Mecánica de Rocas
Estabilidad de taludes en rocas rocas y suelos
CAPITULO XI
ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCAS Y SUELOS 1. Falla alla Pl Plana anar: r: Es muy raro que se pueda presentar una falla planar en un maci macizo zo roco rocoso so,, ya que que son son vari varias as las las cond condic icio ione nes s que que se necesita para que se cumpla ello.
f
p
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En anál anális isis is bidi bidime mens nsiional onales es de talud aludes es es nece ecesari sario o considerar el espesor del deslizamiento como una unidad.
Unidad de espesor
1." &nálisis &nálisis de falla planar: planar: V
Z Zw
En este tipo de falla pueden presentarse dos casos: U
H
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La transmisi$n de una u otra ocurre cuando la grieta de tracci$n coincide con la cresta del talud. Condiciones &sumidas:
El rumbo de la superficie de lanzamiento y la grieta de tracci$n son paralelos a la superficie del talud. Las grietas de tracci$n son verticales y están llenos o parcialmente llenos de agua. El agua ingresa a la superficie del deslizamiento a lo largo de la base de la grieta de tracci$n y se esparce desembocando por la traza. La presi$n que e'erce se visualiza en el gráfico. La fuerza ( )peso del bloc* deslizante!, + )fuerza debido a la presi$n del agua en la superficie de deslizamiento! y )fuerza debida a la presi$n del agua en la grieta de tracci$n! todos actuando a través del centro de masa deslizante. %e asume que no e-iste momentos. La resistencia al corte de la superficie de falla se define por c y r que se relaciona a la ecuaci$n, si es
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eso / 2 pero / / & 2 l y como L / 1 y & / &rea que se va a deslizar & 34CE Entonces & 34CE / & &4C 5 & &3E / &rea &6C 7 &rea 46C 7 & &3E / 8ctg . 8
5 8Ctg 4. 8
5 9 ctg
.9
"
"
" / ; 8" ctg 5 8" ctg 5 9 " ctg <
/ ) 8" 7 9" ! ctg 5 8" ctg / 8" ) 1 7 9"=8" ! ctg 5 8" ctg
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y como L / 1 y & / &rea que se va a deslizar & &4C Entonces & &4C / & &43 5 & C43 / )8 5 9! ctg )8 5.9! ctg tan 5 )85 9! )859!ctg "
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/ )859!ctg )859!ctg tan 5 )859!)85 9!ctg /
)859!ctg )859! ctg tan 5 1
/1=" )859!" ctg ) ctg tan 51 ! / 8" )1 79=8!" ctg ) ctg tan 51 ! > 51 !
/1=" 8 " )1 79=8!" ctg ) ctg tan
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Brieta de tracci$n en la cara del talud @ / > . 9> 9 9 8 % / 9> . 9 sin . 9 8 E'ercicio: "# m $% "#
/ #D
!0 "#
/#D
60
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/ ".F t=m > / 1.# t=m
C / G## Hg=m" / #D
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A / #.I1 Con la f$rmula A / #.F Como necesitamos evaluar la influencia damos valores de 9>=9 9>=9 # #.G 1.#
@ de ecuaci$n # #.#FI #.1G
la % de gráfica 1" # #.1" #."
la
? / #.1"I 0 1.FA 7 @ ) 0 %! #.GJ A 0 1.F @.% s
$# $#%
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deslizamientos de roca que afectan a un solo banco. +sualmente no tienen influencia en las operaciones de minado. ?alla en varios bancos:
La presencia de dos o más familias de discontinuidades que se interceptan o combinan con estructuras mayores )fallas, plegamientos! representan muco más peligro que las fallas en un solo banco ya que pueden abarcan el movimientos de grandes masas rocosas. & simple vista, la detecci$n de la posible direcci$n de falla es difcil de realizar, es necesario e'ecutar un análisis estereográfico a partir de los datos recogidos en el mapeo geotécnico. Es de vital importancia incorporar un programa de mapeo sistemático de los bancos que conforman el talud a fin de determinar las principales estructuras que pueden ocasionar el deslizamiento.
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ariaci$n de las fuerzas debido a las irregularidades a lo
largo de las discontinuidades de la roca: La fuerza de corte en roca intacta es mayor que en rocas perturbadas, las caractersticas geol$gicas en el campo an demostrado que cuanto mayor a sido el desplazamiento inicial, más regular a quedado la superficie, y por tanto menor será la resistencia al corte, en otros casos se an producido fracturas por tracci$n, en tales casos la superficie es más irregular ya que no se a producido movimientos tangenciales or efecto de las rugosidades u ondulaciones en las superficies de fracturas, se ace necesario introducir un factor de correcci$n ) i ! al ángulo de rozamiento de una superficie plana de roca sin pulir ) !, siendo el ángulo de rozamiento efectivo igual a) 0 i !. atton, indica que un valor de ) i ! de 1#D a 1GD es razonable para las componentes de resistencia debido a las irregularidades de las discontinuidades in situ. mportancia de las fallas y otras estructuras geol$gicas:
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La presencia de las aguas subterráneas en las vecindades de un talud tienen efecto negativo en cuanto a su estabilidad, disminuyendo su resistencia, causando deterioro de la roca, lubrificaci$n de las diaclasas y de las superficies de fractura, cambios qumicos y debilitamiento de los materiales que, rellenan las fallas, etc. o incrementando la presi$n intersticial en fallas y diaclasas. Las fallas tienen diferentes efectos sobre la permeabilidad de la masa rocosa, ya que pueden actuar como barreras a las aguas subterráneas, resultando as zonas comple'as, dando diferentes caractersticas al flu'o de las aguas en el interior de la masa rocosa. +n comportamiento similar se produce ante la presencia de diaclasas, diques y cambios de litologa. La influencia de esta agua en la estabilidad de un talud se puede determinar evaluando sus caractersticas de flu'o a través de la masa rocosa y determinando el nivel freático mediante la instalaci$n de piez$metros.
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ariedad de las condiciones geol$gicas:
3iferentes condiciones geol$gicas pueden estar presentes en determinadas áreas, dando como resultado una gran variedad en la falla de taludes, cada uno con un origen geol$gico diferente. %e requiere pues una especial dedicaci$n al estudio de deslizamiento, ya que la variedad de detalles geol$gicas son significativos para entender su origen y as poder anticiparnos a futuros deslizamientos. ". &nálisis de estabilidad de cuKas:
@esistencia al corte: Este ensayo se realiza en laboratorio a partir de rocas que contengan muestras representativas de los planos de deslizamiento. Consiste en aplicar una carga normal n y otra tangencial a la muestra rocosa asta que se produzca el deslizamiento, momento en el cual se registra el valor de 3ico ensayo se realiza varias
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H
Distribución de la presión de agua
H$2
%e debe acer notar que el upper slope surface en este análisis pued inclinado co cto a la cara del
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El factor de seguridad de este talud se deriva desde el detallado análisis que se presenta en la parte del &péndice del libro @oc* %lope Engineering )8oe* O 4ray!.
3onde: C & y C4 / Coesi$n de los planos & y 4. / &ngulos de fricci$n de los & y 4 planos & y / eso especfico de la roca. / eso especfico del agua > 8 / <ura total de la cuKa 6,P,&,,y,4 / ?actores dimensionales que dependen de la geometra de la cuKa.
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3onde
8 C
/ / / / / /
eso unitario del material rocoso <ura del talud. Coesi$n. &ngulo del talud. &ngulo de fricci$n residual. &ngulo del plano potencial de falla.
Ejeml!: Considerar los siguientes datos:
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& / G#D 4 / FGD % / D S&.S4 / 1#RD
Falla Planar
cos & / #.I"J cos 4 / #."GJJ A sin % / #.GJFJ cos S&.S4 / #."G sin S&.S4 / #.RIGG B
"I / GGD IG / #D ".S& / FD
sin "I / #.J1R" sin IG / #.G### cos".S& / #.R#F
1 / GID G / GD 1.S4 / F"D
sin 1 / #.J#R# sin G / #.GF cos1.S4/ #.#R#
F
tan & / #.I# & /"#D tan4 / #.GFFI 4 /#D C & =8/ #.#F1I >/1### Hg=m /"GJ.I Hg=m C & /"II.I Hg=m" C4 =8/ #.1I"J C4/IJR".R Hg =m" 8 / I#m.
Ing. Carlos Cueva Caballero - UNDAC
Cos B ( Cos NANB
Sin 5 ( Sin
X
Y
Cos A
Cos B
Cos A
Sin 5
2
NANB
( Cos NANB 2
( Sin NANB
Sin 24
Sin 35 ( Cos 1. NB
3C A H
( X
3C B H
0.2588 ( 0.3256
0.2588 06428 ( 03256 0.5878 ( 0.8940
0.8192
Sin 45 ( Cos 2. NA
0.5878 ( 0.8940
Sin 13
0.6428
1.3836
0.8908
4.1935
0.5 ( 0.3907
0.8090 0.5736 ( 0.3090
( Y * A
w
4.5644
( X )Tan A
*0.1428)*4.5644)
2
F
*0.0714)*4.1935)
F
0.2994 0.6518 0.0012 1.1588
* B
w
2
( Y )Tan B
1.3836 *0.194)*4.1935) *0.3640) 0.808 *0.
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Falla Circular
". Falla c#rcular: Este tipo de falla abarca el colapso de taludes en el cual los cuadros estructurales acen que el deslizamiento ocurra con un rumbo transversal a la cresta del talud, a lo largo de la lnea de intersecci$n de dos planos. Este tipo de falla se presenta en taludes de material suave suelo o roca muy fracturada, en estos materiales la falla ocurre a lo largo de una superficie en forma circular. E-isten dos tipos de análisis de estabilidad de taludes con probables fallas circulares: a! Somogramas b! &nálisis cuantitativos. El primero de ellos se utiliza para verificar rápidamente el factor de seguridad, mientras que el segundo es un análisis muco más elaborado. Los nomogramas se utilizan, solamente, para el análisis de falla
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Falla Circular
circular. &dicionalmente, se debe tener en cuenta que las cancas de relave deben ser analizadas como suelos. @ocas muy alteradas y con flu'o de agua, también se comportan como suelos. ?inalmente el Mverburden de las minas a ta'o abierto, generalmente son suelos.
. &nálisis de falla circular:
Nétodo de los nomogramas: %e asume lo siguiente:
Aue el material de talud es omogéneo. Aue el criterio de falla es el de Nor 5 Coulomb / C 0 Uan Aue la falla ocurre en una superficie circular. Aue el factor de seguridad es constante en toda la falla La e-istencia de una grieta de tensi$n cuya ubicaci$n
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". Calcule el valor de:
donde: / peso especfico del terreno
8 / altura del talud Encuentre este valor en la escala circular de los gráficos. . %iga la lnea radial desde el valor allado en el paso anterior asta interceptar la curva del ángulo de talud en estudio. I. Calcule el valor de: ó
y allar el factor de seguridad.
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donde: ? / factor de seguridad ( / peso de la rebanada / ángulo medido en el punto tangente de la superficie de falla )rebanada! entre la vertical y una perpendicular a dico punto. c / coesi$n u / presi$n de poro de agua / ángulo de fricci$n interna efectiva l / b sec 3el estudio detallado de la e-presi$n anterior, se precisa que es err$nea para superficies circulares profundas.
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Esta ecuaci$n se conoce con el nombre de Nétodo @iguroso de 4isop y su soluci$n se logra mediante apro-imaciones sucesivasX lo cual conlleva al empleo de bastante tiempo por lo que generalmente se usa con el prop$sito de investigaci$n. 4isop encontr$ que el factor de seguridad ? depende muy levemente de los valores de 6 y recomend$ que en la práctica se puede considerar que ) 6 i7 6i01! están cerca de cero, reduciéndose la ecuaci$n a :
donde: ? / factor de seguridad ( / peso de la rebanada / ángulo medido en el punto tangente de la rficie de fall )reb ada! nt la
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/a uicación del crculo crtico de falla es el punto de inicio de cualuier an,lisis de estailidad de taludes ue ipliue una falla circular. sta se -e le-eente influenciado por la posición de la napa fre,tica se alla a partir de noograas.
Centro del círculo crítico
.
b
555-555
Grieta de tracción 8
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eso unitario %oluci$n:
Falla Circular
/
1G." HS=m
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