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