1 INTERCADE CONSULTANCY & TRAINING www.intercade.org INGENIERIA GEOTECNICA APLICADA A LA ESTABILIDAD DE TALUDES 1 DE TALUDES Mg. Manuel Arlandi Rodríguez Consultor Intercade I. Introducción II. Modelo Geológico y Estructural INDICE III. Modelo Hidrogeológico IV. Macizo Rocoso y Modelo Geotécnico V. Tipos de deslizamientos y Mecanismos de Rotura VI. Factor de Seguridad VII. Análisis de Estabilidad VIII.Métodos de Diseño de la Estabilización 2 IX. Control y Monitorización de Taludes X. Bibliografía XI. Taller Computacional (Swedge y Flac)
Transcript
1
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
INGENIERIA GEOTECNICA APLICADA A LA ESTABILIDAD
DE TALUDES
1
DE TALUDES
Mg. Manuel Arlandi RodríguezConsultor Intercade
I. Introducción
II. Modelo Geológico y Estructural
INDICE
III. Modelo Hidrogeológico
IV. Macizo Rocoso y Modelo Geotécnico
V. Tipos de deslizamientos y Mecanismos de Rotura
VI. Factor de Seguridad
VII. Análisis de Estabilidad
VIII.Métodos de Diseño de la Estabilización
2
IX. Control y Monitorización de Taludes
X. Bibliografía
XI. Taller Computacional (Swedge y Flac)
2
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
El objetivo de esta capacitación es introducir al estudiante en los aspectos más destacados de la técnica aplicada a los estudios de estabilidad de taludes. Está
enfocado principalmente a la actividad minera, pero gran parte de su contenido es
OBJETIVO
3
enfocado principalmente a la actividad minera, pero gran parte de su contenido es aplicable también a los taludes de infraestructuras civiles (carreteras y
ferrocarriles), y laderas naturales, ya que las bases y conceptos teóricos son comunes a cualquier talud.
El contenido de la capacitación parte de detallar las bases geológicas,hidrogeológicas y geotécnicas de los taludes. Una vez introducidasestas disciplinas técnicas, se abordar aspectos más ingenieriles,relacionados con la estabilidad de los taludes el diseño de las medidasrelacionados con la estabilidad de los taludes, el diseño de las medidasde estabilización, y el modo de controlar mediante monitorización elcomportamiento de los taludes. Se incluyen abundantes figuras ygráficos, así como ejemplos prácticos, para hacer más sencillo elseguimiento por parte del alumno.
La capacitación se completa con un taller computacional, en el que seabordará el manejo del software SWEDGE para el estudio de estabilidad
4
abordará el manejo del software SWEDGE para el estudio de estabilidadde cuñas y bloques de roca, y se completará con una iniciación alsoftware FLAC3D, en sus aplicaciones para taludes.
3
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
En los inicios del sigloXXI, la ciencia de lostaludes está cada vezá i
Las minas a cielo abierto excavadas enOpen Pit, tienen más de cien años deantigüedad.
1. INTRODUCCION
más viva.
Las futuras necesidadesde materias primasminerales, han llevadoa planificar minas acielo abierto de más de1.000 m de talud, y
g
5 I. Introducción
MINA ATALAYA (Huelva, España)
, ybotaderos de más de600 m.
La excavación de taludes es una actividad habitual tanto en mineríacomo en la construcción civil.
También se observan grandes taludes naturales en zonas
1. INTRODUCCION
montañosas.
Las técnicas de estudio y estabilización son similares en los tres casos
6 I. Introducción
4
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
Los problemas de inestabilidad de taludes suponen en promedioalgo más del 10% de las fatalidades en minería a cielo abierto.
2012
1. INTRODUCCION (2)
6%
13%
19%
26%
7%
12%
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Procedencia datos:
MSHA (EE.UU)
Fall/Slide Mine Fatalities
Metallic – NM Mining
7 I. Introducción
9%
23%
6%
2004
2005
2006
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30%
En los taludes naturales, los mecanismos de inestabilidad,salvo excepciones, ya han actuado desde hace mucho
2. DIFERENCIA ENTRE TALUDES ARTIFICIALES Y NATURALES
p , ytiempo, y se ha alcanzado su estabilidad global a largo plazo.
Por ello, los taludes naturales suelen ser taludes estables,salvo la excepción de ciertas laderas sometidas a fuerteacciones inestabilizadoras (lluvias, sismos, etc.)
En los taludes artificiales excavados por el hombre (mineros
8 I. Introducción
o civiles), los mecanismos inestabilizadores recién se acabande poner en funcionamiento, y la estabilidad global no estánecesariamante garantizada a largo plazo.
5
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
En la planificación inicial, la ubicación de un talud minero esmás fija que la de un talud civil, ya que la masa de mineral se
Flexibilidad de Ubicación
3. DIFERENCIA ENTRE TALUDES MINEROS Y CIVILES
encuentra en una posición concreta, mientras que unacarretera u otra obra siempre puede cambiar de ubicación.
Por ello, en la planificaciones de taludes civiles siempre esmás sencillo minimizar la altura de los taludes, o bienubicarlos en posiciones donde se localice un terreno másestable.
9 I. Introducción
Aspectos económicos
Los aspectos económicos son más importantes en lostaludes mineros, ligados principalmente al ángulo de talud.
Una pequeña
Aspectos económicos
3. DIFERENCIA ENTRE TALUDES MINEROS Y CIVILES
Reducción
TALUDVERTICALIZADO
TALUD ACTUAL Una pequeñavariación en elángulo de untalud mineropuede provocargrandesbeneficios o
excavaciónesteril
TALUDINICIALMENTEPREVISTO
TALUD ACTUAL
Mineraladicional
t id
10 I. Introducción
generar grandespérdidaseconómicas.
extraido
Mineral
6
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
La vida de un talud minero es generalmente más corta que la
Vida del Talud
3. DIFERENCIA ENTRE TALUDES MINEROS Y CIVILES
de un talud civil.
Por ello en los taludes civiles se adoptan mayores medidasde estabilización, especialmente intensas en las zonasurbanas, donde se diseña con un gransobredimensionamiento.
E l t l d i t l l i d i t
11 I. Introducción
En los taludes mineros se toleran mas la presencia de ciertasinestabilidades, especialmente en los taludes provisionales,aunque la seguridad se hace más estricta en la proximidadde instalaciones de mina.
Taludes mineros típicos
3. DIFERENCIA ENTRE TALUDES MINEROS Y CIVILES
12 I. Introducción
7
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
Taludes mineros típicos
3. DIFERENCIA ENTRE TALUDES MINEROS Y CIVILES
13 I. Introducción
4. CAUSAS GENERALES DE LAS ROTURAS
14 I. Introducción
8
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
DESLIZAMIENTO ROTACIONAL: lasuperficie de rotura tiene una formaó El i i t t ió
5. ROTURAS EN TIERRAS
cóncava. El movimiento es una rotaciónalrededor de un eje paralelo al terreno.
DESLIZAMIENTO TRASLACIONAL: la masa desliza sobre una superficie plana.
15 I. Introducción
6. ROTURAS EN ROCAS
Surface rupture
ROTURAS EN ROCA: haymúltiples tipos (cuñas,bloques, vuelcos, etc.).
Las masas deslizadas secomportan como sólidos
16 I. Introducción
rígidos.
9
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
FLUJO DE ESCOMBROS: se trata demovimientos rápidos de masas,
7. ROTURAS EN ESCOMBROS
originados por infiltraciones intensasde agua, en terrenos con porcentajesde finos inferiores al 50 %.
AVALANCHAS DE ESCOMBROS: se
17 I. Introducción
AVALANCHAS DE ESCOMBROS: setrata de flujos de escombrosextremadamente rápidos y masivos.
CREEP: movimiento lento causado por un esfuerzo cortante suficiente para
8. ROTURAS LENTAS EN LADERAS
Curved tree trunks
Tilted pole
cortante suficiente para producir deformación pero no rotura.
EXTENSIÓN LATERAL: se da en
Soil ripples
Fence out of alignment
Firm clay
18 I. Introducción
laderas suaves o zonas llanas. Causado por licuefacción de capas inferiores.
Soft clay withWater – bearing siltAnd sand layers
Bedrock
10
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
ESCALA EN LAS ROTURAS DE UN TALUD MINERO
BENCHSCALE
FAILURE
MULTIBENCHSCALE
FAILURE PIT CREST
INTER-RAMP
19 I. Introducción
OVERALL SLOPEFAILURE
SCALEFAILURES
PITBOTTOM
El MODELO GEOLOGICO representa la distribución espacialde materiales, estructuras tectónicas, datos geomorfológicos
9. MODELO GEOLOGICO Y GEOTECNICO
e hidrogeológicos, presentes en el talud de estudio y suentorno de influencia.
A partir del modelo geológico, se construye el MODELOGEOTECNICO, que representa las propiedades geotécnicas delos materiales.
M di l d l é i li d METODOS
20 I. Introducción
Mediante el modelo geotécnico, aplicando METODOSANALISIS DE ESTABILIDAD, puede predecirse elcomportamiento de los taludes.
11
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
9. MODELO GEOLOGICO Y GEOTECNICO
MODELO GEOLOGICO
21 I. Introducción
MODELO GEOLOGICOS DE COMPORTAMIENTO
Durante la construcción Después de la construcción
MODELS
Geology Structure Rock Mass Hydrogeology
GeotechnicalModel
GeotechnicalDomains
10. PROCESO GENERAL DE DISEÑO EN INGENIERÍA DE TALUDES
El proceso generalde diseño eningeniería detaludes abarca lavida completa del i
DOMAINS
DESIGN
ANALYSES
Structure
Regulations
Strength
Domains
StructureFailure Modes
Design Sectors
Equipment
Capabilities
BenchaConfigurations
Inter-RampAngles
OverallSlopes
Mine Planning
Partial Slopes
ER
AC
TIV
E P
RO
CE
SS
StabilityStrength
22 I. Introducción
la mina.
IMPLEMENTATION
3.1: Slope design process
Closure
Dewatering
Blasting
INT
E
Overall Slopesy
Analysis
FinalDesigns
RiskAssessment
Depressurisation
Monitoring
Design Model
MovernentImplementation
Groundwater
In-situ Stress
12
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
1.‐Modelo geológico y estructural
Investigación
Mapeo
11. CONTENIDO DEL MODULO
Mapeo
Influencia de las condiciones geológicas
Geomorfología y zonificación de las roturas
2.‐Modelo hidrogeológico
Flujo de agua en un talud
P á hid ló i
23 I. Introducción
Parámetros hidrogeológicos
Presiones instersticiales
Efecto del agua en los taludes
3.‐Macizo Rocoso y modelo geotécnico
Concepto de Macizo rocoso.
Efecto Escala
11. CONTENIDO DEL MODULO
Propiedades de la matriz rocosa.
Propiedades de la fracturación.
Clasificaciones geomecánicas.
Propiedades resistentes y deformacionales del macizo
4.‐Mecanismos de rotura
Factores desencadenantes de la rotura
24 I. Introducción
Identificación del mecanismo de rotura
5.‐ Factor de Seguridad
Definición Factor de Seguridad
Valores típicos
13
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
6.‐Análisis de estabilidad
Clasificación general de los métodos de cálculo: Métodos de equilibrio Límite y Métodos de cálculo en Deformaciones
Análisis de bloque y talud infinito.
11. CONTENIDO DEL MODULO
Análisis de rotura planar.
Análisis de rotura circular.
Análisis de rotura por cuñas y bloques.
Análisis de rotura por vuelco (toppling).
Análisis de rotura por pandeo
Análisis deformacional.
25 I. Introducción
Análisis de sensibilidad o paramétrico
Análisis probabilístico de taludes.
Análisis sísmico.
Análisis computacional.
7.‐Métodos de diseño y estabilización de taludes
Definición de la geometría del talud
Drenaje
11. CONTENIDO DEL MODULO
Drenaje
Bulones y anclajes
Muros
Pilotes
Excavación
P t l d b ill d tú l l í i
26 I. Introducción
Portales de emboquille de túneles y galerías mineras
8. Control de taludes
Monitorización
9. Bibliografía
14
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
TALLER COMPUTACIONAL:
SOFTWARE SWEDGE. Rotura taludes en roca.
11. CONTENIDO DEL MODULO
Caso base: Control de comandos del programa
Aplicaciones avanzadas
SOFTWARE FLAC . Roturas tensodeformacionales
Se trata de un código de programación.
27 I. Introducción
Descripción general del programa
Aplicaciones práctica taludes: cálculo del factor de seguridad y flujo en un talud.
II. MODELO GEOLOGICO Y ESTRUCTURAL
28
15
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
Se abordarán en detalle aquellos datos geológicos quees necesario emplear para estudiar la estabilidad de los
1. INTRODUCCION
es necesario emplear para estudiar la estabilidad de lostaludes.
Se describirán la metodología del mapeo geológico detaludes.
Se describirán las técnicas de investigación geológicamás actuales.
29 II. Modelo Geológico y Estructural
Se expondrán algunos ejemplos reales de investigación ydefinición de modelos geológicos.
Identificación de litologías.
2. DATOS GEOLOGICOS
Identificación de discontinuidades.
Identificación de la estructura geológica.
Distribución espacial litologías IGACION DE CAMPO
30 II. Modelo Geológico y Estructural
Distribución espacial litologías.
Distribución espacial discontinuidades.
Determinación estructura geológica.
INVESTI
16
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
En los taludes en roca las superficies de discontinuidadson las principales responsables de las inestabilidadesde los taludes
2.1 SUPERFICIES DE DISCONTINUIDAD
de los taludes.
Foult Joints
Sheor Zone
31 II. Modelo Geológico y Estructural
Fracturas habituales en un talud en roca volcánica
Crushed Zone
Joints
2.2. LONGITUD DISCONTINUIDADES HABITUALES
32 II. Modelo Hidrogeológico
17
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
2.3. DESCRIPCION GEOLOGICA DE LAS DISCONTINUIDADES HABITUALES (1)
Bedding Planes Arising from the deposition opf sediments in layers, are distinct physicaldiscontinuities. They may occur at the interface between different rock types atvarious spacings within single rock unit. They may be persistent and generallyextend over greater areas than any other typer of discontinuity. In some rocktypes, movements along bedding planes may have developed weakened shearzones The nature and inclination of bedding is always of prime importancezones. The nature and inclination of bedding is always of prime importancewhen considering slope stability in sedimentary rocks.
Joints are devloped to some degree in most rocks. They are planar fracturesformed to relieve stresses, across which there has been little or no movement.Jointing plays some part in the majority of slope failures in rock masses sinceintact rock is generally stronger than the discontinuities.
Joint Planes
33 II. Modelo Hidrogeológico
2.3. DESCRIPCION GEOLOGICA DE LAS DISCONTINUIDADES HABITUALES (2)
Fault Planes Faults occur less frequently than joints and may have undergone substantialdisplacements. Faulting ofthen produces continuous or persistent planes ofweakness. Fault zones may develop in which the fault is not a single cleanbreak, but occurs as a series of displacement surfaces in an area of distorted,crushed and often weathered material (termed “gouge”). Faulting can occur inany rock type. Faults can provide the shearing or release surfaces for severaly y gmodes of failure.
Cleavage is a structural property exhibited only in metamorphic rock types.Slate, crystalline metamorphic rock and tightly folded sedimentary rocks showclosely spaced laminations which are not directly related to bedding features.Discontinuities associated with cleavage are likely to be smooth and continuous.Within the rocks affected, they are likely to be a major factor controlling slopestability.
Cleavage
34 II. Modelo Hidrogeológico
18
INTERCADECONSULTANCY & TRAINING
www.intercade.org
2.3. DESCRIPCION GEOLOGICA DE LAS DISCONTINUIDADES HABITUALES (3)
Unconformities Unconformities are surfaces representing breaks in the sedimentary process.Such breaks are only structurally significart where some erosion or tilting ofrocks has ocurred before the deposition of overlying material (an angularunconformity) Angular unconformities typically occur over a wide area Theunconformity). Angular unconformities typically occur over a wide area. Thesurface is often irregular with sudden changes in inclination. An unconformitytypically marks a change in rock properties. Where the old weathered zone hasbeen preserved, this may also constitute a zone of weakness.
The rockhead marks the boundary between bedrock materials and overlyingsuperficial materials. It is, in effect, an unconformity. Rockhead may be a sharpboundary where superficial materials have been deposited on an eroded rocksurface or the boundary may be gradational where superficial materials arederived from the underlying rock, which has been weathered in situ. Rockheadmay be planar or highly irregular, but is always extensive and usually representsa boundary between materials with contrasting engineering properties. Its
Rockhead
35 II. Modelo Hidrogeológico
location and inclination are not always easy to predict particularly where drillingdata are limited. It is however an important feature since many failures inquarries are controlled by the position of the rockhead.
2.3. DESCRIPCION GEOLOGICA DE LAS DISCONTINUIDADES HABITUALES (4)
