Apuntes de Estabilidad de Taludes

2S Estabilidad de Taludes Por el Ingeniero Segundo SILVA MAGUIÑA,

Dedico el presente texto con el recuerdo póstumo al quien me dio la vida, a Teresita Maguiña Alegre. A mi padre Augusto Gil Silva Sánchez, hermanas: Rosario, Miriam y Liz, a mis hijos y Esposa.

Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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AGRADECIMIENTO Agradezco a los que me dieron la oportunidad de impartir mis conocimientos y experiencias en el campo de la ingeniería en las Universidades del campo del saber y de la investigación: La Universidad Alas Peruanas, así mismo a la Universidad que me dio la oportunidad de los conocimientos y a la formación profesional, La Universidad Santiago Antúnez de Mayolo de la Ciudad de Huaraz, a la Universidad Nacional de Antofagasta Chile y a las empresas constructoras que me dieron la oportunidad en la construcción de carreteras y plataformas de asentamientos humanos en las faldas de los cerros como son las obras de ingeniería: Construcción de la carretera asfaltada Casma – Huaraz; la carreta asfaltada Los Libertadores Wari; Tras base de ducto en la Región de Antofagasta Chile . Del mismo modo el agradecimiento a las empresas constructoras que me brindaron realizar mis prácticas profesionales como: Graña y montero, a la empresa constructora Industrial Famía, a la empresa constructora Cosapì S.A. que me permiten volcar mis conocimientos y experiencias al servicio de la juventud universitaria en la ingeniería.

Segundo Silva Maguiña


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RESUMEN El presente texto consta de cuatro capítulos, siendo estos el planteamiento de los protocolos correspondientes en el estudio de la estabilidad de taludes: que consta de la fundamentación para alcanzar los objetivos con la justificación e importancia del presente de estudio. Del mismo modo en el Capítulo II se hace un estudio de las rocas como de sus propiedades mediante el marco teórico en el que la geotécnia interviene en los macizos rocosos, con el apoyo de la geología para identificar la problemática y especificar los problemas y solucionar para la estabilidad de taludes. Seguidamente en el capítulo II se hace un estudio de los suelos se describe la metodología en la solución de problemas. El capítulo IV hace referencia a las recomendaciones y sugerencias. La importancia del sostenimiento de taludes, en la que se destaca los aspectos académicos de la geología y geotécnia. Donde se describe el porque de la necesidad del diseño de taludes en la construcción de carreteras, y asentamientos humanos. Para ampliar los horizontes del conocimiento y poder aplicarlos en la solución de los problemas de la diversidad de los diseños de taludes.

S.S.


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INDICE DEDICATORIA. AGRADECIMIENTO. RESUMEN. CAPITULO I PROTOCOLOS 1.1.- Ubicación: 1.2. - Topografía: 1.3.- Entorno Geológico: 1.4. - Estratigrafía:

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ESTUDIO DE ROCAS 2.1.- Marco Teórico: 2.2.- Fundamentación Teórica: 2.3. - Parámetros Geotécnicos en Estabilidad de Taludes: 2.4.- Característica para Estabilidad de Taludes: 2.5.- Causas de Desestabilización Geotécnico: 2.6.- Cálculo de Estabilidad de Taludes: 2.7.- Formas Prácticas para Estabilidad de Taludes: 2.8.- Ejemplos Prácticos: CAPITULO III ESTUDIO DE SUELOS 3.1.- Clasificación de los Suelos: 3.2.- Solución para Deslizamientos y Derrumbes:

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CAPITULO IV RECOMENDACIONES / SUGERENCIAS. 4.1.- Enmallado de Taludes: 4.2.- Hidrosiembra:

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BIBLIOGRAFIA ANEXOS


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CAPITULO I PROTOCOLOS Para realizar un estudio en estabilidad de taludes, se debe considerar los siguientes estudios preliminares: 1.1.- Ubicación: Se debe ubicar y zonificar el área de trabajo para un estudio real y de tratamiento de la estabilidad de taludes. 1.2.- Topografía: En base a las experiencias desarrolladas por Dearman and Fookes se debe tener el historial topográfico geológico y la realización del levantamiento topográfico tanto poligonal como de nivel. 1.3.- Entorno Geológico: 1.3.1. Geología Regional: Se debe realizar el estudio geológico estructural como el estudio de la historia geológica de la región, como de los tipos de roca, pliegues, fallas y fracturas de las rocas que enfrentará el ingeniero. Es de importancia la información de los trabajadores de, empresas contratistas y otros similares para ser contrastadas, con los estudios académicos para tener una idea clara de la naturaleza del terreno que nos permitan tomar decisiones adecuadas para la solución de los problemas de ingeniería, que posibiliten un trabajo óptimo, tanto empresarial como social. El cotejo de información es muy importante pues nos permitirá una investigación que se enriquezca propiamente con el tema en cuestión. 1.3.2. Geología Local: Al iniciar un proyecto para una excavación, es posible que no exista información adecuadas sobre el macizo a la profundidad donde se tiene que realizar la excavación. En estas circunstancias, la roca que se manifiesta en la superficie será la que tiene que proporcionar la máxima información sobre los tipos de roca y sobre las características estructurales del macizo. Los lechos de arroyos generalmente proporcionan mucha información por medio de afloramientos rocosos, sobre todo los arroyos de montaña, con escurrimiento rápido, donde el agua cortó el material superficial para dejar expuesta la roca subyacente. Cuando hay pocos afloramientos o cuando se piensa que las manifestaciones existentes han sido seriamente alteradas por la meteorización, una trinchera o un pozo pueden ser la solución de las incógnitas. Una trinchera hecha con un buldozer que corta los depósitos de superficie. Se puede excavar más en la formación rocosa mediante el uso de explosivos, aunque habrá que tener cuidado de no destruir con la voladura la evidencia que se busca. A veces es suficiente limpiar la superficie con agua o aire a presión para exponer la roca para el levantamiento estructural. Aparte de servir para la identificación de las rocas, se deben usar los afloramientos para medir la inclinación (echado) y la orientación (rumbo del echado) de los fenómenos estructurales como la estratificación, el crucero y las fisuras. 1.4.- Estratigrafía: Debido al alto costo de la perforación de diamante o al de la excavación de pozos, a cielo abierto o galerías de exploración. Se pueden utilizar métodos geofísicos para obtener un panorama inicial del programa de exploración. Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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Mossman y Heim reseñaron la gama de técnicas geofísicas aplicables a la ingeniería de excavaciones. Los métodos geofísicos que implican el uso de gravímetros, magnetómetros y resistividad eléctrica pueden usarse para obtener estimaciones de las propiedades de la roca tales como la porosidad y densidad. Sin embargo estos métodos proporcionan pocas indicaciones sobre características estructurales del macizo y a veces los resultados son difíciles de interpretar. Los métodos sísmicos no dan resultados satisfactorios en todos los medios geológicos, y son los métodos geofísicos más costosos. Por otro lado, cuando las condiciones geológicas se prestan a ello, los métodos sísmicos pueden proporcionar datos muy útiles sobre la estructura y la configuración de los estratos y sobre la localización de las discontinuidades más importantes, como son las fallas. La interpretación, tanto de las mediciones geofísicas como de las sísmicas, es un proceso complicado y se necesita que el técnico tenga mucha experiencia antes de que los resultados sean de fiar. Por lo tanto, no se recomienda los “auto estudios” geofísicos o sísmicos, una vez conocido el subsuelo mediante barrenos de exploración, se puede extender la utilidad de las técnicas de exploración geofísica. El método por perforación con barrenos puede proporcionar información útil sobre las características de un macizo. La recuperación de núcleos por medio de la barrenación con diamantes es uno de los métodos más importantes de la exploración del subsuelo. Las maquinas perforadoras con avance hidráulico son indispensables para una buena recuperación de núcleos. El control independientemente del avance permite a la broca ajustar su sistema de penetración a la dureza de la roca, y sobre todo, pasar rápidamente a través de la roca alterada y las zonas de falla, antes de que las dañe el agua. También es importante poder contar con una gama extensa de velocidades de barrenación de rotación para brocas diferentes. Las maquinas perforadoras de superficie grandes, vienen equipadas con mandriles hidráulicos para conectar y desconectar rápidamente las barras, trabajo que requiere una cantidad considerable de energía cuando se hace manualmente, con llaves. El mandril hidráulico también viene sobre la maquina más pequeña como la Diamec 250 de Atlas Copco que permite un cambio rápido de barras – detalle muy importante cuando hay que usar una gran cantidad de barras cortas en un espacio subterráneo reducido. Con esta máquina también se usan normalmente barras ligeras de aluminio y esto permite a un solo hombre operarla una vez que la maquina está en posición. Una proporción muy importante de la barrenación con diamante se realiza con agua para enfriar la broca de diamantes y para la expulsión de los recortes fuera del barreno. En algunos casos se prefiere el uso de aire para enfriar y limpiar, sobre todo cuando se trabaja en roca mala que se puede alterar muy fácilmente al contacto del agua. El uso de aire requiere una disposición diferente de los ductos en la broca ya que se necesita un volumen más grande de aire que de agua para obtener el mismo efecto. Pocos fabricantes operan equipo para aire pero se prevé que en el futuro este equipo será más fácil de conseguir ya que se reconocen sus ventajas para aplicaciones especiales. El diseño de una broca de barrenación impregnada de diamantes para la recuperación de muestras es un proceso altamente especializado. Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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CAPITULO II ESTUDIO DE ROCAS Se deberán obtener muestras, especímenes de roca de manera cuidadosa con la operación de un perforista que al retirar la muestra voltea el barril y lo sacude o le da golpes con un martillo como resultado de una operación de este tipo. El núcleo “inalterado”, cuya obtención, se deposita en la caja de muestras. El fin de un programa de barrenación geotecnia es poder reconstruir la muestra completa del macizo en un estado lo más cercano posible a su condición original. Esto sólo se logra si la muestra entra en un tubo interno, fijo dentro del barril, de modo que la rotación del barril exterior, en cuya extremidad se encuentra la broca, no tuerza el frágil núcleo. La mayoría de los fabricantes tienen varios tipos de barriles dobles o triples en los que el tubo interno está montado sobre baleros que impiden que la rotación del barril externo le sea transmitida. La construcción más adecuada del barril interno es la siguiente: tener este tubo en dos mitades concordantes que se mantengan unidas mediante grapas de acero. Cuando el barril cargado se saca del barreno se remueve la grapa, se parte el tubo interno que expone el núcleo, el cual se transfiere a la caja de muestras. En un doble barril con tubo partido, que fabrica Mindrill de Australia. Este barril ha sido descrito en detalle en un artículo de Jeffers. Cuando se perforan con barrenos profundos taladros desde la superficie, cuesta mucho trabajo y mucha energía remover las barras de barrenación al final de cada tanda de barrenación. Gran parte de este trabajo se puede evitar con el equipo de cable que permite que al final de cada tanda sólo se saque el barril lleno. Se baja el barril por el centro de los tubos de perforación con un cable y se utilizan varias abrazaderas para fijar el barril a la broca. Estas abrazaderas se sueltan una vez lleno el barril y no se mueve el tren de barras mientras se recupera el núcleo. La perforación con cables es ahora muy común en la exploración minera de calidad así como en las exploraciones y son muchos los contratistas que ya cuentan con el equipo necesario para este trabajo. A estas alturas ya es evidente que la orientación y la inclinación de las discontinuidades estructurales en el macizo son factores de importancia en relación con el proyecto de las excavaciones. Por lo tanto, independientemente del éxito que haya tenido un programa de barrenación, se habrá perdido mucha información importante si no se logra dar una orientación a las muestras. Phillips y Ragan han descrito métodos para establecer la orientación y la inclinación de estratos a partir de lentes o planos de estratificación reconocidos que quedan interceptados por dos o más barrenos no paralelos. Casi todos los geólogos se han familiarizado con estas técnicas que son muy útiles en algunas circunstancias. La orientación de las muestras a partir de un solo barreno depende generalmente del uso de algún aparato de orientación que se emplea durante el programa de barrenación. El método Christensen – Hugel utiliza un aparato para marcar, que raya líneas paralelas sobre el núcleo cuando éste entra forzado en el tubo interno del barril. El sistema de orientación Atlas Copco – Crealius utiliza un instrumento que se fija en el barril Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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cuando éste entra en un barreno al comienzo de una tanda de barrenación. Algunas agujas paralelas al eje del barreno sobresalen de la broca y siguen el perfil del zoquete del núcleo que dejó la tanda anterior. La orientación del aparato es relativamente a la posición del tren de barras en el brocal del barreno o, en un barreno inclinado, se determina con un marcador de balero que defina un plano vertical con respecto al eje del barreno. Cuando se ha recuperado el núcleo, se compara la primera pieza con el perfil de las agujas y las siguientes piezas de la muestra se van colocando conforme a la primera para obtener la orientación de otras características estructurales en relación con la primera pieza. Aparte de la información sobre las discontinuidades en el macizo, también es importante conseguir datos sobre la resistencia de la roca inalterada y de las características de su meteorización. Una indicación razonable de la resistencia a la compresión uni axial se puede obtener con la prueba de carga de punta. Un pedazo del núcleo se coloca transversalmente entre dos puntas de acero templado. El índice de la carga de punta se obtiene por:

Is = P / D2 Donde: P es la carga necesaria para romper el espécimen. D es el diámetro del núcleo. Hay que notar que el largo de la pieza del núcleo no puede ser menor que 1.5 veces su diámetro. Si se expresa el diámetro D del núcleo en milímetros, una relación aproximada entre el índice de la carga de punta Is y la resistencia a la compresión uni axial σc se obtiene con: Tabla N 0 01 Descripci ón Resisten cia muy baja Resisten cia baja Resisten cia media Resisten cia Alta Resisten cia muy alta

Resistencia a la compresión uni axial

Ejemplos de roca característica

LFB/

Mpa

Kgf/cm2

150-3500

1-25

10-250

3500-7500

25-50

250-500

50-100

500- 1000

Carbón, limolita, esquisto Arenisca, pizarra, lutita

15000-30000

100 – 200

1000-2000

Mármol, génesis

>30000

>200

>2000

7500-15000


Yeso, sal de roca

Cuarcita, dolorita, basalto

granito,

gabro,

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Ya que la carga que se requiere para romper un núcleo de roca con la carga de punta no es más que aproximadamente la decima parte de la carga que se necesita para romper una muestra sometida al esfuerzo de compresión uni axial, el aparato de la carga de punta es ligero y portátil y resulta ser ideal para usarse en el campo cuando se establece el registro de la muestra. La resistencia a la compresión uni axial estimada mediante el índice de la carga de punta, puede usarse en la clasificación de roca en una tabla. El valor también puede usarse en un análisis de la resistencia de la roca La tendencia a meteorizarse que tiene el material cuando queda expuesto puede tener serias consecuencias si se deja sin protección en una excavación. Donde sea posible, se usaran los símbolos convencionales para la representación gráfica de los datos geológicos y será útil incluir una lista de estos símbolos en cada informe geológico. Después de haber invertido tanto dinero para la recuperación de muestra de alta calidad, habrá que tener cuidado de que estas queden protegidas de la intemperie y de los vándalos y que sea posible tener acceso a cualquier caja sin mayores esfuerzos físicos. Exponer los corazones para su inspección como la fotografía adjunta, puede ser razonable durante el tiempo de barrenación pero nunca podrá ser un almacenamiento permanente adecuado. Los anaqueles son un buen ejemplo del tipo de almacenamiento que se requiere en un proyecto importante. Que nos permitirá historial en cualquier momento de comparación en la realización de proyectos de minas o de sostenimiento de taludes, como en la construcción de carreteras y asentamientos humanos en cerros. La preparación de un registro de núcleos o el informe geológico implica cierto criterio del geólogo; por lo tanto, los que emplean su información más tarde pueden tener dudas al respecto. Ejemplo de las rocas de Andesita, que se encuentran en la Región de Huaraz, para los estudios de estratificación. Figura N 0 01

Familia de las Andesitas (equivalente volcánico de las dioritas) Roca volcánica con la misma composición química que la diorita. Compuesta generalmente por plagioclasa, piroxeno y/u hornblenda. En los ejemplares de la foto, los minerales oscuros son de hornblenda. Su nombre deriva de la cordillera de los Andes donde es bastante común. Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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2.1. MARCO TEÓRICO: 2.1.1. Antecedentes de Estudio: Se debe establecer la orografía de la zona como las formaciones geológicas Estas formaciones del terreno rocoso, como de los suelos Nos permitirán un diseño adecuado para la construcción de la plataforma de vía u de las edificaciones como de los diseños de talud, que nos permitan su estabilidad y seguridad. 2.1.2. Conceptos Básicos: RQD (Rock Quality Designation): Índice de calidad de la roca (Por Deere), Se define como el porcentaje de núcleos que se recuperan en piezas enteras de 100 mm o más, del largo total del barreno. Q: Índice de calidad de los túneles (NGI): (Norwegian Geotechnical Institute) Instituto de la Geotecnia de Noruega: Propuso un índice para determinar la calidad del macizo en túneles. Perforadora: Equipo mediante el cual se inyecta aire comprimido al barreno. Barreno: Dispositivo de longitud variable, que permite hacer hueco por inyección de aire comprimido a través de la perforadora, que en su extremo puede ser de un filo o en cruz con diamante o de aleación de tungsteno que destruye la roca. Afloramiento: Exposición de la roca para ser identificada para medir la inclinación (echado) y la orientación (rumbo del echado) de los fenómenos estructurales como la estratificación, el crucero y las fisuras. Exploración: Buscar información mediante técnicas propias de la ingeniería para medir la porosidad y densidad de la roca mediante los gravímetros, magnetómetros y resistividad eléctrica. Como de la estructura mediante métodos sísmicos. Geofísica: Uso de la física en la geología, obteniéndose un panorama inicial del programa de exploración. Subsuelo: Lugar dentro de la tierra donde se realiza la exploración. Núcleos: Testigos o muestras en forma de cilindros de roca obtenidas mediante la perforación. Macizo Rocoso: Masa rocosa consistente que incluyen un número suficiente do datos para poder evaluar correctamente todos los factores que tienen influencia en la estabilidad de taludes como su orientación y la inclinación de los accidentes estructurales de la roca. Falla: Junta de dos placas, pliegue adheridas por placas, rugosidades. Fisura: Disjunta entre `placas, en momentos de separación entre dos placas. Placas: Macizo rocoso dispuesto en dos dimensiones, una sobre otra. Anclaje: Se entiende como la fijación del perno en el terreno. En sus tres formas o tipos, el mecánico, el de lechada de cemento y el químico (resinassintéticas). Cementación: Establece la unión entre ancla y la broca, convirtiendo a la primera en una parte integrante de macizo rocoso, mejorando la razón de Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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los elementos individuales del macizo rocoso. Esta lechada tarda algo de fraguar y no habrá que tensar el ancla. Malla: Consiste en un tejido de alambre, el alambre puede ser galvanizado para protegerlo de la corrosión, y por la misma forma de tejerse es bastante flexible y resistencia que se encuentra figado al techo mediante anclas para evitar que las piedras que se sueltan del techo se quedan atrapadas. 2.2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA: Por la meteorización en el tiempo de todo terreno, en especial en roca viva, es necesario el desbroce y voladura controlada para el diseño de taludes, acorde a sus propiedades geológicas y geotécnicas para garantizar su estabilidad y por consiguiente la seguridad. Desde el punto de vista de la ingeniería, el conocimiento del tipo de defecto en la roca y en su intensidad de meteorización nos permite clasificar el tipo de roca que se pueda encontrar. Por lo tanto, durante la exploración hay que dar especial atención a los defectos en la roca. El informe geológico deberá contener una descripción detallada de los defectos observados en términos geológicos como en: bloques, junteada, roca que se comprime o se expande. Así tenemos la clasificación de rocas en sostenimiento de taludes en: 1) Roca inalterada: Son aquellas rocas que no tienen fisuras ni ramaleos. Por lo tanto, cuando se rompe, lo hace a través de la roca sana. Debido al daño que se hace á la roca con el uso de explosivos, pueden caer del techo desgajes de rocas varias horas o varios días después de la voladura. Esta condición se llama desprendida. La roca dura, inalterada, también puede verse afectada por chasquidos, lo que implica la separación espontánea y violenta de láminas de roca de las paredes o del techo del túnel, llamadas también cajas laterales y caja techo. 2) Roca estratificada: Son aquellas rocas que están constituidas por capas unitarias con poca o ninguna a la resistencia a la separación a lo largo del plano limítrofe entre estratos. La capa puede haberse debilitado o no debido a fracturas transversales. Los desprendidos son comunes en este tipo de rocas .en los túneles. 3) Roca medianamente: Son aquellas rocas, fisurada tiene fisuras y ramaleos. Donde además los bloques de rocas entre las juntas están soldados o están íntimamente embonados que las paredes verticales no necesitan refuerzo. En rocas de este tipo, se puede encontrar a la vez el desprendido y el chasquido. 4) Roca agrietada: Son aquellas rocas en bloques químicamente inalterada o casi inalterada, cuyos fragmentos se encuentran totalmente separados unos de otros y no embonan. 5) Roca triturada: Son aquellas rocas químicamente sana, tiene la apariencia de ser un producto de trituradora. Si los fragmentos, en su mayoría o todos, son del tamaño de arena y no ha habido recomendación, la roca triturada que está Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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abajo del nivel de las aguas freáticas tiene las propiedades de una arena saturada. 6) Roca comprimida avanza: Son aquellas rocas en la que lentamente en el túnel sin aumento perceptible de volumen. Un prerrequisito de compresión es un porcentaje elevado de partículas microscópicas o sub-microscópicas de micas o de minerales arcillosos de poca expansibilidad. 7) Roca expansiva avanza: Son aquellas rocas en el que básicamente en el túnel tienden a su propia expansión. La capacidad de esponjamiento parece estar limitada a las rocas que contienen minerales arcillosos como la montmorillonita, con una alta capacidad de expandirse. Es un referente importante para la ingeniería, pues se tendrá un criterio de los esfuerzos del comportamiento de las rocas en la cara libre y como estos van teniendo al equilibrio de esfuerzos, en especial en terrenos no compatibles, por ello la importancia de la geotécnia en el sostenimiento de taludes. 2.3. PARÁMETROS GEOTÉCNICOS EN ESTABILIDAD DE TALUDES: 1) Propiedades índice que Influyen en la estabilidad de Taludes: a) Porosidad (n):

n = Volúmen de Vacíos (Vv) Volúmen Total (Vt)  En Rocas Sedimentarias: Factor Responsable: Poros. Puede Oscilar entre 0 % a 90%. n disminuye con la profundidad. n depende del material cementante.  En Rocas Ígneas y Metamórficas: Factor Responsable: Fisuras. Normalmente: n < 1% - 2% n aumenta con la meteorización. Desgaste hasta un 20% a más. Menos porosas: ígneas extrusivas. o n afecta negativamente las propiedades de resistencia. b) Densidad (Ƿ), Peso Específico (ɣ): Ƿ = Masa de la roca (o suelo) (m) Volúmen total (V) ɣ = Peso total de la roca (o suelo) (W = mg) Volúmen total (V)  El rango de variabilidad del peso específico de las rocas es mucho mayor que el de los suelos.  Propiedad importante en Ingeniería de Minas. Está ligado a la tensión vertical: σV = y.z Esta relacionado al rendimiento de los equipos de excavación. Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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Tabla N 0 02 Peso Específico Seco ( t / m3 ) ( KN / m3 )

Tipo de Roca Ígneas Basalto Diabasa Gabro Granito Metamórficas Cuarcita Esquisto Gneis Mármol Pizarra Sedimentarias Arenisca Caliza Dolomita Lutita

Porosidad (n) (% )

2.21 – 2.77 2.82 – 2.95 2.72 – 3.0 2.53 – 2.62

21.66 – 27.15 27,64 – 28.91 26.66 – 28.40 24.79 – 25.68

2.61 – 2.67 2.60 – 2.85 2.61 – 3.12 2.51 – 2.86 2.71 – 2.78

25.58 – 26.17 25.48 – 27.93 25.58 – 30.58 24.60 – 28.03 26.56 – 27.24

0.40 – 0.65 10.00 – 30.00 0.32 – 1.16 0.65 – 0.81 1.84 – 3.61

1.91 – 2.58 2.67 – 2.72 2.67 – 2.72 2.0 – 2.40

18.72 – 25.28 26.17 – 26.66 26.17 – 26.66 19.60 -23.52

1.62 – 26.40 0.27 – 4.10 0.27 – 4.10 20.00 – 50.00

c) Resistencia a la Compresión Uniaxial (

0.22 – 22.06 9.17 – 1.00 0.00 – 3.57 1.02 – 2.87

σC):

Parámetro geotécnico más citado. No es una propiedad intrínseca del material. Pueden realizarse ensayos en laboratorio sobre muestras cilíndricas con una relación h/Ø = 2, ó también a través del ensayo de carga puntual  Índice de Resistencia de Carga Puntual:

Is = P/ D2 P = Carga de rotura. D = Distancia entre las puntas de los conos.

P D

Probetas cilíndricas de 50 mm, con una longitud al menos de 1.4 veces

σC =

el diámetro :

24 Is(50)

No es adecuado para rocas blandas.


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Tabla N 0 03 ROCA Andesita Anfibolita Anhidrita Arcilla Esquistosa Arenisca Basalto Caliza Comeana Cuarcita Dacita Diabasa Diorita Dolomía Esquisto Gabro Gneis Granito Granodiorita Grauwaca Marga Mármol Micaesquisto Pedernal Pizarra Pórfido Piolita Sal Yeso


RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (MPA) 40 – 320 210- 520 42 39 – 54 4 – 320 15 – 420 4 – 330 34 – 120 90 – 470 80 – 160 120 – 500 86 – 340 36 – 560 12 – 230 150 – 280 42 – 250 10 – 300 100 – 280 27 – 61 3 – 197 47 – 240 20 – 65 120 -150 27 – 320 140 – 250 80 – 160 21 – 35 1.50 – 45

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Tabla N 0 04

Clasificación Ingenieril de la Roca de acuerdo a σC Resistencia a la Compresión Uniaxial (PSI) (MPA)

Clase

Descripción

A

Resistencia muy Alta

› 32,000

= 220

B

Resistencia Alta

16,000 – 32,000

= 110 a = 220

C

Resistencia Media

8,000 – 16,000

= 55 a = 110

D

Resistencia Baja

4,000 – 8,000

= 28 a = 55

E

Resistencia muy Baja

< 4,000

< 28


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Tipos de Roca Cuarcitas, Diabasas, Mayoría de rocas Ígneas. Ciertas rocas Metamórficas. Areniscas frágilmente cementadas. Lutitas resistentes. Mayoría de las calizas. Ciertas dolomitas Algunas Lutitas, Areniscas y calizas porosas. Esquistos y rocas metamórficas. Rocas porosas de baja densidad. Areniscas deleznables. Tufas y Lutitas arcillosas. Rocas meteorizadas, y químicamente alteradas de cualquier litología.

Clasificación de los macizos rocosos para su excavación 6.00 EH 2,00 VH

Voladura Espaciado 0.60 Entre Fracturas H (m) 0.20

EH: Extremadamente alto VH: Muy alto H: Alto

M: Medio L: Pequeño

Prevoladura

VL: Muy pequeño EL: Extremadamente pequeño

M 0.06

Escarificado L 0.02

Excavación

VL 0.006 0.003 VL 0.10


L

0.3

M

1.00

H

3.00 VH 10 EH 30

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Índice de Resistencia de Carga Puntual (MPA) Propiedades Índice

σC

Roca Intacta (Espécimen de laboratorio) Resistencia a la Compresión Pilar (Minería Subterránea) Banco (Minería a Cielo Abierto) Rampa (Minería a Cielo Abierto) Talud Global

Volúmen (Escala Logarítmica)


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Resistencia a la Tracción (Ensayo Brasilero)

P

P

Lateral

σt,b = __2P_ ∏dt

Frontal

σt = σC 8

Muestras con una relación altura/diámetro igual a 0.5 Tensiones compresivas a lo largo de la muestra producen la rotura del cuerpo de prueba, debido a las tensiones de tracción. Adaptación de las máquinas para la realización del ensayo de compresión simple. 2) Capacidad de Carga Portante del Terreno Puede llegar a condicionar la selección de maquinaria minera tanto de arranque, como de carga transporte.

q = cNc + 0.5ǷBNǷ + ǷDNq Nc = 2 √ NØ (NØ + 1) NǷ = √ NØ (NØ2 – 1) Nq = NØ2 NØ = tan2 ( 450 + Ø ) 2 Donde:


q = Capacidad portante del terreno. Ƿ = peso específico del terreno. B = ancho de la sección del terreno. D = profundidad considerada. C, Ø = parámetros de resistencia del terreno.

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Capacidad de Carga Portante Tabla N 0 05

Equipo Minero Excavadoras de Cables Excavadoras Hidráulicas o Retro o Frontales Dragalinas o Zancas o Orugas Rotopalas o Miradores continuos Tractores de Orugas o Pequeños o Grandes

Presión Específica (KPa) 200 – 350 30 – 100 80 – 120 100 – 250 130 – 300 60 – 170 100 – 180 50 – 75 90 - 160

30 – 120 Apiladoras Trituradoras móviles 500– 1000 o Neumáticos. 200 – 500 o Patines. 100 - 150 o Orugas Trituradoras Semimóvil 200 o Carro transportador 480 – 620 Volquetes 50 - 130 Perforadoras Rotativas q > presión específica de equipo minero (Pe): q/ Pe > 2 Influencia de las Características Estructurales

La orientación de las discontinuidades afecta el rendimiento de equipos.


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Debe considerarse la dirección y buzamiento de las discontinuidades. Planos de Estratificación

Estructura del macizo rocoso determina no solo el tamaño de los bloques sino también la forma. Datos estructurales de mayor interés en la excavación: Espaciado. Orientación. Grado de facturación del macizo rocoso. Producción de los equipos de arranque y transporte: Tabla N 0 06 Grado/Fracturación/ macizo Masivo Muy fracturado

ligeramente

Tamaño del bloque

Jv (diaclasas / m3 )

Blocks alta grandes

< 0.3

Blocks muy grandes

0.3 – 1 1 – 3

Ligeramente fracturado

Blocks grandes

Moderadamente fracturado

Blocks medianos

3 – 10

Fuertemente fracturado

Blocks pequeños

10 – 30

Considerablemente fracturado

Blocks muy chicos

Triturado

Bloques baja chicos

30 – 100 

100

Jv = N1 + N2 +… + Nn (diaclasas/ m3) L1 L2 Ln


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Los bloques de roca se mueven más fácilmente en la dirección cinemática posible. Resistencia al Cizallamiento Criterio de Mohr – Coulomb

Coulomb (1773)

ζf = C + σntgØ

Mohr (1990) ζ

Criterio de Mohr Coulomb ζf = C + σntgØ

“Cutoof” de Tracción

Ø

C

σ3 σ3 σ3

-σt

σ1 σ1 σ1 σ

Criterio de Mohr Coulomb ζf = C + σntgØ

Ø

ζØ

C

Ø σ3

σ3


2Ø σn

σ1

σ1

σ

Página 22

Resistencia

σn = σ1 + σ3 + 2

σ1 - σ3 2

Cos2Ø

ζ = 1 (σ1 - σ3)Sen2Ø 2

σ1 σn

σ3 Tabla N0 07

Ø

Resistencia

Materiales no Cohesivos Arenas Gravas Roca Triturada:  Basalto.  Granito.  Caliza.  Arenisca. Materiales Cohesivos Arcilla Roca:  Ígneas.  Metamórficas.  Sedimentarias Duras.  Sedimentarias Blandas.


Ángulo de fricción (Ø) 28 – 34 34 – 37

Cohesión (KPa)

40 – 50 45 – 50 35 – 40 35 - 45

0 0 0 0

Ángulo de fricción (Ø) 22 – 27 27 – 32

Cohesión (KPa)

35 – 45 30 – 40 35 – 45

5,000 – 55,000 20,000 – 40,000 10,000 – 30,000

25 – 35

10,000 – 20,000

0 0

20 – 50 30 - 70

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Efecto del Agua en la Resistencia A presión del agua reduce la estabilidad del talud. Reduce la resistencia al cizallamiento.

σn”=σn-u ζ= c”+tgØ”

Terzaghi:

σ= σ”+u σ”= σ-u

2.4. CARACTERÍSTICA PARA ESTABILIDAD DE TALUDES 1) Causas de Desestabilización Geológica: a) Sobre excavación de la base de talud:

b) Excavación de taludes escarpados:

Ø c) Condiciones Hidrogeológicas:  Lluvia.  Presencia de agua Subterránea: 1) Aumento del peso del terreno. 2) Procesos de meteorización. 3) Relleno de fisuras y grietas. 4) Cambio en la composición mineralógica.

Movimiento de aguas subterráneas

Fallas geológicas


Página 24

 Prácticas inadecuadas de Perforación y voladura.  Presencia de planos de debilidad (fracturas, planos de estratificación, zonas de cizalla. Etc.) 2.5.- CAUSAS DE DESESTABILIZACIÓN GEOTÉCNICA:

a) Planar:

b) Cuña:

c) Circular:

d) Volcamiento:

2.6.- CALCULO DE ESTABILIDAD DE TALUDES: Se consideran, los métodos de equilibrio límite y los métodos numéricos. Entre el método de equilibrio límite tenemos, el Planar y rotura en Cuña; en estos se contempla el factor de seguridad o el coeficiente de seguridad, que es la relación fraccionaria numérica entre la sumatoria de las fuerzas que se oponen al deslizamiento y la sumatoria de fuerzas que inducen el deslizamiento. Si este factor o coeficiente es menor a UNO el talud es inestable, si es mayor a UNO PUNTO UNO el talud es estable

Factor de Seguridad (FS):

F.S. = ∑ (Fuerzas que se oponen al deslizamiento) ∑ (Fuerzas que inducen al deslizamiento) F.S. = Resistencia al Cizallamiento en la superficie rotura (ζ) Tensión Cizallante movilizada en superficie rotura (ζmb)

F.S. < 1 F.S. > 1.1


Inestable Estable

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Cálculo de la estabilidad de taludes Métodos de Cálculo

Métodos de Equilibrio Límite

Exactos

Métodos Numéricos

Métodos de Dovelas

Rotura Planar Rotura en Cuña

Aproximados

Precisos

Factor o Coeficiente de Seguridad (FS) Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

Página 26

A) ROTURA PLANAR

Wp WT

Ø

Cresta de Talud. Cresta máxima que representa el plano de talud. Dirección de deslizamiento. Círculo máximo que representa el plano correspondient e al centro de concentración de polos.

o Condiciones: 1) Cuando existe una fracturación dominante en la roca. 2) Entre terrenos de buenas características de resistencia intercalados por otro de menor calidad. 3) Rumbo de superficie de rotura: + - 20 0 con respecto al frente de talud. 4) W T > W p > Ø


Página 27

a) Casos: 2

1. Superficie de talud. 2. Grieta de tracción. 3. Superficie de rotura

1 3

Zw

V

H

U

Z

W

WT

Wp A

b) Casos: 2 1 3

Z

H

V

Zw

U

Wf

Wp W A


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FS = C´A + W

Cos W p – U – V Sen (W p +∂) W SenW p + V Cos(W p + ∂ )

TagØ`

A = H – Z_ Sen Wp

Donde:

U = _1_ Ƿ WZW __H – Z__ 2 Sen Wp V = _1_ Ƿ WZ2W 2

2

1 - _Z W = _1_ Ƿ H2 2

H___ Tag W p

--

__1__ Tag Wf

2

W = _1_ Ƿ H 2

2

Caso: (a)

-

1 - _Z_ Tag Wf 1 __ H Tag Wp_____ Tag W p

Caso: (b)

Alternativa:

2C` P + ǷH

F.S. =

Q - R (P + S) TagØ` Tag W p_________________ Q+ R S__ Tag W p

Donde: 1 P=

_

Z_ H__ Sen W p

1 Q=

_ Z_ 2 H____ - __1___ Tag W p Tag WF

Sen W p

Caso a: Q=

1 - _Z H

2

Cos W p Tag WF_ - 1 Tag W p

Caso b: Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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R = Ƿ W_ . _ZW_ . _Z_ Ƿ Z H S = _ZW_ . _Z_. Sen W p Z H Donde: H: altura de talud. Z: altura de la grieta de tracción. ZW: altura del agua en la grieta de tracción. C` y Ø`: parámetros/ Resistencia/ terreno en términos de tensiones efectivas. A: área de la superficie de deslizamiento (supuesta de ancho unidad). Wp: ángulo que forma el plano de deslizamiento con la horizontal. WF: ángulo del talud con la horizontal. U: resultante/ presiones intersticiales que actúan en el plano de deslizamiento. V: resultante/ presiones intersticiales que actúan en el plano de deslizamiento.

B) ROTURA EN CUÑA

Wt

WP

Cresta de Talud. Cresta máxima que representa el plano de talud. Dirección De Deslizamiento.

Círculos máximos que representa el plano correspondiente al centro de concentración de polos. Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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o Condiciones: 1) Cuando existen dos discontinuidades dispuestas oblicuamente a la superficie de talud (línea de intersección con inclinación desfavorable). 2) Común en macizos rocosos con discontinuidades bien marcadas (fallas, fracturas, etc). 3) W T > W p > Ø

FS = 3 (CA X + CBY ) + (A – Ɣ WX)TgøA + (B - Ɣ WY)TgøB ƔH 2Ɣ 2Ɣ X = ___ SenӨ24________ SenӨ45CosӨ2na Y = ___SenӨ13______ SenӨ35 CosӨ1nb A = _Cos Wa – Cos Wb CosӨnanb_ Sen W5 Sen2 Өnanb B = _Cos Wb – Cos Wa CosӨnanb_ Sen W5 Sen2 Өnanb Donde: H: altura de la cuña. C” y ø”: parámetros de resistencia en términos de tensiones efectivas Ɣ: peso específico de la roca. ƔW : peso específico del agua. X, Y, A: B: factores adimensionales que representa la geometría de la cuña. Wa, Wb : buzamiento de los planos A y B. W5 : inclinación de la recta de intersección. Өij : ángulo que forman las rectas de intersección. Plano B 4

Superficie Superior

3 5 1

2

Superficie de talud

Plano A


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Donde: 1.- Intersección 2.- Intersección 3.- Intersección 4.- Intersección 5.- Intersección

del Plano A, con el frente de talud. del Plano B, con el frente de talud. del Plano A, con la superficie superior del talud. del Plano B, con la superficie superior del talud. de los planos A y B.

2.7.- FORMAS PRÁCTICAS PARA ESTABILIDAD DE TALUDES: Se trata de la estabilidad de taludes en ingeniería considerando el comportamiento del declive de los terrenos a los efectos de los efectos geodinámicas externas. Los efectos de derrumbes y deslizamientos constituyen un problema, presentándose una filmología sumamente accidentada, presentándose en diversos tipos de afloramiento rocoso, sus manifestaciones destructivas se extienden en la construcción de obras de ingeniería. Los deslizamientos y derrumbes se desarrollan generalmente por causas naturales como por la fuerte pendiente del terreno, gravedad y condiciones climáticas. Sugiriéndose preliminarmente los estudios geológicos del terreno y un control geotécnico durante la construcción, lo que redundará en la economía, seguridad y estabilidad de las obras civiles. Los taludes (laderas, declives, pendientes etc.) debido a los materiales rocosos que la constituyen tienen comportamientos distintos en razón ala naturaleza de la roca. DESLIZAMIENTO: Denominándose deslizamiento a la ruptura y desplazamiento pendiente debajo de una masa de suelo, roca o mezcla de ambos en forma lenta o rápida, generalmente de gran magnitud producido por: a) Falta de soporte en la basa del talud. b) Sobresaturación de agua. c) Desintegración gradual del afloramiento rocoso (erosión). d) Actividad gravitacional. e) Movimientos sísmicos. La mecánica del deslizamiento, origina un movimiento hacia abajo y hacia afuera de toda masa y presenta las siguientes características generales. La parte superior del área denominada zona de arranque o raíz, la cual va precedida de grietas tensionales y asentamiento, la parte central constituida por la superficie de deslizamiento, donde se desplaza todo tipo de material y la parte inferior, llamada zona de acumulación o lengua la cual se levanta con grietas radiales. DERRUMBES: Se llaman derrumbes a los desplazamientos violentos pendientes abajo, de una masa de tierra rocosa o mezcla de ambos producidos por la acción de la gravedad, socavamiento, modificación o corte de un talud natural, expansión violenta de las masas rocosas y sobresaturación de agua es de menor magnitud que un deslizamiento típico. Los deslizamientos y derrumbes se desarrollan por causas artificiales, como la modificación del talud y naturales por la acción de gravedad en terrenos con Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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fuerte pendiente. En todos ellos el proceso mecánico comienza por la aparición de grietas tensionales o fracturas en la parte alta de la pendiente, sobre las cuales actúa; el agua del mismo modo incrementa el peso del material, originando la perdida de la cohesión del material en si, originándose mayor peso que por los efectos de peso o de gravedad se producen los desplazamiento pendiente abajo en forma lenta o rápida, originándose de este los derrumbes del terreno, en que las taludes se traducen en inestables por estos considerandos . 1. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO Y CONSECUENCIAS ECONÓMICAS: Para demostrar de la importancia de estudio de los deslizamientos y derrumbes y el daño que ellos pueden producir, daremos algunos ejemplos: Los deslizamientos o movimientos de los taludes pueden comenzar debido a: a) Construcción de casas ubicadas al pie de los cerros o en las riberas de los ríos. b) Vías de comunicación (carreteras, puentes, ferrocarriles etc.). c) Agricultura y bosques. d) Hidroeléctricas, túneles, canales, acueductos, y líneas de alta tensión. 2. FACTORES QUE FAVOREN LA INESTABILIDAD DE LOS TALUDES: Los factores que condicionan los terrenos para la ocurrencia e deslizamientos, desde el punto de vista geológico son los siguientes: a) Geomorfológicos: valles de laderas de fuerte pendiente. b) Estructurales: diaclasas, grietas y fallas. c) Litológicas: materiales sueltas, (incoherentes), o débiles sobresaturados por el agua que los lubrica. d) Estratigráficos: estratos gruesos, fuertes con alteración de capas delgadas. e) Climáticos: zonas frígidas, y semiáridas, temperatura, deshielo y precipitaciones fluviales. f) Movimientos sísmicos. 3. INVESTIGACIÓN GEOLÓGICA DE LOS DESLIZAMIENTOS: La investigación de los deslizamientos comprenden los estudios en el campo y en el laboratorio: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

EN EL CAMPO: Reconocimiento del área de deslizamiento. Uso de las fotografías aéreas. Mapeo geológico de los taludes y deslazamientos. Recursos hidrológicos. La determinación de la forma de la superficie de los deslizamientos. Medición de la forma residual horizontal y el Volúmen del material desplazado. Las causas del deslizamiento. La evaluación de los daños producidos.

EN EL LABORATORIO: 1) Testigo de rocas. 2) Suelos cohesivos. Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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3) 4) 5) 6) 7)

Composición mineralógica. Los límites de Attenberg o límites plásticos y líquidos. Determinación de los módulos de deformación. El poder cohesivo de los suelos. Proporción de la consolidación debajo de la compresión.

4. MEDIDA DE CORRECCIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS: Con el fin de controlar o corregir un deslizamiento se puede tomar las siguientes medidas: Drenaje superficial de los flujos de agua dentro del área de deslizamiento, mediante cunetas de coronación. Drenaje por galerías y túneles. Cortina de vegetación. Muros de contención o estructuras similares. Pernos o anclajes en las rocas. Por hincas de pilotes de concreto simple o armado. Impermeabilización o endurecimiento de las rocas o suelos por inyección. Cuando el fenómeno es incontrolable se recomienda, efectuar variantes para el caso de trazo de túnel, carretera o reubicación de centros poblados. Es decir realizar los trabajos en otro lugar por el mismo hecho de riesgo que estos tienen frente a las obras a realizar. Estas soluciones están en función directa del valor de las obras que se pretende resguardar o proyectar. 5. VIAS DE COMUNICACIÓN: Las vías de comunicación que se proyectan a construir, de una topografía accidentada, se ven frecuentemente afectadas por las manifestaciones destructoras de los deslizamientos y derrumbes; estos fenómenos crean problemas y dificultan la expansión y la conservación de las carreteras. Gran parte de la ruta, para su éxito o fracaso depende de los factores geológicos existente en las zonas de emplazamiento, que muy pocas veces son tomadas en consideración, tanto durante el reconocimiento preliminar del eje de la carretera como su proceso de desarrollo. Los deslizamientos, derrumbes y huaycos se generan con frecuencia en las épocas de las intensas precipitaciones pluviales, afectan seriamente las carreteras existentes y durante la construcción de estas al efectuar los cortes en laderas empinadas y medias, se producen los derrumbes, desde los más imperceptibles hasta los más espectaculares, comprometiendo la estabilidad y seguridad de la obra. Casos típicos de estos fenómenos son las carreteras de nuestra región. La falta de previsión, desde el punto de vista geológico para las zonas inestables, ocasionan grandes desembolsos de dinero y pérdida e materiales por la paralización del transito, debido a la interrupción de la carretera. Los afloramientos rocosos distribuidos en la naturaleza, están constituidos por diferentes tipos de rocas, sobre los cuales se proyectan las diversas obras de Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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ingeniería, estas rocas por lo general se encuentran fracturadas diaclasadas, están dispuestas en capas o estratos y tienen diferentes rumbos y buzamientos. Si al realizar los cortes o excavaciones de la carretera, no se les da adecuada taludes o no se toma el factor climático que influye en la estabilidad de los mismos, se habrá mal gastado dinero y tiempo porque no se garantiza un buen diseño constructivo, ni el éxito final de la obra. La mayor parte de los taludes para cortes de carretera, tienen las siguientes inclinaciones establecidas, que está en razón directa con la estabilidad del terreno.

TALUDES PARA CORTES EN CARRETERA N0

TERRENO

HORIZONTAL VERTICAL

1

Roca Cementada

1

10

2

Conglomerados

1

3

3

Tierra Compacta

1

2

4

Tierra Suelta

1

1

5

Arena

1½

1

Esta escala de taludes generalizadas, no esta en función del tipo de naturaleza de las rocas, disposición de los estratos rocosos y condiciones climáticas de las regiones; estos factores deben ser considerados para vaciar los valores de los taludes y desde ya materia de investigación a fin de lograr la estabilidad ideal de un corte, de acuerdo a la necesidad de cada región y clima. Estos derrumbes y deslizamientos, que ocurren en las diferentes carreteras se deben así mismo a que no se ha tomado en cuenta el estudio geotécnico para realizar una variante u una mejor consideración para la estabilidad de taludes. Para ello se debe realizar una planificación de intervención secuencialmente de las posibilidades por donde se considerará el eje de la vía. Luego de primeramente realizar los estudios geológicos, como los estudios geotécnicos y las consideraciones de estabilidad de taludes, considerando Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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costo beneficio para la construcción de la carretera. Guiándonos para el trabajo a desarrollar con los siguientes diagramas de intervención de trabajo en campo. Habiéndose recogido las experiencias desarrolladas que han generado confianza y seguridad en el trabajo a realizar en la construcción de vías, estas son las recomendaciones siguientes de los diagramas de trabajos a realizar. FLUJO DE HIELO, LODO E HIDRICO

Alud o Avalancha

Aluviones

Huaycos

Inundaciones

Daños

Obras de Ingeniería

Agricultura

MEDIDAS DE CONTROL

1.-

Diques, gaviones.

5.- Espigones, dragados.

2.- Encausamiento.

6.- Caballetes.

3.- Acueductos

7.- Enmallados.

4.- Reforestación.

8.- Reubicación


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REMOCION EN MASA

Deslizamientos

Derrumbes

Hundimientos

Asentamientos

Solifluxión

TIPO DE MOVIMIENTO

DAÑOS

1.- Rotacionales 2.- Retrogresivos 3.- Traslacionales.

Obras de ingeniería

Agricultura ingeniería

Centros Poblados ingeniería

4.- Losas o planar MEDIDAS DE CONTROL O CORRECCIÓNCION EN MASA 1.- Muros de contención.

2.- Drenaje, túneles, Cunetas. 3.- Impermeabilización.

5.- Cortina de vegetación 6.- Anclajes con Perno. 7.- Modificación de talud.

4.- Hinca de Pilotes.

8.- Reubicación.


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Reptación

2.8.- EJEMPLOS PRÁCTICOS:

a) Rotura Planar 8.82 m 15 m 7.50 m H = 30 m

600

300 30 m

Datos: H Z ZW

30.00 m 15.00 m 7.50 m

A = H – Z_ = SenWp

C` Ƿ ǷW

47.88 kPa 25.14 kN/m3 9.81kN/m3

Solución 30 – 15 _ = 30 m. …. (1) Sen30 0

U = 1_ ǷW ZW H – Z_ = 1_X 9.81X7.50X 2 SenWp 2 V = 1 _ ǷW Z 2

2 W

= 1_X 9.81X 7.50 2 Z_

2

W = 1 ǷH 2

1-

600 300 300

Wf Wp Ø

= 275.91 KN m

2

H___ -

TagWp

2

30 – 15_ =1103.63 kN Sen300 m

15 1__ Tag W F

= 1_ 25.14X30 2

2

2

1 – 30__ - 1 Tg300

Tg600

W = 8,164.45 KN / m ….. (2) F.S. = C” A +

W Cos Wp – U – V Sen Wp Tg ø” W SenWp + V CosWp

F.S =47.88x30+(8164.45 xCos 300 –1103.63–275.91Sen 30 0 )Tg 30 0 8164.45Sen 30 0 + 275.91 Cos 30 0 F.S. = 1.11 ... (3) Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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GRÁFICOS I. SENSIBILIDAD DE TALUD (Zw )

Factor de Seguridad (FS)

1.40

1.20

1.00

0.80

0.60 0.00

4.00

8.00

12.00

16.00

Zw Zw (m) F.S.

Sensibilidad de Talud (Zw ) 0.00 3.75 7.50 11.25 1.35

1.25

1.11

0.85

15.00 0.78

Factor de Seguridad

II. VARIABILIDAD DE C” 1.14

1.12

1.10

1.08 42

44

46 48 50 Cohesión (Mpa)

52

54

Variabilidad de C” C” (Kpa)

43

45

47

49

51

F.S.

1.08

1.09

1.11

1.12

1.13


Página 39

Factor de Seguridad

III. VARIABILIDAD DE

ø

1.12 1.08 1.04 1.00 0.96 26.00

27.00

28.00

Ángulo de Fricción (

29.00

ø)

Variabilidad de ø 26 27 28 29 0.99 1.02 1.05 1.08

0

Ø F.S.

30.00

30 1.11

b) Rotura en Cuña:

A

Plano

A B Talud Parte Superior del Talud

B

40 m.

Buzamiento ( 0 )

45 70 65 12


Dirección de Buzamiento ( 0 )

105 235 185 195

Propiedades

C” (Kpa) 23.94 47.88

Ø” ( 0) 20 30

Ɣ = 24.14 KN/ m3 Ɣ = 9.81 KN/ m3

Página 40

450 700 310

Wa Wb Wᵹ Ө na

nb

Ө24 Ө45 Ө2na

Cos Wa Cos Wb Sen Wᵹ Cos Ө na nb

1010

Sen Ө na

0.7071 0.3420 0.5180 - 0.191 0.982

nb

A = Cos Wa - Cos Wb Cos Ө na Sen Wᵹ Sen2 Ө na nb

nb

= 1.5475

B = Cos Wb - Cos Wa Cos Ө na Sen Wᵹ Sen2 Ө na nb

nb

= 0.9557

650 250 500

Sen Ө24 Sen Ө45 Cos Ө2na X=

0.9063 0.4226 0.6428

Sen Ө 24 Sen Ө45 Cos Ө2na

= 3.3363

Ө13 Ө35

620 310

Sen Ө13 Sen Ө35

0.8829 0.5150

Ө1nb

600

Cos Ө1nb

0.5000

Y=

Sen Ө 13 Sen Ө35 Cos Ө1nb

ӨA ӨB Ɣ ƔW

300 200 25.14 KN/ m3 9.81 KN/ m3

CA

23.94 KN/ m2

CB

47.88 KN/ m2

= 3.4287

Tg ӨA 0.5570 Tg ӨB 0.3640 Ɣ W = 0.1951 2Ɣ ƔH

3CA = 0.0714 3CB = 0.1428

ƔH F.S. = 3CA X + 3CB Y + (A - Ɣ W X) Tg ӨA + (B - Ɣ W Y) Tg ӨB ƔH ƔH 2Ɣ 2Ɣ F.S. = 1.8495 Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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CAPITULO III ESTUDIO DE SUELOS 3.1. CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS: La formación del cerro donde se construye la carretera e edificaciones, que corresponde a su orogénesis cuya formación o rejuvenecimiento es por la deformación compresiva de regiones más o menos extensas de litosfera continental. Se produce un engrosamiento cortical sufriendo sus materiales diversas deformaciones tectónicas de carácter compresivo, incluido plegamiento, fallamiento y también el corrimiento de mantos, da lugar a la meteorización y erosión por tanto a la formación de suelos, bajo las siguientes características. En el que se expresan en los siguientes cuadros, como: 1. . Clasificación Geológica de Suelos por la forma de los Depósitos:

CLASIFICACIÓN Aluviales  Aluvio Coluviales  Coluvio  Talo Residuales  Suelo Residual  Saprolito  Laterita  Roca Descompuesta

MODO DE FORMACIÓN Depositado por ríos y corrientes. Por aguas de inundación. Movimiento de suelo pendiente abajo. Movimiento pendiente abajo, escombro roca. Alteración sitio. Alteración Alteración Alteración

completa,

intemperización en

y disolución incompleta e intensa. compleja, por medio ambiente. avanzada dentro de la roca madre.

2. Clasificación Geológica de los Suelos por su Consistencia: TIPO

Intervalo de Consistencia de Suelo COMPRESIÓN ( t / pie 2)

Blanda

Blanda

Media

0.25

Firme

0.50

Muy Firme

1.00

Dura


<

<

<

0.50

<

1.00

< Muy Firme <

2.00

<

2.00

Media

0.25

Firme

<

Dura

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3. Clasificación de las rocas:

Tipo 1. Ígnea

Lugares Chaccha n

2. Metamórficas

Chaccha n

3. Sedimentarias

Yupash.

3.2.

Descripción Geológica Pendiente del 70% desde Chacchan hasta Llanca, siendo duras y pocas alteradas. Mediana dureza, homogénea y fracturada. Mediana a baja resistencia y dureza.

SOLUCIÓN PARA DESLIZAMIENTOS Y DERRUMBES:

Los deslizamientos debidos a la ruptura y desplazamiento pendiente debajo de masas de suelo, rocas o mezcla de ambos en forma lenta o rápida, de gran magnitud originándose un movimiento hacia abajo y hacia afuera de toda masa y presenta las siguientes características generales. La parte superior del área denominada zona de arranque o raíz, la cual va precedida de grietas tensionales y asentamiento, la parte central constituida por la superficie de deslizamiento, donde se desplaza todo tipo de material y la parte inferior, llamada zona de acumulación o lengua la cual se levanta con grietas radiales. Producidos por: f) g) h) i) j)

Falta de soporte en la basa del talud. Sobresaturación de agua. Desintegración gradual del afloramiento rocoso (erosión). Actividad gravitacional. Movimientos sísmicos.

Los derrumbes a los desplazamientos violentos pendientes abajo, de una masa de tierra rocosa o mezcla de ambos producidos por la acción de la gravedad, socavamiento, modificación o corte de un talud natural, expansión violenta de las masas rocosas y sobresaturación de agua es de menor magnitud que un deslizamiento típico. Los deslizamientos y derrumbes se desarrollan por causas artificiales, como la modificación del talud y naturales por la acción de gravedad en terrenos con fuerte pendiente. En todos ellos el proceso mecánico comienza por la aparición de grietas tensionales o fracturas en la parte alta de la pendiente, sobre las cuales actúa; el agua del mismo modo incrementa el peso del material, originando la perdida de la cohesión del material en si, originándose mayor peso que por los efectos de peso o de gravedad se producen los desplazamiento pendiente abajo en Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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forma lenta o rápida, originándose de este los derrumbes del terreno, en que las taludes se traducen en inestables por estos considerandos . Para la solución de estos problemas, se desarrollaron el siguiente protocolo: 1. INVESTIGACIÓN GEOLÓGICA: La investigación de los deslizamientos se realizó los estudios en el campo y en el laboratorio: EN EL CAMPO: 9) Se hizo el reconocimiento del área de deslizamiento. 10) Se hizo el mapeo geológico de los taludes y deslazamientos. 11) Ubicación de aforos hidrológicos si lo hubieran. 12) La determinación de la forma de la superficie de los deslizamientos. 13) Se realizó la medición de la forma residual horizontal y el Volúmen del material desplazado. EN EL LABORATORIO: 8) Se obtuvo testigos de rocas. 9) Se realizaron los estudios de la composición mineralógica. 10) Se obtuvieron los límites de Attenberg o límites plásticos y líquidos. 11) Se determinaron los módulos de deformación. 12) Se estudio el poder cohesivo de los suelos. 13) Proporción de la consolidación debajo de la compresión. 2. MEDIDA DE CORRECCIÓN: Con el fin de controlar o corregir un deslizamiento o derrumbe se tomaron las siguientes medidas: Drenaje superficial de los flujos de agua dentro del área de deslizamiento, mediante cunetas de coronación. Cortina de vegetación. Muros de contención o estructuras similares. Construcción de gaviones. Pernos o anclajes en las rocas. Por hincas de pilotes de concreto simple o armado. Impermeabilización o endurecimiento de las rocas o suelos por inyección. Los afloramientos rocosos distribuidos en la naturaleza, están constituidos por diferentes tipos de rocas, sobre los cuales se proyecto la carretera, estas rocas por lo general se encontraron fracturadas diaclasadas, dispuestas en capas o estratos con diferentes rumbos y buzamientos. Se realizaron los cortes o excavaciones para la carretera, como la estabilidad de los mismos. La mayor parte de los taludes en la carretera, con las siguientes inclinaciones se establecieron con la estabilidad del terreno.


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TALUDES PARA CORTES N0

TERRENO

HORIZONTAL

VERTICAL

1

Roca Cementada

1

10

2 3

Conglomerados Tierra Compacta

1 1

3 2

4

Tierra Suelta

1

1

5

Arena

1½

1


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CAPITULO IV RECOMENDACIONES / SUGERENCIAS. Como conclusión para la estabilidad de taludes se deberá tener presente, los siguientes procedimientos: Drenar en superficie de flujos de agua dentro del área de deslizamiento, mediante cunetas de coronación. Se estabilizaran los terrenos. Al realizarse cortinas de vegetación. Se reforzará la estabilidad de taludes. Al construirse muros de contención en los pies de taludes como estructuras similares o construcción de gaviones se estabilizaron los terrenos. Pernos o anclajes en las rocas. Por hincas de pilotes de concreto simple o armado. Impermeabilización o endurecimiento de las rocas o suelos por inyección. En la actualidad se recomienda para estabilidad de taludes, para un factor de seguridad lo suficiente con: 4.1. ENMALLADO DE TALUDES: Se realiza teniendo en cuenta la erosión de las rocas y suelos y para asegurar su estabilidad en el tiempo, se procede en las siguientes modalidades: a) Malla triple torsión anclada La malla anclada o malla reforzada consiste en instalar una malla ceñida al talud, de modo que se evita la caída de materiales. Con este sistema desaparecen las limpiezas periódicas de las cunetas. Además, como la malla se adapta a la forma del talud, su impacto visual es menor. En función de las piedras con riesgo de caída y de la profundidad de la fisuración del talud, los bulones pueden ser pernos o piquetas de menos de un metro con refuerzo de eslingas. b) Malla triple torsión tendida: La malla tendida o con contrapeso es una solución que conduce la caída de material, más que detenerla. Las piedras se deslizan de forma controlada entre el talud y la malla, permaneciendo, de este modo, depositadas en la cuneta sin llegar a la calzada o a la vía. Habitualmente actuamos junto a carreteras y vías férreas.


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c) Perforaciones y anclajes: La colocación de bulones o anclajes de barra, tanto activos como pasivos, es una técnica de sostenimiento y refuerzo de taludes que tiene el objetivo de evitar grandes desprendimientos y que se realiza mediante la cosida de macizos rocosos con fisuras, sujeción de bloques individuales y grandes masas en general. En el extremo interior de la barra, ésta se une a la roca sana y estable con la inyección de lechada de cimiento formando el bulbo, y, en el extremo exterior, con la placa de repartimiento y la hembra, y fija, de este modo, el macizo inestable. d) Red de cable: Consiste en confinar y asegurar grandes masas mediante su recubrimiento con paneles de red de cable de acero, que, a su vez, se ciñen y sujetan con bulones o anclajes de barra y cable. En determinadas ocasiones se puede combinar la red de cable con otras técnicas, como la colocación de mallas para confinar piedras pequeñas o la instalación de geomallas con hidrosiembra para inducir a la revegetación de la superficie y la reducción del impacto visual de la actuación. e) Estabilización y refuerzo de desmontes: Con una combinación de técnicas, como los bulones o anclajes de barra, las mallas de triple torsión reforzadas y la revegetación o el gunitado, se pueden estabilizar taludes en desmontes de hasta unos 80º. Además, se hace de forma más económica y se logra una mejor integración en el paisaje que con soluciones convencionales como los muros de hormigón. . Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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f) Muros verdes: Los muros verdes (del inglés green wall), muros de tierra o muros ecológicos son terraplenes compactados y armados horizontalmente con geomallas de alta durabilidad y resistentes a la tracción. Por su cara exterior van recubiertos con otras telas selectivas que permiten su revegetación impermeabilizándolos, controlando, de este modo, la pérdida del suelo. Permiten la construcción de estructuras de contención con pendiente variable de hasta 80º y sin limitaciones de altura, con la parte frontal del muro totalmente vegetalizada e integrada al paisaje. Se obtienen unos resultados espectaculares, con bajo impacto visual comparado con el producido por otro tipo de estructuras de distinto material. g) Hormigón proyectado o gunitados: La gunita es una mezcla de agua, árido, cemento y aditivos que, con la bomba y el cañón adecuados, se proyectan sobre la superficie a recubrir. La técnica de la proyección de hormigón se aplica en taludes, pero igualmente se puede aplicar en bocas de túneles, embalses, etc. Nosotros la combinamos con otras, como la malla anclada con bulones, para conseguir una solución integral. Para mejorar su integración paisajística se puede complementar con hidrosiembras en los terrenos colindantes o se puede tematizar convirtiendo el espacio en un conjunto rocoso sin impacto visual. Así se asegura por un tiempo la estabilidad del talud por lo que es importante el shocrateo en fallas y fracturas del terreno, siempre y cuando no sobrepasen el ángulo de falla. Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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h) Gaviones de malla de triple torsión: Los muros de gaviones se comportan como un muro de gravedad y se recomiendan por su adaptación a los asientos, la alta capacidad de drenaje y su atractiva integración al medio. Los gaviones metálicos consisten en paralelepípedos construidos con malla de triple torsión, que se llenan con piedra, ya sea redonda o en forma de guijarro, y tensados por alambre. i) Gaviones de madera: Puntualmente y en lugares que tengan algún valor estético, instalamos gaviones construidos con redondos torneados o secciones cuadradas de madera tratada, rellenos de piedra de las mismas características que la usada para los gaviones de malla.

4.2. HIDROSIEMBRA: Técnica de siembra acuosa (Hidro-mecánica), que consiste en rociar una mezcla compuesta de agua, semillas, fertilizante, adherente, gel, mulch y bioestimulante, sobre el suelo que se desea revegetar.  Usos: Proyectos de carreteras Reclamación y Minas Control de erosión y estabilización  Ventajas Alcanza grandes alturas en taludes difícilmente asequibles. Productividad de siembra; hasta 2.5 ha/día dependiendo de la máquina. Menor requerimiento de mano de obra (1 Operario y 2 ayudantes). Reduce el riesgo de accidentes en trabajo en pendiente. Contribuye a mejorar las condiciones del suelo.  Insumos: Los productos que se emplean en la mezcla constan de polímeros para mejorar la germinación como retenedor de humedad y estabilizador de suelo, proporcionando valiosos nutrientes para ayudar a combatir enfermedades Los aditivos indispensables para la revegetación del suelo son: Fibra de Madera o Caña de Azúcar: Mejora consistencia de la mezcla, aportando materia orgánica para la protección del suelo y reteniendo agua. Fibra orgánica con Adherente: Proporciona características orgánicas de un fijador, creando la unión física de la mezcla con el suelo o pendientes. Por el Ing. Segundo Silva Maguiña

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Polímero: Funciona como un retenedor de agua absorbiendo más de 400 veces su propio peso en agua para luego liberarlo, mejorando así la dispersión de los fertilizantes. Fertilizante: Otorga a las semillas y al suelo los nutrientes indispensables para acelerar el crecimiento y germinación de las plantas. Bioestimulante: Mejora el rendimiento de la germinación, mejorando el desarrollo de las raíces, estructura y vida del suelo. Regulador de PH: Dependerá de los factores y condiciones del suelo para el control de la acidez. Colorante: Se utiliza como estética de aplicación a la mezcla proporcionando un color verde temporal, sin dañar los insumos. Turba: Aporta materia orgánica al suelo. Micorrizas: Mejorador de suelo, que ayuda a las plantas asimilar los nutrientes del suelo.

 Máquinas: Diseñados para realizar un trabajo rápido mediante un disparo hidráulico que puede alcanzar hasta los 70 m. según el modelo de máquina. Los modelos están disponibles para cada tipo de trabajo y dependiendo del tamaño estos pueden ser montados sobre camiones o remolcados.


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Modelos: Entre los principales modelos para la operación de la hidrosiembra se tienen las siguientes que amoldan al tipo de terreno a realizar los trabajos: T30 , T60S , T60T , T75S , T75T , T90S , T90T , T120S , T120T , T120NG , T170 , T280 , T330 , T440 BIBLIOGRAFIA Constructora Ginesta Asociados (1992) “Estabilidad de taludes”. Madrid España. Gavilanes Hernán (1992) “Parámetros de Geotécnia y Estabilidad de taludes”. Madrid España. Hock & Brawn (1998). “Mecánica de rocas”. Estabilidad de Taludes México – México. iInaccés Geotécnica Vertical SL Aplicado a Taludes (2005) Buenos Aires 'Argentina. Constructora Ginesta. Asociados: (1992). Estabilidad de Taludes. Madrid España. Ing. MSc. Hernán Gavilanes (2007). J Parámetros de Geotécnia y Estabilidad de Taludes. Madrid España. Derechos Reservados © 1999 TECNOSUELO, S. A. DE C.V. Copyright ANEXOS

Egresado: Segundo Silva Maguiña Facultad de Ingeniería de Minas Geología y Metalurgía UNIVERSIIDAD NACIONAL

Santiago Antúnez de Mayolo HUARAZ – ANCASH – PERÚ


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Apuntes de Estabilidad de Taludes

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