Estabilidad De Taludes
Enviado por ROHANS • 24 de Septiembre de 2012 • 4.462 Palabras (18 Páginas) • 1.082 Visitas
DISENO SISMICO DE PRESAS DE TIERRA Y ENROCADO (*)
Jorge E. Alva Hurtado (1)
Miguel Infantes Quijano (1)
RESUMEN
Se presenta una revision de los metodos existentes para realizar el diseno sismico de
presas de tierra y enrocado. En primer lugar se presenta el metodo pseudo-estatico
que utiliza un coeficiente lateral sismico. Despues se ilustra el metodo simplificado de
deformacion permanente y finalmente se describe el analisis de estabilidad dinamico
en base a la respuesta sismica de la presa. Los casos de ocurrencia de licuacion de
suelos en materiales susceptibles no seran tratados en este articulo. Con el objeto de
ilustrar la metodologia se presenta su aplicacion a la Presa Palo Redondo del Proyecto
Chavimochic, diseno a nivel de factibilidad.
1. INTRODUCCION
En tiempos recientes se ha logrado un progreso notable en el entendimiento del
comportamiento de las presas de tierra y enrocado sometidas a la accion sismica. Se
tienen disponibles metodos analiticos para calcular la respuesta dinamica de
estructuras de tierra y enrocado, se realizan ensayos estaticos y dinamicos para
determinar las propiedades del suelo bajo cargas estaticas y dinamicas y se disponen
de metodos de diseno para evaluar la estabilidad sismica y el potencial de
deformacion de estas (Seed et al, 1978, Seed, 1979).
Cualquier presa bien construida puede soportar sismos moderados, con aceleraciones
maximas de 0.2 g, sin danos. Las presas de material arcilloso con cimentacion
arcillosa o rocosa pueden soportar sismos fuertes con magnitudes Richter de 8.25 y
aceleraciones maximas de 0.35 a 0.8 g, sin danos aparentes. Las presas de enrocado
con pantalla de concreto se mantienen secas y son capaces de soportar sismos
extremadamente fuertes, con pequenas deformaciones. El esfuerzo de diseno debe
concentrarse en las presas que pueden presentar dano por sismo severo o estan
constituidas por materiales granulares saturados, que pueden perder su resistencia o
sufrir aumento de presion de poros. En este caso se requiere un analisis dinamico,
que proporcione una base de diseno mas confiable.
(1) Universidad Nacional de Ingenieria, Facultad de Ingenieria Civil
Laboratorio Geotecnico del CISMID
(*) Ponencia Presentada al XII Congreso Nacional de Ingenieria Civil, Huanuco, 1999
2. METODO PSEUDO-ESTATICO
En este metodo se emplea el calculo del factor de seguridad de la estabilidad de
taludes por equilibrio limite, adicionando un coeficiente lateral sismico. Uno de los
principales problemas con este metodo es determinar el coeficiente lateral sismico,
que depende de la sismicidad del pais y es de naturaleza semi-empirica (Seed y
Martin,1966). Ruesta et al (1988) han propuesto valores del coeficiente lateral sismico
para presas de tierra y enrocado en el Peru, que se presentan en la Figura 1. Los
valores propuestos son consistentes con los valores utilizados en presas de tierra y
enrocado disenadas y construidas en el Peru y en el mundo. Ademas, el analisis de
estabilidad pseudo-estatico sirve tambien para determinar el valor de la aceleracion de
fluencia que se emplea en el metodo de deformacion permanente.
Para realizar el analisis de la estabilidad de los taludes en condiciones estaticas y
pseudo-estaticas se utiliza el metodo de equilibrio limite de Bishop (1955), tal como el
implementado en el programa de computo SLOPE/W de Geoslope International
(1998).
3. METODO DE DEFORMACION PERMANENTE
En este metodo la deformacion permanente producida por un sismo se emplea como
criterio de diseno. Es un metodo racional simple, que se aplica a presas formadas por
suelos arcillosos compactos, arenas secas y suelos granulares densos. En estos
casos existe poco potencial de desarrollo de presion de poros, se desarrollan
deformaciones pequenas y el material retiene su resistencia estatica. En este metodo
se evalua la respuesta dinamica para calcular las deformaciones permanentes. La
falla ocurre en una superficie de deslizamiento bien definida con comportamiento
elastico hasta la falla y luego ocurre comportamiento perfectamente plastico.
Este metodo fue propuesto originalmente por Newmark (1965). Sarma (1975) propuso
usar el modelo para analizar los efectos de las fuerzas de inercia y presion de poros
en el factor de seguridad, la aceleracion critica y el desplazamiento. Makdisi y Seed
(1977) desarrollaron un metodo simplificado basado en el concepto original de
Newmark. La descripcion del metodo es la siguiente:
1. Se determina la aceleracion de fluencia, es decir el coeficiente lateral sismico con
el cual una superficie potencial de falla desarrollara un factor de seguridad igual a
la unidad. Los valores de la aceleracion de fluencia estan en funcion de la
geometria del terraplen, la resistencia del material y la localizacion de la superficie
potencial de deslizamiento.
2. Se determinan las aceleraciones producidas por el sismo en la presa por medio de
un analisis de respuesta dinamica. Se emplean tecnicas de elementos finitos con
propiedades del suelo dependientes del nivel de deformacion o tecnicas
unidimensionales mas simples. De estos analisis se determinan los tiempo-historia
de aceleraciones promedio para las superficies potenciales de falla.
3. En una masa potencial de deslizamiento, cuando la aceleracion inducida excede a
la aceleracion calculada, se asume que los movimientos ocurriran a lo largo de la
direccion del plano de falla y la magnitud del desplazamiento se evalua por un
procedimiento simple de doble integracion.
La aceleracion maxima en la corona de la presa se denomina umax y la aceleracion
maxima promedio para una masa deslizante potencial a una profundidad y, se
denomina Kmax. Seed y Martin (1966) y Ambraseys y Sarma (1967) presentaron
relaciones de variacion de aceleracion maxima con profundidad en base a modelos de
vigas de corte con material viscoelastico. Makdisi y Seed (1977) emplearon el metodo
de elementos finitos para determinar relaciones de Kmax/umax con la profundidad,
que se presenta en la Figura 2. De esta figura, conociendo el valor de umax y la
superficie de falla, puede calcularse el valor de Kmax.
Las Figuras 3 y 4 presentan los valores de las deformaciones permanentes de la
corona de una presa para diferentes magnitudes de terremotos.
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