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DIPLOMADO EN GEOMECÁNICA SUBTERRÁNEA Y SUPERFICIAL

INFORME TÉCNICO DE SUSTENTACIÓN DE CURSO VIRTUAL OFFLINE (ITSCVO)

CURSO ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELOS Y ROCAS

ESTUDIO ANÁLISIS DE ESTABILIDAD EN LOS TALUDES CASO 1 Y CASO 2 DEL PROYECTO CGI

ALUMNO: JUAN DIEGO MOGOLLÓN MORALES DOCENTE: ING. GUILLERMO RODRIGUEZ CAYLLAHUA

BOGOTÁ-COLOMBIA, MAYO 2019

RESUMEN EJECUTIVO Se ha realizado el estudio de 2 taludes ubicados en Piura, en ambos se analizó la estabilidad de taludes utilizando el software Slide. Así mismo se realizaron los modelos para los siguientes métodos: Bishop simplificado, jambu simplificado y Spencer.Palabras claves: Método explotación minera, estabilidad minera, RMR, Factor gravitacional, Mawdesley, Mathewes, Potvin. Los respectivos análisis inician con el método de equilibrio límite, tomando los datos proporcionados por el CGI, donde se observan los parámetros geotécnicos de los materiales que allí se encuentran. Además de lo anterior se debe tener presente si dichos análisis de estabilidad cumplen o no con las condiciones dadPara analizar el factor de seguridad psudoestático (carga sísmica) se utilizó 0.18 g, valor que recomienda el CGI. Al analizar ambos casos, estos no cumplieron con el factor de seguridad mínimo que exigía la normativa que son 1.4 en condiciones estáticas y 1.1 en condiciones pseudoestáticas, por ello se utilizó alternativas de solución para llegar a los estándares permisibles. En el caso 1 se implementó 2 geotextiles y end-anchored. Para el caso 2 se ha implementado end-anchored y micro-pile. Utilizando los sostenimientos propuestos el factor de seguridad resultante para el caso 1 fue 1.930 para condiciones estáticas y 1.281 para condiciones pseudoestáticas; mientras para el caso 2 fue 1.545 para condiciones estáticas y 1.154 para condiciones pseudoestáticas. Palabras claves: método de equilibrio limite, estabilidad de taludes, Janbu, Bishop.as, de no ser así se establecerán las medidas de actuación.

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Tabla de contenido RESUMEN EJECUTIVO .................................................................................... 2 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 4 2. METODOLOGÍA DE ESTUDIOS................................................................. 4 2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................... 5 2.2 OBJETIVOS ................................................................................................. 6 2.2.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 6 2.2.2

OBJETIVO ESPECIFICO...................................................................... 6

2.3 ALCANCES .................................................................................................. 6 2.4 UBICACIÓN DEL PROYECTO .................................................................... 6 2.5. ASPECTOS GEOLOGICOS ....................................................................... 7 3. MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 13 5. METODOLOGIA DE ANÁLISIS ................................................................... 44 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 59 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 60

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1. INTRODUCCIÓN El presente estudio se llevó a cabo debido a que se requiere analizar la estabilidad de taludes y bermas que van a conformar dos taludes para el proyecto “Mejoramiento de la carretera departamental Ruta PI 101: Emp. PI 100 Negritos - Vichayal - Puente Simón Rodríguez - Pueblo Nuevo de Colán - Colán Emp. PI 102 y Ruta PI 116, Emp.PE 1N - Tamarindo - Amotape Emp. PI 101”. Este proyecto busca ampliar, mejorar y mantener las vías regionales, con una adecuada serviciabilidad, mejorando las condiciones de transitabilidad a través de soluciones básicas a nivel de servicio de la vía.

La especialidad de Geotécnia se enfocara en el estudio de 2 sectores de la vía, se realizó la estabilidad de taludes para permitir la seguridad de la obra y el personal que trabajará en ella.

Se utilizó 3 métodos propuestos por el CGI que se basan en las propiedades geomecánicas, nivel freático y geometría del talud.

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METODOLOGÍA DE ESTUDIOS En proyectos geológicos – mineros – civiles y afines, que presenten necesariamente la construcción de excavaciones subterráneas o superficiales, es imprescindible que en dichas excavaciones existan taludes y es claro que dichos taludes requieran de un análisis de estabilidad para establecer su ángulo de inclinación, la altura del talud, el ancho de berma, entre otros; para dicho análisis es clave conocer los parámetros geotécnicos de los materiales que allí intervienen.

Para el presente informe se tiene el proyecto CGI que consta de dos taludes denominados Caso 1 y Caso 2 respectivamente, donde se realizaran los análisis es condiciones estáticas y pseudoestáticas, con el fin de establecer los factores de seguridad y definir si es o no estable; si no lo es ver qué medidas de contención sería la más indicada con el fin de incrementar el factor de seguridad y mejorara la estabilidad del talud.

2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El presente estudio consta en realizar el análisis de estabilidad de dos casos para dos taludes, que busca determinar los factores de seguridad de estos casos en condiciones estáticas y pseudoestáticas. Al realizar el análisis de cada caso se busca que cumpla los factores de seguridad que indica que el sistema es estable; es caso contrario si al realizar el análisis los factores de seguridad no son los esperados, se realizaran modelos con diferentes propuestas de actuación que permitan incrementar los factores de seguridad. Para ello se empleará el material dado por el Centro Geotécnico Internacional, con el fin de realizar los respectivos modelamientos.

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2.2 OBJETIVOS 2.2.1 OBJETIVO GENERAL Analizar la estabilidad de taludes en 2 sectores de la carretera utilizando el software Slide para el modelamiento geotécnico. OBJETIVO ESPECIFICO 

Los métodos a utilizar son Bishop Simplificado, Jambu Simplificado y Spencer.



Determinar el factor de seguridad en la condición actual.



En caso que no cumpliera con los mínimos factores permitidos por el MTC, se modelará con sostenimiento hasta alcanzar los factores de seguridad mínimos.

2.3 ALCANCES El análisis en estos dos sectores de la carretera de Piura se hará con el software Slide, utilizando métodos de equilibrio límite en condiciones estáticas y pseudoestáticas. Al obtener los factores de seguridad actuales se discutirá los métodos de sostenimiento necesarios para llegar a estabilizar estos taludes.’

2.4 UBICACIÓN DEL PROYECTO UBICACIÓN DEPARTAMENTO PROVINCIA

Piura Talara, Paita y Sullana PI-101: Parañas, La Brea Vichayal, El Arenal, Amotape Colán DISTRITOS PI-116: Ignacio Escudera, Tamarindo, Amotape RURA DEPARTAMENTAL PI-101 y PI-116 PI-101: 91,15 Km LONGITUS TOTAL PI-116: 18,25 Km

Tabla 1: Esquema de ubicación del proyecto

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Ilustración 1 Esquema de Ubicación del proyecto

2.5. ASPECTOS GEOLOGICOS La evaluación geológica de la zona del proyecto se ha efectuado a través de trabajos de gabinete y campo, necesarios para caracterizar las diferentes unidades litoestratigráficas. En esta sección del informe se describen las principales características geológicas y geomorfológicas del área de influencia del proyecto.

2.5.1 GEOLOGIA REIONAL El área de estudio se localiza entre los cuadrángulos 10a (Talara), 10b (Sullana), 11a (Paita) y 11b (Piura), cuya información geológica ha sido generada a una escala 1/100 000 (INGEMMET). El reconocimiento de esta información permite tener un acercamiento general de los principales rasgos geológicos del ámbito de estudio, los cuales muestran que existe una presencia geológica propia de los sistemas Terciario y Cuaternario.

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ERATEMA

SISTEMA

SERIA

UNIDADES CODIFICACION Deposito de playa Qr-ml reciente Deposito aluvial Qr-al cuaternario formacion tablazo Qp-tt plesitoceno formacion tablazo Qp-tm formacion tablazo Tm-m mioceno formacion miramar Te-ch Cenozoica formacion chira Te-v fromacion verdun Te-t formacion talara Te-cha terciario eoceno formaacion chacra Te-cha formacion pirañas Te-pr formacion salinas Tp-pg formacion salinas Tp-s Ilustración 2 Unidades Litoestratigraficas

CUATERNARIO RECIENTE -Depósito de playa Constituyen fajas angostas de arenas de playas recientes, comprendiendo las zonas de alta marea o limitados con cordones litorales, depósitos marinocontinentales con forma de pequeñas colinas de arena dispuestas longitudinal y paralelamente a la línea litoral. (Palacios O. – 1994) -Depósito aluvial Estos depósitos tienen una gran extensión en el área de estudio, corresponde la acumulación en forma de una cobertura a lo largo de los valles y llanuras inundadas por las corrientes fluviales en forma de abanicos. Los cursos fluviales provienen de la Cordillera Occidental, formando la Cuenca del Río Chira, donde los depósitos aluviales se extienden a lo largo y ancho de sus valles y sus afluentes en la parte baja, formando abanicos y llanura de inundación. (Palacios O. – 1994) -Tablazos Los tablazos son depósitos marinos cuaternarios pleistocénicos que indican las últimas transgresiones del mar a lo largo de la Costa del Pacífico. Estos depósitos están constituidos por sedimentos clásticos de antiguas plataformas continentales que fueron depositadas por corrientes marinas y fluviales, posteriormente estos depósitos emergieron emigrando la línea de playa hacia el Oeste, como manifestación de sucesivas regresiones en costas emergentes.

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Forman extensas cubiertas horizontales de gran amplitud y decenas de metros verticalmente. TERCIARIO MIOCENO -Formación Miramar La secuencia se inicia con conglomerados aluviales (no se conoce la base), poco consolidados, capas lenticulares de arena, hacia arriba capas delgadas de areniscas muy friables, en laminaciones cruzadas y escasamente comentadas, luego se registran paquetes lenticulares de conglomerados que finalmente gradan a areniscas grises de grano fino a medio, y parcialmente oxidadas. La localidad típica está en los alrededores del poblado de Miramar, Piura. El contacto inferior es una marcada discordancia erosional, generalmente con el miembro superior de la Formación Zapallal, en los acantilados marinos yace sobre las Formaciones Chira o Montera, subyace con igual relación a los Tablazos. Esta formación es correlacionable en parte a las Formaciones Cardalitos y Pisco de la costa Norte y Sur del país respectivamente. Por posición estratigráfica y de acuerdo al contenido faunístico y flora asociada la edad de la Formación Miramar es Mioceno a superior. (Caldas J. et al. -1980) EOCENO -Formación Chira Secuencia constituida de lutitas oscuras bituminosas, y foraminíferos, con ocasionales horizontes de areniscas con un espesor aproximado de 620 m. (Iddings. y Olsson, 1928). Lutitas marrones con intercalaciones de areniscas en forma de lentes, con capas y lentes de bentonitas con un espesor de +- 600 – 650m. (Gonzales G. 1976). En la cuenca es predominantemente una secuencia lutácea con delgadas intercalaciones de arenisca fina, tiene horizontes guías de color blanco (bentonita), las lutitas tienen bioturbación y las areniscas laminación oblicua sugiriendo una deposición marino somero que tiene un espesor de 600 m. (Reyes 1987). Esta formación infrayace a la Formación Máncora, y sobreyace a la Formación Verdún (Iddings y Olsson, 1928). Tiene un área de ocurrencia amplia en el Valle del Chira, en las cercanías de Vichayal y Amotapes; bien representados en las fosas siches y lagunitas igualmente se le ha reconocido, hacia el este y Noreste de Paita. Fue reconocido en las cuencas de Talara, Sechura y Lancones (Peruvian Petroleum 1995).

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Reyes L. Y Vergara J. (1987) le asigna una edad Eoceno (Evaluación Geológica de la cuenca Lancones). Peruvian Petroleum (1995), le asigna una edad Eoceno Superior. -Formación Verdún La secuencia clástica del grupo Verdún está integrada de abajo hacia arriba por la Fm. Verdún, las lutitas Chira, Fm. Charanal y lutita Pájaro Lobo; la Fm. Verdún consiste de areniscas gruesas masivas y lutitas de 619 m de espesor. La localidad típica está en Verdún Alto, Talara, Piura. La secuencia clástica del grupo Verdún está integrada de abajo hacia arriba por la Fm. Verdún, las lutitas Chira, Fm. Charanal y lutita Pájaro Lobo y la Fm. Verdún consiste de areniscas gruesas masivas y lutitas yesíferas de 619 m de espesor. La Formación Verdún se correlaciona con la Formación Paracas de la costa sur del Perú. (Petersen 1954). -Formación Talara La localidad típica está en los alrededores de Talara, Piura. Consta de areniscas y lutitas cuya sección completa tiene un espesor de cerca de 1000m. Las areniscas son de grano medio a fino, presentan estructuras de rizaduras de Oleaje, lo que indica que la cuenca se iba haciendo moderadamente somera. (Palacios O. – 1994) Este grupo yace en discordancia sobre la Fm. Chacra. (Región de la Brea – Pariñas) (Eoceno medio). En la base del Grupo Talara se encuentra el conglomerado Talara, siguiendo hacia arriba las lutitas Talara, en cuya parte media se considera que comienza el Eoceno superior, las areniscas Talara y las lutitas Pozo superyacentes son también del Eoceno superior.1994) La localidad típica está en los alrededores de Talara, Dpto. Piura. Aflora entre Negritos y Talara, se extiende a lo largo de la faja costanera al norte y noreste y al sur de Talara y tomando la antigua localidad típica “casa hacienda Samán” al este del golfo de Talara ocupan una estrecha faja que empieza en Yacila y Jaguaycunas, al sur de Paita y se extienden por el norte hasta el río Tumbes. Asimismo, abarca la región de La Brea - Pariñas, la región punta Bravo, etc. Unidad del Eoceno medio superior, Gonzales (1976) describe zonas faunísticas con Foraminíferos y en la descripción del ciclo Talara, ha determinado bio-zonas desde la base al techo.

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-Formación Chacra Esta formación aflora al noreste de la localidad de Negritos, está constituida por lutitas y areniscas, su espesor alcanza hasta los 360m. Sobreyace discordantemente a la Formación Pariñas e infrayace discordantemente al Grupo Talara. -Formación Pariñas Esta formación está compuesta por Areniscas macizas de color marrón y también conglomerados con algunos lechos de lutitas. Las arenas varían de grano medio a grueso, tiene mejor selección que muchas areniscas del Eoceno. Una característica peculiar de esta formación es la abundancia de madera petrificada. Se estima que su espesor varía entre 250 y 300 m. La localidad típica está en el área de Negritos, Talara, Piura. Esta formación infrayace concordante a la Formación Chacra y en forma discordante suprayace a la Formación Palegreda. La Formación Pariñas aflora sólo en el área de Negritos de la hoja de Talara, donde forma cerros escarpados. En el subsuelo si tiene amplia distribución especialmente en los alrededores N-NE de Talara, donde se constituye en un horizonte petrolífero muy productor. -Formación Palegrada Está constituída por lutita, con capas de areniscas limolíticas; se nota la parte inferior constituída por areniscas intercaladas con lutitas oscuras, con lentes de limolitas. Pasan lateralmente a facies areniscosas con fósiles de moluscos y escasos foraminíferos y éstas a facies de areniscas gruesas. La localidad típica está en la zona al este de Negritos, Talara, Piura. (Palacios O. – 1994) Se le encuentra sobreyaciendo a la Formación Salinas e infrayace discordantemente a la Formación Pariñas y cuando está ausente infrayace también con discordancia al Grupo Talara. (Palacios O. – 1994) Esta formación aflora en al este de Negritos, en la región de Verdún del cuadrángulo de Talara, Lagunillas y Cabo Blanco de la hoja de Lobitos. (Palacios O. – 1994) De acuerdo a su contenido fosilífero y sus relaciones estratigráficas se le asigna una edad Eoceno inferior. (Palacios O. – 1994).

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-Formación Salinas La Formación Salinas está constituida por areniscas que alternan con arcillas y lechos de conglomerados (Iddings A. y Olsson A. A. – 1928), estratos alterados de areniscas, lutitas y esquistos arenosos, con algunas capas interestratificadas de conglomerados (Flucker I. – 1955). Es una secuencia constituida por bancos de areniscas de grano fino, color verde a marrón grisáceo, micáceos intercaladas con areniscas de grano grueso, presentan algunos conglomerados de color púrpura oscuro. En la parte superior se puede observar lutitas pizarrosas y en algunos casos lutitas moteadas a abigarradas, tiene un espesor de +-1870 m. (Palacios O. – 1994) La Formación Salina es la más antigua del Eoceno Inferior y en la localidad típica en los alrededores de Salina, Piura, está compuesta por dos unidades litológicas: la inferior o facies Negritos Formada predominantemente de lutitas y la parte superior o facies Salina, compuesta por una interrelación de lutitas, areniscas y conglomerados. (Travis R. B. – 1953). Sobreyace a la Formación Negritos e infrayace a la Formación Greda Pálida. (Iddings A. y Olsson A.A. – 1928). Aflora en los alrededores de la Salina y al sur de Negritos (Iddings A. y Olsson 1928), al NW de la concesión de la Brea y Pariñas (Pflucker G. – 1953), en los alrededores de las Salinas en el área de Negritos (cuadrángulo de Talara) y se extiende a lo largo de las estribaciones Noroccidentales de los Amotapes (Hoja de Qda. Seca) y se prolonga hasta la región de Máncora – Fernández (Hoja de Qda. Seca) alcanzando un espesor de 2000 m en el sur oeste del área. (Palacios O. - 1994). La edad geológica teniendo en cuenta los datos paleontológicos es la edad de Eoceno Medio. (Pflucker E. – 1955).

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3. MARCO TEÓRICO 3.1. METODO DE EQUILIBRIO LÍMITE Los métodos de equilibrio límite para el cálculo de estabilidad de taludes son los más utilizados en la práctica común, debido a su sencillez, y porqué el valor del coeficiente de seguridad obtenido no dista demasiado del valor real. El método del equilibrio límite establece que la rotura del terreno se produce a través de una línea que representa la superficie de rotura. De esta forma, se interpreta que la masa de terreno por encima de dicha línea se desplaza respecto la masa inferior, produciéndose, así, la rotura del terreno. En el momento de producirse la rotura, la resistencia al corte a lo largo de la superficie de deslizamiento está movilizada, y el terreno se encuentra, en su totalidad, en equilibrio estático. 3.1.1 Factor de seguridad Se define el factor de seguridad (FS), como el valor que cuantifica la diferencia entre las condiciones reales que presenta el talud, y las condiciones que llevan a su rotura. El factor de seguridad es el coeficiente mínimo de todos los coeficientes de seguridad asociados a todas las superficies de deslizamiento posibles. La expresión del factor de seguridad viene dada por la expresión:

Donde: tR: Es la resistencia al corte máximo que se puede movilizar a lo largo de la superficie potencial de deslizamiento. t: Es la resistencia al corte movilizado a lo largo de la superficie potencial de deslizamiento. ds: Es el diferencial de longitud a lo largo de la superficie de deslizamiento Definir el factor de seguridad con respecto a la resistencia al corte es lógico porque la resistencia al corte es la que realmente condiciona el resultado y a su vez tiene el mayor grado de incertidumbre (Melentijavic, 2005). El FS también se puede definir de otras maneras. En primer lugar, es posible definirlo como cociente entre el valor de la cohesión o ángulo de rozamiento del 13

talud actual, y el valor de cohesión o ángulo de fricción del talud requerido para mantener el talud estable. También es posible definirlo como el cociente entre los momentos que actúan en un talud, resistentes al deslizamiento, y los que inducen al deslizamiento. Para valores del factor de seguridad inferior a 1, indica que el movimiento a lo largo de la superficie de deslizamiento es posible. Si se da el caso que, para distintas superficies, el valor del factor de seguridad es menor que 1, el movimiento es posible a lo largo de todas ellas. Partiendo de FS =1, se calcula el ángulo máximo que puede tener un talud para ser estable, con tal de tener un margen de seguridad, el ángulo de un talud tendría que venir definido por valor del factor de seguridad superiores a la unidad. Para la aplicación del método del equilibrio límite son requeridas las siguientes fases de cálculo (Alonso, 1989): 



   

Determinar un mecanismo de rotura cinemáticamente admisible. Generalmente se consideran para la superficie de deslizamiento, formas geométricas sencillas, como pueden ser rectas, circunferencias o espirales logarítmicas. A partir de la condición de equilibrio, se establecen relaciones entre las fuerzas presentes en el problema. Diferenciando entre las fuerzas que inducen al desequilibrio (peso, cargas externas…), y las fuerzas internas resistentes. Las ecuaciones necesarias que se deben cumplir en el problema son: Equilibrio de fuerzas, tanto verticales como horizontales. Equilibrio de momentos, respecto a un punto arbitrario. Se analiza la estabilidad del conjunto a partir del concepto de factor de seguridad. Mediante cálculos repetitivos se halla el menor valor del factor de seguridad, que va asociado a la superficie de deslizamiento más desfavorable.

3.1.2 Métodos para el cálculo del factor de seguridad Los métodos para el análisis de estabilidad, frente a la rotura global del macizo, según como se estudie la masa desplazada, se clasifican en tres tipos: Análisis de roturas planas en taludes infinitos, método de la masa total y, por último, método de las rebanadas.

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Análisis del talud infinito Método especialmente adecuado para movimientos traslacionales en los que la superficie de deslizamiento es paralela a la superficie topográfica, y en los que se muestre una anchura considerable en el eje perpendicular al deslizamiento. En estos métodos se considera que el talud presenta una continuidad infinita lateralmente, lo que conlleva la no contemplación de los efectos que puedan ejercer las paredes laterales del movimiento sobre la estabilidad total del talud. En estos casos se supone que el deslizamiento se produce sobre una superficie paralela a la superficie topográfica con un ángulo constante (Ver Figura 2). Tanto las características geomecánicas como geológicas se consideran constantes en toda la vertiente. Métodos de la masa total La utilización de superficies de rotura circulares en dos dimensiones es una hipótesis muy utilizada en el caso de taludes de altura finita en los que no existe ninguna zona que pueda definir la superficie de rotura. Los métodos de la masa total consideran la masa desplazada como un solo bloque que se mueve uniformemente, y en el que se imponen las condiciones de equilibrio. Las fuerzas que actúan sobre la superficie de rotura son: el propio peso de la masa desplazada, W; la presión intersticial distribuida a lo largo de la superficie de rotura, U; la tensión tangencial, T; y la tensión normal, N. En este caso, todas las fuerzas que intervienen en el equilibrio se consideran puntuales, tal y como se aprecia en la Figura 3.

Ilustración 2 esquema para el análisis de estabilidad de un talud indefinido

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Ilustración 3 fuerzas que actúan en una superficie de rotura curva (tomado de Alonso, 1989)

Métodos de las rebanadas Con el objetivo de mejorar los resultados obtenidos con el método de la Masa Total, se presentan los métodos de las rebanadas. En este caso se divide la masa desplazada en distintas rebanadas que pasan a considerarse un sólido rígido. De esta forma, tal y como se observa en la Figura 4 la masa desplazada queda subdividida, y en cada subdivisión se imponen las condiciones de equilibrio.

Mediante el uso del método de las rebanadas se consigue, por un lado, una mejor aproximación a la distribución de tensiones normales a lo largo de la superficie de rotura, dicha distribución se verá afectada por la altura de terreno que haya en cada rebanada. Por otro lado, mediante el uso del método de las rebanadas, se facilita el análisis de terrenos en el que el material no es homogéneo, puesto que solo es necesario definir las rebanadas de manera adecuada al terreno.

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Desde el punto de vista teórico, los métodos de las rebanadas se pueden clasificar dependiendo de las condiciones de equilibrio estático que se consideran, y dependiendo de las hipótesis sobre las fuerzas entre rebanadas. En la Tabla 1 se presentan las condiciones de equilibrio que satisfacen algunos de los métodos utilizados con más frecuencia y que se pueden denominar como casos específicos del método general de equilibrio límite (General Limit Equilibrium method - GLE). El número de ecuaciones de equilibrio disponibles es menor que el número de incógnitas, como consecuencia los métodos que no son rigorosos desde el punto de vista de equilibrio de fuerzas o momentos, emplean hipótesis adicionales para resolver el problema. Se sabe, que en los métodos que satisfacen todas las ecuaciones de equilibrio, las hipótesis que incorporan, en general, no afectan significativamente el valor del factor de seguridad. Metodos de equilibrio limite

Fellenius (ordinario) 1927 Bishop Modificado 1955 Janbu generalizado 1968 Spencer 1967 Morgenster-Price 1965 GLE Coprs of Engineers 1970 Lowe-Karafiath 1960 Sama 1973

equilibrio vertical de equilibrio horizontal de equilibrio de fuerzas fuerzas fuerzas

si si si si si si si si si

no no si si si si si si si

no no si si si si si si si

equilibrio de momentos

si si si si si si si si si

Tabla 1 Ecuaciones de equilibrio satisfechas por los métodos de equilibrio

En el caso de métodos que solo satisfacen el equilibrio de fuerzas y no el de momentos, el valor del factor de seguridad viene afectado por la hipótesis de inclinación de las fuerzas entre rebanadas. Como consecuencia estos métodos no dan siempre un grado de precisión tan elevado como los métodos que satisfacen todas las ecuaciones de equilibrio. En la Tabla 2 se muestra las hipótesis sobre fuerzas entre rebanadas, y el tipo de deslizamiento que se puede aplicar, para cada uno de los métodos de rebanadas más utilizado.

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HIPÓTESIS

Metodos de equilibrio limite

Fellenius (ordinario) 1927 Bishop Modificado 1955

Janbu generalizado 1968

Spencer 1967

Morgenster-Price 1965

GLE

Corps of Engineers (1970)

Lowe – Karafiath (1960) Sarma (1973)

Supone que las fuerzas entre rebanadas se anulan entre sí. Solo para deslizamiento circular. LA fuerza resultante entre rebanadas es horizontal (significa que no hay fuerza tangencial entre rebanadas). Solo para deslizamiento circular. La posición de la fuerza normal entre rebanadas se define con la línea de empuje y se puede variar, es decir cambiar la posición de las fuerzas resultantes entre rebanadas. Para cualquier superficie de deslizamiento. Las fuerzas resultantes entre rebanadas son paralelas. Cualquier superficie de deslizamiento. La dirección de las fuerzas resultantes entre rebanadas se define mediante la función predeterminada y se puede variar la orientación, el porcentaje de la función utilizada se resuelva mediante equilibrio de fuerzas y momentos. Cualquier superficie de deslizamiento. La dirección de las fuerzas resultantes entre rebanadas se define mediante la función predeterminada, el porcentaje de la función requerido para satisfacer el equilibrio de momentos y fuerzas se define buscando el punto de intersección en el diagrama factor de seguridad vs porcentaje de la función. La dirección de las fuerzas resultantes entre rebanadas se suponen paralelas al ángulo medio de la superficie del talud o a la línea definida por los puntos de entrada y salida de la línea de deslizamiento en el terreno. Cualquier superficie de deslizamiento. Las direcciones de las fuerzas resultantes entre rebanadas se suponen iguales al promedio de la superficie del terreno y superficie de deslizamiento en la base de cada rebanada. Cualquier superficie de deslizamiento. Los valores de las fuerzas resultantes entre rebanadas siguen ciertas pautas predeterminadas. Cualquier superficie de deslizamiento.

Tabla 2Ecuaciones de equilibrio satisfechas por los métodos de equilibrio limite más utilizado

3.2. ESTABILIZACION DE TALUDES En general un talud es un volumen de tierra que no es plano (respecto a la horizontal), que posee una pendiente. Se pueden encontrar taludes naturales los cuales forman parte de la topografía natural (terreno inalterado) y taludes artificiales, que corresponden a terrenos manipulados por el hombre; este segundo grupo se clasifica en talud de terraplén (rellenos) y talud de corte. Existen algunos términos para definir las partes de un talud. El talud comprende una pendiente, corona, pie de talud, cara, altura, terraza y escarpe.   

Pendiente: describe el grado de inclinación del talud. Se habla de H:V; por lo general se da en porcentaje. Corona y pie de talud: son los puntos donde el talud interseca el terreno plano. Cara del talud: superficie del terreno entre la corona y el pie del talud. 18

  

Altura del talud: Es la diferencia de elevación entre la corona y el pie de talud medido verticalmente. Terraza: Zona horizontal formada en la cara del talud. Escarpes: se forman por cambios en la pendiente del terreno; se habla de escarpe superior al último cambio de pendiente ubicado en la corona del talud, y escarpes secundarios a los que se encuentran en la cara del talud.

Un talud puede permanecer estable por periodos largos; la inestabilidad de este puede ser producto de cambios topográficos, sismos, flujos de agua subterránea, meteorización, cambios en las propiedades del suelo como la resistencia de corte, presión de poros, esfuerzos entre otros. La finalidad de los análisis de estabilidad de taludes es estimar la posibilidad de falla de estos al provocarse un deslizamiento de la masa de suelo que lo forma, buscando que el diseño de excavaciones y rellenos que den lugar a un talud o afecten la estabilidad de una ladera se realicen de forma segura y económica. 3.2.1 Factores que influyen en la estabilidad La falla de un talud o ladera se debe a un incremento en los esfuerzos actuantes o a una disminución de resistencia al esfuerzo cortante del suelo. Esta variación, en general, es causada por efectos naturales y actividades humanas. La ingeniera Castañón Garay refiere que según Budhu (2007) los factores principales que afectan la estabilidad de un talud, natural o diseñado son: Erosión: El agua y el viento continuamente afectan a los taludes erosionándolos. La erosión modifica la geometría del talud y por tanto los esfuerzos a los que está sometido, resultando un talud diferente al inicialmente analizado o en una modificación de las condiciones que tenía. Ver Figura 4.

Ilustración 4 Variación de la geometría de talud por erosión (Montoya 2009)

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Lluvia: Durante el periodo de lluvias, los taludes se ven afectados al saturarse los suelos que los forman, provocando un aumento de peso de la masa, una disminución en la resistencia al esfuerzo cortante y la erosión de la superficie expuesta. Al introducirse agua en las grietas que presente el talud se origina un incremento en las fuerzas actuantes o aparición de fuerzas de filtración, pudiendo provocar la falla de este. Ver Figura 5.

Ilustración 5 Talud sometido a lluvia (Montoya 2009)

Sismo: Los sismos suman fuerzas dinámicas a las fuerzas estáticas actuantes a las que esta cometido un talud, provocando esfuerzos cortantes dinámicos que reducen la resistencia al esfuerzo cortante, debilitando al suelo. Un aumento en la presión de poro en taludes formados por materiales granulares puede provocar el fenómeno conocido como licuación. Ver Figura 6.

Ilustración 6 Fuerzas por accion de la gravedad y por sismo (Motoya 2009)

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Aspectos geológicos: Algunas fallas de taludes son provocadas por aspectos geológicos no detectados durante el levantamiento y exploración de campo, los cuales, al no ser considerados durante la evaluación de la estabilidad del talud, aumentan la incertidumbre del factor de seguridad calculado. Un ejemplo de este tipo de falla es el que se presentó durante la operación del Proyecto Hidroeléctrico en el talud excavado atrás de la casa de máquinas de la presa Agua Prieta, Herrera y Resendiz (1990), en el cual un bloque de roca deslizó sobre un estrato de arcilla, no detectado durante la exploración y construcción del proyecto. Conozca el proyecto para desquinche de rocas sueltas y perfilado de taludes de Southern y un análisis de caída de roca en taludes. Ver Figura 7.

Ilustración 7 Aspectos geológicos que pueden provocar falla de talud (Montoya 2009)

Cargas externas: La aplicación de cargas sobre la corona del talud provocan un aumento en las fuerzas actuantes en la masa de suelo, lo cual puede llevar a la falla del talud si estas cargas no son controladas o tomadas en cuenta durante la evaluación de la estabilidad del talud. En algunos casos esta situación se remedia mediante la excavación de una o más bermas en el cuerpo del talud, lo que reduce las fuerzas actuantes en este. Ver Figura 8.

Ilustración 8. Sobrecarga en la corona del talud (Montoya 2009)

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Excavaciones y/o rellenos: Las actividades de construcción realizadas al pie de un talud o colocación de una sobrecarga en la corona, pueden causar la falla de este al modificar la condición de esfuerzos a las que está sometido. Generalmente, estas actividades de construcción corresponden a trabajos donde se realizan excavaciones y/o rellenos. Cuando se realiza una excavación al pie del talud, el esfuerzo total se disminuye, generando en el suelo un incremento negativo en la presión de poro. Durante el tiempo en que este incremento de presión de poro se disipa, puede presentarse la falla del talud al disminuir la resistencia al esfuerzo cortante del suelo. Los taludes construidos con el material de banco de préstamo se realizan al compactar estos materiales en el sitio bajo especificaciones de control, generando un relleno artificial o terraplén. Ver Figura 9.

Ilustración 9 Excavación en el pie de Talud (Montoya 2009)

3.2.2 Modos de inestabilidad en el suelo A continuación, se presentan los modos y tipos de falla provocados por la inestabilidad, representados en la Figura 4. 



Caída de bloques: por lo general ocurren en taludes con fuerte pendiente y son provocados por la erosión, la separación producida por raíces, presión de agua o sismos. Inclinación o volteo: similar a la caída de bloques, el volteo comienza con una masa de roca o arcilla firme rotando a partir de una fisura casi vertical. Ocurre solo en taludes de gran pendiente.

Deslizamientos: 22





 

Falla rotacional: ocurre en materiales homogéneos como las arcillas, el plano de falla posee forma circular, y su tamaño está relacionado con la pendiente del talud, a mayor pendiente mayor será el plano de falla. Ver Figura 13. Falla traslacional: la superficie de falla es plana, por lo general se da en estratos con resistencias bajas a poca profundidad del talud, debido a elevaciones de presiones de poro en el agua contenida; siendo propensas las arcillas blandas, arenas finas o limos no plásticos sueltos. Deslizamientos compuestos: tienen características de deslizamientos con otros mecanismos de inestabilidad. Reptación: son similares a los deslizamientos traslacionales con la diferencia que los bloques se separan al moverse, este tipo de falla refleja movimiento en una capa muy débil de suelo.

Los deslizamientos de tierra son uno de los procesos geológicos más destructivos que afectan a los humanos, causando miles de muertes y daños en las propiedades, por valor de decenas de billones de dólares cada año. La búsqueda de soluciones a cualquier problema requiere, antes que nada, un buen diagnóstico. Solo así se podrán aplicar medidas dirigidas e intensivas. Para ello es imprescindible comprender el mecanismo de estabilidad de los taludes. Este conocimiento es esencialmente el mismo para proyectar nuevos taludes seguros, comprobar la seguridad de laderas y taludes adyacentes, a su vez analizar taludes deslizados y diseñar su reparación.

Ilustración 10 Distintos tipos de fallas en taludes

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3.3. ALTERNATIVAS EN ESTABILIZACION DE TALUDES Las alternativas surgen como necesidad para lograr la estabilización del talud y la seguridad para la actividad que se realiza 3.3.1 Conformación de la superficie del talud    

Disminuir la pendiente Construir bermas Cortar la cabeza del talud Colocar material al pie del talud

Son las técnicas más utilizadas para la estabilización de taludes, modificando la forma de la superficie del talud se puede lograr el equilibrio de masas

Tabla 3 Pendientes tipológicas para taludes en terraplenes

Tabla 4 Pendientes tipológicas para taludes en terraplenes

3.3.1.2. Construcción de bermas El sistema de bermas es una forma de terracería. Se construyen bermas intermedias en los sitios de cambio de pendiente y en los sitios donde se requiera para garantizar un factor de seguridad. Ver Figura 12. 24

La localización y ancho de las bermas depende del propósito de las bermas. El objetivo de las bermas es: 

El manejo de aguas de escorrentía y control de erosión: ancho 1 a 2 metros y se colocan a diferencias de altura entre 5 y 7 metros, dependiendo de la calidad de los suelos y coincidiendo con sitios de cambio de pendiente del talud.

Ilustración 11 solución por abatimiento de pendientes en taludes



 

En suelos erosionables la berma debe tener una pendiente de 5 a 10% hacia adentro del talud y se debe construir una cuneta revestida en su parte inferior para el control y manejo de las aguas de escorrentía Aumentar el factor de seguridad contra Deslizamiento. En ocasiones se requiere la construcción de bermas de gran ancho en suelos cohesivos para aumentar los factores de seguridad al deslizamiento. En suelos granulares (arenosos o gravosos) se debe preferir disminuir la pendiente del talud o construir bermas que pueden ser inestables por la pendiente del talud entre ellas.

3.3.1.3. Corte de la cabeza del talud Es una técnica para reducir las fuerzas actuantes dentro de la masa deslizada. Generalmente, se excava en la cabeza del deslizamiento, debido a que la parte 25

superior del deslizamiento es la que aporta una mayor fuerza actuante sobre la masa inestable La construcción de terrazas en la parte alta de un deslizamiento de rotación tiende a reducir el momento actuante y controlar el movimiento. El efecto es el de disminuir las fuerzas actuantes en la zona más crítica para la generación de momentos desestabilizantes. Ver Figura 13.

Ilustración 12 estabilización por conformación de talud y bermas

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Ilustración 13 Diagrama efectos de la remoción en materiales de la cabeza del talud

3.3.1.4. Materiales al pie del talud Es frecuente que se produzcan fallas de los contrapesos por falta de capacidad del suelo de cimentación, especialmente en depósitos de arcillas blandas o limos. Por esta razón es importante calcular la capacidad de soporte como parte del diseño del contrapeso.

Ilustración 14 Colocación de un contrapeso en la base de un deslizamiento rotacional

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3.3.2 Contrafuertes Es una técnica utilizada para contrarrestar las fuerzas actuantes en un talud colocando un peso considerable en la parte baja del talud o del deslizamiento. Al colocarse la carga adicional en el pie, se generan fuerzas de fricción y un momento resistente en dirección contraria al movimiento, aumentando el FS. Para que el sistema funcione a largo plazo debe asegurarse que la cimentación del contrapeso sea adecuada. 3.3.2.1. Rellenos en suelos y rocas

Ilustración 15 Diseño estabilidad de talud por llaves de corte

3.3.2.2. Llaves de corte Es una zanja rellena de materiales de alta resistencia, construida atravesando la superficie de falla en todo el ancho del talud. Ver Figura 16.

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Ilustración 16 Diseño estabilidad de talud por llaves de corte

Su funcionamiento se basa en que se aprovecha la alta resistencia del relleno en comparación con la del suelo natural, a la vez que la zanja puede funcionar como un subdren. Pueden utilizarse en combinación con contrapesos, lo cual aumenta los esfuerzos efectivos en la zona del pie. El efecto de una llave de cortante es que el círculo crítico de falla se profundice, de preferencia a una formación más resistente, por lo cual es muy útil cuando se tienen mantos rocosos o de suelos duros a poca profundidad. El material de relleno utilizado para las zanjas es de preferencia roca angulosa y dura, y normalmente se utiliza geotextil para evitar la erosión interna y la migración de finos. 3.3.2.3. Rellenos mecánicamente estabilizados

Ilustración 17 Diseño de estabilización de talud por relleno

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3.3.2.4. Muros de llantas

Ilustración 18 esquema muro de llantas para sostener un terraplen

3.3.3 Drenaje

Ilustración 19 Esquema de instalación de drenaje superficial

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Ilustración 20 Subdrenes de penetración

Ilustración 21 Subdrenes de pantalla

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3.3.4 Refuerzos Los refuerzos son elementos que ayudan a estabilizar el talud. Estos actúan como refuerzo o soporte dependiendo cuál es la naturaleza. Se dividen en los refuerzos con geosintéticos, compuestos de mallas; y, de los elementos ya conocidos pernos, clavos y micro pilotes. 3.3.4.1. Refuerzos con geosintéticos

Tabla 5 Comparación entre refuerzos geosinteeticos

*Diseño para estabilidad externa El diseño es muy similar a los diseños clásicos explicados en los cursos de fundaciones para estructuras de gravedad y semigravedad.     

Se analizan generalmente cuatro tipos de falla: Deslizamiento sobre la base del muro. Volteo Capacidad de soporte Falla profunda rotacional o traslacional.

*Diseño para estabilidad interna La falla para estabilidad interna puede ocurrir de dos maneras diferentes: Elongación y rotura de los refuerzos. 32





Las fuerzas de tensión son tan grandes que los refuerzos se deforman excesivamente o se rompen conduciendo a grandes movimientos y posible colapso de la estructura. Extracción de los refuerzos. Las fuerzas de tensión en los refuerzos son tan grandes que los refuerzos se salen o son extraídos hacia fuera de la masa de suelo.

Ilustración 22 Refuerzo de talud mediante el empleo de geosinteticos

3.3.4.2. Pernos, clavos y micropilotes Los pernos, clavos y micropilotes son inclusiones pasivas de refuerzo de acero con lechada de cemento, colocadas dentro de una masa de suelo o roca, con el objeto de mejorar su estabilidad. Los pernos se utilizan principalmente en macizos de roca para evitar movimientos relativos de los bloques. Los clavos se colocan en suelos residuales o materiales relativamente duros para dar rigidez los taludes, y los micropilotes son estructuras pasivas de soporte o estabilización. Los tres sistemas son similares en su estructura, pero su mecanismo de trabajo es diferente. Las inclusiones pasivas son utilizadas con mucha frecuencia como herramienta de estabilización, especialmente en taludes de carreteras. En la Figura 23 se muestra un caso de estabilización del terraplén de una vía utilizando micropilotes y del talud superior en corte con una estructura de clavos

33

3.3.4.2.1. Pernos Los pernos son elementos estructurales generalmente constituidos por varillas de acero colocadas dentro de una perforación, la cual se inyecta posteriormente con cemento para unir la varilla al macizo de roca.

Ilustración 23 Micropilotes y clavos en estabilización de un terraplén

Ilustración 24 Estabilización del macizo rocoso mediante pernos

34

Realmente lo que ocurre es un refuerzo del macizo de roca por intermedio de la varilla. En esta forma se pueden evitar los caídos de roca y en ocasiones, los deslizamientos de macizos de roca fracturada con discontinuidades muy espaciadas. El diseño de los pernos generalmente es empírico basado en un análisis de las discontinuidades en el macizo y de la estabilidad de los bloques. La parte más importante del diseño es determinar la localización, ángulo de inclinación y longitud de cada perno. El detalle común de las tecnologías de pernos es que minimizan la relajación o desprendimiento de los bloques de roca. Una vez los bloques se sueltan, es muy difícil recobrar la estabilidad completa del macizo, por eso es muy útil que se realice la colocación de anclajes previamente a una excavación.

Ilustración 25 Comparación entre pernos mecánicos y pernos cementados

Este prerefuerzo se puede lograr instalando anclajes a medida que se avanza con el corte instalando pernos en la cresta de éste, antes de la excavación. Es importante que el diámetro del hueco y el tamaño de la varilla estén dentro de una tolerancia especificada, en tal forma que la resina se mezcle y funcione correctamente. La barra se introduce en el hueco y se mezcla la resina haciéndola rotar. La principal ventaja de los pernos con resina es la simplicidad y velocidad de instalación y la desventaja es que la capacidad de los pernos se limita generalmente a 400 kN y el hecho de que solamente se pueden utilizar barras rígidas. Además, la resina no es tan efectiva para controlar la corrosión como el cemento.

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3.3.4.2.2. Clavos Los clavos fueron desarrollados en Europa y la primera aplicación fue en Francia en 1972 (Rabejac y Toudic, 1974). El sistema de clavos o “Soil Nailing” es un método de refuerzo in-situ utilizando refuerzos inyectados capaces de movilizar resistencia a tensión en el caso de ocurrencia de un movimiento. El término “Nail” se utiliza en todos los idiomas y la traducción al español “clavo” tiene una utilización menor. Se diferencian de los pilotes en cuanto que los clavos no resisten cargas laterales a flexión, y de los anclajes pretensionados en que son pasivos (No sé pretensionan) (Ver Figura 26). Los clavos requieren espaciamientos menores que los anclajes y actúan como un refuerzo del suelo aumentando la resistencia interna del macizo al cortante. Elementos Constitutivos de los Clavos Los clavos pueden ser varillas de acero, tubos o cables que se introducen dentro del suelo natural o la roca blanda y son inyectados dentro de huecos preperforados (Ver Figura 27). En la cabeza se puede colocar una platina y rosca o puede colocarse la varilla doblada. Superficialmente se coloca una pantalla de concreto lanzado reforzada para darle continuidad superficial y apoyo a los refuerzos. Generalmente son espaciados a distancias relativamente pequeñas. Los clavos pueden ser hincados o inyectados en perforaciones previamente realizadas.

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Ilustración 26 Diferencia entre anclajes (pretensados) y clavos (pasivos)

Junto con el suelo estos clavos forman una estructura de suelo reforzado. Comúnmente se utiliza un clavo por cada uno o seis metros cuadrados de suelo de superficie. Los clavos se utilizan para estabilizar cortes y permitir la construcción de arriba hacia abajo. La estabilidad de la superficie del terreno es controlada por una capa delgada de concreto lanzado, de 12 a 18 centímetros de espesor con una malla de refuerzo. Estas estructuras se les utilizan tanto en suelos granulares como cohesivos. Funcionamiento de los Clavos La estabilidad de una estructura claveteada se basa en los siguientes factores:   

Desarrollo de fricción o adhesión en la interface suelo-clavo (Refuerzo del suelo). Resistencia pasiva desarrollada a lo largo de la superficie perpendicular a la dirección del clavo. Transferencia de cargas a través de suelos sueltos o blandos a un material mucho más competente.

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Ilustración 27 Esquema de tipo de clavos

Los sistemas de clavos son relativamente flexibles y por lo tanto resistentes a fuerzas sísmicas; sin embargo, el comportamiento dinámico de estas estructuras es relativamente desconocido. Se sabe que se comportan muy bien en los sismos, pero se requiere desarrollar sistemas de diseño para éstos. Esta tecnología ha sido utilizada especialmente para la estabilización de excavaciones temporales y hay alguna preocupación sobre la rata de corrosión del material utilizado; sin embargo, en el mercado han aparecido materiales y protecciones de alta resistencia a la corrosión 3.3.4.2.3. Micropilotes Los micropilotes reticulados fueron desarrollados en Italia y se utilizan para crear bloques rígidos monolíticos, reforzados a profundidades por debajo de la superficie de falla crítica. Los micropilotes son muy similares a los sistemas de clavos. La diferencia principal entre los micropilotes reticulados y el “Nailing”, es que el comportamiento de los micropilotes está influenciado en forma significativa por su arreglo geométrico. A los micropilotes se les denomina con frecuencia pilotes reticulados o pilotes de “raíz”, para presentarlos como una analogía del efecto de las raíces de un árbol dentro del suelo. Ensayos de campo y modelos de laboratorio (Lizzi 1985) han

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demostrado que el trabajo en grupo de los micropilotes reticulados genera capacidades mayores de soporte que grupos de pilotes verticales espaciados. Los micropilotes son perforaciones de pequeño diámetro dentro de las cuales se coloca un refuerzo de acero y se inyecta lechada a presión para formar un pilote.

Ilustración 28. Grupo de micropilotes para estabilizar un talud

Las cargas son transportadas por la fricción entre el suelo y la lechada, y los refuerzos pueden transmitir fuerzas de tensión y de compresión. Los micropilotes varían comúnmente desde 4 a 10 pulgadas de diámetro y longitudes entre 20 y 30 metros, y son capaces de transmitir cargas hasta de 100 toneladas a tensión o compresión. Debido a la gran longitud de los elementos comparada con los diámetros; la carga y los esfuerzos son soportados no solamente por el elemento en sí, sino también por el suelo a su alrededor. Los micropilotes pueden construirse en prácticamente todo tipo de suelos. Los micropilotes en una estabilización típica de deslizamientos se instalan a varios ángulos con la vertical como se indica en la Figura 228. Los pilotes no reciben carga directa, pero forman una infraestructura interna dándole coherencia a la masa de suelo

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3.3.5 Muros de retención o contención Las estructuras de contención tienen por objeto la colocación de fuerzas adicionales que resistan el movimiento. El objetivo es colocar fuerzas externas aumentando las fuerzas resistentes, sin disminuir las actuantes. Según su forma y funcionamiento estructural pueden ser:   

De Gravedad En Voladizo Anclados

3.3.5.1. Muros rígidos      

Deben cimentarse sobre suelos estables. Es conveniente la colocación de llaves de cortante. Debe existir sistema de drenaje y subdrenaje completo. Altura máxima recomendable: 8 metros. Debe evaluarse la estabilidad de taludes además de la estabilidad interna del muro. Son efectivos para pequeños deslizamientos

Ilustración 29 Tipos de muros rigidos

40

Ventajas y desventajas de los muros rígidos

Tabla 6 ventajas y desventajas

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3.3.5.2. Muros flexibles Son estructuras masivas y flexibles, su efectividad depende de su peso y de su efectividad para soportar deformaciones sin que se afecte su estructura, los tipos más utilizados son:     

Muros de Gavión Muros Criba Muros de Llantas Usadas Muros de Enrocado Muros de Bolsacreto

Ilustración 30tipos de muro flexibles

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Ventajas y desventajas de los muros rígidos

Tabla 7 ventajas y desventajas

4. INVESTIGACIONES BÁSICAS El análisis de estabilidad de taludes comprende dos casos: el Caso 1 corresponde a un depósito de materiales no adecuados depositados en un talud. Para mantener la estabilidad del mismo se ha construido un dique. El Caso 2 sobre material adecuado; ambos casos cuentan con su respectiva geometría de superficie y las propiedades de sus materiales respectivamente. 4.1. CASO 1: DEPOSITO DE MATERIALES NO ADECUADOS 4.1.1 Descripción de la obra La obra corresponde a un depósito de materiales no adecuados depositados en un talud. Para mantener la estabilidad de dicha obra se ha construido un dique tal como se aprecia en la Figura 37.

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Ilustración 31 Perfil transversal geometría del talud-caso 1. Fuente CGI

4.1.2 Geometría del talud Como se puede observar, el talud está compuesto por cinco (5) materiales distintos, en donde el material inadecuado es el que se encuentra sostenido mediante diques elaborados. 4.1.3 Propiedades de los materiales

Tabla 8 Propiedades de los materiales-caso 1. Fuente CGI

4.1.4 Datos adicionales Metodología de análisis aceleración sísmica Pseudoestática 0.18 g Estático 1.4 factor de seguridad Pseudoestática Bishop simplificado, Janbu simplificado, método de análisis spencer Tabla 9 Datos adicionales de las condiciones del talud- caso 1. Fuente CGI

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4.2. CASO 2: DEPOSITO DE MATERIALES 4.2.1 Descripción de la obra La obra corresponde a un depósito de materiales en un talud. Para mantener la estabilidad de dicha obra se ha construido un dique tal como se observa en la Figura 32. 4.2.2 Geometría del talud Como se indica, el talud está compuesto por cinco (5) materiales distintos, donde el material depositado se encuentra sostenido mediante desmonte y los diques.

Ilustración 32 Perfil transversal geometría del talud- caso 2. Fuente CGI

Tabla 10 Propiedades de los materiales-caso. Fuente CGI

Los datos adicionales de aceleración sísmica y factores de seguridad en campo estático y pseudoestático son los mismos valores que los empleados para el material no adecuado mostrados en la Tabla 9. 45

5. METODOLOGIA DE ANÁLISIS Para realizar el análisis de estabilidad de taludes se utilizó los siguientes softwares: -AutoCAD Civil 3D -Slide v6 Primero se convirtió el modelo del perfil estratigráfico que se tenía con la extensión .dwg a .dxf ya que solo en este formato se puede exportar en el Slide el external boundary, material boundary y wáter table. Seguidamente se importó ambos materiales, se incorporaron con la herramienta define materials las propiedades geomecánicas de los estratos propuestos por el GSI como nombre, peso unitario, ángulo de cohesión y fricción, etc; posteriormente se asignó la propiedad respectiva de cada estrato con Assign properties. Con la herramienta Project Settings, se determinaron las unidades, dirección del talud y los métodos para el análisis de estabilidad: Bishop simplified, Jambu simplified, y Spencer. Posteriormente se guardó el archivo en formato .slim y con la herramienta Compute, el programa genera el resultado en otra pantalla, SlideInterpret donde muestra el factor de seguridad para cada método seleccionado. Se realizó el análisis estático y pseudoestático del Caso 1 y del Caso 2. Para el análisis psudoestático se añadió a la herrameinta seismic load una aceleración de 0.18 propuesto por el CGI de forma horizontal, normado por el MTC. 5.1 CASO 1 – ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ESTÁTICO En este apartado de muestran los resultados del análisis por los tres métodos antes mencionados, se obtuvieron los siguientes factores de seguridad de las gráficas a continuación, para condiciones estáticas un FS de 1.4:

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BISHOP SIMPLIFIED-RESULTADO F.S 1.280

Ilustración 33 Condición Estática Método BISHOP simplificado-caso 1

METODO JANBU SIMPLIFICADO F.S 1.259

Ilustración 34 Condición Estática Método JANBU simplificado-caso 1

47

METODO SPENCER F.S 1.276

Ilustración 35 Condición Estática Método SPENCER-caso 1

5.2 CASO 1 – ANÁLISIS DE ESTABILIDAD PSEUDOESTÁTICO Para condiciones pseudoestáticas el factor de seguridad que debe cumplir un valor de 1.1 para que el talud se mantenga estable; además el valor de la aceleración sísmica es de 0.18g. Realizando el modelamiento el factor de seguridad disminuye con respecto a la condición estática.

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BISHOP SIMPLIFIED-RESULTADO F.S 0.832

Ilustración 36 Condición pseudoestatica Método BISHOP Simplificados- Caso 1

METODO JANBU SIMPLIFICADO F.S 0.815

Ilustración 37 Condición pseudoestatica Método JANBU simplificado Caso 1

49

METODO SPENCER F.S 0.834

Ilustración 38 Condición pseudoestatico Método SPENCER-caso 1

5.3 CASO 2 – ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ESTÁTICO BISHOP SIMPLIFIED-RESULTADO F.S 1.496

Ilustración 39 Condición estática método BISHOP-caso 2

50

METODO JANBU SIMPLIFICADO F.S 1.481

Ilustración 40 Condición estática método JANBU-caso 2

METODO SPENCER F.S 1.552

Ilustración 41 condición estática método SPENCER-caso 2

51

5.4 CASO 2 – ANÁLISIS DE ESTABILIDAD PSEUDOESTATICO Para condiciones pseudoestáticas el factor de seguridad que debe cumplir un valor de 1.1 para que el talud se mantenga estable; además el valor de la aceleración sísmica es de 0.18g. Realizando el modelamiento el factor de seguridad disminuye con respecto a la condición estática. BISHOP SIMPLIFIED-RESULTADO F.S 1.003 METODO JANBU SIMPLIFICADO F.S 0.956 METODO SPENCER F.S 1.012 5.5 CASO 1– ANÁLISIS DE ESTABILIDAD PSEUDOESTATICO CON SOPORTE

Ilustración 42 ESPECIFICACIONES DEL SOPORTE

52

METODO SPENCER F.S 1.106 MODELO PSEUDOESTATICO CON SOPORTE CASO 1

METODO BISHOP F.S 1.087 MODELO PSEUDOESTATICO CON SOPORTE CASO 1

53

METODO JANBU F.S 1.054 MODELO PSEUDOESTATICO CON SOPORTE CASO 1

SOPORTES GROUTED TIEBACK Y GEOTEXTILE

Ilustración 43 ESPICIFICACIONES DEL COMBINADO DE SOPORTES

54

METODO

SPENCER

F.S

1.208

MODELO

PSEUDOESTATICO

CON

PSEUDOESTATICO

CON

COMBINACION DE SOPORTES CASO 1

METODO

BISHOP

F.S

1.189

MODELO

COMBINACION DE SOPORTES CASO 1

55

METODO

JANBU

F.S

1.189

MODELO

PSEUDOESTATICO

CON

COMBINACION DE SOPORTES CASO 1

5.6 CASO 2– ANÁLISIS DE ESTABILIDAD PSEUDOESTATICO CON SOPORTE

Ilustración 44 ESPECIFICACIONES DEL SOPORTE

56

METODO SPENCER F.S 1.012 MODELO PSUDOESTATICO CON SOPORTE CASO 2

METODO BISHOP F.S 1.003 MODELO PSEUDOESTATICO CON SOPORTE CASO 2

57

METODO JANBU F.S 0.956 MODELO PSEUDOESTATICO CON SOPORTES CASO 2

Ilustración 45 COMBINACION DE SOPORTES

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7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se analizaron los dos sectores que comprendían sectores de la carretera Piura en el software Slide considerando los factores mínimos de seguridad recomendados por el CGI. Los resultados mostraron que según el método Bishop SImplified, Janbu Simplified y Spencer ambos taludes eran inestables por ello se utilizó métodos de sostenimiento diferentes para cada uno de ellos. En el Caso 1 a condiciones normales el factor de seguridad más bajo fue 1.259 y en condiciones sísmicas fue 0.815. En el Caso 2 a condiciones normales el factor de seguridad más bajo fue 1.481 y en condiciones sísmicas fue 0.956. Utilizando sostenimiento se obtuvo en el Caso 1 a condiciones normales el factor de seguridad más bajo en condiciones sísmicas fue 1.1. Mientras que en el Caso 2 en condiciones sísmicas fue 0.562 Se recomienda monitoreo sísmico y un análisis más detallado para poder asegurar la estabilidad en ambos sectores.

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