Las estructuras de suelo reforzado consisten en la colocación de capas de refuerzo en el proceso de conformación de terraplenes con taludes de pendiente altas. Internamente deben su resistencia al refuerzo y externamente actúan como estructuras masivas por gravedad. Son fáciles de construir. Utilizan el suelo como su principal componente y pueden adaptarse fácilmente a la topografía.
Tipos de refuerzos utilizados.
Los muros y taludes de suelo pueden ser reforzados con láminas o mallas metálicas o geosintéticos (geotextiles o geomallas).
Refuerzos metálicos.
- Tiras de láminas metálicas: las láminas comercialmente disponibles son corrugadas por ambos lados, tienen un ancho de aproximadamente 50 milímetros (2 pulgadas) y espesor de 4 milímetros.
- Tiras de mallas metálicas soldadas: las mallas de acero utilizadas generalmente tienen espaciamientos longitudinales entre 6 y 8 pulgadas, y transversales de 9 a 24 pulgadas.
Los refuerzos de geosintéticos.
Son generalmente muy económicos y fáciles de construir. Sin embargo, existe un principal problema detectado, es la gran magnitud de las deformaciones, lo cual representa un problema para su utilización en estructuras importantes. Generalmente se utilizan productos elaborados con polímeros.
- Geomallas de polietileno de alta densidad: comúnmente consisten en mallas uniaxiales, las cuales son ofrecidas comercialmente en hasta 6 diferentes resistencias.
- Geomallas de poliéster cubierto con PVC: generalmente consisten en Geomallas que están caracterizadas por una tenacidad alta de fibras de poliéster en el sentido longitudinal.
- Geotextiles de polipropileno o poliéster: son geotextiles tejidos de alta resistencia, los cuales se utiliza principalmente para la estabilización de taludes. Se han utilizado tantos geotextiles de poliéster como polipropileno
CONCLUSIONES.
Al momento de dar solución a la inestabilidad de un talud, es necesario para cualquier obra de estabilización tener en cuenta tres factores primordiales como son: la seguridad, funcionalidad y la economía de la obra.
Analizando las propiedades físico-mecánicas de los material (coluviales y aluviales), se deduce que el tipo de falla presente en el talud correspondería a una falla de talud infinito. Siendo este tipo de fallas características para este tipo de talud, presentándose la falla paralela a la superficie del talud, influyendo los valores de estas propiedades en el factor de seguridad obtenido.
De acuerdo a las precipitaciones de la zona (150mm por mes), el contenido de agua presente en la masa de suelo contribuye a la disminución de la estabilidad del talud, saturando el suelo y disminuyendo la resistencia del terreno, siendo este el principal factor condicionante que afecta a la estabilidad del talud. Así mismo existen factores desencadenantes como; las sobrecargas estáticas y las cargas dinámicas que se ejercen sobre el talud, modificando la distribución de las fuerzas y generando condiciones de inestabilidad. Entre las primeras está el paso de maquinaria pesada que transitan en el túnel sub-horizontal, contribuyendo al aumento de las fuerzas desestabilizadoras, las cargas dinámicas se debe principalmente a los movimientos sísmicos y a las vibraciones producidas por las voladuras realizadas cercanas al talud.
De acuerdo al análisis de los perfiles de interpretación mediante el método de equilibrio límite se obtuvo un factor de seguridad de Fs= 1.23 (Método de Janbú), indicando su inestabilidad, dado que no cumple con los criterios de estabilidad conforme a obras de envergadura Fs= 1.5. Teniendo coherencia con las observaciones realizadas en campo. Realizando el análisis tenso-deformacional se determinó un Factor de seguridad Fs= 0.70
bajo condiciones sísmicas y un factor de seguridad Fs= 0.95 sin condiciones sísmicas. Deduciendo al talud como inestable conforme a su factor de seguridad, existiendo mayor inestabilidad del talud empleando condiciones sísmicas.
Una forma de corroborar el análisis realizado por el método de equilibrio límite es empleando el software geotécnico Phase2, obteniendo factores de seguridad diferentes, Fs= 0.70 (elementos finitos) y Fs= 1.23(equilibrio límite) dado que el método tenso- deformacional proporciona una mayor cantidad de información acerca del talud analizado, a diferencia del método tradicional de equilibrio límite, es decir da mayor información acerca de esfuerzos en cualquier punto del terreno, deformaciones y el comportamiento general del talud, conociendo con exactitud cuál es el punto con mayor esfuerzo o con mayores deformaciones. Concluyendo que la mejor metodología a emplear en el análisis de taludes es el método tenso-deformacional.
Para mejorar la estabilidad del talud y como una medida de remediación, se propone la correcta colocación y ubicación de drenes, incluyendo zanjas de coronación y drenes horizontales o subdrenes. Realizando un recubrimiento o protección de la superficie, evitando así futuros desplazamientos.
RECOMENDACIONES.
- Se recomienda un tipo de mantenimiento al talud efectuándose al menos cada 3 meses en condiciones normales, pero los intervalos pueden variar dependiendo de reportes de peligro, movimientos sísmicos constantes, intensidad de lluvias y construcciones realizadas conforme el avance del proyecto, realizando monitoreos permanentes.
- Realizar trabajos definidos como mantenimiento primario el cual se describe a continuación:
Limpieza el talud especialmente de las bermas de la vegetación muerta o en riesgo de desprendimiento y material suelto, removiendo el material suelto cuando el volumen sea bajo (la conformación de las bermas deben tener del 1 a 1.5% de pendiente hacia la cuneta).
Realizar en lo posible la reforestación con especies vegetales endémicas del sector en zonas de material suelto, para mitigar posibles deslizamientos producidos por efecto de la erosión y la colocación de un geotextil a lo largo de las bermas inferiores del talud.
Limpieza de canales y drenajes de cualquier tipo que tenga el talud, especialmente en la corona y el pie del talud, teniendo mucha precaución donde existen nacimientos de agua o desfogue de aguas subterráneas, proporcionando una circulación libre del agua, para no causar estancamientos que puedan provocar inestabilidad en el talud.
- Para un mejor análisis de estabilidad es necesario una visualización en campo de la geometría y tipo de movimiento de masa, para tener criterio al momento de realizar las modelaciones en los diferentes programas.
- Se deberá tomar a consideración las medidas de remediación para evitar desplazamientos futuros por agentes externos; en el caso del agua, esta se infiltra dentro de la masa de suelo segregando las partículas pudiendo llegar a producir un efecto interno (tubificación), que a largo plazo ocasione que la erosión que se genera dentro del talud sean causantes del fallo del mismo. Como medida a este fenómeno es recomendable la correcta ubicación y construcción de cunetas de coronación que conduzcan el agua fuera del área del talud.
- Se recomienda continuar con este tipo de prácticas pre-profesionales a Proyectos Estratégicos a fines con la especialización, adquiriendo experiencia laboral, plasmando los conocimientos adquiridos en las aulas y poniéndolo en práctica en campo.
- Un cálculo confiable del factor de seguridad depende de la precisión con la que se cuantifique los parámetros geotécnicos de los suelos usados en la construcción del
talud; por lo que se deben efectuar los ensayos requeridos para cada estado de carga al que se verán sometidas las mismas, procurando siempre alcanzar un diseño que optimice la seguridad y el gasto económico de la obra.
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CARLOS ROMÁN Y ADOLFO VALAREZO ESQUINA DIAGONAL AL COLEGIO ADOLFO VALAREZO TELÉFONO: 072579098 – 0994648254
LOJA – ECUADOR
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1. INTRODUCCIÓN
Con las muestras alteradas recuperadas en campo, se realizaron ensayos de laboratorio para
clasificar e identificar todos los materiales muestreados y determinar sus propiedades índice y
físico – mecánicas, de acuerdo a normas nacionales e internacionales.
2. TRABAJOS DE LABORATORIO
En campo se realiza la toma de 6 muestras alteradas tomadas a 1.00 metro de profundidad. La
ubicación y la profundidad de toma fueron determinadas por Técnicos de Hydrochina.
Para complementar la información obtenida en campo, se realizaron ensayos de laboratorio con
muestras alteradas, representativas del sondeo. Los ensayos realizados son:
ENSAYO
NORMA
Determinación del contenido de agua
NTE INEN 690
ASTM D2938
Análisis granulométrico
NTE INEN 696 Y 697
ASTM D422
Determinación del Límite Líquido
NTE INEN 691
ASTM D4318
Determinación del Límite Plástico
NTE INEN 692
ASTM D4318
Peso Específico del Suelo
ASTM D584
AASHTO T 100
Ensayo de Compactación Proctor (Densidad Seca Máxima)
ASSHTO T-99
Porosidad y Saturación
N/A
Ensayo de Compresión Triaxial UU
ASTM D2850
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2.1. Contenido de Humedad (NTE INEN 690 – ASTM D2938)
Este ensayo determina la cantidad de agua que contiene el suelo. En las siguientes fotos se pude
observar los materiales y equipos necesarios para realizar esta prueba:
Figura 2.1. Equipo y materiales para determinar el
contenido de humedad. Figura 2.2. Peso del material húmedo
Figura 2.3. Secado del material en el horno Figura 2.4. Peso del material seco
2.2. Granulometría (NTE INEN 692 – ASTM D4318)
Este método permite, mediante tamizado, determinar la distribución por tamaños de las
partículas mayores que 0,075 mm, de una muestra de suelo.
Figura 2.5. Equipo y materiales para realizar el análisis
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2.3. Límite Líquido (NTE INEN 692 – ASTM
D4318)
Humedad expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo
remoldeado en el límite entre los estados plástico y semisólido. Corresponde a la humedad
necesaria para que bastones cilíndricos de suelo de 3mm de diámetro se disgreguen en trozos
de 0,5a 1cm. de largo y no puedan ser reamasados ni reconstituidos.
Figura 2.7. Equipo y materiales para determinar el límite
líquido. Figura 2.8. Peso del material húmedo en un
punto
Figura 2.9. Secado del material en el horno Figura 2.10. Peso del material seco
2.4. Límite Plástico (NTE INEN 692 – ASTM
D2938)
El límite Líquido, es la humedad, expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en
horno, de un suelo remoldeado en el límite entre los estados líquido y plástico.
Corresponde a la humedad necesaria para que una muestra de suelo remoldeada,
depositada en la taza de bronce de la máquina Casagrande y dividida en dos porciones
simétricas separadas 2 mm entre sí, fluya y entren en contacto en una longitud de 10 mm,
aplicando 25 golpes.:
Figura 2.12. Peso del material húmedo en el límite plástico
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Figura 2.13. Secado del material en el horno Figura 2.14. Peso del material seco
2.5. Gravedad Específica del Suelo (ASTM D854 – AASHTO T100)
Este método establece el procedimiento para determinar, mediante un picnómetro, la densidad
de partículas sólidas de suelos compuestos por partículas menores que 5 mm.
Figura 2.15. Equipo y materiales para determinar el peso
específico del suelo. Figura 2.16. Peso del material para ensayo
Figura 2.17. Remoción del aire del agua Figura 2.18. Peso final y secado al horno de la muestra
2.6. Compactación Proctor Estándar (ASTM D698 - AASHTO T99)
Este método establece el procedimiento para determinar la relación entre la humedad y la densidad
de un suelo compactado en un molde normalizado, mediante un pisón de 2,5 Kg. en caída libre
desde una altura de 305 mm, con una energía específica de compactación de 0,59
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Figura 2.19. Equipo y materiales para determinar la densidad seca máxima y el óptimo contenido de
humedad. .
Figura 2.21. Compactación del material
2.7. Porosidad y Grado de Saturación
Con este ensayo se define el valor de porosidad a partir de la relación entre el volumen de huecos
y el volumen total del elemento considerado. Y el grado de saturación como la relación entre el peso
del agua que contiene la muestra en estado natural y el que contendría si estuviera saturado.
Figura 2.23. Equipo y materiales para determinar la
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Figura 2.25. Llenado de los poros con agua Figura 2.26. Pesado final de la muestra con los
poros llenos de agua.
2.8. Ensayo de Compresión Triaxial (ASTM
2850)
Este método se refiere a la determinación de los parámetros de resistencia de los suelos mediante
el ensayo de compresión triaxial. El método realizado es el ensayo no consolidado no drenado
(UU). Los parámetros obtenidos son el ángulo de fricción interna (ø) y la cohesión (C). Para el
presente caso se realizó el ensayo a partir de muestras remoldeadas llegando a producir el peso
unitario, la humedad y la estructura del suelo deseadas.
Los resultados obtenidos de Límites y Granulometría, se utilizaron para realizar la clasificación de
los suelos de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), según la norma ASTM
D2487. En la siguiente tabla se puede observar un resumen de los ensayos realizados y en
el Anexo Nº 2 se presentan todos los resultados de los ensayos de laboratorio.
Sondeo Prof. (m) Humedad Natural (%) Límite Líquido Límite Plástico Índice de Plasticidad GRANULOMETRÍA Clasificación SUCS N° 4 N° 10 N° 40 N° 200 Grava Arena Finos
C-1 1.00 23 34 29 5 97 89 74 42 3 55 42 SM C-2 1.00 16 NP NP NP 94 80 56 23 6 71 23 SM C-3 1.00 13 NP NP NP 70 51 30 15 30 55 15 SM C-4 1.00 19 31 26 5 80 69 50 27 20 53 27 SM C-5 1.00 25 45 27 18 91 82 62 43 9 48 43 SM C-6 1.00 19 26 19 7 91 85 78 51 9 40 51 CL-ML
Tabla # 2.2. Resultados de los Ensayos realizados.
Sondeo Cohesión (Kg/cm²) Ángulo de Fricción Interna (°) Densidad Seca Máxima (Kg/m³) Óptimo Contenido de Humedad (%) Gravedad Específica Peso Específico Aparente del suelo seco (g/cm³) Peso específico del suelo seco (g/cm³) Porosidad Grado de Saturación C-1 0.02 14 2034 15.89 2.702 1.23 2.24 0.45 0.58 C-2 0.23 13 2066 14.20 2.742 1.31 2.16 0.39 0.50 C-3 0.33 20 2122 14.07 2.741 1.73 2.62 0.34 0.56
C-4 0.37 13 2199 11.85 2.683 1.70 2.42 0.30 0.95
C-5 0.36 13 1955 19.10 2.710 1.55 2.67 0.42 0.86
C-6 0.3 6 2083 13.73 2.649 1.74 2.85 0.39 0.78
Anexo 3. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD MEDIANTE EL MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE 3.1. Corrido del programa GeoStudio (Slope/w)
FILE INFORMATION
- Revision Number: 16
Date: 3/5/2016
Time: 23:36:33
File Name: perfil casa de maquina final.gsz
Directory: D:\Escritorio\perfiles phase 8.0 tesis\
Last Solved Date: 3/5/2016
Last Solved Time: 23:36:38 - Project Settings Length(L) Units: meters
Time(t) Units: Seconds
Force(F) Units: kN
Pressure(p) Units: kPa
Strength Units: kPa
Unit Weight of Water: 9.807 kN/m³
View: 2D
- Analysis Settings
- SLOPE/W Analysis _con_sismo
Description: Analisis_Talus_Casa_de_Maquinas_con sismo
Kind: SLOPE/W
Parent: SLOPE/W Analysis
Method: Morgenstern-Price
- Settings
Apply Phreatic Correction: No Side Function
Interslice force function option: Half-Sine
PWP Conditions Source: Piezometric Line
Use Staged Rapid Drawdown: No - Slip Surface
Direction of movement: Left to Right
Use Passive Mode: No
Slip Surface Option: Grid and Radius
Critical slip surfaces saved: 1
Optimize Critical Slip Surface Location: No - Tension Crack
Tension Crack Option: (none) - FOS Distribution
- Advanced Number of Slices: 30
Optimization Tolerance: 0.01
Minimum Slip Surface Depth: 0.1 m
Optimization Maximum Iterations: 2000
Optimization Convergence Tolerance: 1e-007
Starting Optimization Points: 8
Ending Optimization Points: 16
Complete Passes per Insertion: 1
Driving Side Maximum Convex Angle: 5 °
Resisting Side Maximum Convex Angle: 1 °
- Materials
Deposito Coluvial Deposito Aluvial Roca fuertemente meteorizada
Model: Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb Mohr-Coulomb
Unit Weight: 18 kN/m³ 22 kN/m³ 26.56 kN/m³
Cohesion: 29.8 kPa 5 kPa 180 kPa
Phi: 13.2 ° 35 ° 30.33 °
Phi-B: 0 ° 0 ° 0 °
Piezometric Line: 1 1 1
- Slip Surface Grid
Upper Left: (43.07692, 128) m Lower Left: (43.07692, 96) m Lower Right: (123.07692, 96) m Grid Horizontal Increment: 7 Grid Vertical Increment: 4 Left Projection Angle: 0 ° Right Projection Angle: 0 °
- Slip Surface Radius
Upper Left Coordinate: (110.76923, 12.8) m Upper Right Coordinate: (12.30769, 12.8) m Lower Left Coordinate: (113.54, 29.98) m Lower Right Coordinate: (12.30769, 76.8) m Number of Increments: 7
Left Projection: No
Left Projection Angle: 135 ° Right Projection: No
Right Projection Angle: 45 ° - Slip Surface Limits Left Coordinate: (0, 100) m Right Coordinate: (160, 23.46) m
- Critical Slip Surfaces
Slip
Surface
FOS Center (m) Radius (m) Entry (m) Exit (m)
1 310 1.23 (111.648, 128) 97.31 (18.4537, 100) (131.944, 32.8299)
- Slices of Slip Surface: 310
Slip Surfac e X (m) Y (m) PWP (kPa) Base Normal Stress (kPa) Frictional Strength (kPa) Cohesive Strength (kPa) 1 310 18.646865 99.37256 -312.65399 -41.548837 -9.7451918 29.8 2 310 20.14 95.126385 -276.21759 1.4806938 0.34729359 29.8 3 310 23.315 87.42564 -211.76333 72.756427 17.064866 29.8 4 310 26.065 81.725345 -165.45718 132.30486 31.031826 29.8 5 310 29.48397 76.081095 -122.02946 203.85839 47.814554 29.8 6 310 32.18897 71.827345 -89.744139 195.21129 136.68842 5 7 310 34.5 68.797825 -68.09227 207.97909 145.62853 5 8 310 36.935 65.65455 -45.891797 219.2191 153.49886 5 9 310 37.91 64.511615 -38.541752 225.37731 157.81089 5 10 310 40.83846 61.332665 -18.954244 246.80787 172.81673 5 11 310 43.47324 58.56598 -2.2479365 262.30577 183.66848 5 12 310 45.67478 56.510905 9.1943247 257.70814 174.01125 5 13 310 49.41 53.238255 27.030315 282.64758 178.98513 5 14 310 53.27 50.18365 42.756377 339.32383 207.65876 5 15 310 57.13 47.4298 55.530964 391.92017 235.54226 5 16 310 59.385 45.91692 62.055112 421.38767 251.60736 5 17 310 61.496665 44.635145 66.839835 430.32355 254.51404 5 18 310 65.07 42.585985 73.762007 437.99724 255.04025 5 19 310 68.643335 40.731225 78.777001 441.30383 253.84402 5 20 310 72.09 39.11202 81.9498 434.8733 247.1197 5 21 310 74.83 37.931775 83.423934 436.16828 246.99425 5 22 310 76.385 37.3056 83.830497 448.35438 255.24237 5 23 310 78.88 36.398305 83.529183 447.43115 254.8069 5 24 310 82.92 35.05136 81.845674 435.8213 247.8564 5 25 310 86.96 33.897065 78.269495 419.46761 238.90949 5
27 310 94.065 32.297675 66.809946 390.13018 226.39126 5 28 310 96.925 31.827815 58.268771 374.31654 221.29903 5 29 310 100.555 31.341645 46.345902 333.10262 200.78921 5 30 310 104.185 30.9937 33.070309 287.63478 178.24796 5 31 310 107.095 30.802765 21.563107 256.02057 164.16888 5 32 310 108.275 30.74852 16.669391 247.79221 161.83394 5 33 310 110.192 30.718145 8.1538365 227.79929 153.7974 5 34 310 112.782 30.69955 -3.5715911 199.48513 139.68099 5 35 310 115.3775 30.77886 -10.2632 168.09949 117.70453 5 36 310 119.0525 30.989585 -17.187564 119.70899 83.821139 5 37 310 122.22 31.275195 -24.175577 74.324297 52.042433 5 38 310 124.2726 31.51511 -29.241535 49.653185 34.767535 5 39 310 126.6126 31.86141 -35.729995 37.309238 8.7508029 29.8 40 310 130.025 32.458415 -48.101594 19.096483 4.4790397 29.8 41 310 131.88175 32.816795 -56.146914 7.1020327 1.6657667 29.8
Anexo.4. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS.
- Anexo. 4.1. Modelización del talud en el MEF, geometría, materiales, mallado y condiciones de contorno.
Anexo. 4.1. Modelización del talud en el MEF, geometría, materiales, mallado y condiciones de contorno.
1 1 Critical SRF: 0.01 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 1.40 0.00 1.40 3.50 7.00
Material Name Color Initial Element Loading Unit Weight (MN/m3) Elastic Type Young's Modulus (MPa) Poisson's Ratio Failure Criterion Material Type Tensile Strength (MPa) Dilation Angle (deg) Friction Angle (peak) (deg) Friction Angle (residual) (deg) Cohesion (peak) (MPa) Cohesion (residual) (MPa) Piezo Line Hu suelo coluvial Field Stress and
Body Force 0.018 Isotropic 35 0.3 Mohr
Coulomb Plastic 0 0 13.2 0.001 0.0298 0.001 Staged 1 Deposito Aluvial Field Stress and
Body Force 0.022 Isotropic 30 0.35 Mohr
Coulomb Plastic 0 0 35 0.001 0.005 0.001 Staged 1 Roca fuertemente meteorizada Field Stress and
Body Force 0.02656 Isotropic 749 0.4 Mohr
Coulomb Plastic 0 0 30.33 0.001 0.18 0.001 Staged 1
0.13 0.07 Strength Factor 0.00 0.70 1.40 2.10 2.80 3.50 4.20 4.90 5.60 6.30 7.00 7.70 8.40 9.10 9.80 10.50 11.20 11.90 12.60 13.30 14.00 1025 1000 975 950 925 900 A ne xo . 4.2 . C orr ido de l m od el o con pa rá m et ros sí sm icos .
Anexo 5. Plano de tratamiento para el Talud Izquierdo de la Zanja de Tubería de la zona de Casa de Maquinas.