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ANALISIS CINEMATICO DE TALUD ROCOSO PARA AMPLIACION DE VIA
K21+200 ENTRE YOPAL
LABRANZAGRANDE.
CAMILO ANDRES GARCIA DIAZ 201313899
NELSON ORLANDO RODRIGUEZ GAFARO 201313896
Trabajo de aplicacin para obtar el ttulo de ESPECIALISTA EN
GEOTECNIA VIAL.
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA.
ESCUELA DE POSGRADOS.
ESPECIALIZACION EN GEOTECNIA VIAL.
2013
-
2
TABLA DE CONTENIDO
1. DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA.
.......................................................................
4
2.
JUSTIFICACION.............................................................................................................................
5
3. OBJETIVOS.
..................................................................................................................................
6
3.1. GENERAL.
.............................................................................................................................
6
3.2. ESPECIFICOS.
.......................................................................................................................
6
4. LIMITACIONES.
............................................................................................................................
7
5. MARCO DE REFERENCIA.
.............................................................................................................
8
5.1. UBICACIN.
.........................................................................................................................
8
5.2. CLIMA.
.................................................................................................................................
8
5.2.1. Precipitacin.
...............................................................................................................
8
5.3. HIDROGRAFIA.
.....................................................................................................................
8
5.4. GEOLOGIA.
..........................................................................................................................
9
5.5. TECTONICA.
.......................................................................................................................
10
6. MARCO TEORICO.
......................................................................................................................
11
6.1. PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE TALUDES ROCOSOS.
........................................................ 11
6.2. ANALISIS DE ESTABILIDAD EN ROCA.
................................................................................
12
6.3. FALLA PLANA.
....................................................................................................................
13
6.3.1. Condiciones Generales de la Falla Plana.
..................................................................
13
6.3.2. Anlisis Cinemtico de la Falla Plana.
........................................................................
14
6.4. FALLA EN CUA.
................................................................................................................
15
6.4.1. Condiciones Generales de la Falla en Cua.
..............................................................
15
6.5. FALLA POR VOLCAMIENTO.
...............................................................................................
18
7. METODOLOGIA.
.........................................................................................................................
20
7.1. RECONOCIMIENTO DE CAMPO.
........................................................................................
20
7.2. LEVANTAMIENTO DE DISCONTINUIDADES Y ESTRATIGRAFIA.
......................................... 20
7.3. RECOPILACIONDE INFORMACION.
....................................................................................
20
7.4. ANALISIS DE DATOS.
..........................................................................................................
21
7.5. ANALISIS CINEMATICO.
.....................................................................................................
21
7.6. MEDIDAS DE ESTABILIZACION.
..........................................................................................
21
8. ANALISIS CINEMATICO DEL TALUD ROCOSO.
...........................................................................
22
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3
8.1. DATOS GEOLOGICOS.
........................................................................................................
22
8.2. REPRESENTACION ESTEREOGRAFICA.
...............................................................................
22
8.3. PROPIEDADES GEOMECANICAS.
.......................................................................................
24
8.4. ANALISIS DE FALLA.
...........................................................................................................
25
8.4.1. Falla
Plana..................................................................................................................
25
8.4.2. Falla en Cua.
............................................................................................................
25
8.4.3. Falla por Volcamiento.
..............................................................................................
26
8.5. DISEO DEL TALUD.
..........................................................................................................
27
9. MEDIDAS DE ESTABILIZACION.
..................................................................................................
28
9.1. REMOCION DEL MATERIAL.
...............................................................................................
28
9.2. CORTE DEL TALUD.
............................................................................................................
28
9.3. ESTABILIZACION POR REFUERZO.
......................................................................................
29
9.4. PROTECCION CONTRA CAIDA DE ROCAS.
.........................................................................
29
10. CONCLUSIONES
.....................................................................................................................
30
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1. DESCRIPCION Y FORMULACION DEL PROBLEMA.
La va Yopal Labranza grande comprende aproximadamente K 21+200,
representa la va alterna
entre estos dos departamentos, el tramo Yopal El morro comprende
una va pavimentada y
destapada el tramo final, la va comprende un ancho mximo en este
ltimo tramo es de 6m y su
parte ms angosta hasta 3.5m lo cual representa un lmite en el
trazado vial, la gran parte del perfil
vial est representado por corte en ladera y los puntos crticos
de ancho vial est comprendido por
el corte en talud rocoso.
Los taludes rocosos presentes en el tramo de va estn presentando
fallas y genera obstaculizacin
de ciertos puntos, lo cual reduce el ancho de va an ms,
representando as una limitacin de la va
restringiendo cierto tipo de vehculos.
La presencia de agua en estas zonas representa un factor
importante en la estabilidad de taludes y
que en estas zonas montaosas es considerable. El problema al
cual est enfocado este proyecto
es a la estabilizacin geotcnica de taludes rocosos mediante
cortes para ampliacin de la va en
puntos crticos de esta zona.
Si bien es cierto la inversin de diseo geomtrico y estabilizacin
de taludes en la malla vial de
Sogamoso Aguazul, es notable la presencia de algunos problemas
geotcnicos que persisten en la
zona.
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5
2. JUSTIFICACION.
El corredor vial entre Boyac y Casanare representa un desarrollo
importante en la economa de los
dos departamentos, actualmente la va principal corresponde
Sogamoso Pajarito Aguazul, la cual
tiene cierta problemtica de estabilidad, esto reclama una va
secundaria entre los departamentos
que pueda suplir las necesidades econmicas de transporte.
El corte en ladera de taludes rocosos genera una ampliacin al
diseo geomtrico y estabilizacin
cinemtica para los diferentes tipos de falla o estabilizacin con
medidas permiten garantizar el
estado de la va impidiendo la obstaculizacin por cada de
rocas.
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3. OBJETIVOS.
3.1. GENERAL.
Obtener un anlisis cinemtico al talud rocoso en el K 21+200 de
la va Yopal Labranza Grande,
para determinar un talud apropiado de corte.
3.2. ESPECIFICOS.
Realizar un levantamiento de diaclasas, discontinuidades y
estratificacin del talud existe,
como tambin del alineamiento de la va.
Determinar el nmero de familias de diaclasas o discontinuidades
que actan dentro del
anlisis.
Determinar los factores de seguridad de las diferentes fallas
que puede estar expuesto el
talud.
Utilizacin del software ROCSCIENCE DIPS, como herramienta en el
anlisis cinemtico.
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4. LIMITACIONES.
Para la realizacin del anlisis cinemtico del talud rocoso en la
via Yopal Labranza Grande se
utiliza informacin primaria como los levantamientos de
discontinuidades y diaclasas, y secundaria
como geologa, hidrologa y topografa de instituciones como
INGEOMINAS, IDEAM Y IGAC.
Informacin obtenida del departamento y del municipio que ayuda a
establecer antecedentes del
problema a estudiar. La caracterizacin geo mecnica se establece
por correlaciones o informacin
secundaria de la zona de estudio.
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5. MARCO DE REFERENCIA.
5.1. UBICACIN.
El talud de estudio tiene unas coordenadas 529'0.70"N
7229'42.70"O.Corresponde al
departamento de Boyac y municipio de Labranza Grande.
5.2. CLIMA.
La zona de estudio cuenta con una bio-temperatura anual de 20 C.
El relieve de este municipio es
tan intrincado que all se encuentran cotas desde los 600
m.s.n.m. hasta los 3500 m.s.n.m.
5.2.1. Precipitacin.
En la siguiente grafica se observa la fluctuacin de la
pluviosidad para las estaciones, se realiz el
clculo de la precipitacin media ponderada para el Municipio de
Labranzagrande.
Grafica 5.1 fluctuacin de la pluviosidad para las
estaciones.
5.3. HIDROGRAFIA.
La red hidrogrfica del municipio de Labranzagrande y el sitio
del talud, est comprendida
principalmente por la cuenca del Ro Cravo Sur.
La cuenca del Ro Cravo Sur se ha caracterizado por tener una de
las dinmicas geomorfolgicas ms
activas de los sistemas aluviales del Piedemonte Llanero en los
ltimos aos, lo cual es evidente en
los diferentes periodos de recurrencia de movimientos en masa a
gran escala que han afectado
considerablemente las poblaciones de Labranzagrande y Yopal.
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5.4. GEOLOGIA.
La cartografa geolgica del Municipio de Labranzagrande es de
gran inters ya que con ella se tiene
una visin global de la estructura y constituyentes mineralgicos
del subsuelo. Dicha cartografa es
de vital importancia para interpretar que procesos geolgicos
actuaron en el pasado y su incidencia
en el presente con el objeto de evaluar las diferentes amenazas
de tipo geolgico, lo cual permite
la localizacin, proyeccin y planeamiento de las diferentes
actividades e inversiones a realizarse
en el municipio.
El Municipio de Labranzagrande, se encuentra localizado dentro
de la clasificacin hecha por
Toussaint y Restrepo (1987 1989) en el terreno chibcha, el cual
se uni al bloque autctono de
Colombia a finales del Paleozoico por medio de la paleo falla de
rumbo de Guaicaramo. El nuevo
conjunto dio origen al Oriente Colombiano.
Geolgicamente el rea de estudio se encuentre en el grupo caqueza
y en la formacin areniscas de las juntas (kialj), Conforman un
escarpe bien marcado, distinguible en las fotografas areas, donde
es posible trazar contactos muy precisos aun en los casos de tupida
cubierta vegetal sobre el rea. Formado probablemente en un 80% de
arenitas y un 20% de lutitas que se manifiestan por dar forma
localmente escalonada a los escarpes. Se le ha calculado un espesor
de 1100m1.
Ubicacin Geolgica2.
1 ALCALDIA DE YOPAL, DEPARTAMENTO DE CASANARE. POT Plan de
Ordenamiento Territorial. 2013. 2 INGEOMINAS. Plancha 193 Yopal.
1992.
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5.5. TECTONICA.
El Municipio de Labranzagrande ha sido sometido a una intensa
actividad tectnica, la cual origin
principalmente estructuras de plegamiento tipo anticlinal,
sinclinal y fallamientos, plegamiento
ligado a la orogenia andina e influenciado por el sistema de
fallas del borde llanero.
El sitio de estudio est influido por la falla los Yopos y la de
Tamara, tambin por el sinclinal del
retiro con rumbo S-W, y la influencia de la cuenca del rio Cravo
sur.
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6. MARCO TEORICO.
6.1. PRINCIPIOS DE INGENIERIA DE TALUDES ROCOSOS.
El diseo de los cortes de roca para proyectos civiles, como
carreteras y ferrocarriles por lo general
tiene que ver con los detalles de la geologa estructural. Es
decir, la orientacin y las caractersticas
(tales como la longitud, rugosidad y materiales de relleno) de
las articulaciones y fallas que ocurren
detrs de la cara de la roca3.
Para muchos cortes de roca en proyectos civiles, las tensiones
en la roca es mucho menor que la
resistencia de la roca por lo que hay poca preocupacin de que se
produzca la fractura de la roca
intacta. Por lo tanto, el diseo pendiente se refiere
principalmente a la estabilidad de los bloques
de roca formados por las discontinuidades.
Figura 6.1. Influencia de las condiciones geolgicas en la
estabilidad de los cortes de roca:
3 DUCAN C WILLIE Y CGISTOPHER WHAH. ROCK SLOPE ENGIENEERING
Civil and Mining.
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La figura 6.1 muestra una gama de condiciones geolgicas y su
influencia en la estabilidad, e ilustra
los tipos de informacin que son importantes para el diseo.
Taludes (a) y (b) muestran las
condiciones tpicas de rocas sedimentarias, como la piedra
arenisca y piedra caliza, en los cuales
deslizamiento puede ocurrir si la cada de los estratos es ms
pronunciado que el ngulo de friccin
de la superficie de discontinuidad. En (c) la cara en general
tambin es estable debido a la
discontinuidad principal ajustado se sumerge en la cara. Sin
embargo, existe el riesgo de
inestabilidad de los bloques superficiales de roca formadas por
el conjunto de articulacin
conjugado que cae fuera de la cara, sobre todo si ha habido daos
explosin durante la construccin.
En (d) el conjunto de articulacin principal tambin se sumerge en
la cara, pero en un ngulo
pronunciado para formar una serie de losas delgadas que pueden
fallar por derribar donde el centro
de gravedad del bloque se encuentra fuera de la base. Talud (e)
muestra una secuencia de piedra
arenisca - esquisto estratos horizontales tpico en el que el
esquisto resiste considerablemente ms
rpido que la piedra arenisca para formar una serie de salientes
que pueden fallar repentinamente
a lo largo de juntas de alivio de tensin verticales . Talud (f)
se corta en la roca dbil que contiene
las articulaciones persistencia muy prxima entre s, no forman
una superficie de deslizamiento
continua. Un corte pendiente en este macizo rocoso dbil puede
fallar a lo largo de una superficie
circular de poca profundidad, en parte a lo largo de las
articulaciones y en parte a travs de la roca
intacta.
6.2. ANALISIS DE ESTABILIDAD EN ROCA.
Excepto para el caso muy particular de una unidad rocosa sin
fracturas, la mayora de las masas de
roca pueden considerarse como ensambles de bloques de roca
intacta, cruzados y definidos
estructuralmente a gran escala en las tres dimensiones por
sistemas de discontinuidades regulares
o aleatorias y cuyo comportamiento en cuanto a permeabilidad,
resistencia y deformabilidad est
regido por las propiedades de estas estructuras antes que por
las de la roca intacta4.
Por esta razn se han desarrollado los siguientes parmetros que
caracterizan la naturaleza de las
discontinuidades que forman la estructura:
Orientacin: dos l tres parmetros angulares: rumbo, direccin de
buzamiento y buzamiento.
Persistencia: continuidad de las discontinuidades en
superficie.
Espaciamiento: distancia normal entre dos discontinuidades.
Propiedades superficiales: forma, abertura, rugosidad.
Relleno: material que ocupa el espacio entre
discontinuidades.
El anlisis de estabilidad de taludes en roca es un proceso
doble: primero se hace un anlisis cine-
mtico de la estructura en el sitio, determinando orientaciones
desfavorables, lo cual se logra por
medio de estudios estereogrficos. Una vez determinado un posible
modo de falla cinemtico, se
4 INSTITUTO NACIONAL DE VIAS. Manual de Estabilidad de Taludes.
1998.
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procede entonces al anlisis de estabilidad, con base en mtodos
de equilibrio lmite, para hallar
un factor de seguridad.
6.3. FALLA PLANA.
La falla plana en taludes rocosos no es comnmente apreciada, ya
que es slo de vez en cuando que
todas las condiciones geomtricas requeridas para producir un
fallo de este tipo se producen en una
pendiente real. Sin embargo, no sera justo ignorar el caso
bidimensional, porque hay muchas
valiosas lecciones que pueden aprenderse de la consideracin de
la mecnica de este tipo de avera
simple.
6.3.1. Condiciones Generales de la Falla Plana.
La figura 6.2 muestra una falla plana tpica en una en un talud
de roca donde un bloque de roca se
ha deslizado en un solo plano de inmersin fuera de la cara. Para
que este tipo de fallo que se
produzca, las siguientes condiciones geomtricas deben ser
satisfechos (Figura 6.2 (a)):
La direccin de buzamiento de la discontinuidad deber ser similar
a la direccin de
buzamiento del talud (entre unos 20 aproximadamente), es decir,
que el rumbo de la
discontinuidad estar dentro de los 20 ms prximos al rumbo del
talud.
El buzamiento de la discontinuidad deber ser menor que el del
talud y el plano de falla
deber cortar la cara libre del talud es decir, p < f.
El buzamiento de la discontinuidad deber ser mayor que el ngulo
de friccin de la
superficie de contacto entre sus caras es decir, p < .
El extremo superior de la superficie de deslizamiento o bien se
cruza con la pendiente
superior, o termina en una grieta de tensin
La extensin lateral de la masa en falla potencial deber estar
definida por discontinuidades
que no contribuyan en forma significativa a la estabilidad de la
masa.
Figura 6.2 Geometra de los taludes que presenta debilidad en un
plano: (a) la seccin transversal que muestra planos que forman
un
plano de falla; (b) liberar superficies en los extremos de la
insuficiencia del plano; (c) la unidad Espesor de la gua utilizada
en el anlisis
de la estabilidad5.
5 DUCAN C WILLIE Y CGISTOPHER WHAH. ROCK SLOPE ENGIENEERING
Civil and Mining.
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La presencia de agua ejerciendo presin a lo largo de la
superficie de deslizamiento puede alterar
en algunos casos la posibilidad cinemtica de una falla plana,
aun cuando no se cumplan las
condiciones antes descritas.
6.3.2. Anlisis Cinemtico de la Falla Plana.
Las geometras del talud y las condiciones de agua subterrnea
considerados en este anlisis se
definen en la Figura 6.3, que muestra dos geometras de la
siguiente manera:
a) Taludes que presentan la grieta de tensin en la superficie
superior.
b) Taludes que presentan la grieta de tensin en la cara del
talud.
Figura 6.3 Geometra de un talud en falla plana.
El factor de seguridad para la falla plana se calcula mediante
la resolucin de todas las fuerzas que
actan sobre la pendiente en componentes paralelos y normal al
plano de deslizamiento. La suma
vectorial de las fuerzas de cizallamiento, S acta hacia abajo
del plano y se denomina la fuerza
actuante. El producto de las fuerzas totales normales, N y la
tangente del ngulo de friccin ,
adems de la fuerza de cohesin se denomina la fuerza de
resistencia. El factor de seguridad FS del
bloque deslizante es la relacin de las fuerzas de resistencia a
las fuerzas de conduccin, y se calcula
como sigue:
=
=
+ tan
(6.1)
Donde c es la cohesin y A es el rea del plano de deslizamiento.
Basado en el concepto ilustrado
en las ecuaciones (6.1) el factor de seguridad para las
configuraciones del talud que se muestran en
la Figura 6.3 se da por.
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= + ( cos ) tan
+ cos (6.2)
6.4. FALLA EN CUA.
Por lo general, los cortes y excavaciones desestabilizan cuas de
roca cuando dejan expuesta la lnea
de interseccin de las discontinuidades. El movimiento se puede
precipitar a lo largo de los dos
planos laterales en forma simultnea o a lo largo del ms empinado
en la direccin del mximo
buzamiento.
La velocidad de movimiento en la falla (que puede suceder en
minutos o despus de meses de
exposicin) depende fundamentalmente de la relacin que existe
entre la resistencia pico y la
resistencia residual del material deslizado. Las lutitas,
areniscas de estratos delgados, arcillolitas,
calizas y las rocas sedimentarias en general tienden a ser ms
propensas a la falla en cua. Sin
embargo, no slo la litologa controla la falla. Tambin la
estructura y disposicin de los planos de
debilidad respecto al talud pueden favorecer la formacin de
cuas.
6.4.1. Condiciones Generales de la Falla en Cua.
La geometra de la cua para el anlisis de los mecanismos bsicos
de deslizamiento se define en
la Figura 6.4. Sobre la base de esta geometra, las condiciones
generales para la insuficiencia de
cua son los siguientes:
Dos planos siempre se cruzan en una lnea (Figura 6.4 (a)). En la
estereoneta, la lnea de
interseccin est representado por el punto en el que los dos
crculos mayores de los planos
se cortan, y la orientacin de la lnea se define por su tendencia
( i) y su cada (i) (Figura
6.4 (b)).
La inclinacin de la lnea de interseccin debe ser menor que el
buzamiento del talud, y ms
pronunciado que el ngulo de friccin promedio de los dos planos
de deslizamiento, es fi>
i> (Figura 6.4 (b) y (c)).
La lnea de interseccin debe sumergir en una direccin hacia fuera
de la cara de
deslizamiento que es factible, el rango posible de la tendencia
de la lnea de interseccin
est entre i y 'i (Figura 6.4 (d)).
La presencia de agua subterrnea tambin puede alterar en
ocasiones la estabilidad cinemtica de
la cua.
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Figura 6.4 Geometra de un talud en falla en cua.
6.4.2. Anlisis Cinemtico de la Falla Plana.
Para el anlisis de estabilidad se debe definir la geometra de la
cua conociendo la localizacin y
orientacin de al menos cinco superficies que la formen: las dos
discontinuidades de interseccin,
la cara del talud, el corte con la cima del mismo y, si existe,
el plano que representa la grieta de
traccin. El tamao de la cua est definido por la distancia
vertical que existe entre la cresta del
talud y el punto donde emerge la lnea de interseccin.
La estabilidad de la cua puede evaluarse por medio de un anlisis
de equilibrio lmite con un factor
de seguridad que se resuelve para fuerzas perpendiculares a las
discontinuidades y paralelas a la
lnea de interseccin. Estas fuerzas incluyen el peso de la cua,
fuerzas externas como cargas de
fundacin, aceleraciones ssmicas, elementos de refuerzo a tensin,
presiones de agua sobre las
superficies y la resistencia al corte desarrollada a 10 largo
del plano o planos de deslizamiento.
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Figura 6.5. Resolucin de fuerzas para calcular el factor de
seguridad de cua.
Se discute las condiciones geomtricas que podran resultar en una
falla de cua, pero este anlisis
cinemtico proporciona informacin limitada del factor de
seguridad porque no se consideraron las
dimensiones de la cua. Un mtodo para calcular el factor de la
seguridad de una cua que incorpora
la geometra del talud, diferentes resistencias a la cizalladura
de los dos planos de deslizamiento y
el agua subterrnea. Sin embargo, las limitaciones de este
anlisis son que no hay ninguna grieta de
tensin, y no hay fuerzas externas tales como pernos pueden ser
incluidos.
=3
( + ) + (
2) tan + (
2) tan
Donde c A y c B son las resistencias cohesivas, y A y B son los
ngulos de friccin,
respectivamente, en los planos A y B, r es el peso unitario de
la roca, w es el peso unitario del
agua, H es la altura total de la cua. Los factores
adimensionales X, Y, A y B dependen de la geometra
de la cua.
= 24
45 cos 2 =
13 35 cos 1
= cos cos .
5 2. =
cos cos . 5 2.
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Figura 6.6. Estereoneta de datos necesarios para el anlisis de
la estabilidad de la cua.
6.5. FALLA POR VOLCAMIENTO.
Las rocas ms susceptibles a este tipo de falla son las baslticas
de estructura columnar y las
sedimentarias y metamrficas con planos de estratificacin bien
desarrollados. El volcamiento se
caracteriza por los grandes desplazamientos horizontales cerca
de la cresta de los taludes y los
movimientos muy pequeos cerca de la pata. El desarrollo de
fisuras y la resistencia entre estratos
son factores fundamentales para el anlisis de estabilidad en
estos casos.
A continuacin se resumen las condiciones necesarias para que se
produzca la falla por volcamiento:
Rumbo de las losas aproximadamente paralelo al talud, con
diferencias entre 15 y 30 (por
lo general 20).
Buzamiento de las losas o capas paralelo o mayor que el de la
cara del talud.
Para que se presente deslizamiento entre capas (Goodman, 1980,
citado por Tumer y
Schuster,1996), la normal al plano de volcamiento debe tener una
inclinacin menor que la
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diferencia existente entre el buzamiento de la cara del talud y
el ngulo de friccin de la
superficie, es decir: (90 - F) (d - p). Donde: p = buzamiento de
los planos
geolgicos., f = buzamiento de la cara del talud., p = ngulo de
friccin a lo largo de los
planos.
Figura 6.7. Condiciones cinemticas (a) altura / anchura de
prueba de bloque, b) las instrucciones de estrs y direcciones
en
deslizamiento de talud rocoso, (c) condiciones de deslizamiento
entre capas, (d) Prueba de cinemtica definida en menor
proyeccin
estereogrfica del hemisferio .
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7. METODOLOGIA.
7.1. RECONOCIMIENTO DE CAMPO.
En esta se plane el tipo de informacin que se requerira, los
equipos y medios necesarios para
poder levantar y tomar los datos generales del rea de estudio,
as como sus alrededores entre estas
cartografas de IGAC, INGEOMINAS e IDEAM y estudios
preliminares.
En la visita se verifico su topografa, Montaosa, condiciones de
la superficie, delimitacin del rea
de estudio, cursos del agua, se realiz un plan de exploracin
basado en las excavaciones abiertas.
Se trat para el anlisis del presente talud en roca, en conocer
diversas propiedades de la roca y el
macizo rocoso, incluyendo: Litologa, Estructuras mayores
(fallas, pliegues), Sistemas de estructuras
menores (diaclasas), Propiedades de fracturamiento: frecuencia
de fracturas, persistencia,
continuidad, etc. Y por ltimo hallar la Resistencia de
discontinuidades (Correlaciones de ensayos
de corte, criterios de falla, etc.), Resistencia del macizo
rocoso, Condiciones hidrogeolgicas,
Limitaciones topogrficas y geomtricas dadas por la operacin
futura.
7.2. LEVANTAMIENTO DE DISCONTINUIDADES Y ESTRATIGRAFIA.
El levantamiento se plantea con el objetivo de determinar el
rumbo y buzamiento de la estratigrafa
y las familias de diaclasas, para determinar en oficina las
orientaciones maestras de dichas
estructuras.
Se plante realizar el levantamiento con una brjula geolgica y
una cartera para anotar las diferentes
orientaciones de las estructuras, adems el levantamiento tiene
como objetivo igual que el
reconocimiento preliminar de campo, identificar caractersticas
importantes del macizo rocoso
como relleno, espaciamiento y presencia de nivel fretico en el
talud.
7.3. RECOPILACIONDE INFORMACION.
Es necesario la recopilacin de informacin primaria como el
levantamiento y reconocimientos de
campo, y tambin realizar una recopilacin de informacin
secundaria de instituciones y proyectos
existentes de la zona de estudio.
El INGEOMINAS proporciona una informacin geolgica dela zona con
una escala 1:100.000 que
puede dar un estimativo delas condiciones regionales de la zona
e identificar estructuras geolgicas
importantes como fallas.
El IGAC proporciona informacin geomorfolgica importante en la
caracterizacin de la zona y
determinar la geo-forma dominante del talud y caractersticas
hidrogrficas de la zona.
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7.4. ANALISIS DE DATOS.
Se realiza la validacin y anlisis de datos levantados en campo,
la digitalizacin y conversin de
datos, en este caso para el anlisis se utiliz la conversin de
dip/dip-direccion con el fin de
introducir los datos al software DIPS de Rocsience, y realizar
los respectivos anlisis estereogrficos
de las discontinuidades y estratigrafas.
En esta etapa se verifican las familias de orientaciones
obtenidas en el levantamiento y las
probabilidades de cada una de estas, simultneamente se realiza
la verificacin del nmero de datos
introducidos.
7.5. ANALISIS CINEMATICO.
Teniendo en cuenta el anlisis de datos se procede a realizar el
anlisis cinemtico de falla del talud,
con las condiciones reales, analizando la posible falla que
pueda tener el talud.
Se realiza las verificaciones de falla con las condiciones
generales de cada caso, con la ayuda de las
representaciones estereogrficas y determinando las
probabilidades de fallas anteriormente vistas.
Determinar la falla predominante corroborando con el
reconocimiento de campo, y definir el
respectivo factor de seguridad del caso en particular.
7.6. MEDIDAS DE ESTABILIZACION.
Para poder determinar las medidas de estabilizacin se debe de
tomar en cuenta: la tierra, la corteza
terrestre, la tectnica de placas, las cordilleras colombianas,
las clases de roca, los minerales, las
formas del terreno, los procesos geodinamicos y morfodinamicos,
los drenajes, el clima, la
vegetacin, el agua subterrnea y en la parte de geologa
estructural los plegamientos, el
fallamiento, el cizallamiento, el fracturamiento o
diaclasamiento, la estratificacin, la foliacin y
pseudoestratificacion.
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8. ANALISIS CINEMATICO DEL TALUD ROCOSO.
Con bases tericas anteriormente mencionadas se realiza el
anlisis cinemtico, teniendo en
cuenta las condiciones generales de falla y las representaciones
estereogrficas delos datos
levantados.
8.1. DATOS GEOLOGICOS.
Se realiz el levantamiento geolgico de las discontinuidades y
estratigrafa con brjula geolgica
como se muestra en la imagen 8.1, identificando rumbo y
buzamiento de las estructuras y dems
caractersticas de estas.
Imagen 8.1. Levantamiento de discontinuidades.
Se genera una base de datos y caractersticas de cada una de las
mediciones con el fin de establecer
una comparacin relativa entre las discontinuidades como se
muestra en la tabla 8.1.
8.2. REPRESENTACION ESTEREOGRAFICA.
Se incorporan los datos levantados en el software DIPS, con la
convencin dip/dip-direccion, y se
procede a realizar la representacin grfica de los datos como
polos, como se puede observar en la
grfica 8.1.
Se pudo identificar un total de 68 orientaciones del talud que
representan la estratigrafa y
discontinuidades.
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Grafica 8.1. Distribucin de polos en DIPS.
Se pueden observar dos concentraciones grandes de polos que
representan la estratigrafa y la
discontinuidad.
Procedemos a representar la distribucin de porcentajes de las
familias de polos que se pueden
observar en la grfica 8.2.
Grafica 8.2. Porcentaje de concentraciones de polos.
Teniendo ya las familias predominantes se grafica la orientacin
del talud para tener una estimacin
preliminar de las fallas posibles.
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Grafica 8.3. Crculos mayores de las familias y el talud
existente.
8.3. PROPIEDADES GEOMECANICAS.
Debida a la falta de ensayos de laboratorio por inconvenientes
de equipos de extraccin y aspectos
econmicos, se caracteriza el material rocoso, respecto a
correlaciones y estudios realizados.
El Angulo de friccin interna para la mayora de rocas este ngulo
vara entre 25 y 45, para una roca
arenisca el ngulo de friccin esta entre 30-50.
Debido a que la roca no es completamente sana el ngulo es mucho
menor que los 50, por esto se
establece un ngulo de friccin de 35. El cual se grafica en la
estereoneta como se observa a
continuacin.
Grafica 8.4. Circulo mayor de ngulo de friccin de 35.
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8.4. ANALISIS DE FALLA.
Teniendo en cuenta las recomendaciones generales de falla se
analiza las posibles fallas que puede
tener el talud.
8.4.1. Falla Plana.
Se realiza el anlisis independiente del talud existen con cada
familia o diaclasa miento maestro.
Teniendo en cuenta el primer criterio.
+ 20 = 217 + 20 = 237 20 = 217 20 = 197
= 166 = 314
Grafica 8.5. Area de falla plana.
Como podemos observar los polos de la estratigrafa y
diaclasamiento no se encuentran dentro del
rea de falla plana.
8.4.2. Falla en Cua.
De igual forma analizamos la falla en cua generada por la
estratificacin, diaclasamiento y el talud.
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Grafica 8.6. Direccin del deslizamiento de la falla en cua.
Teniendo en cuenta la representacin grfica podemos definir que
el ngulo de interseccin es de
i = 16.
< 16 < 65
8.4.3. Falla por Volcamiento.
Grafica 8.7. rea de falla por volcamiento.
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Se puede observar que dentro del rea de falla por volcamiento no
se encuentra ningn polo de los
planos posibles de falla.
8.5. DISEO DEL TALUD.
Debido a que las condiciones de orientacin del talud estn
limitadas por el diseo geomtrico de
la va es ms factible el diseo de la pendiente de este.
El anlisis cinemtico demuestra que con el corte actual el talud
presenta problemas por falla en
cua, esto corrobora las muestras de material cado en el pie del
talud en formas de cuas.
El nuevo corte se realiza utilizando las representaciones
graficas en la estereoneta cambiando el
ngulo de buzamiento hasta poder mitigar la falla o disminuir
esta diferencia entre angulos de la
direccin de la interseccin y del corte del talud.
Debemos tener en cuenta que los costos con respecto al angulo de
corte son inversamente
proporcionales, se establece un corte no menor a 45, ya que
econmicamente no justifica el
proyecto.
Grafica 8.8. Anlisis con un nuevo ngulo de corte.
Es notable que la presencia de la falla por cua sin alterar la
orientacin del corte est siempre
presente. Por esto es necesario intervenir el talud mediante
medidas de estabilizacin.
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9. MEDIDAS DE ESTABILIZACION.
En los sistemas de transporte en terreno montaoso, puede haber
cientos puntos con variedad de
riesgos de cada de roca que resulta en un costo significativo
para el operador. Bajo estas
circunstancias, un programa de estabilizacin a largo plazo de
varios aos a menudo se justifica;
esta seccin se describen los pasos a seguir en la ejecucin de
dicho programa.
9.1. REMOCION DEL MATERIAL.
Una de las medidas iniciales de estabilizacin dentro de un
programa est sujeta a las remociones
de materiales que este potencialmente en cada. En el talud se
puede evidenciar cuas que tienen
una probabilidad considerable de falla, y los cuales se pueden
activar la falla controlada como se
puede observar en la siguiente imagen.
Imagen 9.1. Bloque potencialmente inestable.
9.2. CORTE DEL TALUD.
Es necesario realizar un nuevo corte que modifique la pendiente
de tal manera que disminuya esta,
y controle los deslizamientos de tipo cua. Debido a la inversin
econmica considerable que genera
los cortes de aludes rocosos se establece un programa a largo
plazo de cortes.
Estos cortes se deben realizar teniendo en cuenta que no se
altere la estabilidad actual del talud, es
decir los cortes se realizan de forma descendente, y logrando un
cambio de pendiente general en
forma gradual y controlada.
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9.3. ESTABILIZACION POR REFUERZO.
Los anclajes se debern proyectar dentro del mismo programa de
estabilizacin a largo plazo, estos
anclajes se realizan en bloques de potencial de deslizamiento
grandes y garantizando una
profundidad y numero de anclaje suficientes para soportar el
bloque. Estos anclajes se instalan
posterior al retiro del material y respectivo corte
programado.
Imagen 9.2. Detalle de anclaje tpico.
9.4. PROTECCION CONTRA CAIDA DE ROCAS.
Se establecen medidas necesarias a la cada de rocas debido al
riesgo al que se encuentra expuesto
los vehculos, y tambin que el sistema de refuerzo por anclajes
son puntuales en la cara del talud.
Se implementa la adecuacin de un enmallado simultneo al refuerzo
por anclaje, dejando una
matriz de anclaje y malla progresivamente hasta llegar al pie
del talud. Cabe notar que como los
dems procesos implementados son desarrollados dentro del
programa de estabilizacin.
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10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo a los datos tomados en campo y mediante la utilizacin
del software Dips se
determinaron dos familias de discontinuidades en el macizo, las
cuales se pueden observar en los
diagramas de polos, frecuencias y rosetas.
Las direcciones que predominan en la familia nmero 1 del macizo
son: 42/166. Las direcciones de
buzamiento que predominan en la familia nmero 2 del macizo
rocoso son: 52/314.
El espaciado caracterstico para la familia numero 1 son: muy
junto (20 y 60 mm) y junto (60 a 200).
El espaciado que predomina en la familia nmero 2 es
moderadamente junto (MJ). Las rugosidades
que predominan en el macizo son escalonadas rugosa (EI) y
escalonada lisa (EII).
Las aberturas que predominan en la familia nmero 1 son: Muy
cerrada (MC) y Parcialmente abierta
(PA). La abertura que predomina en la familia nmero 2 es:
parcialmente abierta (PA). De acuerdo
con los resultados obtenidos se determin que este presenta una
alta infiltracin.
La continuidad que predomina en la familia nmero 1 es una
continuidad media (CM). Las
continuidades que predominan en la familia nmero 2 son: alta
continuidad (AC) y muy alta
continuidad (MC).
ESTABILIDAD Y DISEO DEL TALUD: Segn el planeamiento de minado
detallado y teniendo en
cuenta las propiedades mecnicas de la roca existente en el rea,
definidas por la valoracin
geomecnicas Y de diseo geomtrico de la va se puede establecer
los siguientes parmetros:
Angulo de talud final 50
Altura de bancos 7 m.
Angulo del banco In-situ 65
Ancho de berma 5 m.
El modelamiento geomecnico as como la evaluacin de la
estabilidad de taludes se realiz
teniendo en cuenta los parmetros arriba indicados y dieron como
resultado la estabilidad de dicho
talud.
