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TALUDES
SE COMPRENDE BAJO EL NOMBRE GENERICO
DE TALUD CUALESQUIERA SUPERFICIE
INCLINADA RESPECTO A LA HORIZONTAL QUE
HAYAN DE ADOPTAR PERMANENTEMENTE LAS
ESTRUCTURAS DE TIERRA, BIEN SEA EN FORMA
NATURAL O COMO CONSECUENCIA DE LA
INTERVENCION HUMANA EN UNA OBRA DE
INGENIERIA. LOS TALUDES SE DIVIDEN EN
NATURALES (LADERAS) O ARTIFICIALES
(CORTES Y TERRAPLENES)
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3
Las obras de infraestructura lineal (carreteras y
ferrocarriles), canales, conducciones,
explotaciones mineras, y en general cualquier
construcción que requiera una superficie plana
en una zona de pendiente, o alcanzar una
profundidad determinada por debajo de la
superficie, precisan la excavación de taludes
(desmontes si dan lugar a un solo talud y
trincheras si la excavación presenta un talud a
cada lado).
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Los taludes se construyen con la pendiente más elevada que permite la resistencia del terreno, manteniendo unas condiciones aceptables de estabilidad.
5
El diseño de taludes es uno de los
aspectos más importantes de la
ingeniería geológica, pues está
presente en la mayoría de las
actividades constructivas o
extractivas.
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TALUD CON ANGULO UNIFORME
TALUD ESCAVADO DE FORMA ESCALONADA CON BERMAS Y
BANCOS
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TALUD NATURAL
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TALUD ARTIFICIAL
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En el talud o ladera se definen los
siguientes elementos constitutivos:
1. Altura
Es la distancia vertical entre el pie y la cabeza, la cual se presenta claramente definida en taludes artificiales pero es complicada de cuantificar en las laderas debido a que el pie y la cabeza no son accidentes topográficos bien marcados.
ELEMENTOS DE UN TALUD
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2. Pie Corresponde al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte inferior.3. Cabeza o escarpe Se refiere al sitio de cambio brusco de pendiente en la parte superior.
ELEMENTOS DE UN TALUD
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4. Altura de nivel freático Distancia vertical desde el pie del talud o ladera hasta el nivel de agua medida debajo de la cabeza.5. Pendiente Es la medida de la inclinación del talud o ladera. Puede medirse en grados, en porcentaje o en relación m/1, en la cual m es la distancia horizontal que corresponde a una unidad de distancia vertical.
ELEMENTOS DE UN TALUD
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En general, los taludes en ingeniería
civil alcanzan alturas
máximas de 40 ó 50 m, y se proyectan
para ser estables a
largo plazo.
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Sin embargo las minas a tajo abierto pueden alcanzar profundidades de varios centenares de
metros.
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Los taludes permanentes para la construcción
de infraestructuras o con fines de edificación
se diseñan para ser estables a largo plazo,
precisando medidas de estabilización
complementarias cuando no sea posible
realizar las excavaciones con las alturas y
ángulos requeridos, por motivos económicos o
de otro tipo.
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En minería el diseño de los taludes depende de
la disposición y profundidad del yacimiento.
Por lo general en yacimientos minerales no
metálicos, dispuestos en capas horizontales o
inclinadas, los taludes tienen carácter temporal
y se proyectan para permanecer estables a
corto o medio plazo (meses o años), ya que
tras la extracción del mineral la excavación se
abandona o se rellena.
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EXCAVACION DE UN TALUD PARA CONSTRUCCIÓN DE UNA CARRETERA
17
En minería metálica, cuando el mineral
no se presenta en capas, los taludes
van modificándose al ir avanzando la
excavación en profundidad y
perímetro, aunque suelen mantenerse
sus inclinaciones.
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Un caso particular son las canteras, donde los frentes de excavación se vanretranqueando continuamente, y donde, por lo general, las inestabilidades corresponden a bloques o conjuntosde bloques que se desprenden a favor de las discontinuidades de los macizos rocosos competentes que son explotados.
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En el diseño y excavación de los taludes
mineros los criterios económicos juegan un
papel fundamental, siendo frecuente asumir
cierto grado de riesgo de roturas locales o
parciales en los taludes si éstas no ponen
en peligro la seguridad de las personas ni
el ritmo de los trabajos de extracción; en
estos taludes temporales no se instalan sostenimientos o estabilizaciones.
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Sin embargo, en ingeniería civil lastolerancias de movimientos en los taludes son muy restrictivas, al poder afectar a las estructuras que seconstruyen en su entorno, primando los criterios de seguridad.
21
Los estudios geológicos y geotécnicos de
taludes están dirigidos al diseño de taludes
estables en función de las condiciones
requeridas (corto, medio o largo plazo,
relación costo-seguridad, grado de riesgo
aceptado, etc.) así como a la estabilización
de taludes inestables.
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Las investigaciones in situ para taludes tienen
como objetivo reconocer geológica y
geotécnicamente el terreno afectado por la
excavación, con los fines de obtener los
parámetros necesarios para analizar su
estabilidad, diseñar los taludes, excavar los
materiales, calcular las medidas de estabilización
y proyectar obras de drenaje, entre otros.
INVESTIGACIONES IN SITU
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Como norma general, cada proyecto de excavación debe ser analizado teniendo encuenta:- Las dimensiones previstas (profundidad y
longitud de los taludes).- La posición del nivel freático y condiciones
hidrogeológicas.- La litología y estructura geológica.- Los requisitos del proyecto (taludes a largo
o corto plazo, condiciones geométricas, etc.).
24
Las investigaciones in situ deberán
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Las propiedades resistentes de los
materiales, suelos o macizos rocosos, se
obtienen mediante los ensayos in situ y de
laboratorio adecuados y la aplicación de
criterios. Los ensayos de laboratorio más
característicos para el diseño o estudio de
taludes son los de clasificación,
identificación, corte directo en suelos y
discontinuidades y compresión simple, entre
otros.
27
Un aspecto muy importante a investigar es la
posible presencia de deslizamientos naturales,
activos o inactivos, en las laderas donde se
proyectan excavaciones, ya que las obras
pueden reactivar los movimientos al modificar
las condiciones iniciales de la ladera
(geometría, hidrogeología, estados tensionales,
etc.).
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La presencia de inestabilidades naturales preexistentes modifica el diseño de la
excavación, e incluso puede hacer inviable lamisma, obligando a emplazamientos alternativos. En estos casos se deben
investigar aspectos como la magnitud y profundidad de la inestabilidad, la actividad del
proceso, la situación de los planos de deslizamiento, la posición del nivel freático,
etc.
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Factores influyentes en la estabilidad
La estabilidad de un talud está determinada por
factores geométricos (altura e inclinación),
factores geológicos (que condicionan la presencia
de planos y zonas de debilidad y anisotropía en el
talud), factores hidrogeológicos (presencia de
agua) y factores geotécnicos o relacionados con el
comportamiento mecánico del terreno (resistencia
y deformabilidad).
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Factores influyentes en la estabilidad
La combinación de los factores citados puede
determinar la condición de rotura a lo largo de una
o varias superficies, y que sea cinemáticamente
posible el movimiento de un cierto volumen de
masa de suelo o roca. La posibilidad de rotura y
los mecanismos y modelos de inestabilidad de los
taludes están controlados principalmente por
factores geológicos y geométricos.
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Factores influyentes en la estabilidad
Los factores geológicos, hidrogeológicos y geotécnicosse consideran factores condicionantes, y son intrínsecosa los materiales naturales. En los suelos, la litología, estratigrafía y las condiciones hidrogeológicas determinan las propiedades resistentes y el comportamiento del talud.
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Factores influyentes en la estabilidad
En el caso de macizos rocosos competentes, el
principal factor condicionante es la estructura
geológica: la disposición y frecuencia de las
superficies de discontinuidad y el grado de
fracturación; en materiales blandos, como
los lutíticos o pizarrosos, la litología y el grado
de alteración juegan también un papel
predominante.
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Factores influyentes en la estabilidadJunto a los factores condicionantes de la estabilidadde los taludes (también denominados «pasivos»), los
factores desencadenantes o «activos» provocan la roturauna vez que se cumplen una serie de condiciones. Estos
últimos son factores externos que actúan sobre los sueloso macizos rocosos, modificando sus características y propiedades y las condiciones de equilibrio del talud
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Estratigrafía y litología
La naturaleza del material que forma un talud está
íntimamente relacionada con el tipo de inestabilidad que
éste puede sufrir, presentando las diferentes litologías
distinto grado de susceptibilidad potencial ante la
ocurrencia de deslizamientos o roturas. Las propiedades
físicas y resistentes de cada tipo de material, junto con la
presencia de agua, gobiernan su comportamiento
tensodeformacional y, por tanto, su estabilidad.
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Talud excavado en suelos coluviales y roca muy alteradacon inestabilidades controladas por la baja resistenciade los materiales y por la presencia de agua estacional
circulando por el interior del terreno
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Estructura geológica y discontinuidades
La estructura geológica juega un papel
definitivo en las condiciones de estabilidad de
los taludes en macizos rocosos. La
combinación de los elementos estructurales
con los parámetros geométricos del talud,
altura e inclinación, y su orientación, define los
problemas de estabilidad que se pueden
presentar
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Talud excavado en rocas lutíticas fracturadas y plegadas con roturas controladas por la estructura del
macizo rocoso
Rotura plana en los bancos de un talud a favor
de las superficies de estratificación
38
La estructura del macizo queda definida por la distribución
espacial de los sistemas de discontinuidades, que
«individualizan» bloques más o menos competentes de
matriz rocosa que se mantienen unidos entre sí por las
características y propiedades resistentes de las
discontinuidades. La presencia de estos planos de
debilidad (como superficies de estratificación, diaclasas,
fallas, etc.) buzando hacia el frente del talud supone
la existencia de planos de rotura y deslizamiento
potenciales, y su orientación y disposición condiciona
los tipos, modelos y mecanismos de inestabilidad.
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La presencia de discontinuidades implica un comportamiento anisótropo del macizo y unos planos preferenciales de rotura; por ejemplo, un determinadosistema de fracturas condicionará tanto la direcciónde movimiento como el tamaño de los bloques a deslizar, o la presencia de una falla buzando hacia el talud limitará la zona inestable y condicionará el mecanismo de rotura.
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Los cambios y singularidades estructurales en un macizo rocoso, como zonas tectonizadas o de cizalla, cambios bruscos en el buzamiento de los estratos, etc., suponen heterogeneidades que puede condicionar las zonas de rotura.
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Un aspecto importante es la relación entre las
dimensiones del frente del talud y la red de
discontinuidades; en función de esta relación, el
comportamiento del talud quedará definido por
una o unas pocas macrodiscontinuidades
(referidas a la escala del talud) o bien por varios
sistemas de juntas y otros planos de debilidad
con un entramado denso, condicionando el tipo y
el volumen de las inestabilidades.
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La influencia de la estructura geológica va más
allá del condicionamiento geométrico de las
roturas, pudiendo afectar a la estabilidad de los
taludes a causa de las modificaciones inducidas
por la excavación. por ejemplo, en estructuras de
tipo compresivo o distensivo la existencia de
esfuerzos tectónicos residuales puede inducir
procesos desestabilizadores.
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CONDICIONES HIDROGEOLOGICAS
La mayor parte de las roturas se producen por los
efectos del agua en el terreno, como la generación
de presiones intersticiales, o los arrastres y
erosión, superficial o interna, de los materiales
que forman el talud. En general, puede decirse
que el agua es el mayor enemigo de la estabilidad
de los taludes (además de las acciones
antrópicas, cuando se realizan excavaciones
inadecuadas sin criterios geotécnicos).
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La presencia de agua en un talud reduce su estabilidad al disminuir la resistencia del terreno y aumentar las fuerzas tendentes a la inestabilidad. Sus efectos más importantes son:
1) Reducción de la resistencia al corte de los planos de rotura al disminuir la tensión Normal efectiva: σ’n
2)La presión ejercida sobre grietas de tracción aumenta las fuerzas que tienden al deslizamiento.
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3) Aumento del peso del material por saturación:
donde: yd = peso específico aparente seco; S = grado de saturación; n = porosidad; Yw = peso específico del agua.
4)Erosión interna por flujo subsuperficial o subterráneo.
5)Meteorización y cambios en la composición mineralógica de los materiales.
6)Apertura de discontinuidades por agua congelada
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La forma de la superficie freática en un talud depende de diferentes factores, entre los que se
encuentran la permeabilidad de los materiales, la geometría o forma del talud y las condiciones de
contorno. En macizos rocosos, la estructura geológica tiene una gran influencia en la
disposición del nivel freático y, por tanto, en la distribución de las presiones intersticiales sobre cualquier superficie potencial de deslizamiento
en un talud, así como la alternancia de materialespermeables e impermeables.
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ESQUEMA DEL NIVEL FREATICO EN UN TALUD SEGÚN LA DISTRIBUCION DE LOS MATERIALES
48
El nivel freático puede sufrir cambios
estacionales o como consecuencia de
dilatados periodos lluviosos o de sequía.
En la siguiente figura se representa la
distribución del agua en el interior de una
ladera. Sólo parte del agua de lluvia o
escorrentía penetra en el terreno, y una
mínima parte alcanza el nivel freático.
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Si bien la modificación del nivel freático obedece generalmente a cambios lentos y periodos largos, en caso de materiales muy permeables puede llegar a producirse un ascenso relativamente rápido comoconsecuencia de precipitaciones intensas.
50ESQUEMA DE CIRCULACION DE AGUA EN UNA LADERA
51
Además del agua en el interior del terreno, hay queconsiderar el papel del agua superficial (por
precipitación, escorrentía, etc.), que puede causar problemas importantes de estabilidad al crearse altas
presiones en las discontinuidades y grietas por las que se introduce, y en la zona más superficial del terreno; de hecho, las roturas en taludes en suelos son más frecuentes en periodos de lluvias intensas, tras una
fuerte tormenta o en épocas de deshielo. Los fenómenos de erosión y lavado en materiales blandos o poco consistentes aparecen asimismo asociados a la
presencia de agua superficial.
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Los aspectos más importantes que deben conocersepara evaluar la magnitud y la distribución de las presiones intersticiales en el talud y los efectos del agua son:
- Comportamiento hidrogeológico de los materiales.- Presencia de niveles freáticos y piezométricos.- Flujo de agua en el talud.- Parámetros hidrogeológicos de interés: coeficiente de permeabilidad o conductividad hidráulica, gradiente hidraúlico, transmisividad y coeficiente de almacenamiento.
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TENSIONES NATURALES
Las tensiones naturales pueden jugar un
papel importante en la estabilidad de los
taludes rocosos. La liberación de tensiones
que puede suponer la excavación de un
talud puede originar tal descompresión
que el material se transforma y fragmenta
por las zonas más débiles y pasa a
comportarse como un suelo.
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Este efecto se ha comprobado en explotaciones mineras en taludes lutíticos sometidos a elevadas tensiones internas, fragmentándose la «formación rocosa» hasta quedar convertida en un material granular con fragmentos centimétricos (con varios metros de espesor desde la superficie del talud), dando lugar al desmoronamiento de taludes.
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El estado tensional de un talud depende desu configuración geométrica y del estadode tensiones del macizo rocoso previo a la excavación. En la figura se presenta un ejemplo de la distribución de los esfuerzoslitostáticos después de realizar una excavación.
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En excavaciones profundas, las elevadas tensiones que se generan en zonas singulares como el pie del talud pueden dar lugar a condiciones de desequilibrio,llegando incluso a producirse deformaciones plásticas. También en la cabecera del talud se generan estados tensionales anisótropos con componentes traccionales que provocan la apertura de grietas verticales.
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MODIFICACION DE LAS TRAYECTORIAS DE LOS ESFUERZOS HORIZONTALES ORIGINALES COMO CONSECUENCIA DE UNA EXCAVACION
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Si a un macizo rocoso se le somete a tensiones
de tipo tectónico, al realizarse una excavación
tiene lugar la liberación y redistribución de las
mismas; el cambio del estado tensional previo
provoca la pérdida de resistencia del material.
Las discontinuidades y las zonas con estructuras
compresivas (ejm. pliegues) se convierten en
zonas de debilidad por la aparición de tensiones
distensivas o traccionales.
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El efecto de relajación que produce la excavación puede dar lugar a desplazamientos en el macizo rocoso, al tender a un nuevo estado de equilibrio,generándose grietas o aperturas de los planos de
discontinuidad, que juegan un papel importante en las fases iniciales de los procesos de inestabilidad.
Este reajuste es función también del tipo, estructura y resistencia del macizo, y disminuye
con el tiempo.
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Las sobrecargas estáticas y las cargas dinámicas
que se ejercen sobre los taludes modifican la
distribución de las fuerzas y pueden generar
condiciones de inestabilidad. Entre las primeras
están el peso de estructuras o edificios, u otro tipo
de cargas como rellenos, escombreras, paso de
vehículos pesados, etc. que, cuando se ejercen
sobre la cabecera de los taludes, aportan una
carga adicional que puede contribuir al aumento
de las fuerzas desestabilizadoras.
OTROS FACTORES
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TIPOS DE ROTURA DE TALUDESTALUDES EN SUELOS
Los taludes en suelos rompen generalmente a favor de superficies curvas, conforma diversa condicionada por la morfología y estratigrafía del talud
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- Puede ser aproximadamente circular (la más frecuente),
con su extremo inferior en el pie del talud, (deslizamiento de pie), cuando éste está formado por terreno homogéneo o por varios estratos de propiedades geotécnicas homogéneas
ROTURA CIRCULAR
DE PIE
TIPOS DE SUPERFICIES DE ROTURA EN SUELOS
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- Puede ser casi circular pero pasando por debajo del pie del talud (deslizamiento profundo);
ROTURA CIRCULAR PROFUNDA
TIPOS DE SUPERFICIE DE ROTURA
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Si se dan determinadas condiciones en el Talud, como la
existencia de estratos o capas de diferente competencia,
puede tener lugar una rotura a favor de una superficie
plana o de una superficie poligonal formada por varios
tramos planos
ROTURA SEGÚN UNA POLIGONAL
TIPOS DE SUPERFICIES DE ROTURA EN SUELOS
65
Las roturas de taludes en suelos a favor de un único plano
paralelo al talud son prácticamente inexistentes, aunque este
modelo puede ser válido en el caso de laderas naturales con
recubrimientos de suelos sobre rocas
ROTURA PLANA
TIPOS DE SUPERFICIES DE ROTURA EN SUELOS
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TALUDES EN ROCA
Los diferentes tipos de roturas están
condicionados por el grado de fracturación
del macizo rocoso y por la orientación y
distribución de las discontinuidades con
respecto al talud, quedando la estabilidad
definida por los parámetros resistentes de
las discontinuidades y de la matriz rocosa.
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TALUDES EN ROCA
En macizos rocosos duros o resistentes,
las discontinuidades determinan la situación
de los planos de rotura. En macizos formados
por rocas blandas poco competentes, la matriz
rocosa también juega un papel importante en
la generación de estos planos y en el
mecanismo de rotura.
68
TALUDES EN ROCA
En la siguiente figura se presentan
diferentes modelos de rotura en taludes y
las relaciones entre ángulos y alturas para
diferentes tipos de macizos rocosos.
69
TIPOS DE ROTURA EN MACIZOS ROCOSOS, CURVA DE RESISTENCIA PARA EL MACIZO Y RELACIONES ENTRE INCLINACION Y ALTURA DEL TALUD
TALUDES EN ROCA
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TALUDES EN ROCA
Los modelos de rotura más frecuentes indicados enla siguiente figura son:
1. Rotura plana, 2. En cuña, 3. Por vuelco, 4. Por pandeo, y 5. Curva.
Incluye la representación estereográfica de las condiciones estructurales de algunos de ellos.
71
REPRESENTACION ESTEREOGRAFICA DE LOS PLANOS DE DISCONTINUIDAD CON RESPECTO A LA ORIENTACION DEL TALUD PARA
ALGUNOS TIPOS DE ROTURAS EN MACIZOS ROCOSOS
TALUDES EN ROCA
72
TALUDES EN ROCA
Se produce a favor de una superficie preexistente,
que puede ser la estratificación, una junta
tectónica, una falla, etc. La condición básica es la
presencia de discontinuidades buzando a favor del
talud y con su misma dirección, cumpliéndose la
condición de que la discontinuidad debe estar
descalzada por el talud (Ψ > α) y su buzamiento
debe ser mayor que su ángulo de rozamiento
interno (α > Ø )
ROTURA PLANA
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TALUDES EN ROCAROTURA PLANA
CONDICIONES PARA LA ROTURA PLANA
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TALUDES EN ROCA
En taludes excavados
paralelos a la estratificación,
pueden tener lugar roturas
planas por deslizamiento de
los estratos; este tipo de rotura
es típica en macizos lutíticos o
pizarrosos, generándose los
planos de rotura a favor de la
esquistosidad
ROTURA PLANA
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TALUDES EN ROCALos diferentes tipos de roturas planas dependen de la distribución y características de las discontinuidades en el talud. Las más frecuentesson:
Rotura por un plano que aflora en la cara o en el pie del talud, con o sin grieta de tracción.
Rotura por un plano paralelo a la cara del talud, por erosión o pérdida de resistencia del pie.
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TALUDES EN ROCA
Corresponde al
deslizamiento de
un bloque en
forma de cuña,
formado por dos
planos de
discontinuidad, a
favor de su línea
de intersección
Rotura en cuña
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TALUDES EN ROCACONDICIONES PARA LA ROTURA PLANA Y PARA LA ROTURA EN CUÑA
ROTURA PLANA
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TALUDES EN ROCACONDICIONES PARA LA ROTURA EN CUÑA
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TALUDES EN ROCA
Se produce en taludes de macizos rocosos donde losestratos presentan buzamiento contrario a la inclinacióndel talud y dirección paralela o subparalela al mismo. Engeneral, los estratos aparecen fracturados en bloques a favor de sistemas de discontinuidades ortogonales entresí. Este tipo de rotura implica un movimiento de rotación
de los bloques, y la estabilidad de los mismos no estáúnicamente condicionada por su resistencia al
deslizamiento.
Vuelco de estratos
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TALUDES EN ROCA
VUELCO DE
ESTRATOS
Bloques rocosos de un talud que han sufrido proceso
de vuelco
Esquemas de taludes con
estructura favorableal vuelco de estratos.
81
TALUDES EN ROCA
Este tipo de rotura se produce a favor de planos
de estratificación paralelos al talud(α = Ψ),con
buzamiento mayor que el ángulo de rozamiento
interno (α > Ø). La rotura puede ocurrir con o sin
flexión del estrato; la condición necesaria es que
los estratos sean suficientemente esbeltos, en
relación con la altura del talud, para poder pandear
Rotura por pandeo
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TALUDES EN ROCA
Las causas que pueden generar la rotura
por pandeo son:
- Altura excesiva del talud.
- Existencia de fuerzas externas aplicadas sobre los estratos.
- Geometría desfavorable de los estratos.
- Existencia de presiones de agua sobre los estratos.
- Concentración desfavorable de tensiones.
ROTURA POR PANDEO
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Esquema de pandeo en estratos verticalizados, con flexión y fractura de los estratos.
TALUDES EN ROCA
ROTURA POR PANDEO
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TALUDES EN ROCARotura por pandeo
Este tipo de rotura suele darse en los taludes de
muro de cortes mineras, al ser excavados paralelos ala estratificación, cuando
los planos presentan espaciados pequeños
Pandeo de estratos en materiales lutíticos con rotura de las placas de roca en su base
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DISEÑO DE TALUDES
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Para el diseño de cualquier explotación a cielo abierto es necesario contar con la modelizacióngeológica del yacimiento, la cual se obtiene a partir de los trabajos previos de investigación.Este diseño contempla el establecimiento de los contornos finales, intermedios y perspectivosen las diferentes etapas en el desarrollo de la explotación, así como la definición del método deexplotación y la selección de la maquinaria a utilizar.
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Un aspecto de extrema importancia para el armónico desarrollo de los trabajos mineros es el que está relacionado con la estabilidad de sus contornos, ya que garantizan la seguridad durante la explotación, en el período de cierre y, en el uso posterior de los espacios creados por la explotación.
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Los elementos del contorno de la cantera son: Los bordos, su profundidad o altura deexplotación, los bancos, compuestos por las plazoletas, altura de banco, ángulo de talud del banco, las bermas de transporte y de seguridad, ángulo de los bordos activo e inactivo de la explotación y el ángulo de culminación.
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INFORMACIÓN PREVIA PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES EN LA MINA
Para acometer el diseño de una cantera, así como de sus elementos, es necesario contar con un volumen de información, que caracterice al macizo rocoso y su comportamiento en el tiempo, para poder tomar las decisiones de diseño que garanticen la seguridad y economía dela cantera
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Esta información la podemos agrupar de la siguiente forma: Modelo geológico del yacimiento Propiedades del macizo rocoso Características hidrogeológicas de macizo Efectos de la alteración de las rocas Esfuerzos in situ Efectos de las voladuras en las rocas Tratamiento para preservar la estabilidad de los taludes. Aquí es importante tener un criterio de cómo quedara el espacio creado y que posible uso tendrá.
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MODELO GEOLÓGICO
Recolección de Información Geológica tanto en soporte electrónico o papel: La disponibilidad de un modelo geológico es fundamental. Estos Modelos Geológicos son más efectivos cuando se confeccionan en tres dimensiones con el empleo de programas profesionales como VULCAN, GEMCOM, etc.
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Los modelos permiten visualizar en tres dimensiones la geología, Geología estructural, distribución de leyes, distribución de agua subterránea y toda la información geomecánica existente y disponible (RQD, RMR, Q, etc.).
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Con la automatización del diseño se facilita utilizar la interface de Modelos Geológicos con Modelos de Análisis de Estabilidad.
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DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO
Es el aspecto que constituye el mayor problema, en el análisis de estabilidad de taludes y, la toma de decisiones para el diseño de la estrategia de explotación de la cantera. Se tendrá en cuenta el problema que surge con la selección del tipo de modelo que caracteriza al macizo, modelos continuos (Homogéneos) o discontinuos (discretos).
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Es conveniente usar el criterio de falla de Hoek y Brown teniendo en cuenta los supuestos considerándos en su evaluación y utilizar los cálculos retroactivos para verificar si los parámetros asumidos en el criterio de falla son correctos. Se recomienda el empleo de métodos probabilísticos.
DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO
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PRESENCIA DE AGUA SUBTERRÁNEA
La presencia de agua subterránea en los taludes reduce las tensiones efectivas y, consecuentemente, reduce la resistencia al corte de las discontinuidades presentes en el macizo rocoso. La medición y el control de los niveles freáticos es importante durante toda la vida de la cantera. El modelo geológico debe incluir la información del nivel freático, sus fuentes de alimentación, así como la hidráulica del macizo rocoso.
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EFECTO DE LA ALTERACIÓN
La mineralización en muchos casos está asociada a zonas de alteración que tienen impacto sobre la resistencia del macizo rocoso y, por lo tanto, su estabilidad.Durante el mapeo geológico se deben identificar zonas de alteración mostrando sus grados y tipo de alteración. El mapeo geológico debe precisar el efecto de la alteración en la resistencia y calidad de los macizos rocosos. Para definir la alteración se debe utilizar la observación de campo, complementada por investigaciones geofísica y ensayos de laboratorio.
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ESFUERZOS IN-SITU
Los taludes de forma convexa (salientes) son menos estables que los taludes cóncavos debido a la falta de confinamiento en los primeros. El efecto del desconfinamiento es usualmente ignorado. Éste termina generalmente en pérdida de resistencia del macizo rocoso.
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La concentración de tensiones en los pies de los taludes de bancos de gran altura produce fallas en la zona, que causan inestabilidad en los mismos. En contadas ocasiones se realizan mediciones de esfuerzos in situ para diseño de taludes, siendo una practica poco común encanteras, solamente se emplea en investigaciones en canteras muy profundas.
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DAÑO POR EFECTO DE LA VOLADURA
El daño causado por una voladura masiva se extiende varios metros detrás del talud. El daño de la voladura se produce debido a los esfuerzos dinámicos inducidos que resultan en el proceso de fracturación de la roca, con lo cual se produce la abertura de las discontinuidades.
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Es importante hacer una detallada observación de los testigos de perforación para tener una apreciación real del macizo rocoso.El efecto de la rotura o fragmentación producida por la voladura debe ser tomado en cuenta durante el mapeo geotécnico, para valorar en que medida es afectada la calidad del macizo rocoso.
DAÑO POR EFECTO DE LA VOLADURA
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CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
La estabilidad de los taludes en una explotación a cielo abierto tiene una gran importancia para la seguridad y efectividad económica de la misma por lo que debe ser considerada desde el inicio del proceso de diseño.
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Los aspectos más importantes que afectanla seguridad en los frentes y operaciones son los siguientes:
a) Caída o deslizamiento de rocas sueltasb) Colapso parcial de un bancoc) Colapso general de un bordo de la cantera.
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
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Las recomendaciones para el control y eliminación de los riesgos son la adopción de las siguientes medidas:
a) Diseño adecuado de bancos y plataformas para retener los desprendimientos de materiales.b) Determinación y mantenimiento adecuado de taludes generales seguros.
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
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d) Control en las proximidades del talud, para reducir los daños en el macizo.e) Aplicación de sistemas de drenaje en los macizos para reducir las tensiones originadas por el agua.f) Saneo sistemático y efectivo de materiales sueltos, potencialmente peligrosos por la posibilidad de caída.
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
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Los estudios previos necesarios para realizar el diseño geotécnico de un talud estable implican una caracterización del macizo rocoso a partir de los siguientes factores:
a) Sistemas de juntas y discontinuidadesb) Relación de estos con las superficies de los frentes, taludes y los posibles planos de rotura.
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
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c) Parámetros resistentes de las juntas, las características y propiedades de sus superficies, así como los materiales que los rellenan.d) Propiedades geotécnicas de la matriz rocosa.e) Características hidrogeológicas y las
presiones de agua en las juntas y fracturas.f) Efecto de las vibraciones sobre los macizos
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
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Es necesario señalar las formas de rotura que se producen a partir de los datos registrados.
En el caso de taludes rocosos, las superficies de rotura pueden producirse a partir de lasdiscontinuidades preexistentes en el macizo. Se puede aplicar un método gráfico paraidentificar las situaciones en los que, cinemáticamente, son posibles ciertos tipos de rotura.
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La utilización de los métodos gráficos permite detectar los sectores de la explotación que son susceptibles a la producción de roturas y así, dirigir las acciones de reconocimiento hacia laszonas mas criticas.
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En el caso de macizos poco cohesionados del tipo suelo, la experiencia ha demostrado que lasroturas son del tipo circular. En los macizos rocosos muy fracturados y, donde esta semanifiesta de forma aleatoria o, donde el talud general varía con respecto a la estructura, lassuperficies de rotura son más complejas; pudiendo ser compuestas y formadas parcialmente por discontinuidades próximas a la superficie de deslizamiento y, por otro lado, por factores nuevos en la roca intacta.
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En el caso de una fracturación intensa el grado de imbricación de bloques y sus posibilidadesde movimiento juegan un papel importante, pudiendo adoptarse la hipótesis de rotura circular.
Los cálculos de estabilidad de equilibrio limite ( basados en la mecánica de los sólidos nodeformables) se pueden aplicar para los diferentes tipos de roturas indicadas.
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En geotécnia, el riesgo de colapso de un talud se mide en términos del llamado coeficiente deseguridad FS, que es la relación entre el conjunto de los esfuerzos resistentes o estabilizadoresy los desestabilizadores que provocan la rotura del talud. La relación de un factor FS mayorimplica una disminución del riesgo, pero supone en general taludes mas acostados o tendidos.
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El valor FS=1 señala la frontera en la cual untalud es o deja de ser estable. La necesidad deutilizar valores de FS > 1 surge como consecuencia de los siguientes factores:
a) Posible existencia de características geológicas y estructurales del talud, que no han sido detectadas en el estudio
geotécnico.b) Los posibles errores en los ensayos para
caracterizar al macizo.
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c) La heterogeneidad y anisotropía presente en el macizo.
d) La determinación y variabilidad de las presiones de agua en el talud.
e) Los errores derivados de las supuestas superficies de rotura utilizadas.
f) Los errores en los cálculos.
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Los valores que se adoptan en la práctica varían en función de las consecuencias que resultaran de su colapso, y del nivel de confianza en los datos utilizados. La experiencia que se obtiene teniendo en cuenta las considerables implicaciones económicas, en la selección de un coeficiente de seguridad FS próximo a 1,3 puede ser adecuado para taludes cuya estabilidad no se considere a largo plazo, Como es el caso de los taludes de losfrentes de trabajo que en ocasiones se trabajan con FS= 1.
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Por el contrario si las condiciones son criticas o estamos ante los contornos finales FS puede tomar valores de 1,5 a 1,6, aunque dependiendo del tipo de roca, de sus propiedades reológicas y del grado de alteración con el tiempo, se deberán tomar medidas adicionales aún con un factor de seguridad elevado.
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El coeficiente de seguridad, para un talud con rotura plana, se determina con la siguienteexpresión:
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Donde
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SiendoH – Altura del talud. – Angulo del talud del banco
ρp – Angulo del plano de rotura (Rotura plana)
Densidad de la roca - ال
W – Densidad del aguaالα - Aceleración sísmicaZ – Altura de la grieta de tracciónZW – Altura del agua en grietas de tracción- Angulo de rozamientoW – Peso del bloque deslizante
