Estabilidad de taludes

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
β
T
W
N
N = W cos β
= (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
αn
hn
X
β
α1
W
H
T
N
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
FACE 1
•DECREMENTO DE MODULO
•MODULO SIN VARIACION
•INCREMENTO DE MODULO
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
FACE 1
•FACTOR DE SEGURIDAD > 1.2
•1.0 < FACTOR DE SEGURIDAD < 1.2
•FACTOR DE SEGURIDAD < 1.0
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