estabilidad de taludes

MÓDULO DE PROFUNDIZACIÓN EN

ESTABILIDAD DE TALUDES

(Parte 2)

Universidad del Área Andina

Mayo 2007

INGENIERÍA DE ROCAS

La ingeniería de taludes en roca es la aplicación de los principios de mecánica de rocas, geología estructural e hidrogeología.

Incluye:– Análisis de estructuras geológicas y datos geomecánicos

– Análisis del agua suterránea

– Análisis de estabilidad

Estático

Probabilístico

Numérico

– Métodos para estabilizar taludes

– Métodos de monitoreo de taludes


CONCEPTOS GENERALES

Tipos de taludes

– Naturales

– Artificiales

De corte

De relleno


CONCEPTOS GENERALES

Factores que contribuyen a la falla de taludes:

Factores que causan incremento de los esfuerzos de corte en taludes– Remoción de estructuras de soporte

Erosión (corrientes de agua, acción de las olas, mojado y secado repetitivo)

Movimientos naturales del talud (caídas, deslizamientos, asentamientos)

Actividad humana (cortes, remoción de muros de contención, vaciado de cuerpos de agua)

– Sobrecarga del taludPor causas naturales (peso de la precipitación, acumulación de materiales de deslizamientos antiguos)

Actividad humana (construcción de rellenos, edificaciones y maquinaria en la cresta)

Filtración de tuberías de agua y alcantarillados

– Efectos transitorios Sismos

Vibraciones producidas por voladuras

– Por remoción de materiales subyacentes que proveen soportePor corrientes de agua

Por meteorización

Por erosión subterránea debido a filtración (tubificación), por agentes solventes

Por actividad humana (excavaciones)

Por pérdida de resistencia del material subyacente

– Incremento en la presión lateralPor agua en las grietas y fisuras

Por congelamiento del agua en las grietas

Por expansión de las arcillas


CONCEPTOS GENERALES

Factores que contribuyen a la falla de taludes (cont.):

Factores que causan reducción en la resistencia al corte en taludes

– Factores inherentes a la naturaleza de los materiales

Composición de los granos minerales

Estructura (lineación, foliación, clivaje)

Estructura secundaria (diaclasas, fallas)

Estratificación

– Cambios causados por meteorización y actividad fisicoquímica

Procesos de mojado y secado

Hidratación

Remoción de agentes cementantes

– Efectos de la presión de poros

– Cambios en la estructura geológica

Relajación de esfuerzos

Degradación estructural


CONCEPTOS GENERALES

Tipos de movimientos

– Caída de bloques o desprendimientos de material

– Inclinación y volteo

– Reptación

– Deslizamiento (rotacional y de traslación)

– Esparcimiento lateral

– Flujos

– Avalanchas


CONCEPTOS GENERALES

DESLIZAMIENTOS DE CUÑAS DE ROCA


CONCEPTOS GENERALES


CONCEPTOS GENERALES

Rata de deslizamientos (Cerrejón)

Extrem. rápido > 10 m/día

Muy rápido 1 – 10 m/día

Rápido 10 - 100 cm/día Alerta roja

Moderado 1 - 10 cm/día Alerta amarilla

Lento 10 – 30 cm/mes Alerta verde

Muy lento 1 – 10 cm/mes Monitoreo

Extrem. lento < 1 cm/mes

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD

Objetivos del análisis de estabilidad

– Evaluar la estabilidad del talud a corto y largo plazo

– Evaluar la posibilidad de que ocurran deslizamientos

– Analizar deslizamientos, entender los mecanismos de

falla y la influencia de los factores ambientales

– Rediseñar taludes fallados y planear/diseñar medidas

preventivas/remediales

– Estudiar el efecto de cargas sísmicas en los taludes


CONCEPTOS GENERALES

Datos típicos requeridos para el análisis de

estabilidad

– Topografía del sitio

– Estructura geológica

– Geometría del talud

– Resistencia al corte de los materiales

– Condiciones del agua subterránea

– Cargas permanentes o transitorias

– Cargas sísmicas

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES

• ANÁLISIS DETERMINÍSTICO:

MÉTODO DE EQUILIBRIO LÍMITE, VALORES PROMEDIOS DE PARÁMETROS DE

ENTRADA, CÁLCULO DE FACTOR DE SEGURIDAD (FOS)

PARÁMETROS PRINCIPALES

• GEOMETRÍA DEL TALUD

• ESTRUCTURA GEOLÓGICA

• RESITENCIA DE LA ROCA

• CONDICIONES DE AGUA

• CARGAS EXTERNAS

• CARGAS SÍSMICAS

• ANALISIS PROBABILÍSTICO:

VALORES PROMEDIO Y STDEV DE PARÁMETROS DE ENTRADA

SIMULACIÓN MONTE CARLO FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DEL FOS

CÁLCULO DE PROBABILIDAD DE FALLA: POF= P (FOS < 1.0)


DISEÑO DE TALUDES

Factores que influencian el diseño del talud

– Propósito del corte o de la excavación

– Condiciones geológicas

– Propiedades del material insitu

– Presión del agua

– Métodos de construcción

– Potencial de ocurrencia de fenómenos naturales

(erosión, sismos)

DISEÑOS TÍPICOS DE CERREJÓN

• FOOTWALL

TALUD CONTINUO

• SIN REFUERZO PARA ESTRATIFICACIÓN CON BUZAMIENTO <14GRADOS

• PERNADO A LO LARGO DEL RUMBO PARA BUZAMIENTOSENTRE 14 Y 20 GRADOS

BANQUEO PARA BUZAMIENTOS > 20 GRADOS

• STEP IN - ESCALONAMIENTO ENTRE MANTOS DENTRO DELTAJO

• STEP OUT - DESCARGA EN LA CRESTA DETRÁS DEL ÚLTIMOMANTO MINABLE

DISEÑO DE TALUDES

H =

Pit botton

STRAIGHT FOOTWALL SLOPE

Coal Seam

Surface

Overall slope angle

Dip,° H,m

26 40

24 50

22 60

20 70

18 90

16 120

15 150

14 200

13 300

DISEÑO DE TALUDES

Step in

Pit botton

Step in

H = 100 - 300 m

Overall slope angle ~ 18° - 22°

STEPPED FOOTWALL SLOPESurface

Coal seam

DISEÑO DE TALUDES

TAJO 831 FOOTWALL BANQUEADO

DISEÑO DE TALUDES

FOOTWALL ESCALONADO

DISEÑO DE TALUDES

FOOTWALL ESCALONADO


• HIGHWALL / ENDWALL

BANCOS DE 30 M DE ALTURA

CORREDORES DE 38 - 42 M DE ANCHO PARA VIAS DE

ACARREO DE MATERIALES

BERMAS DE SEGURIDAD DE 10-25 M DE ANCHO,

DEPENDIENDO DE LA ALTURA TOTAL DEL TALUD

ÁNGULO GENERAL DE 29.5° - 27.7°

DISEÑO DE TALUDES

Overall slope angle 29.5°Pit botton

0.5:1

38 m

H = 60 - 300 m

30 m

Surface HIGHWALL SLOPE


• RETROLLENADO / BOTADEROS

RETROLLENADO: BANCOS H=30 M, B=40 M

ÁNGULO GENERAL ~17.5°

BOTADEROS: BANCOS H=20 M, B=60 M (DURANTE LA

CONSTRUCCIÓN) ÁNGULO GENERAL ~12.5°

DISEÑO DE TALUDES

Overall slope angle 17.5° Pit botton

1.540 mH = 60 - 300 m

30 m

BACKFILL SLOPE

1

Surface

DISEÑO DE TALUDES

GEOTECNIADISEÑO DE TALUDES

RETROLLENADO TABACO AB

DISEÑO GEOTÉCNICO 2009

Altura del talud: 160 m

Altura de bancos: 30 m

Niveles de bancos: +100, +70, +40, +10, -10

Talud interrampa: 1.5:1

Ancho de bermas de seguridad: mínimo 25 m

Ángulo general del retrollenado: máximo 25°

Pié del talud: drenado

Secuencia de llenado: por bancos, de HW a FW

GEOTECNIADISEÑO DE TALUDES

RETROLLENADO TABACO AB

Endwall

Pit bottom

+70

Crest +100

+40

+10

-10

Toe -60

30 m

25 m

25°

1,5

1

TABACO ALTOS BUZAMIENTOS

RETROLLENADO 2006

Overall slope angle 12.5° Surface

1.5 60 m

H = 40 - 200 m

20 m

TopWASTE DUMP SLOPE

1

DISEÑO DE TALUDES

Pernos

Volumen adicional

excavado

DESAGÜE Y DESPRESURIZACION PERNADO

DESCARGABANQUEO

Pozo de bombeo

Dren horizontal

Wick

Manto abandonado

Nuevo Talud Deslizamiento

ESTRATEGIAS DE ESTABILIZACIÓN DE

TALUDES

-155 CABLE BOLTS

WEATHEREDZONE

ALLUVIUMBLOCK 1

BLOCK 2

BLOCK 3

18 M

15 M9 M

CRITICAL LEVEL

+ 85

-155 CABLE BOLTS

WEATHEREDZONE

ALLUVIUMBLOCK 1

BLOCK 2

BLOCK 3

18 M

15 M9 M

CRITICAL LEVEL

+ 85

ESTABILIZACIÓN DE TALUDES

PERNADO

PERNO

LECHADA

CABLE

LONGITUD

9 - 33 M

TALUD

HUECO


PERNADO


PERNADO

DISEÑO DE TALUDES

MALLA

DISEÑO DE TALUDES

BERMAS DE SEGURIDAD

MONITOREO DE TALUDES

DISPOSITIVOS

Piezómetros

Prismas y estación total (manual y robótica)

Scaner

Radar

Extensómetros

Inclinómetros

Asentómetros

Sismógrafos y acelerógrafos

INSPECCIÓN DE TALUDES

• RECONOCIMIENTO EN CAMPO DE SIGNOS DE INESTABILIDAD

• MAPEO DE GRIETAS DE TENSIÓN

• UBICACIÓN Y MEDIDA DE FLUJOS DE AGUA

• LECTURA DE PIEZÓMETROS, PUNTOS DE CONTROL Y

EXTENSÓMETROS DE ALAMBRE

MONITOREO TOPOGRÁFICO

• LECTURA PERIÓDICA DE ESTACIONES TOPOGRÁFICAS

• ANÁLISIS DE VECTORES DE DESPLAZAMIENTO

REPORTES DE MONITOREO

• REPORTE DIARIO / MENSUAL DE ESTACIONES TOPOGRAFICAS

• REPORTE QUINCENAL DE ESTABILIDAD DE TALUDES


ESTACIÓN TOPOGRÁFICA

ESTENSÓMETRO DE ALAMBRE



ESTACIÓN TELEMÉTRICA

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