ANALISIS DE ROTURAS CIRCULARES Y NO CIRCULARES - CURSO ESTABILIDAD DE TALUDES

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ANÁLISIS DE ROTURAS CIRCULARES Y 
NO CIRCULARES
Docente: Jonathan Mendoza
Marzo - 2024
MÓDULO 4
CONTENIDO
Tipos de rotura de taludes
Rotura plana de taludes
Rotura circular de taludes
Superficies de falla compuestas
Superficie de falla compuesta, búsqueda por bloques
Introducción al uso de paquetes informáticos
ANÁLISIS DE ROTURAS CIRCULARES Y NO CIRCULARES
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Tipos de rotura de taludes
ANÁLISIS DE ROTURAS CIRCULARES Y 
NO CIRCULARES
Docente: Jonathan Mendoza
Las siguientes superficies de falla se pueden presentar en taludes:
Rotura plana.
Rotura a pie de talud.
Rotura circular profunda.
Rotura no circular.
TIPOS DE ROTURA DE TALUDES
Las siguientes superficies de falla se pueden presentar en taludes:
Rotura plana.
Rotura a pie de talud.
Rotura circular profunda.
Rotura no circular.
TIPOS DE ROTURA DE TALUDES
Las siguientes superficies de falla se pueden presentar en taludes:
Rotura plana.
Rotura a pie de talud.
Rotura circular profunda.
Rotura no circular.
Como métodos clásicos para análisis de estabilidad en suelos se pueden considerar:
El análisis de roturas planas en taludes «infi­nitos».
El análisis de varios bloques de terreno que interactúan entre sí, aplicable a superficies de rotura de tipo poligonal (método de las cuñas).
Los métodos que analizan el equilibrio total de una masa deslizante, de desarrollo circular o lo­garítmico, para análisis de roturas curvas.
Los métodos de rebanadas
TIPOS DE ROTURA DE TALUDES
ROTURA PLANA EN TALUD INFINITO
FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE UNA SUPERFICIE DE ROTURA CURVA
Rotura plana de taludes
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NO CIRCULARES
Docente: Jonathan Mendoza
Se llama rotura planar o plana a aquella en la que el deslizamiento se produce a través de una única superficie plana.
Es la más sencilla de las formas de rotura posibles y se produce cuando existe una fracturación dominante en la roca y convenientemente orientada respecto al talud.
Estas condiciones permiten estudiar la estabilidad del talud como un problema bidimensional que se realiza considerando una rebanada de ancho unidad, limitada por dos planos verticales, perpendiculares al plano del talud. 
ROTURA PLANA DE TALUDES
En el caso de rotura planar el factor de seguridad se obtiene de formada directa como el cociente entre:
Las fuerzas que tienden a producir el movimiento y 
Las fuerzas de resistencia del terreno que se oponen al mismo.
Proyectadas según la dirección del plano de rotura.
ROTURA PLANA DE TALUDES
Rotura circular de taludes
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Docente: Jonathan Mendoza
Se llama rotura circular a aquella en la que la superficie de deslizamiento es asimilable a una superficie cilíndrica cuya sección transversal se asemeja a un arco de circulo.
Este tipo de rotura se puede producir en terrenos homogéneos, ya sea suelos o rocas, en los que ha de cumplirse la condición de que el tamaño de las partículas de suelo o roca sea muy pequeño en comparación con el tamaño del talud.
El método más utilizado para resolver el cálculo de estabilidad por rotura circular es el de las dovelas o rebanadas, que es bastante laborioso, por lo que se suele realizar ayudándose de programas de ordenador.
Las superficies deslizantes cilíndricas se dieron a conocer a los ingenieros suecos a través de dos trabajos (Petterson, 1916b ; Hultin, 1916), publicados en Teknisk Tidskrift.
 Las superficies de deslizamiento circulares se utilizaron por primera vez en el diseño de muros de muelle. 
ROTURA CIRCULAR DE TALUDES
Como se muestra en la figura, en terrenos homogéneos las superficies de deslizamiento de directriz circular se ajustan con bastante precisión a la realidad observada, denominándose por ello "deslizamientos rotacionales". Complementariamente y desde un punto de vista práctico, el arco de circunferencia constituye una geometría sencilla de fácil análisis matemático, lo ha contribuido a su éxito y difusión.
ROTURA CIRCULAR DE TALUDES
ROTURA CIRCULAR DE TALUDES
Históricamente, las primeras descripciones detalladas de superficies de deslizamiento de directriz curva se deben probablemente al ingeniero francés Alexandre Collin, uno de cuyos dibujos se reproduce en la figura siguiente:
ROTURA CIRCULAR DE TALUDES
En lo que respecta a las superficies de deslizamiento de directriz específicamente circular, al parecer se comenzaron a emplear en Suecia en 1916 tras la observación sistemática de este mecanismo de rotura en algunos muelles del puerto de Gotemburgo (Petterson, K.E.).
ROTURA CIRCULAR DE TALUDES
Dicha tipología fue posteriormente corroborada, en 1922, a través de un informe elaborado por una Comisión Geotécnica de los Ferrocarriles Suecos, encargada de estudiar múltiples casos de inestabilidad, muchos de las cuales resultaron tener el mismo mecanismo circular de rotura. A partir de entonces, este tipo de superficie de rotura se ha empleado con profusión.
Superficies de falla compuestas
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NO CIRCULARES
Docente: Jonathan Mendoza
La mayoría de los taludes tienen varios puntos en los que es conveniente o necesario colocar límites de corte, Por ejemplo, los límites suelen colocarse donde hay una ruptura en el perfil de la pendiente (puntos b y f en la figura), donde aflora un estrato en la superficie de la pendiente (punto c en la Figura), o donde la superficie de deslizamiento cruza un límite entre dos estratos diferentes (puntos a, d y e en la figura). 
Los límites de corte también se pueden colocar donde hay un cambio en el talud de una superficie piezométrica, donde la superficie de deslizamiento cruza el nivel freático o la línea piezométrica, y donde hay un cambio abrupto en la carga distribuida en la superficie del talud.
Todos los métodos de rebanadas, así como los métodos de un solo cuerpo libre se basan en formas simples para la superficie de deslizamiento: un plano, una espiral logarítmica o un círculo. 
Muchas veces la superficie de deslizamiento es más compleja, siguiendo zonas o capas de suelo relativamente débil o interfaces débiles entre el suelo y otros materiales. En estos casos es necesario calcular la estabilidad utilizando formas más complejas para la superficie de deslizamiento.
SUPERFICIES DE FALLA COMPUESTAS
La tipología de superficie compuesta permite modelar, por ejemplo:
Una superficie inferior de lecho rocoso.
SUPERFICIES DE FALLA COMPUESTAS
SUPERFICIES DE FALLA COMPUESTAS
SUPERFICIES DE FALLA COMPUESTAS
SUPERFICIES DE FALLA COMPUESTAS
Otro caso bastante importante es para el análisis de equilibrio límite de un talud reforzado utilizando superficies de deslizamiento circulares, en cuña y no circulares (según Wright y Duncan, 1991).
SUPERFICIES DE FALLA COMPUESTAS
superficie de deslizamiento circular crítica
cuña crítica de dos partes
superficies de deslizamiento no circulares críticas
Superficie de falla compuesta, búsqueda por bloques
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Las superficies de deslizamiento críticas no circulares son mucho más difíciles de localizar porque implican más variables que los círculos.
 Los círculos se describen mediante tres valores: las coordenadas x e y del centro y el radio, en cambio las superficies de deslizamiento no circulares se describen valores x e y para cada punto de la superficie de deslizamiento. 
Se han utilizado dos enfoques básicamente diferentes para variar las posiciones de las superficies de deslizamiento no circulares y encontrar la que tenga el factor de seguridad mínimo
Un enfoque para encontrar la superficie crítica de deslizamiento emplea un desplazamiento sistemático de puntos en la superficie de deslizamiento, con un esquema apropiado de minimización u optimización, que varían desde esquemas sofisticados que emplean métodos de programación lineal hasta técnicas numéricas directas mucho más simples (Baker, 1980; Celestino y Duncan, 1981)
SUPERFICIE DE FALLA COMPUESTAS, 
BÚSQUEDAPOR BLOQUES
Un segundo enfoque para encontrar una superficie de deslizamiento crítica no circular emplea un proceso aleatorio para seleccionar superficies de deslizamiento de prueba. 
Una buena estimación para la localización inicial de la superficie crítica de deslizamiento no circular es la localización de la superficie crítica de deslizamiento circular, localizar el círculo crítico y luego utilizar varios (4 a 10) puntos a lo largo del mismo para definir una superficie de deslizamiento no circular de prueba inicial que funciona bien en muchos casos. 
SUPERFICIE DE FALLA COMPUESTAS, 
BÚSQUEDA POR BLOQUES
Se pueden añadir puntos adicionales a la superficie de deslizamiento no circular a medida que avanza la búsqueda. Este esquema funciona bien en la mayoría de los casos, sobre todo cuando no hay zonas de suelo muy delgadas y débiles. 
En el caso de existir zonas claramente más débiles, se puede seleccionar una superficie de deslizamiento que pase por las zonas más débiles como estimación inicial.
Cuando es probable que una capa particularmente fina y débil controle la estabilidad, normalmente es mejor empezar con una superficie de deslizamiento no circular que tenga una parte de su longitud siguiendo a lo largo de la capa débil.
SUPERFICIE DE FALLA COMPUESTAS, 
BÚSQUEDA POR BLOQUES
Introducción al uso de paquetes informáticos
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MÉTODOS DE BÚSQUEDA DE SUPERFICIE CIRCULAR
Método: Búsqueda de cuadricula 
Una búsqueda de cuadrícula requiere que se defina al menos una cuadrícula central de deslizamiento. 
Para abrir Slide se hace doble clic en su icono desde el Escritorio, o desde el menú de Inicio. Cuando se abre el programa por primera vez la ventana inicial aparece en blanco, ya que se corresponde a un nuevo archivo, y desde aquí se puede empezar con la creación de un nuevo modelo para el análisis de estabilidad de taludes. 
Project Settings
Project Settings se utiliza para configurar los principales parámetros de análisis del modelo, tales como:
Dirección de rotura
Método de análisis 
Método de agua subterránea a considerar.
INTRODUCCIÓN AL USO DE PAQUETES INFORMÁTICOS
Introducción de contornos
En primer lugar hay que definir el contorno o borde externo del modelo, el cual es una polilínea cerrada que engloba la región del terreno que se desea analizar. 
Para añadir el contorno externo seleccionamos Add External Boundary de la barra de herramientas o del menú Boundaries. 
Introducimos las coordenadas desde la casilla situada en la parte derecha inferior de la pantalla, y a medida que se van introduciendo las coordenadas observamos que los límites se actualizan para abarcar dichas coordenadas:
(0, 0) (24, 14) (34, 14) (34, -10) (-10, -10) (-10, 0)
INTRODUCCIÓN AL USO DE PAQUETES INFORMÁTICOS
Superficies de deslizamiento
Slide puede analizar la estabilidad mediante superficies de deslizamiento circulares y “no circulares”, para encontrar la superficie de deslizamiento con el factor de seguridad más bajo.
En Slide están disponibles 03 métodos de búsqueda disponibles para superficies de falla:
Grid Search.
Slope Search.
Auto Refine 
INTRODUCCIÓN AL USO DE PAQUETES INFORMÁTICOS
Grid search
Una búsqueda de cuadrícula requiere que se defina una cuadrícula central de deslizamiento. Cuando se crea una cuadrícula de centros de deslizamiento, se especifica el número de intervalos de cuadrícula en las direcciones X e Y. Esto crea una cuadrícula regular (rectangular o cuadrada) de centros de deslizamiento.
Una búsqueda de cuadrícula requiere que se defina al menos una cuadrícula central de deslizamiento; esto se puede hacer con las opciones:
Auto Grid
Add Grid
INTRODUCCIÓN AL USO DE PAQUETES INFORMÁTICOS
Grid search
Para cada centro de deslizamiento en una cuadrícula, se determinan los RADIO MÍNIMO y RADIO MÁXIMO adecuados, en función de las distancias desde el centro de deslizamiento hasta la circunferencia de falla del talud.
El Incremento de radio ingresado, se usa para determinar una cantidad de círculos igualmente espaciados, entre los radios mínimo y máximo para un centro de deslizamiento dado.
INTRODUCCIÓN AL USO DE PAQUETES INFORMÁTICOS
Grid search
Slope search
Este método de búsqueda de superficies no requiere que se defina una cuadrícula central de deslizamiento: 
En el método Slope Search, se utilizan para generar aleatoriamente 2 puntos sobre el talud, que definen los puntos inicial y final de una superficie de falla. El tercer punto se genera utilizando el ángulo definido por la opción:
“Initial Angle at Toe”.
(Para definir un círculo de deslizamiento se necesitan 3 puntos).
INTRODUCCIÓN AL USO DE PAQUETES INFORMÁTICOS
INTRODUCCIÓN AL USO DE PAQUETES INFORMÁTICOS
Slope search
Block search 
La búsqueda por bloques es uno de los métodos que se usa para ubicar el factor de seguridad mínimo global para superficies de deslizamiento no circulares. Es un método de búsqueda que requiere la definición de uno o más objetos de búsqueda para delimitar un área dentro de la cual, se realiza la búsqueda de la superficie de falla.
Los objetos de búsqueda pueden ser; una ventana (cuadrilátero arbitrario), un solo punto o una polilínea.
Una polilínea de búsqueda de bloques puede constar de uno o más segmentos de línea.
MÉTODOS DE BÚSQUEDA DE SUPERFICIES NO CIRCULARES
Segmentos de una sola línea
Una línea de búsqueda de bloques es un segmento definido por dos puntos, de tal manera que se va generando un único vértice de superficie de deslizamiento, en una ubicación aleatoria a lo largo de la línea.
Polilínea (que consta de uno o más segmentos de líneas)
Una polilínea de búsqueda de bloques es un tipo especial de objetos de búsqueda en Slide, que permite realizar una búsqueda de falla no circular a lo largo de una capa débil conocida.
MÉTODOS DE BÚSQUEDA DE SUPERFICIES NO CIRCULARES
Polilínea (que consta de uno o más segmentos de líneas)
A diferencia de los objetos Block Search Window, Line o Point, que solo generan un único vértice de superficie de deslizamiento para cada objeto, una polilínea de búsqueda de bloques genera DOS PUNTOS a lo largo de la polilínea.
La superficie de deslizamiento se verá restringida para seguir la polilínea, ENTRE LOS DOS PUNTOS.
Los ángulos de proyección izquierdo y derecho se utilizan para proyectar la superficie de falla hasta la superficie exterior del talud.
MÉTODOS DE BÚSQUEDA DE SUPERFICIES NO CIRCULARES
MÉTODOS DE BÚSQUEDA DE SUPERFICIES NO CIRCULARES
El método de búsqueda BLOCK SEARCH puede ser útil cuando se sabe de antemano dónde se quiere concentrar la búsqueda; por ejemplo, en capas débiles muy finas. 
También puede utilizarse para la búsqueda de fallas planares añadiendo un objeto de búsqueda del tipo “punto” al pie de un talud, entre otros.
La desventaja de BLOCK SEARCH es que siempre es necesaria la intervención del usuario; es decir, se necesita cierta experiencia para aprender a utilizar los objetos de búsqueda para obtener mejores resultados; y puede que no sea obvio dónde buscar, especialmente en el caso de modelos sin capas débiles evidentes.
MÉTODOS DE BÚSQUEDA DE SUPERFICIES NO CIRCULARES
Consultas: jon89143@gmail.com