Estabilidad de Taludes y Metodos para la Estabilizacion de Taludes tanto en Suelos como en Rocas

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Video Estabilización de Taludes

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Para analizar la Estabilidad de Taludes es necesario determinar su Factor de Seguridad al deslizamiento, todos los Métodos de Calculo están ligados en boga a un mecanismo cinemático de Falla especifico, dentro de los Métodos de Equilibrio Límite los más usados son el Jambu y Bishop. 

En el estudio de la estabilidad de los taludes se abordan fenómenos de estado último o de rotura de masas de suelo. El agente externo responsable de la inestabilidad es una fuerza de masa, el peso y, eventualmente, los efectos de filtración, a los cuales hay que añadir otros factores como las sobrecargas (estáticas/dinámicas).

Al estudiar los fenómenos de inestabilidades de taludes, es necesario identificar y caracterizar los distintos tipos de comportamiento, y clasificarlos adecuadamente. Un análisis preciso del tipo de rotura permite optimizar las medidas de contención y estabilización de taludes y laderas, ya que atienden al mecanismo actuante, la velocidad y las dimensiones. Por el contrario, una incorrecta definición del mecanismo de rotura puede dar lugar a soluciones incorrectas o ineficaces, y en algunos casos contraproducentes.

La clasificación clásica mayormente aceptada por la comunidad internacional viene recogida por Varnes (1988), basada en el mecanismo de rotura y propagación del movimiento. De acuerdo a criterios morfológicos, se diferencian los siguientes tipos de movimientos:

Ejercicios resueltos y LIBROS de Estabilidad de Taludes PDF

Para los Ingenieros Geotécnicos es muy importante el manejo de los métodos de Estabilidad de Taludes, ya que la inestabilidad de un talud implica riesgo, lo que hace necesario aplicar diferentes métodos de estabilización con el objeto de aumentar el factor de seguridad, aumentando las fuerzas estabilizadoras.

Aquí podrás ver ejercicios y libros que te ayudaran a ampliar tus conocimientos, encontraras los distintos Métodos de Estabilización de Taludes, te recomendamos estos libros que han resultado útiles para nuestra profesión.

Análisis de Estabilidad de Taludes con aplicación EN MATLAB.

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Manual de Tecnicas de Estabilizacion Biotecnica de Taludesde Infraestructuras de Obra Civil

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Estabilización de Taludes con pantallas de concreto lanzado con malla electro soldada y anclajes de concreto reforzado

 

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Evaluación probabilística de la estabilidad de taludes en suelos residuales de granito completamente descompuesto

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ESTUDIO ESTABILIDAD DE TALUDES TALUD 2 CANTERA COMA DE S’AIGUA, (CAMPANET)

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ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELOS RESIDUALES EVALUADO EN EL CORTO Y LARGO PLAZO

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ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES Y SU CONTROL  PARTE III

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ANÁLISIS DE FILTRACIONES Y ESTABILIDAD DE TALUDES EN PRESAS DE TIERRA PARA SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS

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METODOLOGÍA ROCK ENGINEERING SYSTEM PARA DETERMINAR ESTABILIDAD GEOMECÁNICA EN TALUDES MINEROS

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GEOLOGÍA Y GEOTECNIA TEMA: ESTABILIDAD DE TALUDES

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ESTABILIDAD DE TALUDES,EDUARDO ALONSO PÉREZ DE ÁGREDA

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ESTABILIZACIÓN DE TALUDES. GUÍA PARA LA ELABORACIÓN DEL PROCEDIMIENTO

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GUÍA PRÁCTICA PARA LA ESTABILIZACIÓN DE TALUDES 

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MANUAL DE TALUDES INSTITUTO GEOLOGICO DE ESPAÑA

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SERIE DE TRABAJOS DE TIERRA EN CARRETERAS MANUAL DE PROTECCION DE TALUDES

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SISTEMA DE RECUBRIMIENTO DE MANTO VIVO PARA TALUDES DE ALTA PENDIENTE

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ESTABILIZACION DE SUELOS

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PROTECCION Y ESTABILIZACION DE TALUDES PARA EVITAR DESLIZAMIENTOS

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Listado de Libros de Estabilidad de Taludes

1. Análisis de estabilidad de taludes con aplicaciones en MATLAB. Ludger O. SuÁrez-Burgoa – 1ra. Edición – 2016

Este libro te muestra un abordaje clásico, simplista, rápido y económico del análisis de estabilidad de un talud, tanto en rocas como en suelos, es una alternativa inicial para una posterior programación de proyectos geotécnicos más avanzados, a través de la solución de problemas y cálculos numéricos con un lenguaje de programación como lo es Matlab, también te muestra todos los listados de los códigos y funciones nuevas desarrollados, libres para el uso, según los términos de la licencia abierta BSD.

2. ESTABILIZACIÓN DE SUELOS UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARCOS-2015

3. Estabilización de Taludes con pantallas de concreto lanzado con malla electro soldada y anclajes de concreto reforzado -2009

4. Evaluación probabilística de la estabilidad de taludes en suelos residuales de granito completamente descompuesto, fernandez y Villalobos -2018

5. ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS MÉTODOS DE ESTABILIDAD DE TALUDES Y SU CONTROL  PARTE III

6.ANÁLISIS DE FILTRACIONES Y ESTABILIDAD DE TALUDES EN PRESAS DE TIERRA PARA SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS

7. METODOLOGÍA ROCK ENGINEERING SYSTEM PARA DETERMINAR ESTABILIDAD GEOMECÁNICA EN TALUDES MINEROS

8. ESTABILIDAD DE TALUDES EN SUELOS RESIDUALES EVALUADO EN EL CORTO Y LARGO PLAZO

9. GEOLOGÍA Y GEOTECNIA TEMA: ESTABILIDAD DE TALUDES

10. ESTABILIDAD DE TALUDES,EDUARDO ALONSO PÉREZ DE ÁGREDA

11. ESTABILIZACIÓN DE TALUDES. GUÍA PARA LA ELABORACIÓN DEL PROCEDIMIENTO

12. ESTUDIO ESTABILIDAD DE TALUDES TALUD 2 CANTERA COMA DE S’AIGUA, (CAMPANET) Exp. 1304/06

13 GUÍA PRÁCTICA PARA LA ESTABILIZACIÓN DE TALUDES GENERADOS POR LA CONSTRUCCIÓN DE PLATAFORMAS PARA PERFORACIÓN MEDIANTE LA TÉCNICA DE HIDROSIEMBRA, EN EL ÁREA DE CAMPO LLANITO ECOPETROL S.A. 2013

14. MANUAL DE TALUDES INSTITUTO GEOLOGICO DE ESPAÑA

15. SERIE DE TRABAJOS DE TIERRA EN CARRETERAS MANUAL DE PROTECCION DE TALUDES, JAPÓN

16. PROTECCION Y ESTABILIZACION DE TALUDES PARA EVITAR DESLIZAMIENTOS JOSEPT ROBERT ANYELO JOHN SOTO VALDIVIA – CHILE

17. SISTEMA DE RECUBRIMIENTO DE MANTO VIVO PARA TALUDES DE ALTA PENDIENTE, RICHARD ALEJANDRO ACUÑA LEIVA

18. MANUAL DE TÉCNICAS DE ESTABILIZACIÓN BIOTÉCNICA EN TALUDES DE INFRAESTRUCTURAS DE OBRA CIVIL

Analisis de Estabilidad de Taludes

El análisis de  estabilidad de taludes es parte de la práctica de la ingeniería geotécnica, para determinar la estabilidad de una masa de suelo se debe determinar su coeficiente o factor de seguridad al deslizamiento, comparando los esfuerzos que tienden a producir el deslizamiento con aquellos que tienden a evitarlo.

Los objetivos principales del análisis de estabilidad de  taludes son los siguientes:

• Determinar las condiciones de estabilidad del talud (si es estable o inestable y el margen de estabilidad).
• Investigar los mecanismos potenciales de falla (analizar cómo ocurre la falla).
• Determinar la sensitividad o susceptibilidad de los taludes a diferentes mecanismos o factores detonantes (Efecto de las lluvias, sismos, otros.)
• Comparar la efectividad de las diferentes opciones de remediación o estabilización y su efecto sobre la estabilidad del talud.
• Diseñar los taludes óptimos en término de seguridad, confiabilidad y economía. 

Herramientas Disponibles

Para el análisis de la estabilidad de taludes se dispone de varias herramientas útiles en el momento de modelar y diseñar:

•  Tablas o ábacos.

•  Análisis gráficos.

• Cálculos manuales.

•   Hojas de cálculo.

•  Uso de Software.

Metodologias para el Analisis de Estabilidad de Taludes

Dentro de las metodologías disponibles, se encuentran los métodos de límite de equilibrio, los métodos numéricos y los métodos dinámicos para el análisis de caídos de roca y flujos, entre otros. 

Analisis de Limite de Equilibrio

Un análisis de límite de equilibrio permite obtener un factor de seguridad o a través de un análisis regresivo, obtener los valores de la resistencia al cortante en el momento de la falla. Una vez se han determinado las propiedades de resistencia al cortante de los suelos, las presiones de poros y otras propiedades del suelo y del talud, se puede proceder a calcular el factor de seguridad del talud. Este análisis de estabilidad consiste en determinar si existe suficiente resistencia en los suelos del talud para soportar los esfuerzos de cortante que tienden a causar la falla o deslizamiento.

La mayoría de los métodos de límite de equilibrio tienen en común, la comparación de las fuerzas o momentos resistentes y actuantes sobre una determinada superficie de falla. Las variaciones principales de los diversos métodos son, el tipo de superficie de falla y la forma cómo actúan internamente las fuerzas sobre la superficie de falla.

Factor de Seguridad

El factor de seguridad es empleado por los ingenieros para conocer cuál es el factor de amenaza para que el talud falle en las peores condiciones de comportamiento para el cual se diseña.

Fellenius (1922) presentó el factor de seguridad como la relación entre la resistencia al corte real, calculada del material en el talud y los esfuerzos de corte críticos que tratan de producir la falla, a lo largo de una superficie supuesta de posible falla:

F.S.=RESISTENCIA AL CORTANTE DISPONIBLE/ESFUERZO CORTANTE ACTUANTE

En las superficies circulares donde existe un centro de giro y momentos resistentes y actuantes:

F.S.=MOMENTO RESISTENTE DISPONIBLE /MOMENTO ACTUANTE

Superficie de Falla

El término superficie de falla se utiliza para referirse a una superficie asumida a lo largo de la cual puede ocurrir el deslizamiento o la rotura del talud; sin embargo, este deslizamiento o rotura no ocurre a lo largo de esas superficies si el talud es diseñado adecuadamente.

En los métodos de límite de equilibrio el factor de seguridad se asume que es igual para todos los puntos a lo largo de la superficie de falla; por lo tanto, este valor representa un promedio del valor total en toda la superficie. Si la falla ocurre, los esfuerzos de cortante serán iguales en todos los puntos a todo lo largo de la superficie de falla.  

Parámetros Utilizados en los Análisis de Límite de Equilibrio

•   Pesos Unitarios.
•   Resistencia al cortante.
•   Condiciones drenadas o no drenadas.
•   Esfuerzos totales y efectivos.
•   Estabilidad a corto y largo plazo.

Metodo de Talud Infinito

Este método se define, ya que se uso para realizar el análisis de sensibilidad del factor de seguridad,  variando los parámetros de cohesión C y ángulo de fricción interna φ, para la posición del NAF hallado durante la visita de campo, en el cual  el afloramiento del agua se tiene sobre la superficie del talud y adicionalmente se analizó para un flujo del agua paralelo a la superficie del talud, variando en este último la posición del NAF desde el contacto entre el suelo de relleno y el suelo residual, hasta llegar a la cara del talud.

El método de talud infinito es uno de los métodos que usan ábacos que simplifican de forma radical el cálculo de estabilidad de taludes. Con los ábacos presentados pueden analizarse dos tipos de condiciones basadas en análisis de taludes infinitos:

1. Taludes en material granular, donde el mecanismo de falla crítico es deslizamiento superficial o rodadura.

2. Taludes en suelo residual, donde una capa relativamente delgada de suelo subyace suelo firme o roca, y el mecanismo de falla crítico es de deslizamiento a lo largo de un plano paralelo al talud, en la parte superior del suelo firme.

Para el análisis del talud se debe tener presente la forma del afloramiento del agua freática.            

Dentro del desarrollo del trabajo se busca por este método modelar el talud desde el punto de vista que tiene el espesor de un suelo residual, que se encuentra apoyado sobre un estrato firme.

El análisis de la estabilidad de un talud es un proceso de tanteos, con suposiciones de las condiciones más críticas que en un momento dado se pueden presentar. 

Analisis de Estabilidad de Taludes

Talud Infinito

            Superficie de Falla: Recta

Se analiza un bloque superficial con un determinado espesor y una altura de nivel freático, y se supone una falla paralela a la superficie del terreno.

Equilibrio límite

Jambu Simplificada

Aplica para cualquier forma de superficie de falla. Al igual que Bishop asume que no hay fuerza de cortante entre dovelas. La solución es sobredeterminada que no satisface completamente las condiciones de equilibrio de momentos. Sin embargo, Jambu utiliza un factor de corrección fo para tener en cuenta este posible error. Los factores de seguridad son bajos.   

Bishop Simplificado 

aplica para fallas circulares. Asume que todas las fuerzas de cortante entre dovelas son cero. Reduciendo el número de incógnitas.

Calculo de Estabilidad de Taludes

La naturaleza y la homogeneidad de los materiales constitutivos son básicos para plantear y definir el problema de la estabilidad de un talud en cualquiera de sus múltiples aspectos. El ingeniero, como es en él usual, analiza estos problema tratando de extraer los suficientes conocimientos de carácter general como para poder establecer un modelo matemático en el que el analizar la estabilidad sea una simple cuestión de lápiz y papel y aplicación de tal o cual procedimiento matemático o secuencia de cálculo algebraico.

Los métodos de cálculo, para definir la estabilidad, establecen un mecanismo cinemático de falla, extraído naturalmente de la experiencia, con base en el cual se analizan las fuerzas tendientes a producir el movimiento como fuerzas de gravedad, filtración, presión de agua y fuerzas motoras, las cuales se han de comparar por algún procedimiento con las fuerzas que son capaces de desarrollarse y que tienden a que el mecanismo de falla no se produzca como resistencia del terreno, raíces y otras (fuerzas resistentes). Es decir que la estabilidad se entiende como la seguridad de una masa de tierra contra la falla o el movimiento. Así todos los métodos de cálculo en boga están ligados a un mecanismo cinemático de falla específico, por lo que solo serán aplicables a aquellos problemas de estabilidad en que la falla sea del tipo que se considera.

El propósito del cálculo de la estabilidad se centra en dos temas principales. El primero es determinar la resistencia media al corte “s” de los suelos a partir de deslizamientos ya producidos. El segundo punto a tratar es la determinación del coeficiente de seguridad “F” que define la estabilidad del talud.

Calculo de «s» a partir de Deslizamientos ocurridos

Durante la construcción, suelen a veces producirse roturas locales de los taludes de desmontes o de terraplenes. Dichas roturas indican que el valor medio de la resistencia mínima al corte ha sido sobrestimado y estos deslizamientos ofrecen una oportunidad excelente para valorar la resistencia mínima real, y evitar nuevos accidentes en la obra cambiando el proyecto en función de los nuevos datos. El procedimiento a seguir consiste en determinar por medio de perforaciones o excavaciones, la posición de la superficie de deslizamiento, computar los pesos de las distintas partes de la masa que tendió a producir o a oponerse al deslizamiento, y calcular la resistencia media al corte s del suelo que resulta necesaria para satisfacer las condiciones de equilibrio.

El método que se utiliza para determinar la resistencia media al corte de los suelos, en función de los datos que se pueden obtener de deslizamientos ocurridos viene ilustrado por la siguiente figura:

Por medio de mediciones en el terreno, se obtiene la profundidad z_c de las fisuras de tracción y de la forma de la superficie de deslizamiento. La línea de deslizamiento se sustituye luego por un arco de círculo de radio r y de centro en

1. Planteando sumatoria de momentos alrededor del punto O se obtiene:

W₁l₁ = W₂l₂ + sr d₁e₁

Despejando s

s = W1l1   – W2l2

rd1e2

W₁: peso de la masa de suelo situado a la derecha de la línea punteada.

W₂: peso de la masa de suelo situado a la izquierda de la línea punteada.

Taludes en arena seca sin cohesion

Un talud de arena limpia es estable cualquiera sea su altura, siempre que el ángulo β entre el talud y la horizontal sea igual o menor que el ángulo de fricción interna Φ de la arena en estado suelto. El coeficiente o factor  de seguridad del talud con respecto a su deslizamiento puede expresarse por la relación siguiente:

Cualquiera sea su altura, la existencia de taludes con ángulos de inclinación mayores de Φ es una imposibilidad en caso de arenas limpias.

Taludes en suelos puramente cohesivos

La resistencia media al corte s de la superficie potencial de deslizamiento de una arcilla blanda homogénea saturada bajo condiciones no drenadas (Φ=0) es aproximadamente a la mitad de la resistencia a la compresión simple q_u de la arcilla. A este valor se lo denomina cohesión c

Conocido c, la altura crítica H_c de un talud con ángulo con ángulo de inclinación.

β puede expresarse por la ecuación siguiente:

En esta ecuación, el coeficiente de estabilidad N_s es un número sin dimensiones cuyo valor depende solo del ángulo β del talud y del factor de profundidad n_d que expresa la profundidad a que la arcilla descansa sobre una base firme.

Según la figura siguiente la rotura de todos los taludes con un ángulo mayor a 53º se produce por un círculo de pie. Si β es menor de 53º, el tipo de rotura depende del valor del factor de profundidad n_d, y para valores bajos de n_d, también del ángulo β del talud. Si n_d es igual a 1 la rotura del talud se produce por un círculo de talud, y si n_d es mayor que 4, el talud se desliza por un círculo del punto medio, tangente a la base firme, cualquiera sea el valor de β. Para valores intermedios, la rotura se produce por un círculo de talud si el punto que representa los valores de n_d y β se halla por encima del área sombreada de la figura. Si el punto se halla dentro del área sombreada el círculo crítico es un círculo de pie. Por último, si el punto se encuentra debajo de dicha área, el talud rompe por un círculo del punto medio tangente a la base firme.

Taludes irregulares en suelos no uniformes. Metodo de las fajas.

Si el talud tiene una superficie irregular de modo que no puede ser representado por una línea recta, o si existe la posibilidad de que la superficie de deslizamiento pase a través de varios materiales con diferentes valores de cohesión (c) y del ángulo de fricción interna (f), la estabilidad se puede analizar convenientemente utilizando el método de las fajas.

Metodos de Estabilizacion de Taludes

• Excavación
• Drenaje
• Contrafuerte de Tierra o Roca (Bermas de Relleno)
• Estructuras de Retención
• Técnicas Especiales

Metodos de Estabilizacion de Taludes en Suelos

• Estabilización de taludes mediante banquetas.
• Muros y taludes reforzados con geosintéticos.
• Tierra reforzada.
• Soil nailing.
• Muros de gaviones.
• Recubrimiento con concreto lanzado.
• Revestimiento con vegetación para el control de la erosión.
• Protección con biomanta en carretera.
• Sistemas de contención externos e internos.

Métodos de Estabilización de Taludes en Rocas

• Métodos de refuerzo para taludes de roca.
• Métodos de remoción de rocas para estabilización de talud.
• Pernos de roca.
• Detalles de shotcrete reforzado con pernos de roca.
• Sistemas de anclaje usando barras y cordones.
• Anclajes removibles.

Proteccion Contra caida de Rocas

• Barrera para caídas de roca construida con suelo reforzado con geosintético y madera de protección.
• Barrera para caídas de roca con gaviones carretera centra.
• Barrera para caídas de roca construida con gaviones carretera central.
• Barrera para caídas de roca con muros de concreto ciclópeo carretera central.
• Barrera para caídas de roca con muro de concreto ciclópeo carretera central.
• Vallas estáticas y enmallado.

EL MÉTODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS (FEM)

Para determinar el factor de seguridad o la carga última, el FEM puede ser empleado a través de dos procedimientos (Naylor, 1982): Directo y Límite Mejorado. En el directo, el análisis de la estabilidad de pendientes es realizado, o bien, disminuyendo sistemáticamente la resistencia cortante del suelo (Método de reducción de la resistencia al corte) o en su defecto, incrementando las cargas superficiales o másicas aplicadas. En el procedimiento límite mejorado, el campo de esfuerzos, determinado mediante un análisis de elementos finitos, es empleado conjuntamente con los conceptos de equilibrio límite para determinar la estabilidad.

Preguntas Frecuentes:

Fuentes:

☑️ Baker, R., M. Garber, 1978. Theoretical analysis of the stability of slopes. Géotechnique.

☑️ Griffiths. D.V., P. Lane, 1999. Slope stability analysis by finite elements. Géotechnique.