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Taludes
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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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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.
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El diseño de taludes es uno de losaspectos más importantes de la ingeniería geológica, pues está presente en la mayoría de las
actividades constructivas oextractivas.
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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 posiblerealizar las excavaciones con las alturas y ángulos requeridos, por motivos económicos ode otro tipo.
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En minería el diseño de los taludes depende dela disposición y profundidad del yacimiento.Por lo general en yacimientos minerales no
metálicos, dispuestos en capas horizontales oinclinadas, los taludes tienen carácter temporal
y se proyectan para permanecer estables acorto o medio plazo (meses o años), ya que
tras la extracción del mineral la excavación seabandona o se rellena.
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EXCAVACION DE UN TALUD PARA CONSTRUCCIÓN DE UNA CARRETERA
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En minería metálica, cuando el mineralno 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 unpapel fundamental, siendo frecuente asumir cierto grado de riesgo de roturas locales o parciales en los taludes si éstas no ponenen peligro la seguridad de las personas ni el ritmo de los trabajos de extracción; enestos 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.
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Los estudios geológicos y geotécnicos detaludes están dirigidos al diseño de taludes
estables en función de las condicionesrequeridas (corto, medio o largo plazo,
relación costo-seguridad, grado de riesgoaceptado, 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.).
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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 delaboratorio 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.
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Un aspecto muy importante a investigar es laposible presencia de deslizamientos naturales,
activos o inactivos, en las laderas donde se proyectan excavaciones, ya que las obras
pueden reactivar los movimientos al modificarlas 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 presenciade 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 estabilidadLa combinación de los factores citados puede
determinar la condición de rotura a lo largo de unao varias superficies, y que sea cinemáticamenteposible 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 estabilidadLos 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, elprincipal factor condicionante es la estructurageológica: la disposición y frecuencia de las superficies de discontinuidad y el grado defracturación; en materiales blandos, como
los lutíticos o pizarrosos, la litología y el gradode 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 queéste 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 estructuralescon los parámetros geométricos del talud,
altura e inclinación, y su orientación, define losproblemas 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
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La estructura del macizo queda definida por la distribuciónespacial de los sistemas de discontinuidades, que
«individualizan» bloques más o menos competentes dematriz rocosa que se mantienen unidos entre sí por las
características y propiedades resistentes de lasdiscontinuidades. 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 variossistemas 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 inducidaspor 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 losefectos del agua en el terreno, como la generación
de presiones intersticiales, o los arrastres y erosión, superficial o interna, de los materialesque forman el talud. En general, puede decirse
que el agua es el mayor enemigo de la estabilidadde los taludes (además de las acciones
antrópicas, cuando se realizan excavacionesinadecuadas 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
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El nivel freático puede sufrir cambiosestacionales 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
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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 estructurascompresivas (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 dinámicasque se ejercen sobre los taludes modifican ladistribución de las fuerzas y pueden generar condiciones de inestabilidad. Entre las primeras están el peso de estructuras o edificios, u otro tipode cargas como rellenos, escombreras, paso devehículos pesados, etc. que, cuando se ejercensobre la cabecera de los taludes, aportan unacarga adicional que puede contribuir al aumentode 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 laexistencia 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 variostramos planos
ROTURA SEGÚN UNA POLIGONAL
TIPOS DE SUPERFICIES DE ROTURA EN SUELOS
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Las roturas de taludes en suelos a favor de un único plano paralelo al talud son prácticamente inexistentes, aunque estemodelo puede ser válido en el caso de laderas naturales conrecubrimientos 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 delas discontinuidades y de la matriz rocosa.
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TALUDES EN ROCA
En macizos rocosos duros o resistentes,las discontinuidades determinan la situaciónde los planos de rotura. En macizos formadospor rocas blandas poco competentes, la matrizrocosa también juega un papel importante en
la generación de estos planos y en el mecanismo de rotura.
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TALUDES EN ROCA
En la siguiente figura se presentan diferentes modelos de rotura en taludes y las relaciones entre ángulos y alturas paradiferentes tipos de macizos rocosos.
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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.
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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
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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 lapresencia de discontinuidades buzando a favor deltalud y con su misma dirección, cumpliéndose lacondición de que la discontinuidad debe estar descalzada por el talud (Ψ > α) y su buzamientodebe 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 roturasplanas por deslizamiento de los estratos; este tipo de rotura es típica en macizos lutíticos opizarrosos, 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, afavor 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.
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TALUDES EN ROCA
Este tipo de rotura se produce a favor de planosde estratificación paralelos al talud(α = Ψ),con buzamiento mayor que el ángulo de rozamientointerno (α > Ø). La rotura puede ocurrir con o sinflexión del estrato; la condición necesaria es quelos 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 ROCAROTURA 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.
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
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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.
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
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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.
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
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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.
CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE LOS TALUDES
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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 bancoρp – Angulo del plano de rotura (Rotura plana) Densidad de la roca - الW – 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
