LOCALIZACIÓN DEL MODO DE FALLA CRÍTICA

La localización del modo de falla crítica I, II o III para una geometría es determinada en función de tres ángulos de fricción usados para modelar esos modos de falla. Los modos de falla dependen de del ángulo de fricción en la interface entre

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el sistema de pavimento/EPS, EPS/EPS y suelo de fundación/EPS o geosintético/EPS, respectivamente. El efecto del ángulo de fricción en la interface en la superficie de falla crítica es ilustrado en la figura 4.21.12.1, el cual presenta el factor de seguridad sísmico para 6 líneas de tráfico, de 12.2m de altura para tres coeficientes sísmicos horizontales de 0.05, 0.10 y 0.20, usados en la sección de estabilidad externa. Se puede ver que para un coeficiente sísmico de 0.05, en el modo de falla I (falla en la interface sistema de pavimento/EPS), es crítico para un ángulo de fricción ≤ 15-20 grados. Para ángulos de fricción entre 15 y 30 grados, en el modo de falla III (falla en la interface suelo de fundación/EPS), es crítica la falla. Para ángulos de fricción de interface mayores a 30 grados, el modo de falla 2 (falla a lo largo del terraplén en la interface EPS/EPS), es crítico. Entonces, el modo de falla interna o crítico variará dependiendo del valor de diseño del ángulo de fricción interna. Como resultado, las relaciones del factor de seguridad sísmico presentadas a continuación en las gráficas de diseño, para modos de falla II y III son combinados debido a que el modo de falla III es crítico hasta con un ángulo de fricción de 30 grados. Para ángulos de fricción de interface mayores a 30 grados, el modo de falla II controla debido a que el ángulo de fricción para la interface EPS/EPS es 30°.

El efecto del ángulo de fricción de interface en el factor de seguridad sísmico es importante, porque si el ángulo de fricción se incrementa en la interface, una interface diferente puede llegar a ser crítica y debe reforzarse para llegar al factor de seguridad requerido. Por ejemplo, si el ángulo de fricción de interface para el modo de falla I se incrementa de 10 a 15°, para un coeficiente sísmico horizontal de 0.2, el factor de seguridad sísmico incrementa aproximadamente la unidad para mayorar el valor requerido de 1.2 (observar figura 4.21.12.1). Sin embargo, si el ángulo de

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fricción de interface para el modo de falla II o III es 10°, esas interfaces exhibirán un factor de seguridad sísmico por debajo de 1.2 y será crítico. Esto puede requerir que el ángulo de fricción de interface se incremente para el modo de falla III, pero probamente no para el modo de falla II, debido a que el ánulo de fricción en la interface EPS/EPS usualmente excede de 10°como se menciona anteriormente.

Figura 4.21.12.1 EFECTO DEL ÁNGULO DE FRICCIÓN EN LA INTERFACE Y TALUD DE INCLINACIÓN SOBRE EL FACTOR DE SEGURIDAD SÍSMICO, PARA UN TERRAPLÉN TRAPEZOIDAL CON GEOBLOQUES EPS DE UNA ALTURA DE 12.2m PARA 6 LÍNEAS DE TRÁFICO Y UN ANCHO TOTAL DE CARRETERA DE 34m.

4.21.13 GRÁFICAS DE DISEÑO

En la figura 4.21.12.1 también se ilustra la sensibilidad del factor de seguridad interno sísmico con respecto a la inclinación del talud. Para todos los taludes considerados (2H:1V, 3H1V y 4H:1V), el factor de seguridad sísmico interno para el modo de falla I no está en función de la inclinación, debido a que el análisis solo involucra el desplazamiento del bloque a lo largo del plano horizontal en la interface del sistema de pavimento/EPS. Para modos de falla II y III la inclinación, el factor de seguridad interno sísmico no es una influencia significativa especialmente con coeficientes sísmicos de 0.1 a 0.2. Además, la más grande variación del factor de seguridad sísmico ocurre con valores como kh=0.05, con factores de seguridad

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Consecuentemente la gráfica de diseño está basada en la inclinación más crítica 2H:1V y por eso la gráfica de diseño es independiente de la inclinación de los taludes de terraplén.

La figura 4.21.13.1 ilustra la sensibilidad del factor de seguridad interno sísmico con la altura de 12.2m de relleno EPS con inclinaciones de 2H:1V. Se puede ver que el modo de falla crítico otra vez está en función del ángulo de fricción con el modo de falla I controlando con bajos valores de ángulos de fricción de interface y el modo II controlando con altos valores de ángulo de fricción de interface. También se puede ver que el ancho de carretera no influye significativamente al factor de seguridad sísmica especialmente con coeficientes sísmico horizontales de 0.1 a 0.2. Para el coeficiente sísmico horizontal de 0.05, se puede ver que el factor interno de seguridad interno sísmico es influenciado por la diferencia de anchos de 2 a 6 líneas de tráfico (11 a 34m respectivamente) siendo el de 2 líneas de tráfico levemente más crítico que el de 6. Sin embargo, el factor de seguridad sísmico varía aproximadamente de 7 a 8, lo cual está muy por encima del valor requerido de 1.2 y por eso no controla el diseño del terraplén. Por consecuencia la gráfica de diseño está basada en la inclinación más crítica de 2H:1V y el ancho de 11m para dos líneas de tráfico.

Figura 4.21.13.1 EFECTO DEL ANCHO DE CARRETERA SOBRE EL FACTOR DE SEGURIDAD SÍSMICO PARA UNA ALTURA DE 12.2m Y UNA INCLINACIÓN 2H:1V PARA TERRAPLENES TRAPEZOIDALES EPS.

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La figura 4.21.13.2 ilustra el estudio de sensibilidad final usado para desarrollar las gráficas de diseño, el cual involucra el efecto de la altura del terraplén sobre el factor de seguridad sísmico. Los estudios de sensibilidad en las figuras 4.21.13.1 y 4.21.13.2, se basan en una altura de 12.2m de relleno de geobloque EPS con una inclinación de 2H:1V y 2 líneas de tráfico. Se puede observar que la altura del terraplén no incluye significativamente al factor de seguridad sísmico especialmente con un coeficiente sísmico horizontal de 0.1 y 0.2. Para coeficiente sísmico horizontal de 0.05, se puede ver que el factor de seguridad es influenciado por la diferencia de alturas de 3.1m a 12.2m, sin embargo, el factor de seguridad varia de 7 a 9.5 aproximadamente, lo cual está muy por encima del valor requerido de 1.2 y debido a esto no controla el diseño del terraplén. Por consecuencia, la gráfica de diseño está basada en la inclinación mas crítica de 2H:1V y un ancho de carretera de 11m para 2 líneas de tráfico. Además, las relaciones para modos de falla II y III en la gráfica de diseño representan la altura de terraplén crítico el cual varia de 3.1m para ángulos de fricción en interface menores a 20°, hasta 12.2 para ángulos de fricción en interface mayores o iguales a 20°. La diferencia en el factor de seguridad sísmico entre alturas de 3.1m a 12.2m es pequeña, es por eso que la gráfica de diseño puede ser usada para cualquier terraplén entre 3.1m y 12.2m de altura.

Figura 4.21.13.2 EFECTO DE LA ALTURA DEL TERRAPLÉN SOBRE EL FACTOR DE SEGURIDAD SISMICO PARA TERAPLENES TRAPEZOIDALES CON UNA INCLINACIÓN DE 2H:1V PARA 2 LÍNEAS DE TRÁFICO.

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La gráfica de diseño de estabilidad interna sísmica en la figura 4.21.13.3 presenta el factor de seguridad sísmica para cada coeficiente sísmico como función del ángulo de fricción de interface. De igual forma como se menciona anteriormente, la gráfica de diseño fue desarrollada para geometrías críticas con una altura de 3.1m a 12.2m, inclinaciones de 2H:1V, 3H:1V y 4H:1V, y anchos de 11m, 23m y 34m. Se puede observar que el terraplén exhibirá un factor de seguridad sísmico aceptable si el mínimo ángulo de fricción en la interface excede a 15° aproximadamente. Sin embargo, un aspecto importante a tomar en cuenta de la figura 4.21.13.3 es presentar el diseño de estabilidad interno más efectivo y menos costoso, seleccionando el menor ángulo de fricción en la interface, que resulte en un factor de seguridad mayor o igual a 1.2. Por ejemplo, un geotextil liviano puede seleccionarse para la interface suelo de fundación/EPS, debido a que la interface solamente necesita exhibir un ángulo de fricción mayor a 10°, lo cual hace que no se requiera de conectores mecánicos entre geobloques EPS para la estabilidad interna, debido a que el ángulo de fricción para la interface EPS/EPS es de 30° aproximadamente. En resumen, la estabilidad interna sísmica aparentemente será controlada por la resistencia al corte de la interface sistema de pavimento/EPS.

Figura 4.21.13.3 GRÁFICA DE DISEÑO PARA LA ESTABILIDAD INTERNA SÍSMICA DE TERRAPLENES TRAPEZOIDALES.

172 4.21.14 PROCEDIMIENTOS DE REMEDIACIÓN

Los procedimientos de remediación que pueden ser usados para incrementar el factor de seguridad contra la inestabilidad interna sísmica son disminuir el espesor del sistema de pavimento, usando materiales con menor peso unitario, y otra forma es incrementando la resistencia en la interface sistema de pavimento/EPS y geosintético/EPS o también en la parte inferior de la interface suelo/EPS, y posiblemente usando conectores mecánicos par incrementar la resistencia entre geobloques EPS.

Figura 4.21.14.1 VALORES MÍNIMOS PERMITIDOS DE ESFUERZOS LÍMITES ELÁSTICOS Y MÓDULOS DE YOUNG PARA EL MATERIAL DESIGNADO PROPUESTO POR LA AASHTO.