fuerzas) del problema

Método Variacional Solución racional y elegante Aplicaciones prácticas aún restringidas a pesar del potencial teórico (suelos heterogéneos, anisotrópicos, y distribuciones cualesquiera de presión de poro).

Método Tradicionales Perfiles homogéneos Superficies de ruptura circulares (compatible con consideraciones de talud/cimiento constituidos por un único material, homogéneo) Usualmente utilizados para análisis en términos de esfuerzos totales, (condiciones no drenadas). Métodos de análisis expeditos (sin justificativa actual para uso en proyectos/retro-análisis)

Método Tradicionales Perfiles Cualesquiera Métodos

simplificados

Métodos Rigurosos

• Fellenius

• Bishop • Janbu

• • • •

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MUCHAS GRACIAS !!!!