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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL REGIÓN POZA RICA - TUXPAN

“Estabilización de taludes en el tramo carretero Huayacocotla

Veracruz – Zacualtipán hidalgo “

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

PRESENTA

FELIX ENRIQUE BADILLO MARTINEZ

DIRECTOR

Dr. ROBERTO RENE GARIBAY

POZA RICA DE HGO. VERACUZ JUNIO 2014

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Dedicatorias

Agradezco a todas las personas que de una u otra forma estuvieron conmigo, porque

cada una aportó con un granito de arena; y es por ello que a todos y cada uno de ustedes

les dedico todo el esfuerzo, sacrificio y tiempo que entregué a esta tesis.

A dios. Gracias a dios por darme la oportunidad de vivir esta vida llena de bendiciones

y haberme dado la inteligencia salud y fuerza para concluir mis estudios y compartir

estos grandes logros con mis seres queridos.

A mis padres. Sra. Enriqueta Martínez Soto y Sr. Félix Badillo Trejo por haberme

educado e inculcado valores los cuales me ayudaron a lograr este objetivo, por su

orientación que me han dado para poder realizar mis estudios y mi vida. Agradezco los

consejos brindados en esos momentos difíciles que me ayudaron a no perder la batalla,

por ayudarme a tomar esas decisiones que han cambiado mi vida para bien y sobre todo

gracias por todo este amor que me dan.

A mis hermanos. Gracias por el apoyo que me han brindado a lo largo de todo este

tiempo, por sus consejos y enseñanzas y sobre todo gracias por permitir vivir a lado suyo

y ser mejor día a día.

A mis amigos. Por todos esos momentos que pasamos juntos en las buenas y en las malas,

porque gracias a ustedes realizamos de cada día en la facultad una aventura

inolvidable.

A mis maestros. Por haber compartido su conocimiento y experiencia a lo largo de su

vida profesional y proporcionarme las herramientas necesarias para ser un

profesionista exitoso.

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Tabla de contenido

Capítulo 1 Aspectos generales………………………………………………………………………………….......…..4

Introducción .................................................................................................................................. 5

Justificación ................................................................................................................................... 6

Hipótesis ........................................................................................................................................ 6

Planteamiento del problema. ....................................................................................................... 7

Interrogantes ................................................................................................................................. 7

Objetivos ....................................................................................................................................... 8

Objetivo general ........................................................................................................................ 8

Objetivos específicos ................................................................................................................. 8

Limitaciones del proyecto ............................................................................................................. 9

Capítulo 2 referencias conceptuales………………………..……………….……………………………….......…..4

Marco Teórico ............................................................................................................................. 10

Definición de talud .................................................................................................................. 10

Definición de estabilidad. ........................................................................................................ 10

Definición de deslizamiento. ................................................................................................... 10

Tipos de fallas más comunes. .................................................................................................. 11

Falla por deslizamiento superficial ...................................................................................... 11

Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes .................... 12

Falla por movimiento del cuerpo del talud ......................................................................... 12

Falla rotacional .................................................................................................................... 13

Falla Traslacional ................................................................................................................. 14

Flujos ................................................................................................................................... 16

Flujos en materiales húmedos. Flujos de lodos .................................................................. 17

Fallas por erosión ................................................................................................................ 18

Fallas por licuación .............................................................................................................. 18

Métodos para el análisis de taludes ........................................................................................ 18

Método de tablas o número de estabilidad ........................................................................ 18

Método del talud infinito .................................................................................................... 19

Método del bloque deslizante ............................................................................................ 20

Método Ordinario o de Fellenius (método sueco) .............................................................. 21

Método de Bishop ............................................................................................................... 21

Método de Janbú ................................................................................................................ 22

Método de Spencer ............................................................................................................. 23

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Método de Morgenstern y Price ......................................................................................... 24

Elección del método a utilizar ................................................................................................. 24

Capítulo 4 exploración y muestreo………………………………………………………..……………………………24

Métodos de exploración y muestreo .......................................................................................... 25

Métodos de exploración directa ............................................................................................. 25

Métodos de exploración semi directos ................................................................................... 25

Métodos de exploración indirectos ........................................................................................ 25

Pruebas de laboratorio ................................................................................................................ 25

Granulometría ......................................................................................................................... 25

Plasticidad ............................................................................................................................... 25

Clasificación de suelo (S.U.C.S)................................................................................................ 25

Permeabilidad ......................................................................................................................... 25

Prueba directa al esfuerzo cortante ........................................................................................ 25

Prueba compresión triaxial ..................................................................................................... 25

Prueba de compresión simple ................................................................................................. 25

Prueba de compactación proctor estándar ............................................................................ 25

Prueba de valor cementante ................................................................................................... 25

Capítulo 4 análisis de estabilidad de taludes………………………………………..……………………………24

Capítulo 5 diseño de taludes………………………………………..……………………………………………………24

Capítulo 6 resultados y validación de la investigación…………………………..……………………………24

Capítulo 7 conclusiones y recomendaciones………………………………….……..……………………………24

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CAPITULO 1

Introducción

La ingeniería se ha desarrollado a lo largo de los últimos años en cuanto a vías

de comunicación tal como canales caminos o ferrocarriles la construcción de

otras estructuras de ingeniería como presas y canales han puesto al diseño y

construcción de taludes en un plano de importancia ingenieril. Tanto por el

aspecto de inversión, como el de consecuencias derivadas de su falla, los

taludes constituyen hoy una de las estructuras ingenieriles que exigen mayor

cuidado por parte del proyectista.

Es obvio que la construcción de estas estructuras es probablemente tan antigua

como la misma humanidad; sin embargo, durante casi toda la época histórica

han constituido un problema al margen de toda investigación científica; hasta

hace relativamente pocos años, los taludes se manejaron con normas puramente

empíricas, sin ningún criterio generalizador de las experiencias adquiridas. La

expansión del ferrocarril y el canal primero y de la carretera después provocaron

los primeros intentos para un estudio racional de este campo; pero no fue hasta

el advenimiento de la mecánica de suelos cuando fue posible aplicar al diseño

de taludes normas y criterios, que sistemáticamente tomasen en cuenta las

propiedades mecánicas e hidráulicas de los suelos constitutivos, obteniendo

experiencia sobre bases firmes y desarrollando las ideas y teorías que permiten

conocer cada vez más detalladamente el funcionamiento particular de estas

estructuras.

No hay duda que los taludes son la estructura más compleja de las vías

terrestres; por eso es preciso analizar la necesidad de diseñarlos y definir

criterios que ayuden con la estabilidad, con estos criterios se puede simplificar el

diseño pues sería tan simple como decir en un instante dado cual será la

inclinación de un talud de acuerdo al tipo de suelo en el que fue construido.

En ciertos trabajos de ingeniería civil es necesario utilizar el suelo en forma de

talud como parte de la obra. Tal es el caso de terraplenes en caminos viales. Tal

es el caso del tramo carretero que comunica al municipio de huayacocotla con la

ciudad de Zacualtipán donde se requiere estudiar la estabilidad de los taludes,

puesto que en los últimos años han ocurrido un número considerable de

deslizamientos, lo que ocasiona problemas de vialidad.

En ciertos casos la estabilidad de taludes juega un papel muy importante en la

obra pues un mal cálculo puede ocasionar un fracaso de la obra.

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Justificación

La principal vía de comunicación entre huayacocotla y Zacualtipán sufre una alta

inestabilidad en el suelo lo que ha provocado deslizamiento de taludes que han

ocasionado accidentes viales y una gran inseguridad al usuario debido a que

parte de la estructura del pavimento ha sufrido deslizamientos en varios puntos.

Es muy probable que esta falla provoque daños catastróficos puesto que los

vehículos que transitan principalmente son vehículos de carga .Con el fin de

brindar seguridad al usuario este trabajo trata de realizar estudios en las áreas

más afectadas y realizar los correctivos necesarios para evitar que continúen los

deslaves de taludes.

Hipótesis

El deslizamiento de taludes en el tramo carretero Huayacocotla –Zacualtipán se

debe a que el suelo en la zona es un material no cementante lo cual ocasiona

que el talud se desplace lentamente

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Planteamiento del problema.

La configuración geográfica de la sierra de huayacocotla, difícil y complicada ha

influenciado para que las carreteras sean trazadas en zonas montañosas

principalmente la que comunica a huayacocotla-Zacualtipán.

Durante la época de lluvias se han evidenciado problemas de deslizamiento de

taludes y terraplenes lo cual ha ocasionado constantes bloqueos en la vía lo que

a su vez provoca accidentes viales. Tomando en consideración la forma

geológica dominante en la zona así como el clima propio en los kilómetros 0+000

al km 12+000 y dado que no se puede adoptar otro desvió para evitarlos se hace

prioritario el estudio y propuestas de soluciones en los sitios con problemas de

inestabilidad de taludes.

El problema se origina por la falta de un verdadero sistema que prevenga el

deslizamiento y una solución al momento que se ejecuten los primeros

movimientos de tierra en las zonas motivo de la investigación.

Interrogantes

¿Tendrá que ver la saturación de los suelos con su deslizamiento?

¿Cuáles serán los lugares más inestables dentro del trazado de la carretera?

¿Qué sistemas de estabilización serán los más aptos para su aplicación?

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Objetivos

Objetivo general

Detener el deslizamiento de taludes para la carretera huayacocotla- Zacualtipán

con la finalidad de disminuir los accidentes viales.

Objetivos específicos

Zonificar la carretera huayacocotla- Zacualtipán por sitios de inestabilidad.

Analizar los sitios más inestables de taludes en la carretera huayacocotla-

Zacualtipán.

Proponer obras civiles que den soluciones al deslizamiento de taludes

considerando su economía y mantenimiento.

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Limitaciones del proyecto

La ejecución de esta investigación tiene ciertas limitaciones tanto económicas

como didácticas, puesto que es de gran necesidad el uso de materiales para

realizar pruebas de campo, los cuales en el laboratorio no se encuentran.

Una de las principales limitaciones es la realización de las pruebas de laboratorio

ya que el material con el que cuenta el laboratorio de la universidad no cuenta

con la certificación y acreditación para que los resultados que se obtengan sean

totalmente confiables y no tener problema al usar estos parámetros para el

diseño y análisis de los taludes.

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CAPITULO 2

Marco Teórico

Definición de talud

Un talud es una porción de tierra elevada, de dimensiones variables,

generalmente rematando por una cuneta y caracterizado por una vegetación

especifica. Puede bordear un camino, abierto como consecuencia del paso de

animales y hombres; en este caso, se construye con el tiempo. Pero también

puede ser fruto de una construcción artificial con tierra o piedra; en este caso, se

trata de una arquitectura concienzuda y sabia, que remonta a una época lejana

en el tiempo.

Se conoce como el nombre genérico de taludes cualquier superficie inclinadas

respecto a la horizontal q hayan de adoptar permanentemente las masas de

tierras. Son las obras, normalmente de tierra, que se construyen en ambos lados

de las vías (tanto en excavaciones como en terraplén) con una inclinación tal que

garanticen la estabilidad de la obra. Se denomina talud a la superficie que

delimita la explanación lateralmente. En cortes, el talud está comprendido entre

el punto de chaflán y el fondo del canal. En terraplenes, el talud está

comprendido entre el chaflán (pata del terraplén) y el borde de la berma.

Definición de estabilidad.

Se define por estabilidad a la seguridad de una masa de suelo contra la falla o

movimiento. Como primera medida es necesario definir criterios de estabilidad

de taludes, entendiéndose por tales algo tan simple como el poder decir en un

instante dado cual será la inclinación apropiada en un corte o terraplén; casis

siempre las más apropiadas será la más escarpada que se sostenga el tiempo

necesario sin caerse. Este es el centro del problema y la razón del estudio.

Definición de deslizamiento.

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Se denomina deslizamiento a la ruptura y al desplazamiento del suelo situado

debajo de un talud, que origina un movimiento hacia abajo y hacia afuera de toda

la masa que participa del mismo.

Los deslizamientos pueden producirse de distinta manera, es decir en forma

lenta o rápida, con o sin provocación aparente etc. Generalmente se producen

como consecuencia de excavaciones o socavaciones en el pie de talud, sin

embargo existen otros casos donde la falla se produce por deslizamiento gradual

de la estructura del suelo, aumento de las presiones interraciales debido

filtraciones de agua.

Tipos de fallas más comunes.

Falla por deslizamiento superficial

Cualquier talud está sujeto a fuerzas naturales que tiende a hacer que las

partículas y porciones del suelo próximas a su frontera deslicen hacia abajo; el

fenómeno es más intenso cerca de la superficie inclinada del talud a causa de la

falta de presión normal confinante que allí existe como una consecuencia, la

zona mencionada puede quedar sujeta a un flujo viscoso hacia abajo, que

generalmente, se desarrolla con extraordinaria lentitud. El desequilibrio puede

producirse por un aumento en las cargas actuantes en la corona del talud, por

una disminución en la resistencia del suelo al esfuerzo cortante o, en el caso de

laderas naturales, por razones de conformación geológica que escapan a un

análisis local detallado. El fenómeno es muy frecuente y peligroso en laderas

naturales y, en este caso, generalmente abarca áreas tan importantes que

cualquier solución para estabilizar un estructura alojada en esa zona escapa de

los límites de lo económico, no quedando entonces más recurso que un cambio

en la localización de la obra de que se trate, que evite la zona de deslizamiento.

El fenómeno se pone de manifiesto a los ojos del ingeniero por una serie de

efectos notables, tales como inclinación de los árboles, por defecto de arrastre

producido por capas superiores del terreno en que enraízan; inclinación de

postes, por la misma razón; movimientos relativos y ruptura de bardas, muros,

etc.; acumulación de suelos en las depresiones y valles y falta de los mismos en

las zonas altas, y otras señales del mismo tipo.

Investigaciones recientes sobre comportamiento triaxial de suelos arcillosos en

pruebas drenadas, demuestran que su resistencia es una función del tiempo que

dura la prueba; la curva esfuerzo-deformación también depende del tiempo que

actué sobre la muestra cada incremento de carga. Para cargas muy pequeñas

respecto a la resistencia máxima, las diferencias de deformación axial crece

mucho, si la carga se deja actuar largos periodos de tiempo, el efecto empieza

hacer importante cuando la carga aplicada es del orden del 50% de la resistencia

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máxima, pero se nota claramente para cargas bastante menores. En el

deslizamiento superficial influye seguramente este fenómeno, pues los esfuerzos

cortantes en la superficie del talud pueden actuar mucho tiempo sobre los

materiales arcillosos

Figura 1. Señales que indican la presencia de un movimiento superficial (creep).

Deslizamiento en laderas naturales sobre superficies de falla preexistentes

En muchas laderas naturales se encuentra en movimiento hacia abajo una costra

importante del material; no se trata de un mecanismo más o menos superficial,

si no de otro producido por un proceso de deformación bajo esfuerzo cortante en

partes más profundas.

Falla por movimiento del cuerpo del talud

Puede ocurrir en taludes movimientos bruscos que afecten a masas

considerables de suelo, con superficies de falla que penetran profundamente en

su cuerpo, interesando o no al terreno de fundación. Se considera que la

superficie de falla se forma cuando en la zona de su futuro desarrollo actúan

esfuerzos cortantes que sobrepasan la resistencia al corte del material; a

consecuencia de ello sobreviene la ruptura del mismo, con la formación de una

superficie de deslizamiento a lo largo de la cual se produce la falla. Estos

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fenómenos se los denomina “deslizamientos de tierras” y puede estudiarse dos

tipos bien diferenciados.

Falla rotacional

En el primer lugar se define una superficie de falla curva, a lo largo de la cual ocurre el movimiento del talud. Esta superficie forma una traza con el plano del papel que puede asimilarse, por facilidad y sin mayor error a una circunferencia, aunque pueden existir formas algo diferentes, en la que por lo general influye la secuencia geológica local, el perfil estratigráfico y la naturaleza de los materiales. Estas fallas son llamadas de rotación. Este tipo de fallas ocurren por lo común en materiales arcillosos homogéneos o en suelos cuyo comportamiento mecánico esté regido básicamente por su fracción arcillosa. En general afectan a zonas relativamente profundas del talud, siendo esta profundidad mayor cuanto mayor sea la pendiente. Las fallas por rotación se denominan según donde pasa el extremo de la masa que rota. Puede presentarse pasando la superficie de falla por el cuerpo del talud (falla local), por el pie, o adelante del mismo afectando al terreno en que el talud se apoya (falla en la base). Cabe señalar que la superficie de este último tipo de falla puede profundizarse hasta llegar a un estrato más resistente o más firme de donde se encuentra el talud, provocando en este punto un límite en la superficie de falla.

Figura 2. Nomenclatura de una zona de falla

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Figura 2. Distintos tipos de falla

Falla Traslacional

Estas fallas por lo general consisten en movimientos traslacionales importantes del cuerpo del talud sobre superficies de falla básicamente planas, asociadas a la presencia de estratos poco resistentes localizados a poca profundidad del talud. La superficie de falla se desarrolla en forma paralela al estrato débil y se remata en sus extremos con superficies curvas que llegan al exterior formando agrietamientos. Los estratos débiles que favorecen estas fallas son por lo común de arcillas blandas o de arenas finas o limos no plásticos sueltos. Con mucha frecuencia, la debilidad del estrato está ligada a elevadas presiones de poro en el agua contenida en las arcillas o a fenómenos de elevación de presión de agua en estratos de arena (acuíferos). En este sentido, las fallas pueden estar ligadas también al calendario de las temporadas de lluvias de la región. Las fallas del material en bloque, muchas veces están asociadas a discontinuidades y fracturas de los materiales que forman un corte o una ladera natural, siempre en añadidura al efecto del estrato débil subyacente.

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Las fallas de una franja superficial son típicas de laderas naturales formadas por materiales arcillosos, producto de la meteorización de las formaciones originales. Se suelen provocar por el efecto de la sobrecarga impuesta por un terraplén construido sobre la ladera. En estas fallas el movimiento ocurre casi sin distorsión.

Figura 3. Falla de base

Figura 4. Falla limitada por un estrato firme

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Figura 5. Falla limitada por un estrato firme

Flujos

Se refiere este tipo de falla a movimientos más o menos rápidos de una parte de la ladera natural, de tal manera que el movimiento en sí y la distribución aparente de velocidades y desplazamientos recuerda el comportamiento de un líquido viscoso. La superficie de Deslizamiento o no es distinguible o se desarrolla durante un lapso relativamente breve; es También frecuente que la zona de contacto entre la parte móvil y las masas fijas de la ladera sea una zona de flujo plástico.

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El material susceptible de fluir puede ser cualquier formación no consolidada, y así el fenómeno puede presentarse en fragmentos de roca, depósitos de talud, suelos granulares finos o arcillas francas; son frecuentes los flujos en lodo.

Flujos en materiales húmedos. Flujos de lodos

Se trata ahora de flujos que requieren un proporción apreciable de agua contenida en el suelo, la cual desempeña un papel en la génesis y naturaleza de la falla; existe amplia graduación en la cantidad de agua que pueden contener los materiales, así como en el papel que ésta llega a tener en el desarrollo de la falla. Los flujos en materiales húmedos se denominan flujos de lodo cuando es muy elevado el contenido de agua de los materiales, por lo menos en la zona de fluencia, pero naturalmente no hay una distinción clara entre los “flujos de tierra” y los “flujos de lodo”. A veces se habla también de “flujo de detritus”, cuando el material que fluye contiene porcentaje, apreciable del orden un 50%, por lo menos de graves, boleos o fragmentos de rocas, embebidos en la matriz, de suelo más fino, tal como es común que suceda en los depósitos de talud o en muchas laderas de suelos residual. Los flujos de tierra en materiales terrenos no demasiado húmedo se desarrollan típicamente en el pie de los deslizamientos de tipo rotacional en el cuerpo del talud, que se describen más adelante y a veces ocurren en forma extraordinariamente rápida, como movimiento secundario del deslizamiento que tuvo lugar primeramente. Estos flujos de tierra por lo común retienen mucha de la vegetación original, así como la estratigrafía y aspecto general de la formación en la que ocurrió el deslizamiento primario. Los flujos de tierra en suelos granulares finos son típicos de formaciones costeras y se asocian generalmente a la erosión marina y fluctuaciones respectivas de la presión de poro debidas a la ascensión el descenso del nivel del agua con las mareas, se originan con procesos análogos a la licuación. En los flujos con muy alto contenido de agua. La falla produce una completa perturbación estructural. La forma típica del deslizamiento es análoga al avance de un glaciar y la velocidad de desplazamiento puede variar desde unos pocos centímetros por año (casos reportados en la referencia no: 9), hasta la correspondiente a deslizamiento catastróficos. En flujos lentos es común que en la velocidad del movimiento influyan mucho las variaciones estacionales del clima, en tanto que los flujos rápidos suelen seguir a épocas de violenta precipitación pluvial. Los flujos de lodo muy rápidos se presentan muchas veces en laderas de las que se ha removido la cobertura vegetal por alguna razón y suelen comenzar en muy

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modestas proporciones, creciendo rápidamente con un poder de transporte del suelo sobre el que pasa que parece fuera de proporción con su importancia inicial; de esta manera se pueden desencadenar auténticos ríos de lodos, capaces de acusar verdaderas catástrofes sin duda su génesis debe incluir fenómenos de licuación de suelos. Los flujos de detritus se producen pro disminución de resistencia al esfuerzo cortante de la matriz fina de tales formaciones; la masa móvil se rompe en fragmentos cada vez menores a medida que avanza ladera abajo.

Fallas por erosión

Estas también son fallas de tipo superficial provocadas por arrastres de viento, agua, etc., en los taludes. El fenómeno es tanto más notorio cuando más empinadas sean las laderas de los taludes. Una manifestación típica del fenómeno suele ser la aparición de irregularidades en el talud, originalmente uniforme. Desde el punto de vista teórico esta falla suele ser imposible de cuantificar detalladamente, pero la experiencia ha proporcionado normas que la atenúan grandemente si se las aplica con cuidado.

Fallas por licuación

Estas fallan ocurren cuando en la zona del deslizamiento el suelo pasa rápidamente de una condición más o menos firme a la correspondiente a una suspensión, con pérdida casi total de resistencia al esfuerzo cortante. Estas fallas ocurren en arcillas extrasensitivas y arenas poco compactas, las cuales, al ser perturbadas, pasan rápidamente de una condición más o menos estable o una suspensión, con la pérdida casi-total de la resistencia al esfuerzo cortante. Las dos causas que puede atribuirse esa pérdida de resistencia son: incremento de los esfuerzos cortantes actuantes y desarrollo de la presión de poros correspondiente, y por el desarrollo de presiones elevadas en el agua intersticial, quizás como consecuencia de un sismo, una explosión, etc

Métodos para el análisis de taludes

Método de tablas o número de estabilidad

Para los taludes simples homogéneos, se han desarrollado tablas que permiten

un cálculo rápido del factor de seguridad. Existe una gran cantidad de tablas

desarrolladas por diferentes autores. La primera de éstas fue desarrollada por

Taylor en 1966. Desde entonces, han sido presentadas varias tablas

sucesivamente por Bishop y Morgenstern (1960), Hunter y Schuster (1968),

Janbú (1968), Morgenstern (1963), Spencer (1967), Terzaghi y Peck (1967) y

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otros. El uso de tablas no debe reemplazar los análisis rigurosos, sino que puede

servir de base de comparación de los resultados, o para la evaluación rápida y

general de las condiciones de estabilidad. Las tablas dan una “idea” general del

nivel de estabilidad de un talud. Las tablas de mayor utilidad son las que se

elaboran para áreas homogéneas, específicas, locales con base en los análisis

completos de estabilidad y debidamente validadas en campo.

Método del talud infinito

Con frecuencia, en los deslizamientos de gran magnitud, la mayor parte de la

masa deslizada se mueve aproximadamente en forma paralela a la superficie del

terreno. La naturaleza del movimiento está controlada por algún elemento

geológico como una capa de roca o una capa de materiales poco resistentes. Si

la longitud relativa del deslizamiento es muy grande en relación con su espesor,

la contribución de la resistencia en la cabeza y el pie del deslizamiento, es menor

comparada con la resistencia del resto de la superficie de falla.

En las condiciones indicadas, se presenta una falla paralela a la superficie del

talud, a una profundidad somera y la longitud de la falla es mayor comparada

con su espesor. Este tipo de deslizamiento se puede analizar suponiendo un

talud infinito.

El método del talud infinito es un sistema muy rápido y sencillo para determinar

el factor de seguridad de un talud, suponiendo un talud largo con una capa

delgada de suelo, en el cual, cualquier tamaño de columna de suelo es

representativo de todo el talud. Las suposiciones del método del talud infinito son

las siguientes: suelo isotrópico y homogéneo, talud infinitamente largo y

superficie de falla paralela al talud. El principal uso del método del talud infinito

es la elaboración de planos de amenaza a los deslizamientos mediante el uso

de SIGs.

Para un talud uniforme y relativamente largo, en el cual el mecanismo de falla

esperado no es muy profundo, los efectos de borde son despreciables y el factor

de seguridad puede calcularse (para un talud infinito) a partir de una unidad de

área con base en el criterio Mohr - Coulomb.

Realizando una igualdad de fuerzas resistentes y actuantes, se obtiene la

siguiente expresión:

Simplificando para un talud seco de suelos sin cohesión (c’ = 0)

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El método del talud infinito cumple condiciones para el equilibrio de fuerzas y el

equilibrio de momentos a pesar de que no se considera explícitamente, debido

a que las fuerzas son colineales y la fuerza normal actúa en el centro del bloque.

Este método es muy preciso para el análisis de los suelos estratificados, con falla

paralela a la superficie del terreno.

Método del bloque deslizante

El análisis de bloque puede utilizarse cuando existe a una determinada

profundidad, una superficie de debilidad relativamente recta y delgada. La masa

que se mueve puede dividirse en dos o más bloques y el equilibrio de cada

bloque se considera independientemente, utilizando las fuerzas entre bloques.

No considera la deformación de los bloques y es útil cuando existe un manto

débil o cuando aparece un manto muy duro sobre el cual se puede presentar el

deslizamiento.

En el caso de tres bloques, la cuña superior se le llama cuña activa y las otras

dos, cuña central y pasiva, respectivamente. El factor de seguridad puede

calcularse sumando las fuerzas horizontales así:

Donde:

= Fuerza pasiva producida por la cuña inferior.

= Fuerza activa producida por la cuña superior.

= Cohesión efectiva del suelo blando en la base del bloque central.

L = Longitud del fondo del bloque central.

W = Peso total del bloque central.

u = Fuerza total de poros en el fondo del bloque central.

= Fricción del suelo en el fondo del bloque.

Los valores de las presiones activas y pasivas se pueden obtener utilizando las

teorías de presión de tierras de Rankine o de Coulomb; teniendo en cuenta el

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valor de la cohesión movilizada. Cuando hay dos bloques interrelacionados, se

puede obtener una expresión similar.

Método Ordinario o de Fellenius (método sueco)

Conocido también como método Sueco, método de las Dovelas o método

U.S.B.R. Este método asume superficies de falla circulares, divide el área de

falla en tajadas verticales, obtiene las fuerzas actuantes y resultantes para cada

tajada y con la sumatoria de estas fuerzas obtiene el Factor de Seguridad. Las

fuerzas que actúan sobre una dovela son:

a. El peso o fuerza de gravedad, la cual se puede descomponer en una

tangente y una normal a la superficie de falla.

b. Las fuerzas resistentes de cohesión y fricción que actúan en forma

tangente a la superficie de falla.

c. Las fuerzas de presión de tierras y cortante en las paredes entre dovelas,

las cuales no son consideradas por Fellenius, pero sí son tenidas en

cuenta en otros métodos de análisis más detallados.

α = Angulo del radio del círculo de falla con la vertical bajo el centroide en cada

tajada.

W = Peso total de cada tajada.

u = Presión de poros =

b = Ancho de la tajada

C’, φ = Parámetros de resistencia del suelo.

(Jaime Suarez, 2002).

Método de Bishop

Bishop (1955) presentó un método utilizando Dovelas y teniendo en cuenta el

efecto de las fuerzas entre las Dovelas.

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La solución rigurosa de Bishop es muy compleja y por esta razón se utiliza una

versión simplificada de su método, de acuerdo a la expresión:

Donde:

b = Ancho de la Dovela

W = Peso de cada dovela

C’,φ = Parámetros de resistencia del suelo.

u = Presión de poros en la base de cada dovela = x

α = Angulo del radio y la vertical en cada dovela.

Como se puede observar en la ecuación, el término factor de seguridad FS se

encuentra tanto en la izquierda como en la derecha de la ecuación; se requiere

un proceso de interacción para calcular el factor de seguridad.

El método simplificado de Bishop es uno de los métodos más utilizados

actualmente para el cálculo de factores de seguridad de los taludes. Aunque el

método sólo satisface el equilibrio de momentos, se considera que los resultados

son muy precisos en comparación con el método ordinario.

Aunque existen métodos de mayor precisión que el método de Bishop, las

diferencias de los factores de seguridad calculados, no son grandes. La principal

restricción del método de Bishop simplificado, es que solamente considera las

superficies circulares.

Método de Janbú

El método simplificado de Janbú se basa en la suposición de que las fuerzas

entre dovelas son horizontales y no tienen en cuenta las fuerzas de cortante.

Janbú considera que las superficies de falla no necesariamente son circulares y

establece un factor de corrección fo. El factor fo depende de la curvatura de la

superficie de falla. Estos factores de corrección son solamente aproximados y se

basan en análisis de 30 a 40 casos.

En algunos casos, la suposición de fo puede ser una fuente de inexactitud en el

cálculo del factor de seguridad. Sin embargo, para algunos taludes la

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consideración de este factor de curvatura representa el mejoramiento del

análisis.

El método de Janbú solamente satisface el equilibrio de esfuerzos y no satisface

el equilibrio de momentos. De acuerdo con Janbú (ecuación modificada):

Donde:

fo= depende de la curvatura de la superficie de falla

b = Ancho de la Dovela

W = Peso de cada dovela

C’,φ = Parámetros de resistencia del suelo.

u = Presión de poros en la base de cada dovela = x

α = Angulo del radio y la vertical en cada dovela.

(Jaime Suarez, 2002).

Método de Spencer

El método de Spencer es un método que satisface totalmente el equilibrio tanto

de momentos como de esfuerzos. El procedimiento de Spencer (1967) se basa

en la suposición de que las fuerzas entre dovelas son paralelas las unas con las

otras, o sea, que tienen el mismo ángulo de inclinación.

La inclinación específica de estas fuerzas entre partículas, es desconocida y se

calcula como una de las incógnitas en la solución de las ecuaciones de equilibrio.

Spencer inicialmente propuso su método para superficies circulares pero este

procedimiento se puede extender fácilmente a superficies no circulares. Spencer

plantea dos ecuaciones una de equilibrio de fuerzas y otra de equilibrio de

momentos, las cuales se resuelven para calcular los factores de seguridad F y

los ángulos de inclinación de las fuerzas entre dovelas θ.

Para resolver las ecuaciones F y θ, se utiliza un sistema de ensayo y error donde

se asumen los valores de estos factores (en forma repetitiva) hasta que se

alcanza un nivel aceptable de error.

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Una vez se obtienen los valores de F y θ se calculan las demás fuerzas sobre

las dovelas individuales. El método de Spencer se considera muy preciso y

aplicable para casi todo tipo de geometría de talud y perfiles de suelo y es tal

vez, el procedimiento de equilibrio más completo y más sencillo para el cálculo

del factor de seguridad. (Jaime Suarez, 2002).

Método de Morgenstern y Price

El método de Morgenstern y Price (1965) asume que existe una función que

relaciona las fuerzas de cortante y las fuerzas normales entre dovelas.

Esta función puede considerarse constante, como en el caso del método de

Spencer, o puede considerarse otro tipo de función. La posibilidad de suponer

una determinada función para determinar los valores de las fuerzas entre

dovelas, lo hace un método más riguroso que el de Spencer.

Sin embargo, esta suposición de funciones diferentes tiene muy poco efecto

sobre el cálculo de factor de seguridad cuando se satisface el equilibrio estático

y hay muy poca diferencia entre los resultados del método de Spencer y el de

Morgenstern y Price. El método de Morgenstern y Price, al igual que el de

Spencer, es un método muy preciso, prácticamente aplicable a todas las

geometrías y perfiles de suelo.

Elección del método a utilizar

La cantidad de métodos que se utilizan, dan resultados diferentes y en

ocasiones, contradictorios los cuales son una muestra de la incertidumbre que

caracteriza los análisis de estabilidad.

En este caso en esta investigación se realizara el análisis con el método sueco

debido que al ser uno de los métodos más complejos su factores de seguridad

son más exactos, además que este método puede ser aplicado a diferentes tipos

de suelo.

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CAPITULO 3

En este capitulo se describirán los diferentes tipos de exploración y muestreo de suelo que

existen, y se expresara detalladamente la exploración realizada en el área de investigación de

este proyecto además se describirá el muestreo de suelo que se realizó para obtener las

características del suelo.

Métodos de exploración y muestreo

Métodos de exploración directa

Métodos de exploración semi directos

Métodos de exploración indirectos

Pruebas de laboratorio

Granulometría

Plasticidad

Clasificación de suelo (S.U.C.S)

Permeabilidad

Prueba directa al esfuerzo cortante

Prueba compresión triaxial

Prueba de compresión simple

Prueba de compactación proctor estándar

Prueba de valor cementante

CAPITULO 4

En este capitulo analizaremos detalladamente la estabilidad de los taludes en el

área a estudiar por el método de análisis más favorable.

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CAPITULO 5

Este capítulo expresara el diseño de los taludes de acuerdo al análisis

obtenido en el capítulo anterior

CAPITULO 6

En este capitulo se expresaran los resultados obtenidos durante la investigación

y la validación de la misma.

CAPITULO 7

En este capitulo se expresaran las conclusiones y las recomendaciones de la

investigación realizada.