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Estabilidad de taludes
Prof. Arnaldo Velásquez Santiago, 2012
ESTABILIDAD DE TALUDES
CONCEPTOS GENERALES DE ESTABILIDAD DE TALUDES
• La estabilidad de un talud se determina por la relación existente entre las fuerzas que tienden a producir la inestabilidad y las fuerzas resistentes producidas por las características del macizo rocoso
• La relación así explicitada da origen al
denominado principio de equilibrio limite.
FUERZAS PROVOCADORAS DE LA INESTABILIDAD
• Esfuerzos debido al campo tectónico residual • Acción gravitacional • Presencia de agua, etc., Fuerzas resistentes del maciso rocoso • Cohesión • Fricción del material
• Los métodos frecuentemente utilizados en el análisis de estabilidad de taludes en roca, buscan determinar el equilibrio limite
entre las rocas factibles de derrumbar. • Se han desarrollado modelos para superficies de falla que plantean procedimientos de
análisis para la estabilidad de bloques limitados por planos de discontinuidades geológicas (fallas, fracturas).
COLAPSO DE BANCOS DE 20 metros
Mina Chuquicamata (12 millones de toneladas)
• Una metodología de análisis alternativa implica recurrir a la experiencia acumulada en diferentes faenas mineras para obtener datos sobre altura, ángulo de talud, y su estabilidad en el tiempo.
• Lo anterior ha permitido desarrollar
modelos de comportamiento de taludes en función de su estabilidad.
ANTECEDENTES SOBRE TALUDES DE GRAN DIMENSION
• La información relacionada con el análisis del comportamiento de taludes en profundidad es escasa.
• Algunas curvas de diseño permiten concluir para
un determinado factor de seguridad y altura, el ángulo de talud correspondiente.
• En general, estas curvas no entregan información
para profundidades mayores a trescientos metros.
• Las técnicas de equilibrio limite invariablemente reducen la condición de equilibrio de las rocas excavadas a un factor de seguridad.
• Este factor se explicita como el cuociente aritmético
entre los esfuerzos en pro del deslizamiento de los taludes y los esfuerzos resistentes involucrados.
• En general, si el factor de seguridad es igual o mayor
que 1.0 el talud es estable, y si el cuociente es menor QUE 1.0 LA ROCA DE DICHO TALUD ES INESTABLE.
ESTABILIDAD DE TALUDES DESCOHESIVOS
T = W sen β T N N = W cos β β W
= (W/A)cos β = (W/A)cos β
F.S. = Fuerzas Resistentes / Fuerzas Actuantes F.S. =Α/T = (C + tanφ ) A/ (W senβ)
F.S. =(CA +Α tanφ )/ (W sen β)
F.S. =(CA +Α(W/A)cos β tanφ )/ (W sen β)
F.S. =(CA + W cos β tanφ )/(W sen β)
TERRENO DESCOHESIVO (C=0) : F.S. = W cos β tanφ/ W sen β
F.S. =tanφ / tan β Nota: Para F.S. = 1 φ=β
PARA MINERÍA A CIELO ABIERTO : • TALUD DE BANCO: F.S. = 1.0 – 1.3 • TALUD ENTRE RAMPAS: F.S. = 1.3 – 1.5
Superficie de Rotura de Talud
Superficie de Rotura de Base
Superficie de Rotura de Pie
INCORPORACION DE DATOS: - Litologias - Sistemas de fracturas - Nivel freático
EQUILIBRIO LIMITE DE BISHOP
Y Centro R Δx
hn H
W T N
β
αn
α1
X
PROCEDIMIENTO
Sean: c, φ, parametros del material r,θ parametros del circulo de falla • se ubica el centro del circulo de falla según eje coordenado • se divide la superficie de falla en n rebanadas de altura hn y ANCHO Δx • Wn = (hn) x (ΔX) x ( ) • Nn = (Wn) x cos(α) • Tn = (Wn) x sen(α)
F.S. =Σ(C Rθ + Νn tanφ) / Σ Τn
METODOLOGIA DE EQUILIBRIO LIMITE SOFTWARE SLIDE
FACTOR DE SEGURIDAD
ZONIFICACION DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES PARA UNA EXCAVACION OPEN PIT
ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS PARA ESTABILIDAD DE TALUDES
• En los macizos rocosos, los modos en que falla el macizo y la estabilidad del mismo son controladas en una gran manera por la intersección de la s discontinuidades presentes, con la superficie de excavación.
• Estas discontinuidades al intersectarse con las superficies
de excavación pueden formar bloques que no revistan ningún peligro para la operación, pero otras configuraciones de bloques pueden ser de real peligro para la operación
CUÑAS Y BLOQUES EN CONDICION DE DESLIZAMIENTO POTENCIAL
EXCAVACION INSEGURA
CONCENTRACION DE POLOS Y PLANOS DE LAS ESTRUCTURAS PRINCIPALES
ANALISIS PROBABILISTICO DE DESLIZAMIENTO DE CUÑAS Y BLOQUES
SOFTWARE SWEDGE
ZONIFICACION DE TIPOS DE FALLAMIENTOS SEGÚN LA CONDICION ESTRUCTURAL
• De todo lo anterior se concluye que los antecedentes bibliográficos ahora disponibles para dimensionar o evaluar la estabilidad de taludes en profundidad sólo consideran la técnica de equilibrio limite.
• Se debe destacar que esta metodología no permite incluir en el análisis de la estabilidad de un talud:
• La deformabilidad del talud • Y los sistemas de estructuras
CONDICIONES DE DEFORMACION
• En toda oportunidad que se realiza un proceso de descarga, la roca constitutiva de los taludes debe acomodarse a una nueva condición de equilibrio.
• Lo anterior se traduce en una capacidad de deformación de dicha roca.
• Este comportamiento puede ser evaluado directamente con
la representación del vector desplazamiento del macizo rocoso, que constituye dichos taludes
TENDENCIA AL DESPLAZAMIENTO DEL TALUD DE UNA LADERA
DESPLAZAMIENTO DE TALUDES
FACE 1
FACE 2
VARIACION DEL MODULO DE YOUNG
• El acomodo de deformación podría confinar algún sector, por sobre su
capacidad intrínsica, en este caso, se produce un evento espontáneo similar al estallido de roca (rockburst) de la minería subterránea.
• También es licito deducir que la roca puede experimentar un proceso de
desconfinamiento de su condición inicial virgen, razón por la cual los módulos disminuidos pueden asociarse a material “suelto”, es decir, material que probablemente experimentó los mayores efectos de deformación.
• LAS ROCAS, EXPERIMENTAN SIGNIFICATIVAS MODIFICACIONES DE SU
MÓDULO DE DEFORMACIÓN (E) CONFORME LA MAGNITUD DE LOS ESFUERZOS QUE LA CONFINAN.
n E = KPo (σ3 / Po ) Donde:
• E: Modulo deformación in-situ. • Σ3: Esfuerzo confinante. • Po: Presión atmosférica. • K y n : Constantes de la roca. (*) Formula extractada de documento 'ANALYSIS OF UNDERGROUND OPENINGS IN ROCK BY FINITE ELEMENT
METHODS', FINAL REPORT, APRIL 1973, U.S. BUREAU OF MINES.
VARIACIÓN DEL MODULO DE DEFORMACIÓN (E)
•DECREMENTO DEL MODULO •INCREMENTO DEL MODULO
VARIACION DEL MODULO DE YOUNG
•DECREMENTO DE MODULO •MODULO SIN VARIACION •INCREMENTO DE MODULO
FACE 1
FACE 2
FACE 3
FACTOR DE SEGURIDAD SEGÚN ESFUERZOS PRINCIPALES
• Un criterio de fallamiento, universalmente aceptado por la mecánica de
rocas, lo constituye el criterio de mohor.coulomb. • Formula un factor de seguridad en función de los esfuerzos generados
en la roca, el ángulo de fricción interna y la cohesión
cx cos(φ) + 0.5x (max + min)x sen(φ )
F.S. = -------------------------------------------------------- 0.5x (max - min)
FACTOR DE SEGURIDAD
•FACTOR DE SEGURIDAD > 1.2 •1.0 < FACTOR DE SEGURIDAD < 1.2 •FACTOR DE SEGURIDAD < 1.0
FACE 1
FACE 2
FACE 3
FACTOR DE SEGURIDAD
CONDICIÓN IN-SITU
CONDICIÓN HÚMEDA
PRODUCTIBIDAD DE TALUDES
• Se basa en el aumento de la producción mediante la verticalidad de los taludes, en base a:
• Utilización de técnicas de precorte • Control estructural • Barreras de contención • Sostenimiento opcional y/o puntual
ESPECIFICACIONES PARA APLICACIÓN DEL SISTEMA PRECORTE
TALUD GLOBAL SUB-VERTICAL
SOSTENIMIENTO OPCIONAL •PERNOS EXTENDIBLES •CABLES
BARRERAS DE CONTENCION
SOSTENIMIENTO DE TALUDES - PERNOS O CABLES Y CONCRETO LANZADO