Estabilidad de Estabilidad de Laderas en RocaLaderas en Roca

ObjetivosObjetivos

Los análisis de estabilidad de laderas Los análisis de estabilidad de laderas pueden estar orientados a:pueden estar orientados a:

►Estudios de peligro geológicoEstudios de peligro geológico►Diseño de taludes para obras civilesDiseño de taludes para obras civiles►Diseño de rajos minerosDiseño de rajos mineros

Consideraciones Geotécnicas Consideraciones Geotécnicas Generales en el Análisis de Generales en el Análisis de

Taludes en RocaTaludes en Roca

►Un modelo geológico-Un modelo geológico-geotécnico apropiadogeotécnico apropiado

►Propiedades de los materialesPropiedades de los materiales►Condiciones hidrogeológicas.Condiciones hidrogeológicas.

Consideraciones en el Diseño de Consideraciones en el Diseño de Taludes en RajosTaludes en Rajos

Hay que considerar que en rajos Hay que considerar que en rajos se tienen que considerar taludes a se tienen que considerar taludes a distintas escalas y orientaciones, distintas escalas y orientaciones, y para distintos modos de falla, y para distintos modos de falla, por lo que el análisis es por lo que el análisis es usualmente mixto. usualmente mixto.

ANGULO CARA DE BANCO

b

ANGULO INTERRAMPA

r

ALTURA DE BANCO h b

ANGULO INTERRAMPA

r

ALTURA INTERRAMPA h r

ANGULO GLOBAL(OVERALL ANGLE)

o

ALTURAGLOBAL

(OVERALL)

h o

ANCHO DE RAMPA

b r

ANCHO DE BERMA

b

Información Necesaria para el Información Necesaria para el Análisis de Taludes en RocaAnálisis de Taludes en RocaPara el análisis de taludes en roca, es necesario Para el análisis de taludes en roca, es necesario conocer diversas propiedades de la roca y el macizo conocer diversas propiedades de la roca y el macizo rocoso, incluyendo:rocoso, incluyendo:

LitologíaLitología Estructuras mayores (fallas, pliegues)Estructuras mayores (fallas, pliegues) Sistemas de estructuras menores (diaclasas)Sistemas de estructuras menores (diaclasas) Propiedades de fracturamiento: frecuencia de Propiedades de fracturamiento: frecuencia de

fracturas, persistencia, continuidad, etc. fracturas, persistencia, continuidad, etc. Resistencia de discontinuidades (de ensayos de corte, Resistencia de discontinuidades (de ensayos de corte,

criterios de falla como Barton-Bandis, etc.)criterios de falla como Barton-Bandis, etc.) Resistencia del macizo rocoso Resistencia del macizo rocoso Condiciones hidrogeológicasCondiciones hidrogeológicas Limitaciones topográficas y geométricas dadas por la Limitaciones topográficas y geométricas dadas por la

operación futuraoperación futura

Modos de FallaModos de Falla

► Las fallas en taludes rocosos se pueden Las fallas en taludes rocosos se pueden dividir básicamente en dos tiposdividir básicamente en dos tipos

- Controladas por estructuras. Controladas por estructuras. - Falla de macizo rocosoFalla de macizo rocoso

Las primeras generan deslizamientos Las primeras generan deslizamientos traslacionales en bloque y caídas de rocas. traslacionales en bloque y caídas de rocas. Las segundas generan fundamentalmente Las segundas generan fundamentalmente deslizamientos traslacionales masivos y deslizamientos traslacionales masivos y rotacionales (falla circular). rotacionales (falla circular).

Modos de FallaModos de Falla

►También pueden darse fallas mixtas: También pueden darse fallas mixtas:

Métodos de AnálisisMétodos de Análisis

► Métodos empíricos con gráficos altura-ángulo Métodos empíricos con gráficos altura-ángulo o similareso similares

► Métodos de equilibrio límite => factor de Métodos de equilibrio límite => factor de seguridad y probabilidad de fallaseguridad y probabilidad de falla

► Métodos numéricos => deformación, permite Métodos numéricos => deformación, permite modelar falla progresiva. modelar falla progresiva.

Los métodos numéricos tienen dificultades en Los métodos numéricos tienen dificultades en la obtención de datos de entrada confiables y la obtención de datos de entrada confiables y de interpretación de sus resultados. de interpretación de sus resultados.

Relaciones Altura-Angulo Relaciones Altura-Angulo de Taludde Talud

González de Vallejo, 2002

Condiciones Condiciones HidrogeológicasHidrogeológicas

González de Vallejo, 2002

Resistencia de Resistencia de DiscontinuidadesDiscontinuidades

► Criterio de Mohr-CoulombCriterio de Mohr-Coulomb = c= cpp + + tantanp, p, Resistencia peakResistencia peak

= = tantanr r Resistencia residualResistencia residual

Modelos con consideración de la Modelos con consideración de la rugosidadrugosidad

Normal Stress

Shear

Str

ess

Rough Joint

Smooth Joint

b

i

r

b= Joint basic friction angle

r = Residual friction anglei = Asperity angle

Criterio de Patton

= n tan [JRC log10 (JCS/n) + b]

Modelo de Barton-Bandis, con uso de JRC

Resistencia de Macizo Resistencia de Macizo RocosoRocoso

► Cuando la geometría de las discontinuidades Cuando la geometría de las discontinuidades controla la estabilidad del macizo, lo más correcto controla la estabilidad del macizo, lo más correcto es considerar la resistencia de las estructuras.es considerar la resistencia de las estructuras.

► Cuando no hay un control definido de la geometría Cuando no hay un control definido de la geometría de discontinuidades, se aplican otros criterios de de discontinuidades, se aplican otros criterios de falla. El más común es el de Hoek-Brown. Para falla. El más común es el de Hoek-Brown. Para obras subterráneas de mayor profundidad obras subterráneas de mayor profundidad (mineras) hay otros criterios. (mineras) hay otros criterios.

► El modelo de Hoek-Brown (empírico) es El modelo de Hoek-Brown (empírico) es ampliamente usado, sin embargo se debe tener ampliamente usado, sin embargo se debe tener alto cuidado en su uso. Actualmente se están alto cuidado en su uso. Actualmente se están desarrollando nuevas herramientas para el desarrollando nuevas herramientas para el modelamiento numérico de las propiedades y modelamiento numérico de las propiedades y comportamiento del macizo rocoso. comportamiento del macizo rocoso.

Análisis de Taludes con Análisis de Taludes con Potencial Deslizamientos en Potencial Deslizamientos en

BloqueBloque►En taludes donde las En taludes donde las

discontinuidades inducen el discontinuidades inducen el movimiento de bloques. movimiento de bloques.

►Tres modos de falla: plana, Tres modos de falla: plana, en cuña y volcamiento.en cuña y volcamiento.

Falla PlanaFalla Plana

► Deslizamiento a lo Deslizamiento a lo largo de un plano largo de un plano de cizalle de cizalle constituido por una constituido por una discontinuidad discontinuidad geológica (diaclasa, geológica (diaclasa, contacto entre dos contacto entre dos estratos, etc.). estratos, etc.).

► En un rajo, puede En un rajo, puede darse a escala de darse a escala de banco o bien para el banco o bien para el talud completo.talud completo.

Falla Plana: Criterios de Falla Plana: Criterios de identificaciónidentificación

► Análisis 2-D. Análisis 2-D. ► Criterios cinemáticos para definir la falla:Criterios cinemáticos para definir la falla:

Angulo de talud > Angulo plano falla Angulo de talud > Angulo plano falla > phi> phi

Rumbo talud ≈ Rumbo plano Rumbo talud ≈ Rumbo plano ± 20º ± 20º (empírico)(empírico)

Deben existir caras laterales que Deben existir caras laterales que liberen al bloque.liberen al bloque.

Análisis cinemático con red Análisis cinemático con red de Schmidtde Schmidt

► Se verifican en la red las siguientes condiciones:Se verifican en la red las siguientes condiciones: Angulo de talud > Angulo plano falla > phiAngulo de talud > Angulo plano falla > phi Rumbo talud ≈ Rumbo plano Rumbo talud ≈ Rumbo plano ± 20º (empírico)± 20º (empírico)

► Para ello, se deben graficar los planos de la Para ello, se deben graficar los planos de la discontinuidad y del talud.discontinuidad y del talud. Se asume que c=0. Se asume que c=0.

Análisis cinemático con red Análisis cinemático con red de Schmidtde Schmidt

Método Analítico de Equilibrio Método Analítico de Equilibrio LímiteLímite

► Siguiendo un modelo 2-D, se puede calcular un Siguiendo un modelo 2-D, se puede calcular un Factor de Seguridad a través de un análisis de Factor de Seguridad a través de un análisis de fuerzas. fuerzas. ► F = F = Fuerzas estabilizadorasFuerzas estabilizadoras

Fuerzas desestabilizadorasFuerzas desestabilizadoras► F > 1: estableF > 1: estable► F < 1 : inestableF < 1 : inestable► F = 1: en equilibrio límiteF = 1: en equilibrio límite► Fuerzas se miden sobre la superficie de Fuerzas se miden sobre la superficie de

fractura (reconocida o teórica). fractura (reconocida o teórica). ► En caso estático, las fuerzas en acción son el En caso estático, las fuerzas en acción son el

peso de la masa a deslizar, las fuerzas por peso de la masa a deslizar, las fuerzas por cohesión y fricción y fuerzas generadas por cohesión y fricción y fuerzas generadas por presiones de agua. Fuerzas sísmicas se presiones de agua. Fuerzas sísmicas se pueden superponer a las estáticas.pueden superponer a las estáticas.

Análisis de Equilibrio LímiteAnálisis de Equilibrio Límite► En perfil, se analizan las distintas fuerzas sobre el En perfil, se analizan las distintas fuerzas sobre el

plano de rotura. Se pueden incluir grietas de plano de rotura. Se pueden incluir grietas de tensión. tensión.

Cálculo de F.S.Cálculo de F.S.

► Ejemplo: Caso con grieta con agua y fuerza sísmica Ejemplo: Caso con grieta con agua y fuerza sísmica horizontalhorizontal

Hoek & Bray, 1981

Cálculo de F.S.Cálculo de F.S.

► Ejemplo: Caso con nivel freático y fuerza sísmicaEjemplo: Caso con nivel freático y fuerza sísmica

Hoek & Bray, 1981

Cálculo de F.S.Cálculo de F.S.

►Ejemplo: Caso general con un perno Ejemplo: Caso general con un perno de anclaje. de anclaje.

Hoek & Bray, 1981

Falla en CuñaFalla en Cuña

► Deslizamiento por dos planos de cizalle, Deslizamiento por dos planos de cizalle, generados por discontinuidades. generados por discontinuidades. Usualmente un tercer plano libera al bloque Usualmente un tercer plano libera al bloque por atrás. por atrás.

Falla en Cuña: Criterios de Falla en Cuña: Criterios de identificaciónidentificación

► Análisis 2-D. Análisis 2-D. ► Criterios cinemáticos para definir la falla:Criterios cinemáticos para definir la falla:

Angulo de talud > Angulo línea Angulo de talud > Angulo línea intersecciónintersección

Angulo línea intersección > phiAngulo línea intersección > phi

Análisis cinemático con red Análisis cinemático con red de Schmidtde Schmidt

► Se verifican en la red las siguientes condiciones:Se verifican en la red las siguientes condiciones: Angulo de talud > Angulo línea intersecciónAngulo de talud > Angulo línea intersección Angulo línea intersección > phiAngulo línea intersección > phi

► Para ello, se deben graficar los planos de las dos Para ello, se deben graficar los planos de las dos discontinuidades y del talud, y encontrar la línea de discontinuidades y del talud, y encontrar la línea de intersección. intersección. Se asume que c=0.Se asume que c=0.

Análisis cinemático con red Análisis cinemático con red de Schmidtde Schmidt

Método Analítico de Equilibrio Método Analítico de Equilibrio LímiteLímite

►Análisis estático, sin agua y sin Análisis estático, sin agua y sin cohesión. cohesión.

Método Analítico de Equilibrio Método Analítico de Equilibrio LímiteLímite

►Caso general, caso estático, con agua Caso general, caso estático, con agua y cohesión. y cohesión.

Método Analítico de Equilibrio Método Analítico de Equilibrio LímiteLímite

►Caso general, caso estático, con agua Caso general, caso estático, con agua y cohesión. y cohesión.

Volcamiento (Toppling)Volcamiento (Toppling)

►Volcamiento de bloques en taludes Volcamiento de bloques en taludes con discontinuidades que mantean con discontinuidades que mantean fuerte hacia dentro del talud, fuerte hacia dentro del talud, espaciamientos pequeños.espaciamientos pequeños.

►Hay cizalle entre los bloques. Hay cizalle entre los bloques.

Volcamiento:Volcamiento: Criterios de Criterios de identificaciónidentificación

► Análisis 2-D. Análisis 2-D. ► Criterios cinemáticos para definir la falla:Criterios cinemáticos para definir la falla:

Discontinuidad mantea hacia dentro del taludDiscontinuidad mantea hacia dentro del talud Rumbo talud ≈ Rumbo plano Rumbo talud ≈ Rumbo plano ± 30º (empírico)± 30º (empírico) (90º- (90º- ) < ) < – – (condición de cizalle)(condición de cizalle)

Análisis cinemático con red Análisis cinemático con red de Schmidtde Schmidt

►Condición de cizalle se verifica Condición de cizalle se verifica dibujando un plano de igual rumbo dibujando un plano de igual rumbo que el talud con manteo que el talud con manteo .. (90º- (90º- ) < ) < – – se cumple en la zona achurada, se cumple en la zona achurada,

junto a la condición de rumbo.junto a la condición de rumbo.