La presente investigación contempla el análisis y diseño de la estabilidad de talud en el Sector Sausacocha – Pallar Km. 8+000 al 9+000 Provincia de Sánchez Carrión, departamento de La Libertad, debido a los constantes deslizamientos que se producen por motivos de la erosión, movimientos sísmicos e intensas lluvias que se presentan en la zona. Se analizarán los diversos factores que intervienen en la estabilidad de talud, para esto se apoyará de las teorías de mecánica de suelos utilizando métodos no exactos para el estudio del talud. Para ello se buscará alternativas de solución para mitigar un posible deslizamiento en el futuro. Con ello se busca una infraestructura segura, adecuada y eficiente para mantener la estabilidad del talud generando un tránsito fluido y evitando pérdidas materiales y humanas de los pobladores de los sectores Sausacocha y Pallar de la provincia de Sánchez Carrión, región La Libertad. / Tesis

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[pt] São abordados alguns aspectos relativos à execução de análises probabilísticas em projetos de geotecnia. Apresenta-se um resumo dos conceitos de probabilidade e estatística, utilizados ao longo do trabalho. Descreve-se uma metodologia para a obtenção dos dados necessários à análise probabilística, incluindo a quantidade e a localização de amostras, o cálculo das médias e variâncias dos parâmetros do solo e a quantificação das incertezas relativas a estes valores. Apresenta-se o procedimento de execução dos três métodos probabilísticos mais utilizados em geotecnia com ênfase especial para o Método do Segundo Momento de Primeira Ordem. São executadas análises probabilísticas considerando, separadamente, variações de altura e inclinação de um talude de mineração sob condições drenadas. Avalia-se também a aplicação da metodologia de análise probabilística em situações não-drenadas, através da análise da estabilidade de um quebra-mar sobre argila mole. / [en] Some aspects about probabilistic analysis of stability in geotechnical engineering are studied in this thesis. A summary about basic concepts of probability and statistics used along this work is presented. The methodology for obtaining the data needed for probabilistic analysis is described, including quantity and localization of samples, computation of mean and variance of soil properties and determination of uncertainties about these values. The procedures of three probabilistic methods which are useful in geotechnics are presented, with special emphasis on the first order second moment method (FOSM). Probabilistic analysis are made considering independent changes of height and inclination of a mine slope under drained conditions. The application of probabilistic analysis of a breakwater above a soft clay deposit under undrained conditions is also presented. / [es] Se abordan algunos aspectos relativos a la ejecución de análisis probabilístico en proyectos de geotecnia. Se presenta un resumen de los conceptos de probabilidades y estadísticas, utilizados a lo largo del trabajo. Se describe una metodología para la obtención de los datos necesarios para el análisis probabilístico, incluyendo la cantidad y la localización de las muestras, el cálculo de las medias y variancias de los parámetros del suelo y la cuantificación de los errores relativos a estos valores. Se presenta el procedimientode ejecución de los tres métodos probabilísticos más utilizados en geotecnia con énfasis especial para el Método del Segundo Momento de Primer Orden. Se realizan análisis probabilísticos considerando, separadamente, variaciones de altura e inclinación de un talud de mineración en condiciones drenadas. También se evalúa la aplicación de la metodología de análisis probabilística en situaciones no-drenadas, a través de el análisis de la estabilidad de un quebra olas sobre arcilla blanda.

La presente investigación contempla el análisis y diseño de la estabilidad de talud en el Sector Sausacocha – Pallar Km. 8+000 al 9+000 Provincia de Sánchez Carrión, departamento de La Libertad, debido a los constantes deslizamientos que se producen por motivos de la erosión, movimientos sísmicos e intensas lluvias que se presentan en la zona. Se analizarán los diversos factores que intervienen en la estabilidad de talud, para esto se apoyará de las teorías de mecánica de suelos utilizando métodos no exactos para el estudio del talud. Para ello se buscará alternativas de solución para mitigar un posible deslizamiento en el futuro. Con ello se busca una infraestructura segura, adecuada y eficiente para mantener la estabilidad del talud generando un tránsito fluido y evitando pérdidas materiales y humanas de los pobladores de los sectores Sausacocha y Pallar de la provincia de Sánchez Carrión, región La Libertad.

Debido a los deslizamientos de tierra ocurridos en el cerro Pucruchacra, hecho que afectó a la Carretera Central, la vía más importante del país, el Estado, a través de la empresa Dobac S.A., implementó un sistema de gaviones con banquetas en dicha zona. La presente investigación plantea que un sistema de drenaje por perforación con anclajes puede brindar mayor estabilidad a la ladera del cerro Pucruchacra, que el sistema ya existente. Por ello, para demostrar la hipótesis, se requirió de información geotécnica y topográfica, la cual fue obtenida de estudios hechos previamente. Esta información fue usada en los softwares SEEP/W y SLOPE/W para hacer modelamientos con el fin de determinar la sección crítica -la que tiene menor factor de seguridad- del tramo estudiado. En esta sección crítica se hicieron los modelamientos de los dos sistemas mencionados para luego ser comparados y determinar cuál garantiza una mayor estabilidad al talud. Se modeló el sistema de drenaje por perforación con anclajes con una, dos y tres filas de drenes, para conocer el comportamiento del talud. Los resultados mostraron que no hay mayor diferencia entre el sistema de gaviones con banquetas y el sistema de drenaje por perforación con anclajes, teniendo este último tres filas de drenes. Sin embargo, se evidenció una tendencia positiva en el factor de seguridad al aumentar las filas de drenes, por lo que es probable que el factor de seguridad siga aumentando con más filas. Por otro lado, a pesar de la similitud de los factores de seguridad entre ambos sistemas, se considera que el sistema de drenaje por perforación con anclajes es una mejor alternativa, ya que, por sus características, este no necesita de grandes movimientos de tierra, por lo tanto, la duración y el costo del proyecto serían menores; otra característica a favor es la no necesidad de mantenimiento, ya que estos drenes, por el tipo de material que tiene, no se colmatan. / Due to the landslides that occurred on the Pucruchacra hill, a fact that affected the Carretera Central, the most important road in the country, the State, through the company Dobac S.A., implemented a gabion system with benches in that area. The present investigation proposes that a drainage drilling system with anchors can provide greater stability to the slope of the Pucruchacra hill, than the existing system. Therefore, to demonstrate the hypothesis, geotechnical and topographic information was required, which was obtained from previously done studies. This information was used in the SEEP/W and SLOPE/W software to make modeling in order to determine the critical section -the one with the lowest safety factor- of the studied section. In this critical section, the modeling of both mentioned systems were made to later be compared and determine which one guarantees greater stability to the slope. The drainage drilling system with anchors was modeled with one, two and three rows of drains, to know the behavior of the slope. The drainage results show that there is no major difference between the gabion system with benches and the drainage drilling system with anchors, the latter having three rows of drains. However, a positive trend in the safety factor was evidenced as the rows of drains increased, so it is likely that the safety factor will continue to increase with more rows. On the other hand, despite the similarity of the safety factors between both systems, it is considered that the drainage drilling system with anchors is a better alternative, since, due to its characteristics, it does not need large movements of land, therefore, the duration and cost of the project would be less; another feature in favor is the non-need for maintenance, since these drains, due to the type of material they have, are not clogged. / Tesis

[pt] A avaliação da estabilidade do talude da Mina Robert (Canadá) é feita através do campo de deslocamentos de marcos superficiais e subsuperficiais e possíveis mecanismos de ruptura obtidos a partir da análise tensão- deformação usando-se o programa computacional FLAC (V. 3.30). Adotando-se o emprego dos modelos constitutivos elástico perfeitamente plástico e elasto-plástico com amolecimento, são calculados o fator de segurança e a porcentagem da região de plastificação, e são definidas as características de comportamento cinemático do talude sob condições de carregamento gravitacional. Apresenta-se um estudo de sensibilidade considerando-se tensões cisalhantes e deslocamentos acumulados em função da variação dos parâmetros do maciço rochoso e da inclinação do talude, além de se analisar fatores associados à definição dos mecanismos de ruptura em termos de tensão- deformação. Finalmente, são apresentadas as comparações entre os fatores de segurança calculados em função dos resultados da simulação numérica (FLAC) e os fatores de segurança calculados por equilíbrio limite considerando-se as superfícies potenciais de ruptura provenientes da modelagem computacional. / [en] The evaluation of the stability of the Robert Pit Mine (Canada) is made through the field of displacements of superficial and ground marks and possible rupture mechanisms obtained from the results of tension-deformation analysis by using the program computational FLAC (V. 3.30). Two constitutive models, the elastic perfectly plastic model and elastic-plastic with strain softening model, are used for the determination of safety's factor and plastification area. This work also defines the characteristics of cinematic behavior of the rock slope under gravitat ional condit ions. A sensibility study is realized considering shear stress and displacements in function of the variation of the rock parameters and of the inclination of the slope. The analysis of the factors associated to the definition of the rupture mechanisms in tension-deformation terms is also done. Finally, the comparisons are presented among safety's factors calculated in function of the results of the numerical analysis (FLAC) and safety's factors calculated by limit equilibrium methods in function of the potential rupture surfaces of the computational model. / [es] La evaluación de estabilidad del talud de la Mina Robert (Canadá) se realiza a través del campo de deslocamientos de marcos superficiales y subsuperficiales y posibles mecanismos de ruptura obtenidos a partir del análisis tensión-deformación utilizando el programa computacional FLAC (V. 3.30). Se adopta el empleo de los modelos constitutivos elástico perfectamente plástico y elasto-plástico con ablandamiento. Se calculan el factor de seguridad y el portentaje de la región de plastificación, y son definidas las características de comportamiento cinemático del talud bajo condiciones de recarga gravitacional. Se presenta un estudio de sensibilidad considerando las tensiones cisallantes y deslocamientos acumulados en función de la variación de los parámetros del macizo rocoso y de la inclinación del talud, además de nalisa factores asociados a la definición de los mecanismos de ruptura en términos de tensión - deformación. Finalmente, se presentan las comparaciones entre los factores de seguridad calculados en función de los resultados de la simulación numérica (FLAC) y los factores de seguridad calculados por equilibrio límite considerando las superfícies potenciales de ruptura provenientes del modelo computacional.

Los sistemas flexibles de alta resistencia anclados al terreno son una de las distintas técnicas existentes para la estabilización de taludes, ya sean de roca o de suelos. Están constituidos por una membrana (red de cables o malla de alambre) sujeta al terreno mediante placas de anclaje, cables de refuerzo y bulones. En la mayor parte de los modelos de cálculo existentes se supone un comportamiento activo del sistema, es decir, que evita que se produzcan deslizamientos a través de una supuesta pretensión del sistema y convexidad del terreno. El sistema ejercería una presión normal al terreno que incrementa la tensión tangencial en la superficie potencial de deslizamiento evitando que se alcance la rotura del terreno. En esta tesis se han medido las fuerzas en distintos componentes del sistema desde el momento de la instalación, y se ha comprobado que la pretensión es muy reducida. Por otro lado, la supuesta convexidad del terreno raramente tiene lugar. Todo esto conduce a demostrar la hipótesis de comportamiento pasivo del sistema, es decir, que éste contiene a la masa inestable una vez que se ha producido la rotura. Es por ello que se ha considerado el desarrollar un nueva metodología de cálculo basada en un comportamiento pasivo. La nueva metodología consiste en realizar una simulación numérica dinámica en 2D de la interacción sistema flexible - masa inestable – talud estable. Partiendo de las dimensiones de un círculo de rotura en suelos o una cuña en roca, se deja caer la masa inestable con la fuerza de la gravedad. En su caída, la masa inestable deformará a la membrana, cables de refuerzo y bulones desarrollándose en ellos tensiones que deberán considerarse para su correcto dimensionamiento. En el caso particular de los taludes de suelos, se ha recurrido a la modelización de la masa inestable mediante la discretización por puntos SPH (Smooth Particle Hydrodynamics). / Highly resistant flexible systems anchored to the ground are among the techniques for slope stabilisation, either soil or rock. The system is formed by a membrane (cable net or wire mesh) tightened to the ground through spike plates, reinforcement cables and bolts. In the majority of the existing design models, an active behaviour of the system is considered; which means, that it is able to avoid ground sliding through a pretension of the system and the convexity of the slope surface. The system would exert a normal pressure over the ground that increases the shear stress in the potential slip surface avoiding that failure takes place. In this thesis, forces on different system components have been measured, finding that the pretension force is very low. On the other hand, the supposed ground convexity rarely exists. All this demonstrates that actual system behaviour is passive; which means that it is able to contain the unstable mass once the failure has already occurred. Therefore, a new design methodology based on a passive behaviour has been developed. The new methodology consists in performing a dynamic numerical simulation in 2D of the interaction flexible system – unstable mass – stable slope. Starting from specific known dimensions of slip circle in soils or a wedge in rocks, unstable mass falls only under the action of gravity. During its falling, the unstable mass deforms the membrane, reinforcement cables and bolts. Maximum stresses developed in these components should be considered for their design. In the particular case of soil slopes, unstable mass has been discretised with the mesh free method SPH (Smooth Particle Hydrodynamics).

[pt] O principal objetivo deste trabalho é a aplicação do método dos elementos finitos (MEF) na análise da estabilidade de taludes em solo, para identificação da superfície crítica de deslizamento e cálculo do correspondente fator de segurança. Ainda que o método dos elementos finitos tenha se tornado ferramenta popular para análise de muitos problemas da engenharia geotécnica, existem relativamente poucas aplicações específicas publicadas na literatura sobre estabilidade de taludes. Dois métodos podem ser empregados para a utilização do MEF na área da estabilidade de taludes: o método direto, onde os resultados numéricos são exclusivamente usados para localização da potencial superfície de deslizamento e cálculo do fator de segurança, e o método indireto, onde seus resultados são acoplados a uma técnica para auxiliar a pesquisa da superfície crítica. Comparações entre resultados obtidos pelo método dos elementos finitos e de equilíbrio limite são feitas em vários exemplos numéricos investigados nesta dissertação, comentando-se a aplicabilidade, vantagens e limitações de ambas as metodologias em estudos da estabilidade de taludes em solos. / [en] The main objective of this research is the application of the finite element method (FEM) to analyze the stability of soil slopes, searching the position of the failure slip surface in the soil mass and its corresponding safety factor. The finite element method has become a popular tool for the study of many geotechnical engineering problems but, in the specific area of slope stability analysis, there are relatively few applications reported in the literature. Basically, two methods have evolved for application of the FEM results in slope stability problems: the direct method, that uses the numerical results only for establishing the slip surface and computation of the related safety factor, and the indirect method, where the FEM results are combined with another numerical technique to improve the search process of slip surfaces. Several numerical examples have been studied in this dissertation, making comparisons among the results obtained using the finite element and limit equilibrium methods. The applicability, advantages and shortcomings of both approaches are also discussed. / [es] 1276 El objetivo principal de este trabajo es la aplicación del método de los elementos finitos (MEF) al análisis de estabilidad de taludes de suelo, con el próposito de identificar la superfície crítica de deslizamento y cálculo del correspondiente factor de seguridad. Aunque el método de los elementos finitos se haya convertido en una herramienta popular en el análisis de muchos problemas de la ingeniería geotécnica, existen relativamente pocas aplicaciones específicas publicadas en la literatura sobre la estabilidad de taludes. Dos métodos pueden ser empleados para la utilización del MEF en el área de estabilidad de taludes: el método directo, donde los resultados numéricos son exclusivamente usados para localización de la potencial superficie de deslizamento y el cálculo del factor de seguridad; y el método indirecto, donde los resultados se acoplan a una técnica para auxiliar la investigación de la superficie crítica. Se utilizan varios ejemplos con el fin de comparar los resultados obtenidos por el método de los elementos finitos y por el método de equilibrio límite investigados en esta disertación. Se incluyen comentarios sobre la aplicabilidad, ventajas y limitaciones de ambas metodologías en estudios de la estabilidad de taludes en suelos.

La construcción de coberturas en zonas alto andinas se ha convertido en una pieza clave para disminuir los pasivos ambientales y, a la vez, contribuir el desarrollo del país gracias a la minería. Gran parte del terreno en estas zonas son suelos arcillosos cuyo comportamiento es impredecible porque presentan cambios de volumen abruptos según la variación de saturación del suelo. Quienes transitan por carreteras en taludes de este tipo de suelo, corren alto riesgo debido al deslizamiento que sufren los taludes cada año. En este tipo de taludes se producen deslizamientos cuando el suelo arcilloso se encuentra parcialmente saturado, ya que en estas condiciones el suelo no es estable. Por ello, se realizaron los estudios de estabilidad de taludes de suelo parcialmente saturado con el método de talud infinito. Se construyó la envolvente de falla del suelo parcialmente saturado con los valores del ensayo del papel filtro y corte directo de acuerdo con la saturación a la que se encuentre sometido. Estos valores serán importantes para el cálculo del factor de seguridad, el cual se obtuvo a partir de una hoja de cálculo propuesta en esta investigación. Finalmente, se validó la hoja de cálculo con el software Geostudio donde se obtuvo una variación dentro del rango de significancia +-5%. Se concluyó que el análisis de estabilidad de talud de cobertura de un suelo parcialmente saturado proporciona un valor de factor de seguridad a partir de un análisis que simula con mayor exactitud el comportamiento del suelo. / The construction of hedges in high Andean areas has become a key element in reducing environmental liabilities and, at the same time, contributing to the development of the country thanks to mining. Much of the terrain in these areas is clay soils whose behavior is unpredictable because they present abrupt volume changes depending on the variation in soil saturation. Those who travel on roads on slopes of this type of soil are at high risk due to the landslide suffered by the slopes every year. In this type of slopes, landslides occur when the clay soil is partially saturated, since under these conditions the soil is not stable. For this reason, the stability studies of partially saturated soil slopes were carried out with the infinite slope method. The partially saturated soil failure envelope was constructed with the values ​​of the filter paper test and direct cut according to the saturation to which it is subjected. These values ​​will be important for the calculation of the safety factor, which was obtained from a spreadsheet proposed in this investigation. Finally, the spreadsheet was validated with the Geostudio software, where a variation was obtained within the range of significance + -5%. It was concluded that the slope stability analysis of a partially saturated soil cover provides a factor of safety value from an analysis that more accurately simulates soil behavior. / Tesis