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MANUAL PARA MANEJO DEL PROGRAMA SLOPE/W VERSIÓN 2007

ELABORADO POR:

Ing. MSc. José Alberto Rondón

Ing. MSc. Luz Marina Torrado Gómez

Bucaramanga, 2012

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SLOPE / W

Slope/w es un software que permite calcular el factor de seguridad de los taludes

en tierra y en roca. Con SLOPE/W se puede analizar problemas sencillos y

complejos para una gran variedad de formas de superficie de falla, condiciones de

presión de poros, propiedades de suelo, métodos de análisis y condiciones de

cargas . Usando el equilibrio límite, SLOPE/W puede modelar tipos de suelos

heterogéneos, compleja estratigrafía y geometrías de superficie de falla, y

variables condiciones de presión de poros utilizando una grande selección de

modelos de suelo. El análisis de estabilidad de taludes puede ser realizado

utilizando parámetros de entrada determinados.

Con este completo rango de características, SLOPE/W se puede utilizar para

analizar casi cualquier problema de estabilidad de taludes que se pueda encontrar

en geotecnia y proyectos de ingeniería.

El programa al resolver el problema de la estabilidad del talud, muestra muchos

instrumentos para ver los resultados, tales como despliegue la superficie de falla y

el factor de seguridad mínimo, visualización de uno individualmente, ver la

información acerca de la superficie de falla critica, incluyendo la masa total que

desliza, un diagrama de cuerpo libre y un polígono de fuerzas de las fuerzas que

actúan en cada dovela y el contorno de los factores de seguridad.

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PASOS PARA LA UTILIZACIÓN DEL SOFTWARE

Para arrancar el programa se puede hacer desde el escritorio o desde el menú de inicio tal como se muestra

Una vez que se pulsa el icono de arranque del programa desde el menú de inicio aparecerá la pantalla que vemos debajo de este texto. En la parte derecha se observan varios iconos cada uno correspondiente a un programa distinto del paquete Geostudio, ejemplos y vídeos tutoriales que componen el paquete.

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Para crear un nuevo proyecto se hace click en New

Una vez pulsado en ícono aparece la pantalla principal del programa, tal como aparece en la siguiente figura.

A partir de aquí se empieza a introducir geometrías, mallas, parámetros y todos los datos necesarios para modelizar el comporamiento de una ladera, terraplén, presa, desmonte, etc; en este caso del talud.

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Haciendo click en la ventana de settings se introduce la línea piezometrica, tal como aprece en la siguiente figura.

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Guardar el documento haciendo click en File Save as.

El área de trabajo, es el área establecida por el usuario para definir el problema. El área puede ser más pequeña, igual o más grande que el tamaño del papel. Para definir el tamaño del área de trabajo: Hacer click en Set Page y aparecerá el área para trabajar.

Seleccionar el área de trabajo en menú-set y escoger la opción page, verificar que las unidades estén en mm y colocar las dimensiones de ancho y alto que desea en la hoja.

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Para dimensionar el área de trabajo hacer click en Set Page y colocar las dimensiones de ancho y altura de la misma.

.

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La visualización de la malla en el fondo del área de trabajo constituye una ayuda fundamental a la hora de dibujar y visualizar el perfil del talud, seleccionando Set Grid

Para definir los ejes del perfil y poder acotar geométricamente el talud se debe seleccionar Set del menú y el siguiente cuadro de diálogo aparecerá:

Escribir el título de los ejes: Bottom X: Distancia (m). y Left Y: Elevación (m), pulsar O.K y se procede a colocar los valores que se indican en la figura adjunta

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Se procede a dibujar el talud en estudio apartir del estudio topográfico realizado,

haciendo click en Keyn Points, introduciendo las abscisas, tal como se

muestra a continución.

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Para unir los puntos intriducidos y formar los estratos encontrados en el talud se procede

a hacer click en Draw Regions Region y las regiones quedan definidas

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Para introducir las caracteristicas geotecnicas de los materiales se procede a hacer click

en Draw Materials

Aparece este recuadro y se selecciona regions KeyIn

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Seguidamente se adicionan los materiales haciendo click en Add. Para el caso del

talud estudiado se introducen las siguientes caracteristicas, las cuales se

presentan en la siguiente tabla

ESTRATO CLASIFICACION COLOR γ

(KN/m3)

C (KPa)

Ø ( º )

1 CL Amarillo 20.01 69.65 19 2 CL Rojizo 20.85 10.93 22 3 ML Marrón rojizo 20.65 17.05 16

4 CL Marrón con bandas rojas y

grises

18.49

32.47 27

5 SC Amarillo 18.3 24.13 23

6 ROCA ---- --- --- ---

A continuación se muestra el procedimiento realizado para la incorporación de

dichos parámetros.

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Una vez terminados de introducir las caracteristicas se procede a asignarlos en

cada uno delos estratos haciendo click en Draw materials y desplegando la

ventana de cada uno de ellos y simplemente clickeando dicho estrato.

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Se dibuja la línea piezometrica haciendo click en KeyIn Pore water Presure

Add y aparecerá el siguiente recuadro

Luego haciendo click en Points se introducen las abscisas de la línea

piezometrica y luego hacer click en Add y hace click en close.

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Haciendo click en Materials se indicanlos estratos por los cuales va a pasar la

línea piezometrica, tal como se observa en la figura

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Teniendo en cuenta que el talud en estudio está localizado en una zona de

amenaza sismica alta y según la Norma Sismoresistente NSR-10, la cual indica

que se debe utilizar una aceleración sismica de 0.5 y teniendo en cuenta el criterio

dado en Hynes-Griffin, M.E. and Franklin, A.G. (1984). "Rationalizing the seismic

coefficient method." Miscellaneous Paper GL-84-13, U.S. Army Corps of Engineers

Waterways Experiment Station, Vicksburg, Mississipi, 21p. se utilizará el 50% de

dicha aceleración, para lo que se estipula un valor de 0,15 para la aceleración

sísmica Horizontal.

Para incorporar la carga sísmica se debe hacer click en KeyIn Seismic Load y

al desplegarse la ventana colocar los valores

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Para especificar el control del análisis se debe hacer click en Draw y seleccionar la pestaña Slip Surface , grid y colocar los valores en las casillas.

Posteriormente dar click en Draw, seleccionar la pestaña Slip Surface , Radius y colocar los valores en las casillas.

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Antes de correr el programa se debe realizar la verificación delos datos haciendo

click en Tools Verify/Optimize y verificar si la verificación indica cero errores,

se pulsa Done y se puede proceder a correr el programa de lo contrario se

procederá a verificar los errorres y corregirlos.

Para iniciar los cálculos que permitan determinarr el coeficiente de seguridad y visualizar la superficie de rotura asociada, se debe seleccionar del menú la barra de Tools, solve Analyses y al aprecer el cuadro que se muestra a continuación se le da click en Start.

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Aparece el siguiente cuadro de diálogo sobre el que pulsamos el botón Start,

iniciándose el cálculo de los resultados.

Después de cierto tiempo aparece el siguiente cuadro con la información de los factores de seguridad por los diferentes metodos de analisis.

Una vez terminados los calculos y con el objetivo de visualizar los resultados de

los calculos se hace click en Window Contour, tal como se muestra en las

siguientes figuras.

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A continuación se muestran los diferentes resultados obtenidos por los distintos

métodos utilizados.

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Para modificar la intensidad de las líneas de contorno que definen los lugares geométricos de los coeficientes de seguridad se selecciona del menú desplegable la opción de Draw, contours, enel cual se despliega un cuadro, sonde se le introducen los valores pedidos, tal como se puede observa en la figura siguiente.

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Para visualzar las fuerzas que actúan sobre cada rebanada se da click en View, slide Information, tal como se muestra a continuación

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Para la visulaización de las graficas generadas dar click en Draw, Graph según se

muestra en la siguiente figura

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Se pulsa la ventana desplegable que se observa como Add y se seleccionan las

clases de graficas a analizar.

A continuación se muestran las gráficas generadas por el programa, que sirven de

analisis de las variables involucradas.

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SOLUCIÓN GEOTECNICA PARA EL TALUD

Como solución al problema de inestabilidad del talud se plantea la construcción de

un muro en concreto reforzado de 9.0 m de altura con espesor de 0,20 m con

talud 1 : 0,5 con tres líneas anclajes dos de 18 m. ubicados en la parte superior y

uno de 12 m ubicado en la parte inferior del talud, con 4 torones de diametro de

5/8”.

Para la modelación de la solución geotecnica planteada se procedió a dibujar el

talud con una polyline tal como se muestra en la figura.

Dibujar el muro con la polylines.

DISTANCIA Vs ESFUERZONORMAL

Norm

al S

tress (

kP

a)

Distance (m)

-20

-40

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10 20 30 40 50

DISTANCIA Vs ESFUERZOCORTANTE

Shear

Str

ength

(kP

a)

Distance (m)

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50

DISTANCIA Vs COHESION

Cohesio

n (

kP

a)

Distance (m)

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50

DISTANCIA Vs PRESIONDE POROS

Pore

-Wate

r P

ressure

(kP

a)

Distance (m)

-10

-20

-30

-40

-50

0

0 10 20 30 40 50

DISTANCIA Vs FUERZASISMICA

Hori

z. S

eis

mic

(kN

)

Distance (m)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50

DISTANCIA Vs ANGULOFRICCION

Fri

ction A

ngle

(°)

Distance (m)

16

17

18

19

20

21

22

0 10 20 30 40 50

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Modificar los estratos dando click en la ventana de Modify Objetcs y dar click

en los estratos a eliminar y suprimir.

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haciendo click en Keyn Points, introduciendo las abscisas, tal como se

muestra a continución.

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Para unir los puntos introducidos y formar el muro hacer click en Draw

Regions Region y el muro queda definido.

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Para conformar el espesor del muro en concreto hacer click en Draw Regions

Region, seleccionar los puntos a definir. El espesor del muro en este caso se

definió de 20 cm.

A continuación se muestra un detalle de muro terminado.

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A continuación se deben asignar las propiedades del muro colocado, haciendo

click en Draw Materials

Haciendo click en regions, escoger el material a asignar, en la ventana

desplegable escoger la opción de concreto e introducir las propiedades del

material.

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Se reasignan de nuevo los materiales que conforman los estratos.

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Para la colocación de los anclajes se hace click en polylines, con ella se realiza el

dibujo preliminar de los anclajes.

Se procede a asignar las propiedades de los anclajes haciendo click en Draw

Reinforcement Loads y se procede a colocar los parámetros solicitados en el

cuadro del diálogo.

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A continuación se presentan las especificaciones calculadas para los anclajes del

muro planteado como solución al problema de inestabilidad del talud de la zona A.

Se colocarán tres (03) lineas de anclajes distribuidos asï:

1. Una (1) linea de 15 metros de Longitud con bulbo de 8 metros.

2. Dos (2) lineas de 12 metros de longitud con bulbo de 7 metros.

Longitud del Anclaje: 15 m y 12 metros

Inclinación del Anclaje: 15

Carga Aplicada: 30 toneladas = 300 KN

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Carga admisible del Anclaje: 70% * 16.2 Ton * 3 = 34.02 Ton

Es decir se requieren 3 Anclajes de 5/8”.

Las especificaciones de los bulbos tenidos en cuenta para la solución fueron las

siguientes:

Longitud del Bulbo: 8 m y 7 m.

Diámetro del Bulbo (Diámetro Perforación): 4” = 10 cm = 0.1 m.

Factor de Seguridad: 1.5.

Fricción entresuelo y bulbo = Fuerza / Area = 300 Kpa

Separación: 2.5 m.

Capacidad del anclaje: fy * Area * Cantidad * 0.85 = 270 KN.

Capacidad de Corte: Aproximadamente el 70% de la capacidad de

Anclaje = 200 KN.

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Para este análisis utilizaremos Dos (2) formas distintas para determinar los valores

de factor de seguridad las cuales presentamos a continuación:

Primera forma: Autolocalización:

en KeyIn se hace click en Analyses.

En la pestaña Slip Surface activamos en Slip Surface Option la Opción Auto

Locate

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Realizar la verificación delos datos haciendo click en Tools Verify/Optimize y

si la verificación indica cero errores, se pulsa Done y se puede proceder a correr

el programadelo contrario se procederá a verificar los errorres y corregirlos.

Para iniciar los cálculos que permitan determinarr el coeficiente de seguridad y visualizar la superficie de rotura asociada, se debe seleccionar del menú la barra de Tools, solve Analyses y al aparecer el cuadro que se muestra a continuación se le da click en Start.

Aparece el siguiente cuadro de diálogo sobre el que pulsamos el botón Start,

iniciándose el cálculo de los resultados.

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Aparecerá el siguiente cuadro de dialogo con los valores de factor de seguridad

por los diferentes métodos.

Una vez terminados los cálculos y para visualizar los resultados de los cálculos se

hace click en Window Contour, tal como se muestra en las siguientes figuras.

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A continuación se muestran los resultados arrojados de factores de seguridad

obtenidos por el programa para los diferentes métodos empleados.

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Segunda forma: Entry and Exit:

en KeyIn se hace click en Analyses.

En la pestaña Slip Surface activamos en Slip Surface Option la Opción Entry and Exit

En la barra de Herramienta se activa Draw Slip Surface Entry and Exit

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Se dibuja la Línea de entrada y la linea de salida de las posibles líneas de fallas.

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Realizar la verificación delos datos haciendo click en Tools Verify/Optimize y

si la verificación indica cero errores, se pulsa Done y se puede proceder a correr

el programadelo contrario se procederá a verificar los errorres y corregirlos.

Para iniciar los cálculos que permitan determinarr el coeficiente de seguridad y visualizar la superficie de rotura asociada, se debe seleccionar del menú la barra de Tools, solve Analyses y al aparecer el cuadro que se muestra a continuación se le da click en Start.

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Aparece el siguiente cuadro de diálogo sobre el que pulsamos el botón Start,

iniciándose el cálculo de los resultados.

Aparecerá el siguiente cuadro de dialogo con los valores de factor de seguridad

por los diferentes métodos.

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Una vez terminados los cálculos y para visualizar los resultados de los calculos se

hace click en Window Contour, tal como se muestra en las siguientes figuras.

A continuación se muestran los resultados arrojados de factores de seguridad

obtenidos por el programa para los diferentes métodos empleados.

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Para ver la información de una dovela se hace click en View Slice

Information

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Hacer click sobre la dovela de la que se desea ver la información y aparecerá el

cuadro de diálogo con la misma.

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Para dibujar las graficas se hace click en Draw Graph y en el cuadro que

aparece se buscan las graficas deseadas.

Las gráficas generadas por el programa aparecen a continuación:

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DISTANCIA Vs ESFUERZONORMAL

Norm

al S

tress (

kP

a)

Distance (m)

-50

0

50

100

150

200

0 10 20 30

DISTANCIA Vs ESFUERZOCORTANTE

Shear

Str

ength

(kP

a)

Distance (m)

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30

DISTANCIA Vs COHESION

Cohesio

n (

kP

a)

Distance (m)

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30

DISTANCIA Vs PRESIONDE POROS

Pore

-Wate

r P

ressure

(kP

a)

Distance (m)

-10

-20

-30

-40

0

0 10 20 30

DISTANCIA Vs FUERZASISMICA

Hori

z. S

eis

mic

(kN

)

Distance (m)

0

5

10

15

20

0 10 20 30