ESTABILIDAD DE TALUDES 1.- DEFINICION DE TALUDES Se entiende por talud a cualquier superfcie inclinada respecto de la horizontal que hayan de adoptar adoptar permanentem permanentemente ente las estructura estructuras s de tierra. tierra. No hay duda que el talud constitu constituye ye una estructura estructura compleja compleja de analizar analizar debido a que en su estudio coinciden los problemas de mecánica de suelos y de mecánica de rocas, sin olvidar el papel papel básico básico que la geolog geología ía aplica aplicada da desemp desempeña eña en la ormul ormulac aci!n i!n de cualqu cualquier ier criterio aceptable.
2.- PARÁMETROS QUE DEFINEN LA GEOMETRÍA DE UN TALUD MINERO
"imensiones# $n %ngeniería &ivil los taludes alcanzan alturas má'imas de() a *)m. $n la MINERÍA pueden superar varios centenares de metros. +as pendientes pueden medirse de tres ormas# o $n rados# -), (*, /) o $n 0orcentaje# *12, 3))2, 31*2 $n relaci!n de distancias# 3.1*4#35,34#35,).*14#35 3.1*4#35,34#35,).*14#35 o • • •
3.- DEFINICIÓN DE ESTABILIDAD ESTABILIDAD Se entiende por estabilidad a la seguridad de una masa de tierra contra la alla o movimiento. &omo primera medida es necesario defnir criterios de estabilidad de taludes, entendi6ndose por tales algo tan simple como el poder decir en un instante dado cuál será la inclinaci!n apropiada en un corte o en un terrapl6n7 casi siempre la más apropiada será la más escarpada que se sostenga el tiempo necesario sin caerse. $ste es el centro del problema y la raz!n de estudio.
4.- DESLIZAMIENTOS Se denomina deslizamiento a la rotura y al desplazamiento desplazamiento del suelo situado situado debajo de un talud, que origina un movimiento hacia abajo y hacia uera de toda la masa que participa del mismo.
+os deslizamientos pueden producirse de distintas maneras, es decir en orma lenta o rápida, con o sin provocaci!n aparente, etc. eneralmente se producen como consecuencia de e'cavaciones o socavaciones en el pie del talud. Sin embargo e'isten otros casos donde la alla se produce por desintegraci!n gradual de la estructura del suelo, aumento de las presiones intersticiales debido a fltraciones de agua, etc.
5.- FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA INESTABILIDAD DE TALUDES 5.1. E!"#$ %! &' (!)*)#!+"*' %!& ),!&$ $l suelo tiene dos comportamientos básicos ante la aplicaci!n del esuerzo cortante. 8no, a trav6s de la ricci!n intergranular de las partículas que lo conorman y la otra por medio de uerzas que unen a las partículas entre sí. +a primera se llama tambi6n condici!n drenada o a largo plazo y la segunda, condici!n no drenada o a corto plazo.
5.2. P&,*$)*%'% +a pluviosidad tiene un eecto primordial en la estabilidad de taludes ya que in9uencia la orma, incidencia y magnitud de los deslizamientos. $n los suelos residuales, generalmente saturados, el eecto acumulativo puede llegar a saturar el terreno y activar un deslizamiento. &on respecto a la pluviosidad hay tres aspectos importantes# a: $l ciclo climático en un periodo de años, por ejemplo, alta precipitaci!n anual versus baja precipitaci!n anual7 b: +a acumulaci!n de pluviosidad en un año determinado en relaci!n con la acumulaci!n normal7 c: %ntensidad de una tormenta especifca.
5.3. E($)*+ +a erosi!n puede ser causada por agentes naturales y humanos. $ntre los agentes naturales se pueden incluir el agua de escorrentía, en aguas subterráneas, olas, corrientes y viento. +a erosi!n por agentes humanos incluye cualquier actividad que permita un incremento de la velocidad del agua, especialmente en taludes sin protecci!n, como la tala de árboles u otro tipo de vegetaci!n que ayuda a fjar el suelo y mejorar la estabilidad del talud. +a erosi!n puede causar la perdida de undaci!n de estructuras, pavimentos, rellenos y otras obras de ingeniería. $n terrenos montañosos, incrementa la incidencia de taludes inestables y puede resultar en la perdida de vías u otras estructuras.
5.4. L*",!'""*+ %!/*%$ ' '""*$+!) )0)*"') +a mayoría de las allas de los taludes durante sismos se debe al en!meno de licueacci!n en suelos no cohesivos, sin embargo tambi6n se han observado allas en suelos cohesivos durante algunos eventos sísmicos de gran magnitud. +a licueacci!n es un en!meno que consiste en una caída brusca de resistencia al corte de un suelo granular en condiciones no drenadas ,la cual puede ser activada por la repetida aplicaci!n de pequeños incrementos o decrementos de esuerzos de corte incluidos por vibraciones del terreno asociadas con terremotos o e'plosiones. +os en!menos de licueacci!n se han observado generalmente en dep!sitos aluviales recientes compuestos por granulares, como los que se encuentran típicamente en los deltas o zonas de inundaci!n de ríos y lagos. +os parámetros más relevantes en la evaluaci!n del potencial de licueacci!n son#
3. la granulometría ;tamaño, gradaci!n y orma de granos:7 <. la densidad relativa del dep!sito. $stas características son determinadas por el m6todo de deposici!n, la edad geol!gica y la historia de esuerzos del dep!sito.
.- CLASIFICACION DEL TIPO DE FALLAS DE TALUDES $sta clasifcaci!n se basa en el reconocimiento de los actores geol!gicos que condicionan la alla. +os deslizamientos de taludes ocurren de muchas maneras y a=n persiste cierto grado de incertidumbre en su predictibilidad, rapidez de ocurrencia y área aectada. Sin embargo, e'isten ciertos patrones que te ayudan a identifcar y reconocer áreas potenciales de alla, lo cual permite el tratamiento del talud para eliminar o reducir a un mínimo el riesgo de alla. $n el cuadro 3 se presenta una clasifcaci!n de allas de taludes adaptada a 4unt ;3>?(:.
CLASIFICACION DE FALLAS TIPO DE FALLA FORMA "esprendimientos &aída libre
5olcadura
"errumbes
Bvalanchas
Dlujo
@epteo
DEFINICION "esprendimiento repentino de uno o más bloques de suelo o roca que descienden en caída libre.
&aída de un bloque de roca con respecto a un pivote ubicado debajo de su centro de gravedad. 0lanar Aovimiento lento o rápido de un bloque de suelo o roca a lo largo de una superfcie de área plana. @otacional Aovimiento relativamente lento de una masa de suelo, roca o combinaci!n de los dos a lo largo de una superfcie curva de alla bien defnida. "esparramamiento lateral Aovimiento de dierentes bloques de suelo con desplazamientos distintos. "eslizamientos de escombros Aezcla de suelo y pedazos de roca movi6ndose a lo largo de una superfcie de roca planar. "e roca o escombros Aovimiento rápido de una masa incoherente de escombros de roca o sueloCroca donde no se distingue la estructura original del material. "e escombros Suelo o sueloCroca movi6ndose como un 9ujo viscoso, desplazándose usualmente hasta distancias mucho mayores de la alla. 8sualmente originado por e'ceso de presi!n s de poros. Aovimiento lento e imperceptible talud debajo de una masa de suelo o
sueloCroca
.1. DESPRENDIMIENTOS. Son allas repentinas de taludes verticales o casi verticales que producen el desprendimiento de un bloque o m=ltiples bloques que descienden en caída libre. +a volcadura de los bloques generalmente desencadena un desprendimiento. $n suelos, los desprendimientos son causados por socavaci!n de taludes debido a la acci!n del hombre o erosi!n de quebradas. $n macizos rocosos son causados por socavaci!n debido a la erosi!n. $n algunos casos los desprendimientos son el resultado de meteorizaci!n dierencial. +os desprendimientos o caídas son relevantes desde el punto de vista de la ingeniería porque la caída de uno o varios bloques puede ocasionar daños a estructuras o a otros taludes que se encuentran en la parte inerior y podría originar una destrucci!n masiva. +os desprendimientos se producen com=nmente en taludes verticales o casi verticales en suelos d6biles o moderadamente uertes y masivos rocosos racturados. eneralmente, antes de la alla ocurre un desplazamiento, el cual puede ser identifcado por la presencia de grietas de tensi!n.
FIGURA 1: DESPRENDIMIENTOS DE BLOQUE
FIGURA 2: VOLCADURA DE BLOQUES
.2. DERRUMBES +os derrumbes se encuentran asociados a allas de suelos y rocas, y de acuerdo con la orma de la superfcie de alla se subdividen en planares y rotacionales.
.2.1. D!((,/!) &'+'(!) +os derrumbes planares consisten en el movimiento de un bloque ;o bloques: de suelo o roca a lo largo de una superfcie de alla plana bien defnida. $stos derrumbes pueden ocurrir lenta o rápidamente. +os deslizamientos planares en macizos rocosos consisten en el deslizamiento como una unidad o unidades ;bloque: talud abajo, a lo largo de una o más superfcies planas ;fg.-:. Eambi6n se puede generar una alla de cuña a lo largo de la intersecci!n de dos planos, consistente de uno o varios bloques de pequeño a gran tamaño ;fg. (:. +os deslizamientos en bloque pueden ser destructivos especialmente en regiones montañosas donde los deslizamientos masivos de roca resultan desastrosos y en muchos casos no pueden ser prevenidos.
FIGURA 3: DESLIZAMIENTO PLANAR EN MACIZO ROCOSO
FIGURA 4: DESLIZAMIENTO EN FORMA DE CUÑA
+os deslizamientos planares pueden ocurrir en#
@ocas sedimentarias que tengan un buzamiento similar o menor a la inclinaci!n de la cara del talud. "iscontinuidades, tales como allas, oliaciones o diaclasas que orman largos y continuos planos de debilidad que interceptan la superfcie del talud. %ntersecci!n de diaclasas o discontinuidades que dan como resultado la alla de un bloque en orma de cuña.
$n general durante los periodos iniciales de alla se generan grietas de tracci!n con un pequeño desplazamiento, luego se pueden observar escarpes rescos que dejan los bloques con posterioridad al movimiento. $n algunos casos este movimiento deja sin vegetaci!n a la zona deslizada y los escombros quedan e'puestos al pie del talud.
.2.2. D!((,/!) ($#'"*$+'&!) +os derrumbes rotacionales tienden al ocurrir lentamente en orma de cuchara y el material comienza a allar por rotaci!n alrededor de la superfcie cilíndrica7 aparecen grietas en la cresta del área inestable y abombamiento del pie de la masa deslizante ;fg. *:. Bl fnalizar la masa se desplaza sustancialmente y deja un escarpe en la cresta.
FIGURA 5: DERRUMBE ROTACIONAL
+a principal causa de este tipo de alla es el incremento de la inclinaci!n del talud, meteorizaci!n y uerzas de fltraci!n7 sus consecuencias no sin catastr!fcas, a pesar de que el movimiento puede causar severos daños a estructuras que se encuentran en la masa deslizante o sus alrededores. &uando se presenta algunos signos tempranos de alla los taludes pueden ser estabilizados. $n las etapas tempranas del deslizamiento se orman grietas de tensi!n, luego de la alla parcial se genera una serie de pequeños hundimientos y escarpes, y al momento de la alla total se puede apreciar varios escarpes en la superfcie además de grietas de tensi!n conc6ntricas y proundas, así como una gran masa de material incoherente al pie del talud.
.2.3. D!)'((''*!+#$ &'#!('& '&&' ($(!)*'. +os desprendimientos laterales son una orma de alla planar que ocurre en suelos y rocas. +a masa se deorma a lo largo de una superfcie plana que representa una zona d6bil ;fg. /:. +os bloques se separan progresivamente por tensi!n y retrogreden.
FIGURA 6: DESPARRAMIENTO LATERAL
$ste tipo de alla es com=n en valles de ríos y se asocia tambi6n con arcillas frmes y duras fsuradas, lutitas y estratos con buzamiento horizontal y una zona continua de debilidad. Eambi6n se presenta en coluvios con pendientes suaves que se encuentran sobre suelos residuales o rocas. +os desplazamientos laterales pueden activarse repentinamente por eventos sísmicos. Sin embargo, bajo acciones gravitatorias se generan grietas de tensi!n. "urante la alla progresiva, las grietas de tensi!n se abren y los escarpes orman grandes bloques.
.2.4. D!)&*6'*!+#$) %! !)"$/($) $n los deslizamientos de escombros, una masa de suelo o mezcla de suelo y ragmentos de roca se mueven como una unidad a lo largo de superfcies planas con alta inclinaci!n. $stos deslizamientos ocurren de manera progresiva y pueden convertirse en avalanchas o 9ujos. +as principales causas de deslizamientos de escombros son el incremento de las uerzas de las uerzas de fltraci!n y la inclinaci!n del talud. +a ocurrencia de este tipo de deslizamiento es com=n en suelos residuales y dep!sitos coluviales que reposan sobre una superfcie de roca.
.3. AVALANC7AS +as avalanchas son el movimiento rápido de escombros, de suelo o roca y puede o no comenzar con la ruptura a lo largo de una superfcie de alla. Eoda la vegetaci!n, el suelo y la roca suelta pueden ser arrastrados. +as principales causas de avalanchas son las altas uerzas de fltraci!n, alta pluviosidad, derretimiento de nieve, sismos o deslizamiento gradual de los estratos de roca. +as avalanchas ocurren de manera busca sin previo aviso y generalmente son impredecibles. +os eectos pueden ser desastrosos y pueden sepultar e'tensas áreas al pie del talud. +as avalanchas son características de zonas montañosas con pendientes muy inclinadas en suelos residuales donde la topograía causa concentraci!n de la escorrentía. Eambi6n se puede presentar en zonas de roca muy racturada.
.4. FLU8OS DE ESCOMBROS $ste tipo de alla es similar a las avalanchas, e'cepto que la cantidad de agua es mayor y por ello la masa 9uye como lodo. +a principal causa es el aporte de grandes lluvias y material suelto en la superfcie.
.5. REPTEO $l repteo consiste en un lento en imperceptible movimiento o deormaci!n del material de un talud rente a bajos niveles de esuerzos que generalmente aectan a las porciones más superfciales del talud, aunque tambi6n puede aectar a porciones proundas cuando e'iste un estrato poco resistente. $l repteo es el resultado de la acci!n de uerzas de fltraci!n o gravitacionales y es un indicador de condiciones avorables para el deslizamiento. $l repteo es característico en materiales cohesivos y rocas blandas como lutitas y sales, en taludes moderadamente empinados. +os rasgos característicos de repteo son la presencia de crestas paralelas y transversales a la má'ima pendiente del talud y postes de cerca inclinados.
9. ANALISIS EN LA ESTABILIDAD DE TALUDES CON DESLIZAMIENTO PLANAR 9.1. FACTOR DE SEGURIDAD +a tarea del ingeniero encargado de analizar la estabilidad de un talud es determinar el actor de seguridad. $n general, el actor de seguridad se defne como#
"!nde# DSs F actor de seguridad con respecto a la resistencia
τ f τ d
F resistencia cortante promedio del suelo F esuerzo cortante promedio desarrollado a lo
largo de
la superfcie
potencial de alla. +a resistencia cortante de un suelo consta de dos componentes, la cohesi/n y la ricci!n, y se e'presa como
"!nde#
c F cohesi/n G F Bngulo de ricci!n drenada σ
HF esuerzo normal eectivo sobre la superfcie potencial de alla.
"e manera similar tenemos
"onde &d I Jd son, respectivamente, la cohesi/n eectiva I el ángulo de ricci!n que se desarrolla a lo largo de la superfcie potencial de alla.
0odemos ahora introducir algunos otros aspectos del actor de seguridad, es decir. $l actor de seguridad con respecto a la cohesi/n DSc I el actor de seguridad con respecto a la ricci/n DS G y se defnen como sigue# Bdemás
podemos
decir#
9.2. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD POR EL M:TODO DE CULMANN. $ste análisis se basa en la hip/tesis de que la alla de un talud ocurre a 3) largo de un plano cuando el esuerzo cortante promedio que tiende a causar el deslizamiento es mayor que la resistencia cortante del suelo. Bdemas, el plano más crítico es aquel que tiene una raz/n mínima entre el esuerzo cortante promedio que tiende a causar la alla y la resistencia cortante del suelo.
Se utilizan las siguientes ormulas#
+a altura má'ima del talud para la cual ocurre el equilibrio critico se obtiene sustituyendo &d F & I
∅d
F
∅
quedando#
;.- M:TODOS PARA LA ESTABILIZACION DE TALUDES +os m6todos de estabilizaci!n de taludes de acuerdo al principio de in9uencia del macizo rocoso sobre el sostenimiento, los m6todos de estabilizaci!n de taludes en los trabajos a cielo abierto, se dividen en ( grupos principales#
