Estabilidad De Taludes En Rocas Geot Vial 14

TEMAS DE GEOTECNIA VIAL ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCA

CAMPUS PIURA

Ing. Roberto M. Flores [email protected] [email protected]

ABRIL DE 2014

TEMARIO 

La falla plana. 

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La falla en cuña. 

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Determinación de su posibilidad de ocurrencia mediante el empleo de la estéreo falsilla. Determinación del factor de seguridad. La influencia del agua en la estabilidad. Mejora de la seguridad mediante la instalación de anclajes. Determinación de su posibilidad de ocurrencia mediante el empleo de la estéreo falsilla. Determinación del factor de seguridad. Mejora de la seguridad mediante la instalación de anclajes. Utilización del modelo swedge.

La falla por vuelco. 

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Determinación de su posibilidad de ocurrencia mediante el empleo de la estéreo falsilla. Análisis de seguridad.

ALTURA DEL TALUD EN FUNCIÓN DE LA PENDIENTE Y EL MATERIAL QUE COMPONE AL MACIZO ROCOSO

EN MACIZOS ROCOSOS LA ESTABILIDADTIENE UNA FUERTE DEPENDENCIA DE LA EXISTENCIA Y ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES

FALLA PLANA La rotura involucra sólo un plano de deslizamiento. Si bien las discontinuidades son en general planas (situación más desfavorable) existen también superficies de deslizamiento curvas.

FALLA PLANA Se produce cuando la falla ocurre en el plano de una discontinuidad que condiciona el deslizamiento. Para poder considerar un caso como de falla plana se deben dar cuatro condiciones.

FALLA PLANA La limitación respecto a la diferencia de 20 º entre rumbos es sólo una convención. Es relativa y depende, entre otras cosas, de la relación entre la resistencia de la roca intacta y las dimensiones del talud.

FALLA PLANA En muchos casos se requiere de un segundo sistema de discontinuidades para que los bloques tengan posibilidad de movimiento (tal como sucede en la fotografía de la derecha) Para que ocurra la falla plana es fundamental que las discontinuidades estén orientadas en la posición más desfavorable (en la fotografía de abajo la orientación de las discontinuidades no es crítica).

FALLA PLANA El FS se plantea como el cociente entre la fuerza resistente y la fuerza movilizada o lo que es lo mismo entre las fuerzas estabilizantes y las desestabilizantes en el plano de deslizamiento. Las fuerzas estabilizantes son el producto de aplicar por ejemplo la teoría de Mohr - Coulomb. El FS = 1 ocurre cuando la resultante de las fuerzas normal y tangencial se inclina un ángulo  respecto a la normal al plano.

FALLA PLANA - Efecto del Agua Como es lógico también en este caso el agua tiene un efecto nocivo. La subpresión (en la grieta de tracción y en la discontinuidad), disminuye las fuerzas estabilizantes y aumenta las desestabilizantes. Ésta resulta una situación más real que en el caso de los suelos en los que el efecto del agua se manifiesta como fuerzas de filtración en la masa del mismo. El diagrama de presiones triangular en la grieta de tracción responde a un empuje hidrostático (no se consideran caídas de potencial). El diagrama que actúa sobre la discontinuidad también es tomado como triangular, pero en este caso simula la caída de potencial que se produce por el escurrimiento del agua a través de la discontinuidad.

FALLA PLANA Influencia de las grietas de tracción y el Agua. En el gráfico se muestra la influencia que tiene la ubicación y profundidad de grietas de tracción y el nivel de agua que hay dentro de ellas sobre el Factor de Seguridad de una Falla Plana. Se aprecia que, por ejemplo, para grietas sin agua (zw/z = 0) la profundidad de la grieta que reduce en mayor medida al FS es de la mitad de la altura del talud (z/H = 0.5). Asimismo, cuando se tienen grietas llenas de agua el FS se reduce a menos de un 28 % que en la situación sin agua y sin grieta (0,4 / 1,4).

FALLA PLANA Influencia de la orientación de la discontinuidad En el gráfico se muestra la influencia que tiene la orientación de la discontinuidad sobre la Altura Crítica de un talud. Como se aprecia, por tratarse del mismo fenómeno (un macizo rocoso con una sola discontinuidad) la curva tiene la misma forma que la de la resistencia a la compresión confinada en un testigo con una discontinuidad, con un mínimo para una inclinación igual a 45º + /2 con respecto a la horizontal.

FALLA PLANA Refuerzo con Anclajes Como se aprecia en el esquema de fuerzas que intervienen en el equilibrio, la fuerza que aplica el anclaje aumenta las fuerzas estabilizantes y disminuye las desestabilizantes. El ángulo  es una función del FS,  = arc tg (tg  / FS) Tal como se ve en la parte inferior del esquema (donde se consideró c=0), el anclaje más económico es aquel con el que se logra el FS buscado con el menor esfuerzo. Tiene un ángulo  =  respecto a la discontinuidad. Esta orientación no es práctica en la instalación de los anclajes. En general se colocan inclinados hacia abajo unos 15º.

EJERCICIO PROPUESTO

SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN ESTEREOGRÁFICA Permiten Representar en 2D situaciones Espaciales. Rumbo : ángulo que la recta horizontal del plano forma con el Norte. Alternativamente se utiliza la Dirección del Buzamiento. Buzamiento (echado) : ángulo que la recta de máxima pendiente forma con su proyección sobre la horizontal.

SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN ESTEREOGRÁFICA Según estos sistemas un plano puede ser representado de dos maneras, por su traza o por su polo el que debe ser interpretado como el punto de tangencia del plano a la semiesfera. La forma de interpretación es considerar que se observa la semi esfera inferior desde el Zenit. Así un polo próximo al borde representa a un plano próximo al vertical.

SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN ESTEREOGRÁFICA

El gráfico superior representa la forma en que llega la información de campo. Un geólogo mide la posición de los planos representativos de un sector con brújula y clinómetro. Posteriormente se hace un análisis estadístico resultando un gráfico como el de la izquierda.

DETECCIÓN DE POSIBLE FALLA PLANA Las tres condiciones principales para que ocurra falla plana se representan como se ve en la figura. - Diferencia de rumbos < 20º. - buz. Talud > buz. Discontinuidad. - buz. Discontinuidad > . Recordar que cuando se representan polos los buzamientos se miden desde el centro de la esfera (circunferencia) hacia afuera. Cuando se representan trazas los buzamientos se miden desde la primitiva (circunferencia) hacia adentro.

Detección de Estabilidad de Taludes como resultado de Análisis Estadístico La detección de un determinado tipo de falla mediante el uso de representación estereográfica, en general no está orientado a resolver problemas particulares sino a tomar decisiones por ejemplo respecto a la factibilidad de los proyectos.

En un corte transversal a un río, que puede como una situación durante kilómetros, debe tomarse la decisión de por dónde ubicar un camino. En el caso de la figura el menor movimiento de suelos que presupone ubicarlo en la margen izquierda del valle puede llevar a una decisión equivocada.

Detección de Estabilidad de Taludes como resultado de Análisis Estadístico Si ahora se atienden las cuestiones geotécnicas y por ejemplo se tienen discontinuidades con rumbo paralelo a la dirección del río con un buzamiento como el mostrado, el ubicar el camino

en la margen izquierda puede ser complejo tanto para la estabilidad de los desmontes como para la de los rellenos. Dada la configuración geológico geotécnica los desmontes en la margen derecha pueden ser hasta de menor magnitud.

FALLA EN CUÑA Las tres condiciones principales para que ocurra falla en cuña son: - Que existan dos discontinuidades que se corten entre sí. - buz. Aparente Talud > inclinación recta intersección entre discontinuidades. Condición cinemática. - Inclinación recta Intersección > . Condición necesaria pero no suficiente.

FALLA EN CUÑA

FALLA EN CUÑA Ante la misma componente desequilibrante W sen  en el caso de la falla en cuña la componente equilibrante (RA + RB) tan  es mayor que la que corresponde a la falla plana. El Factor de Seguridad es en este caso mayor. Por eso la condición de que la inclinación de la recta intersección sea mayor que el ángulo  es necesaria pero no suficiente para que se produzca falla en cuña.

FALLA EN CUÑA En la construcción se debe tener en cuenta que: La intersección de dos planos representados por sus polos es el polo del plano que los contiene. La representación estereográfica permite además determinar los ángulos  y  con los que se determina el Factor de Seguridad.

CASOS ESPECIALES DE FALLAS EN CUÑA

CASOS EN LOS QUE FALLAS EN CUÑA DEBEN SER CONSIDERADAS COMO PLANAS (Sin coeficiente K >1).

CASOS ESPECIALES DE FALLAS EN CUÑA

CASOS EN LOS QUE FALLAS EN CUÑA DEBEN SER CONSIDERADAS COMO PLANAS (Sin coeficiente K >1).

FALLA EN CUÑA REFUERZO CON ANCLAJES

FALLA EN CUÑA Análisis Mediante Software “SWEDGE” (de ROCSCIENCE)

FALLA EN CUÑA Análisis Mediante Software “SWEDGE” (de ROCSCIENCE) En las “pantallas” de datos se ingresan: la altura y orientación del talud, la orientación del terreno superior, las características de las discontinuidades (resistencia y orientación), el peso específico de la roca, existencia de bermas y grieta de tracción.

Se puede ingresar también carga de agua (como un porcentaje de relleno de las fisuras), carga sísmica (como una aceleración y dirección en la que actúa) y otras cargas externas

FALLA EN CUÑA Análisis Mediante Software “SWEDGE” (de ROCSCIENCE) El modelo entrega como información además del Factor de Seguridad que se muestra ya en la pantalla principal todos los datos de las cuñas y fuerzas que intervienen.

Se muestran además salidas gráficas con la representación Estereográfica de las discontinuidades presentes y la posición del Talud.

FALLA EN CUÑA GASODUCTO CAMISEA – PERÚ – Prog. Km 193+500

Un deslizamiento pone en riesgo la posición del Gasoducto que se encuentra bajo el camino, muy cerca del pie del talud superior.

A A

FALLA EN CUÑA GASODUCTO CAMISEA PERÚ – Prog. Km 193+500

FALLA EN CUÑA GASODUCTO CAMISEA – PERÚ – Prog. Km 193+500 El patrón estructural se repite en la parte superior e inferior de la ladera

FALLA EN CUÑA GASODUCTO CAMISEA – PERÚ – Prog. Km 193+500 La Empresa Techint proyectó un puente metálico para el gasoducto y la confortación de los taludes.

Se aprecia el control estructural sobre la formación del cañadón.

FALLA POR VUELCO (TOPPLING)

En este caso no solamente influye la orientación de las discontinuidades. Es importante la dimensión relativa de los bloques (ancho / alto) y el ángulo de inclinación de los estratos.

FALLA POR VUELCO (TOPPLING)

FALLA POR VUELCO (TOPPLING)

FALLA POR VUELCO (TOPPLING) la el

El gráfico de la izquierda muestra conceptualmente influencia de la dimensión relativa de los bloques en equilibrio del talud. La relación b/h y su comparación con la tangente del ángulo de base  definen el equilibrio de los bloques. La figura inferior muestra un ejemplo típico de rotura por vuelco (toppling).

FALLA POR VUELCO (TOPPLING) Se muestra un ejemplo de cálculo de un complejo sistema para analizar el vuelco de los bloques. La mayor dificultad consiste en definir un modelo matemático a partir de una realidad física.

OTRAS FORMAS DE ROTURA Se trata de formas combinadas que deben ser analizadas en cada caso en forma particular.

ANÁLISIS MEDIANTE PROYECCIONES ESTEREOGRÁFICAS En el gráfico adjunto se muestra en conjunto distintos tipos de fallas en taludes que pueden presentarse y cómo se manifiestan en las representaciones estereográficas.

ANÁLISIS MEDIANTE PROYECCIONES ESTEREOGRÁFICAS En el gráfico se muestra el esquema de un pit minero. La línea de trazos discontinuos separa dos formaciones geológicas distintas (las representaciones estereográficas de cada lado así lo indican). Según la orientación del talud en cada caso serán los problemas de estabilidad que pueden esperarse.

TEMAS DE GEOTECNIA VIAL ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCA BIBLIOGRAFÍA          

“Rock Slope, Engineering”, E.Höek, J.W.Bray. Institution of Mining and Metallurgy, London, 1977. “La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres – Volumen 1”, A.Rico, H.Del Castillo, Limusa 1981. “Practical Rock Engineering”, E.Höek – Rocscience, 2007. “Lecciones de Mecánica de Rocas”, J.A.Suárez, CEILP, 1985. “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica”. B.M.Das. Thomson – Learning, 1985. “Introduction to Rock Mechanics” Second Edition, R.E.Goodman, John Wiley & Sons, 1989. “Fundamentals of Rock Mechanics” Third Edition, J.C Jaeger, N.G.W.Cook, Chapman & Hall, 1979. “Ingeniería Geológica”, L.I.González de Vallejo, Pearson Prentice Hall, 2004. “Manual de Estabilidad de Taludes – Geotecnia Vial”, Instituto Nacional de Vías, Ministerio de Transporte, República de Colombia, 1998. “Introduction to Rock Mechanics, Second Edition”, R.E.Goodman. John Wiley & sons, 1989.

Ing. Roberto M. Flores [email protected] [email protected]

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