ESTABILIDAD DE TALUDES
RICARDO SUAREZ SIERRA ID: 41241
UNIMINUTO Noviembre de 2013
INTRODUCCION La siguiente investigación mostrara varios aspectos importantes para el análisis de un talud en aspectos como su composición, su comportamiento, sus antecedentes.
JUSTIFICACION La siguiente investigación es de suma importancia debido a que al momento de analizar un talud debemos tener en cuenta varios factores que en esta investigación se presentaran ya que aclararan factores principales de la investigación y otros aspectos que aunque no sean tan evidentes son igualmente importantes de conocer para conocer los posibles factores de falla y así mismo posibles soluciones para su estabilidad.
Tabla De Contenido INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………………………………………1 JUSTIFICACION…………………………………………………………………………………………………………..2 OBJETIVOS………………………………………………………………………………………………………………….3 OBJETIVOS GENERALES………………………………………………………………………………………………3.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS…………………………………………………………………………………………….3.2 MODELO ELASTO PLASTICO PARA ANALISIS NUMERICO……………………………………………4 METODOS DE INSTRUMENTACION DE ESTABILIDAD DE TALUDES……………………………..5
MODELOS ELASTO-PLASTICOS DE ESTADO CRITICO PARA ANALISIS NUMERICOS DE PROBLEMAS GEOTECNICOS El comportamiento mecánico de los materiales geotécnicos presenta fenómenos de fluencia, deformaciones irrecuperables y dilatación inducida por tensiones de corte. Estas características sugieren inmediatamente que la teoría de la plasticidad podría ser muy adecuada para la descripción del comportamiento de suelos y rocas. El desarrollo de los modelos de estado crítico ha supuesto un avance fundamental apara la aplicación de dicha teoría a la Geo mecánica. Modelos relativamente simples basados en las hipótesis de la plasticidad asociada son capaces de predecir, por lo menos cualitativamente, un gran número de aspectos fundamentales del comportamiento de los suelos. En la presente serie de dos artículos se presenta una revisión del estado actual de la aplicación de los modelos de estado crítico (MEC) a los análisis numéricos de problemas geotécnicos. Esta aplicación se ha convertido en uno de los rasgos más característicos de la Geo mecánica computacional. La literatura que trata de los diversos desarrollos de las teorías de Estado Crítico es muy vasta. En este trabajo, sólo se considerarán aquellos desarrollos que se utilizan con cierta frecuencia en aplicaciones numéricas. de las numerosas características del comportamiento de materiales geotécnicos que pueden describirse de forma natural por modelos elasto-plásticos, la aplicación de la plasticidad a la Geo mecánica fue posterior al desarrollo en el campo paralelo de los materiales metálicos.
FORMULACION BASICA DE LOS MODELOS DE ESTADO CRITICO EL modelo Cam-clay 0rigina1'9~ puede resumirse de forma breve en los siguientes puntos: a) La superficie de fluencia es la curva logarítmica q=M*p’Ln(p’o/p’) p’o define la posición de la superficie de fluencia y es, por tanto, el parámetro de rigidización. b) La rigidización es isotrópica y depende de la deformación volumétrica plástica, E(p/v) de acuerdo con la siguiente expresión:
c) Se supone plasticidad asociada. d) Las deformaciones volumétricas elásticas, e:, se calculan como:
donde q = al - aa, p' = (a: f u; + a3)/3, e es el índice de huecos y A, rc y M son parámetros del modelo. al, 02 y a3 son las tensiones principales. Dado que su ámbito de aplicación son los materiales porosos saturados, el modelo se formula en términos de tensiones efectivas que se definen como
donde a;lj es la tensión efectiva, aij la tensión total, p, la presión intersticial y Sij la delta de Kronecker. El convenio de signos considera positivas a las tensiones y deformaciones de comprensión. En la formulación original se postuló que las deformaciones de corte elásticas eran nulas. Para evitar problemas numéricos y conseguir una mejor representación del comportamiento dentro de la superficie de fluencia las deformaciones de corte elásticas se calculan generalmente usando un módulo de deformación de corte G que constituye un parámetro adicional del modelo. El modelo fue formulado inicialmente en el plano triaxial (u2 = u3 o u2 = al). Las formulaciones en tres dimensiones se describirán más adelante. La discontinuidad de la superficie de fluencia del modelo Cam-clay original en el punto q = O implica dificultades tanto teóricas como prácticas. Como la ley de fluencia es asociada, cambios isotrópicos de tensiones en ese punto causarán deformaciones de corte distintas de cero. Además, el modelo puede predecir cambios de tensiones poco razonables para algunos tipos de incrementos de deformación. El modelo Cam-clay modificadolo supera estas dificultades adoptando una elipse
Como ambos modelos son básicamente semejantes, se pueden considerar como la formulación básica de los modelos de estado crítico. A continuación se examinan algunas de sus coiisecuencias. en la grafica anterior el punto C representa el punto donde la superficie de fluencia tiene pendiente horizontal. En ese punto, las deformaciones volumétricas plásticas serán cero y la superficie de fluencia permanecerá estacionaria. Un punto como el C será, por tanto, el estado ha1 de un suelo en rotura, independientemente de las condiciones iniciales. La existencia de dicho estado, denominado estado crítico, es un rasgo característico del comportamiento de los suelos. Puesto que la rigidización es isotrópica la sucesión de puntos de estado crítico dibujará una línea recta (LEC) de pendiente M, grafica anterior. Por tanto, el modelo compatibiliza, de forma natural, la plasticidad asociada con una envolvente de rotura friccional y con dilatancia nula en el estado ha1 del suelo. Los modelos también predicen una relación única entre índice de huecos (o humedad) y tensiones en el estado crítico. La siguiente grafica presenta resultados experimentales que muestran un buen acuerdo con las predicciones cualitativas de la formulación básica
Otra característica del comportamiento de los suelos que los modelos Carn-clay predicen satisfactoriamente es la dependencia de la respuesta volumétrica del suelo de su historia de tensiones. Si un elemento de suelo entra en fluencia en un punto a la derecha de C, las deformaciones volumétricas plásticas serán positivas y, como consecuencia, el material se rigidizará. Este lado se denomina "húmedo" o subcrítico. Si la fluencia ocurre en un punto a la
izquierda de C (lado "seco" o supercrítico) las deformaciones volumétricas plásticas son negativas y el comportamiento será reblan decible. Por lo tanto, la superficie de fluencia a la izquierda del punto de estado crítico actúa también como una envolvente de rotura.
METODOS DE INSTRUMENTACION DE ESTABILIDAD DE TALUDES Cuando se presentan signos de inestabilidad en un talud (grietas o roturas en la parte superior, abultamiento y levantamiento en la zona de pie, etc.) o cuando se precisa controlar el comportamiento de un talud frente a la estabilidad, se recurre a la instrumentación o auscultación del talud y su entorno, a fin de obtener información sobre el comportamiento del mismo y las características del movimiento; velocidad, pautas en los desplazamientos, situación de las superficies de rotura, presiones de agua, etc. El control de la velocidad del movimiento permite conocer el modelo de comportamiento, y tomar decisiones referentes a su estabilización; en ocasiones se puede predecir aproximadamente cuando tendrá lugar la rotura, en base al registro de la curva desplazamiento-tiempo y su extrapolación en el tiempo. Estos trabajos, suelen limitarse a casos en los que la inestabilidad puede afectar a infraestructura o edificaciones. CONDICIONES DE APLICACIÓN Para llevar a cabo la auscultación de un talud es necesaria la selección de las magnitudes a medir, de los puntos de medida y de los instrumentos adecuados, además de una correcta instalación, registro e interpretación de las medidas. La instrumentación permite comprobar el comportamiento del talud y verificar los modelos y análisis de estabilidad realizados. Previamente a los trabajos de instrumentación, es necesario conocer las características y propiedades de los materiales que forman el talud, mediante un estudio previo con observaciones de campo, toma de datos, realización de ensayos de laboratorio, análisis de estabilidad, etc. Las magnitudes que habitualmente se miden en los trabajos de auscultación son:
Movimientos superficiales Movimientos en el interior del terreno Movimientos de apertura de grietas y entre bloques Presiones intersticiales y sus variaciones.
Métodos empleados Las diferentes técnicas y métodos para la medida de magnitudes descritos a continuación. Medidas de desplazamientos en superficie y en el interior del terreno permite detectar el movimiento de una zona determinada del talud o de todo él en conjunto, y conocer la dirección y velocidad del mismo. Los sistemas de medida de desplazamientos en superficie estarán condicionados por la precisión que se pretenda y por la magnitud de los movimientos. Los movimientos en el interior se miden con inclinómetros y extensómetro. Además, de ser útiles para la medida de la velocidad y dirección del movimiento, estos sistemas permiten localizar las superficies de rotura. Los inclinómetros deben alcanzar la zona estable situada debajo del plano de rotura más profundo. Estos aparatos constan de un torpedo que baja por una tubería especial previamente instalada en el interior del sondeo. El torpedo permite medir ( por ejemplo, cada 50 cm) el ángulo que forma la tubería, lo que multiplicado por la distancia medida permite ir conociendo los desplazamientos horizontales a lo largo del sondeo, integrando las lecturas de debajo de arriba. Al atravesar la zona de rotura, ésta suele quedar definida por cambios en los desplazamientos horizontales, lo que permite realizar el análisis a posterior correspondiente; si los desplazamientos son importantes, el tubo puede quedar cortado e impedir las medidas. Los inclinómetros miden la desviación (inclinación) del sondeo en dos direcciones a ángulos rectos, proporcionando curvas de desplazamientos cuya inflexión denota la situación de los planos. Los inclinómetros son utilizados para monitorizar deformaciones. El sistema incluye una tubería guía, uninclinómetro y una unidad de lectura.
La tubería guía, en PVC o aluminio se instala generalmente en perforaciones verticales, que pasen por zonas con riesgo potencial de movimientos o deformaciones. El fondo de esta tubería está apoyado en suelo estable.
Principales aplicaciones de los inclinometros verticales son:
Monitorización de taludes (inestables) para determinación de zonas de movimientos, y establecer parámetros indicativos sobre la constancia y aceleración de los movimientos; Monitorización de paredes de diafragma para visualizar si las deflexiones están dentro de los límites esperados, y también si los edificios adyacentes son afectados por el movimiento de suelos; Monitorización de diques y presas; Monitorización de efectos resultado de tareas de excavación de túneles; Monitorización de la presión de agua en diques y presas.
Los extensómetros Miden movimientos relativos entre la boca del sondeo y uno o varios puntos situados en el interior.es un aparato adecuado para medir la evolución de las deformaciones de un terreno diaclasas, asentamientos de grandes estructuras, asentamientos deslizamientos en taludes, etc) Para su instalación es necesario taladrar a la profundidad requerida. después se introducen las varillas enfundadas con un anclaje en el extremo inferior de cada una después de acoplada la cabeza del extenciometro en las varillas se debe rellenar todo el taladro con lechada de tal forma por cada varilla se tiene un anclaje firmemente unido al terreno y una varilla que se desliza libremente dentro de su funda y transmite el movimiento hasta la cabeza del extensómetro la cabeza se fija fuertemente al terreno y luego se toma la lectura por cada varilla instalada
Extensómetro de varilla
La medida de movimientos de apertura de grietas y entre bloques rocosos se suele realizar mediante elementos mecánicos (calibre, cinta métrica, hilos, etc.) o mediante transductores eléctricos; para desplazamientos grandes se emplea la cinta de convergencia. Medida de presiones internas La medida de las presiones intersticiales en el interior del talud se lleva a cabo mediante la instalación de piezómetro en sondeos o pozos de reconocimiento. Piezómetro para sondeos Piezómetro específicamente desarrollado por AITEMIN para la medida de la presión de poro en formaciones poco permeables, y que consiste en un cuerpo metálico con una cámara de medida que incorpora un filtro poroso con la misma curvatura que la pared del sondeo y que tiene unos 120 mm de altura y unos 100º de apertura. La cámara se comprime contra la pared de un sondeo gracias a un pequeño gato hidráulico incluido en el propio cuerpo del piezómetro. Desde la cámara de medida se llevan dos tubos metálicos de muy baja elasticidad hasta el exterior del sondeo, donde se coloca el transductor de medida de presión. Una vez colocados todos los piezómetros en el sondeo, los huecos de éste se rellenan con resina o mortero. Este sistema permite colocar múltiples piezómetros en un mismo sondeo con distancias mínimas entre puntos de medida del orden de los 25 cm.
Todo lo anterior, solicita el empleo de programas de ordenador, los cuales permiten la modelización detallada y el análisis de la rotura y del comportamiento de las laderas en suelos y rocas. Programas como FLAC, UDEC, ZSOIL, PLAXIS, PHASE2, ROCKFALL, ROTOMAP, etc., permiten el análisis de casos complejos y de una gran variedad de condiciones hidrogeológicas, tensionales, etc., modelizándose también las medidas de estabilización. La instrumentación o auscultación de deslizamientos tienen por finalidad la vigilancia y la predicción del comportamiento de la ladera, además, de la obtención de datos sobre el proceso. La instrumentación debe orientarse fundamentalmente a la investigación de: - Situación de la superficie o superficies de rotura
- Velocidad del movimiento, su variación y distribución de los desplazamientos en la ladera - Posición del nivel freático y presiones de agua.
Bibliografía http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:6oQJV4xiL6YJ:www.raco.cat/index.php/ RevistaMetodosNumericos/article/download/68567/101250+&cd=1&hl=es&ct=clnk&gl=co http://www.monografias.com/trabajos-pdf4/estabilidad-taludes-roca-y-suelos/estabilidadtaludes-roca-y-suelos.pdf http://www.atinfo.net/es/_datos/enlazable/documentacion/Productos_y_servicios/Instrumentaci on_y_sensores/1%20Juntas%20y%20Fisuras/Extens-o-metro%20de%20varilla.pdf http://www.aitemin.es/producto_piezometro.html