Fuerzas de filtración y efectos de sumersión en taludes granulares de presas y bordos

X. Li

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Embankments and Dams

ABSTRACT: : Slopes are basic structural components of dams and levees. Slope instability will affect directly on safety and performance of these hydraulics works. The aim of this paper is to summarize some analytical results which have been recently obtained for granular slopes. It has been found that seepage forces cannot be taken into account properly in heterogeneous slopes when only phreatic level is considered. Submergence effect makes safety factors to be lower than those computed in common design. 1 INTRODUCCIÓN Los taludes son componentes estructurales fundamentales de presas y bordos. La inestabilidad de los taludes impacta directamente en la seguridad y funcionamiento de estas estructuras hidráulicas. Los análisis de taludes se llevan a cabo comúnmente por medio de los métodos de equilibrio límite de los cuales los mejor conocidos son de dovelas tales como Bishop. Janbu y Spencer. Estos procedimientos de cálculo suponen a priori superficies de falla y analizan el equilibrio de presumibles cuerpos libres y rígidos ante las acciones de fuerzas externas e internas. Como resultado se determinan los factores de seguridad que corresponden a las superficies de falla más críticas. A pesar de su amplio uso en la práctica, estos métodos sufren varias limitaciones. Una de ellas es la hipótesis que se formula en cuanto a superficies de falla. En muchas ocasiones no es fácil encontrar las superficies más críticas y de allí los factores de seguridad determinados no siempre son los valores mínimos. Se han desarrollado varias técnicas, pretendiendo a superar estas dificultades, entre las que se encuentran algunos métodos de búsqueda de las fallas más críticas. Últimamente se han usado cada vez con mayor frecuencia los métodos de elementos finitos para determinar la estabilidad de los taludes. Estos métodos son en particular atractivos en el análisis de taludes granulares. Para un material puramente friccionante con ángulo de fricción interna constante, las superficies de falla son someras y tienen poca similitud con círculos, espiral logarítmico o planos, superficies de falla usualmente estudiadas. En los últimos años se han desarrollado varios trabajos (Li, 2007; Li y Flores-Berrones, 2008, Li et al 2010a y Li et al 2010b) con el enfoque de estudiar problemas de estabilidad de taludes por medio de las técnicas de elementos finitos. El objetivo del presente artículo es presentar un resumen de dos aspectos destacados de los resultados que se han obtenido en los taludes granulares: influencia de fuerzas de filtración y efectos de sumersión. Los detalles sobre estos estudios se pueden encontrar en los trabajos arriba citados y las referencias mencionadas en ellos. 2 FUERZAS DE FILTRACIÓN EN TALUDES HOMOGENEOS En un talud granular, infinito, saturado y que está sujeto a fuerzas de filtración, el factor de seguridad se expresa como: qgbgqgbgfseniseniFww+-='''coscostan (1) en que F es factor de seguridad, 'g es el peso volumétrico sumergido del material saturado del talud y wg es el peso volumétrico del agua; i es la magnitud del gradiente hidráulico, b es el ángulo de inclinación del talud con respecto al plano horizontal y q es el ángulo de inclinación del vector de fuerzas de filtración con respecto al normal del plano de la cara del talud. Para calcular el factor de seguridad en un determinado

RESUMEN: : Los taludes son componentes estructurales fundamentales de presas y bordos. La inestabilidad de los taludes impacta directamente en la seguridad y funcionamiento de estas estructuras hidráulicas. El objetivo de este trabajo es presentar algunos resultados analíticos que se han obtenido recientemente en los análisis de estabilidad de taludes cuyos materiales constituyentes son esencialmente granulares. En taludes granulares las fuerzas de filtración determinadas por considerar el nivel freático no son adecuadas y se debe llevar a cabo estudios de flujo de agua. El efecto de sumersión tiende a disminuir la estabilidad de los taludes puramente friccionantes y los estados más críticos del talud no se pueden determinar en un estudio de equilibrio límite usual.

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