MODELACIN EN EL SOFTWARE SLIDE

Realizado por:Leydy Cristina Montoya Naranjo

Docente:Carlos Andrs Ordoez Ante

Asignatura:Estabilidad De Taludes

Fecha:Noviembre 18

Politcnico Colombiano Jaime Isaza Cadavid Facultad de IngenierasFacultad de Ingeniera CivilMedelln 2014

INTRODUCCIN

En el presente trabajo se realizar la modelacin de dos taludes por medio del software Slide, capaz de calcular hasta 4500 superficies potenciales de falla en cuestin de segundos y arrojarnos los factores de seguridad del talud por nueve mtodos diferentes.La primera modelacin tiene como objetivo analizar un talud de un ejercicio propuesto por el docente en su curso de estabilizacin de taludes, donde se pretende hallar los factores de seguridad segn cada mtodo de anlisis, a partir de la variacin de los parmetros geotcnicos: cohesin y ngulo de friccin.La segunda modelacin consiste en analizar el talud que fue objeto de estudio durante el semestre, y as poder aplicar algunos conocimientos adquiridos en clase. Este talud se encuentra ubicado en el corregimiento de Santa Elena, en el Municipio de Medelln. Adicional a esto, tambin se pretende que mediante el anlisis de los resultados obtenidos, se pueda hacer una eleccin acertada de un mtodo de estabilizacin, para as obtener un factor de seguridad confiable.

OBJETIVOS

Aprender a modelar un talud en el software Slide, interpretando los resultados arrojados por el mismo, basndonos en los conocimientos aprendidos en clase.

Saber identificar las posibles superficies de fallas que puede presentar un talud debido a la estructura geotcnica y las propiedades del suelo que se est estudiando.

Observar el comportamiento del factor de seguridad debido a las variaciones de los parmetros geotcnicos de cada suelo, con carga ssmica, con presencia de agua en el suelo y as poder escoger el mtodo de estabilizacin adecuado para poder aumentar dicho factor.

MODELACIN 1: EJERCICIO PROPUESTO EN CLASE

Este talud fue propuesto por el docente Carlos Andrs Ordoez Ante en clase. Las caractersticas del talud son las siguientes: Altura total de 14 metros Presencia de nivel fretico a 11 metros de altura Estrato inicial (ms superficial) de 5 metros de espesor, = 15 KN/m3, C= 5 KPa, = 20 Segundo estrato de 9 metros de espesor, = 18 KN/M3, C= 10 KPa, = 25 El talud cuenta con una longitud horizontal total de 40 metros de los cuales 10 m son la longitud de la corona del talud, otro 10 m estn en la pata del talud y los 20 m restantes estn en el talud como tal.Para este primer talud se realiza un anlisis que contempla las siguientes combinaciones de variaciones en las propiedades:1. Condiciones normales del talud propuesto2. Condiciones normales del talud propuesto, con cargas por sismo3. Incremento de la cohesin del estrato superior, sin nivel fretico4. Incremento de la cohesin del estrato superior, con nivel fretico5. Incremento de la cohesin del estrato superior, con cargas por sismo6. Disminucin de la cohesin del estrato superior, sin nivel fretico7. Disminucin de la cohesin del estrato superior, con nivel fretico8. Disminucin de la cohesin del estrato superior, con cargas por sismo9. Incremento del ngulo de friccin del estrato superior, sin nivel fretico10. Incremento del ngulo de friccin del estrato superior, con nivel fretico11. Incremento del ngulo de friccin del estrato superior, con cargas por sismo12. Disminucin del ngulo de friccin del estrato superior, sin nivel fretico13. Disminucin del ngulo de friccin del estrato superior, con nivel fretico14. Disminucin del ngulo de friccin del estrato superior, con cargas por sismo15. Incremento de la cohesin del estrato inferior, sin nivel fretico16. Incremento de la cohesin del estrato inferior, con nivel fretico17. Incremento de la cohesin del estrato inferior, con cargas por sismo18. Disminucin de la cohesin del estrato inferior, sin nivel fretico19. Disminucin de la cohesin del estrato superior, con nivel fretico20. Disminucin de la cohesin del estrato inferior, con cargas por sismo21. Incremento del ngulo de friccin del estrato inferior, sin nivel fretico22. Incremento del ngulo de friccin del estrato inferior, con nivel fretico23. Incremento del ngulo de friccin del estrato inferior, con cargas por sismo24. Disminucin del ngulo de friccin del estrato inferior, sin nivel fretico25. Disminucin del ngulo de friccin del estrato inferior, con nivel fretico26. Disminucin del ngulo de friccin del estrato inferior, con cargas por sismoSe presenta a continuacin slo cinco superficies de falla de las analizadas. Se muestra tambin la tabla de resultados obtenida para cada uno de los casos.

Talud en condiciones normales:

Figura 1. Geometra del primer talud

A continuacin se presentan los resultados del anlisis del talud.

Figura 2. Modelacin en condiciones iniciales. F.S. Mtodo Spencer

Para el siguiente anlisis se presenta el caso del talud con nivel fretico, pero variando las propiedades geotcnicas. Se presentan variaciones de incremento y disminucin en la cohesin y ngulo de friccin para cada uno de los dos estratos.

Figura 3. Modelacin de caso esttico con N.F., caso 1, F.S. Modelo Gle/Morgenstern-Price,

En la siguiente tabla se muestran los resultados del anlisis del talud sin tener en cuenta el nivel fretico, pero variando las propiedades geotcnicas. Se presentan variaciones de incremento y disminucin en la cohesin y ngulo de friccin para cada uno de los dos estratos.

Figura 4. Modelacin de caso esttico sin N.F., caso 8, F.S. Modelo Gle/Morgenstern- Price

El anlisis que sigue es el caso seudoestatico el cual contempla una carga de sismo horizontal de 0.2g. y considerando la presencia del nivel fretico.

Figura 5. Modelacin de caso seudoestatico con N.F., caso 8,. F.S. Mtodo Spencer

Por ltimo se analiz el talud con el caso seudoesttico, el cual contempla carga de sismo horizontal de 0.2g, pero sin considerar la presencia del nivel fretico.

Figura 6. Modelacin de caso seudoesttico sin N.F., caso 1,. F.S. Modelo Gle/Morgenstern- Price

MODELACIN 2: TALUD EN ESTUDIO EN SANTA ELENA

El talud objeto de estudio, se encuentra localizado en la va de acceso a la Vereda El Plan, a unos pocos metros de la va Medelln Santa Elena (Km 12+500). El material parental del talud corresponde a dunita serpentinizada y cuya formacin es del tipo residual (formado en el sitio), cuenta con una altura total aproximada de 6.0m, formando un ngulo de 60 con la horizontal y una pata de 5m de extensin donde se encuentra apoyada la vivienda prefabricada. No hay presencia de nivel fretico. El perfil del talud es el siguiente: Capa vegetal de 0.60m. (Descartada para el anlisis) Horizonte IA: Espesor de 0.90m. = 15.39 KN/m3, C= 22.54 KPa, = 29 Horizonte IB: Espesor de 1.10m. = 15.58 KN/m3, C= 20 KPa, = 28 Horizonte IC: Espesor de 5,0m. = 17 KN/m3, C= 25 KPa, = 27Para esta modelacin, los anlisis que se realizaron fueron de las condiciones iniciales del talud, tambin se trabajo con carga de sismo de 0.2g.y con presencia de nivel fretico. Despus de obtener los resultados del factor de seguridad en estas dos condiciones se procedi a elegir el mtodo de estabilizacin ms adecuado, haciendo variaciones a cada sistema de contencin.

Figura 7. Geometra del talud de estudio ubicado en el acceso a la Vereda El Plan, Km 12+500 Va Medelln, Santa Elena.

La siguiente tabla muestra el comportamiento del talud de estudio en condiciones iniciales.

Figura 8. Modelacin en condiciones iniciales. F.S. Mtodo Gle /Morgenstern-Price

Ahora se estudia el talud, considerando la presencia de nivel fretico bajo los parmetros geotcnicos iniciales. Los factores de seguridad obtenidos son los siguientes:

Figura 9. Modelacin en condiciones iniciales considerando la presencia de N.F. F.S. Mtodo Spencer

Para el siguiente anlisis, se estudi el talud en condiciones iniciales pero adicionando una carga ssmica horizontal de 0.2g. Los valores del factor de seguridad obtenidos por los nueve mtodos, son:

Figura 10. Modelacin con carga de sismo horizontal de 2g. F.S. Mtodo Jamb corregido

Ahora analizando las condiciones anteriores (condiciones iniciales ms carga de sismo de 0.2g horizontal) y adicionando nivel fretico, se obtienen los siguientes factores de seguridad:

Figura 11. Modelacin con carga de sismo horizontal de 2g, considerando presencia de nivel fretico. F.S. Mtodo SpencerDespus de observar los anlisis anteriores, se modela nuevamente el talud utilizando dos mtodos de estabilizacin, variando los espaciamientos y longitudes de cada uno para apreciar la variacin de los factores de seguridad. Los mtodos de estabilizacin se aplican al problema, contemplando las siguientes condiciones: parmetros geotcnicos iniciales + carga de sismo de 2g + presencia de nivel fretico El primer mtodo de estabilizacin usado es llamado soil nail, (anclajes al suelo). Inicialmente se model este sistema de estabilizacin espaciados cada 2m y longitudes de 3m. Los datos obtenidos para el factor de seguridad, fueron los siguientes:

Figura 12. Modelacin con carga de sismo horizontal de 2g, considerando presencia de nivel fretico y estabilizacin con Soil Nail cada 2m y 3m de longitud. F.S. Mtodo Spencer

Luego se decidi modelar el mismo sistema, pero variando la longitud a 3.5m y el espaciamiento cada 1m. Se obtuvieron los siguientes factores de seguridad:

Figura 13. Modelacin con carga de sismo horizontal de 2g, considerando presencia de nivel fretico y estabilizacin con Soil Nail cada 1m y 3.5m de longitud. F.S. Mtodo Fellenius

Se analiza tambin otra estructura de estabilizacin: End anchored (extremo anclado), con separacin cada 1m y 3.5m de longitud. Se obtuvo lo siguiente:

Figura 14. Modelacin con carga de sismo horizontal de 2g, considerando presencia de nivel fretico y estabilizacin con End enchored cada 1m y 3.5m de longitud. F.S. Mtodo Bishop simplificadoEn este ltimo se obtuvieron factores de seguridad mayores. Se analiza iguales condiciones pero descartando la carga de sismo de 0.2g horizontal. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Para el mtodo de Spencer y de Gle/Morgenstern Price no arroja valores para el factor de seguridad.

Figura 15. Modelacin considerando presencia de nivel fretico y estabilizacin con End enchored cada 1m y 3.5m de longitud. F.S. Mtodo Bishop simplificado

Se procede a evaluar el modelo anterior, pero descartando ahora la presencia de nivel fretico. Es decir, se modelar estabilizando con End enchored cada 1m de separacin y 3.5m de longitud bajo las condiciones originales del talud (sin presencia de N.F. ni carga de sismo). Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Figura 16. Modelacin bajo parmetros geotcnicos iniciales, sin carga de sismo ni presencia de N.F., estabilizacin con End enchored cada 1m y 3.5m de longitud. F.S. Mtodo Fellenius

ANLISIS DE RESULTADOS

En la primera modelacin que se realiz, se pudo observar cmo el talud en las condiciones iniciales presenta un factor de seguridad que oscila entre 1.2 y 1.5, lo que significa que se puede deducir que el talud en condiciones normales es estable.Cuando analizamos el talud variando los parmetros geotcnicos (cohesin y ngulo de friccin), as como la presencia y no presencia de nivel fretico, los factores de seguridad se comportan entre 0.6 y 1.7. Obtenindose el valor ms alto y cuando hay ausencia de nivel fretico.Al analizar el talud bajo las condiciones anteriores pero considerando la presencia y no presencia de carga de sismo horizontal de 0.2g, los factores de seguridad se comportan entre 0.4 y 1.1. Obtenindose el valor ms alto cuando hay ausencia de nivel fretico.Para los diferentes casos, se puede observar cmo el factor de seguridad tiende a disminuir en presencia del nivel fretico, pero los casos ms crticos se dan cuando el talud est saturado y al mismo tiempo soporta la carga ssmica.Tambin se puede observar que aunque los sismos son un factor detonante para que un talud falle, en el caso del talud sin presencia de nivel fretico y con carga de sismo se pudieron obtener unos pocos factores de seguridad por encima de 1, lo que me hace concluir que un talud que est expuesto a nivel fretico y sismo, probablemente tender a fallar primero que un talud que no tenga presencia de agua pero si de sismo. Aunque para el estudio de un talud es difcil pronosticar cundo va a fallar por sismo, debido a que no se conoce con certeza cundo va a ocurrir un movimiento tectnico, se puede garantizar un mejor comportamiento durante el sismo si se tiene un buen manejo de aguas subterrneas (nivel fretico), ya que la presencia de agua hace que las fuerzas intrnsecas del talud tiendan a disminuir lo que ocasionara que colapse el talud. Resulta tambin fundamental reconocer la importancia de las propiedades geotcnicas del talud y su influencia en el factor de seguridad. El menor factor de seguridad se obtuvo al variar el ngulo de friccin de uno de los estratos de 25 a 10 y conservando los mismos parmetros para la cohesin. Por lo tanto, se puede decir que el factor de seguridad tiene un comportamiento directamente proporcional a las propiedades geotcnicas del talud, puesto que al disminuir los parmetros geotcnicos, el factor de seguridad tambin disminuye, lo mismo sucede cuando se aumenta el ngulo de friccin o la cohesin, el factor de seguridad tambin aumenta.La segunda modelacin (talud de estudio en Santa Elena), se puede observar que el anlisis en las condiciones reales, se tiene un factor de seguridad que vara entre 2.0 y 2.2, por lo que se puede decir que el talud resulta seguro. En esta modelacin los factores ms crticos estn reflejados en el caso de presencia de sismo y nivel fretico, donde los factores de seguridad se encuentran entre 1.5 y 1.6, siendo de igual manera un talud estable.

CONCLUSIONES

El software Slide es un software de fcil uso, que da la posibilidad de poder modelar un talud de la forma ms aproximada a la vida real, teniendo en cuenta las propiedades geotcnicas del mismo y su geometra, por lo que se requiere contar con datos confiables y acertados para que la modelacin pueda ser efectiva.

El Software permite comparar los resultados obtenidos por diferentes mtodos, lo cual resulta importante para evaluar alternativas. El criterio del profesional es fundamental para tomar decisiones y el xito de una estabilizacin de un talud o una solucin geotcnica, depende del anlisis del problema y de una interpretacin adecuada de los resultados entregados por el software. El anlisis es inherente a decisiones acertadas.

Para el anlisis de un talud determinado se debe tener en cuenta que la modelacin no solo depende de las condiciones actuales del talud, sino tambin de las posibles fuerzas que podran actuar sobre l, para nuestro caso las fuerzas son de sismo, pero tambin se puede tener fuerzas puntuales o distribuidas que a la hora del anlisis resultan importantes considerarlas, ya que son factores primordiales que pueden alterar el comportamiento del talud.

Aunque el programa permite obtener una buena modelacin, se debe tener en cuenta que los problemas de estabilizacin de un talud pueden resultar ms complejos de lo que muchas veces aparentan y generalmente no slo se debe tener en cuenta un solo mtodo de estabilizacin, sino que se debe experimentar con mtodos mixtos para as poder garantizar una buena estabilidad buscando factores de seguridad elevados.

*NOTA: Simulacin realizada mediante software Slide V5.0.