Análisis cinemático y estabilidad de taludes

TIPOS DE ROTURA EN TALUDES ROCOSOS

Análisis de la estabilidad de taludes La estabilidad de un talud está determinada por factores geométricos (altura e inclinación), factores geológicos (que condicionan la presencia de planos y zonas de debilidad y anisotropía en el talud), factores hidrogeológicos (presencia de agua) y factores geotécnicos o relacionados con el comportamiento mecánico del terreno (resistencia y deformabilidad).

Estudio geológico detallado 1. composición. Perfil litológico del terreno con características propias y de contactos o espesores. Suelos, depósitos de roca transportada; rocas “in situ” : horizontes meteorizados y saproliticos. 2. Discontinuidades estructurales. Estratificaciones, foliaciones, diaclasas, fracturas y fallas (tectónicas).

3.

Parámetros hidro–Estructurales. Se relacionan con aquellos parámetros asociados a las discontinuidades estructurales, tales como: a) rumbo y buzamiento.

b) Espaciado: entre menos espaciado mas desfavorable

c) Persistencia la extensión de la discontinuidad a mayor extensión menos estable.

d) Rugosidad: cuanto menor sea la rugosidad menos competente

e) Apertura: A menor apertura las condiciones serán mejor

f) Relleno: cuando los materiales son blandos la masa rocosa es menos competente

g) Presencia de agua en la discontinuidad y una apreciación cuantitativa, o al menos cualitativa, de su cantidad, presión y limpieza.

4. Ocurrencia de deslizamientos en zonas cercanas y similares, desde el punto de vista litológico y estructural. 5. Climatología 6. Tipo de vegetación y longitud de las raíces 7. Reptaciones en el área 8. Accidentes morfológicos en el área o cercanos. 9. Red de flujo o en caso de no existir como tal, superficies dominantes de flujo (mecánica e hidrogeología).

TALUDES EN ROCA Análisis cinemático

Los modelos de rotura más frecuentes son: 1. 2. 3. 4.

Rotura plana, En cuña, Por vuelco, Circular

Incluye la representación estereográfica de las condiciones estructurales de algunos de ellos.

Rotura planar Condiciones: 1. Rocas sedimentarias y metamórficas 2. 3. El plano de rotura ha de ser más o menos paralelo al del talud (+ ó – 20°).

EJERCICIO APLICATIVO Enunciado del problema: En un desarrollo minero a cielo abierto, la existencia de un talud, en roca arenisca, de 14 metros de altura, con orientación (en notación dip direction/dip): 224º / 64º, presenta fracturación. El punto de intersección con el plano del talud, de la rotura dominante, se localiza sobre este a una altura de 3.4 m, medida desde el pie del talud. Esa misma fractura, aflorante sobre la cresta del talud a 3.2 m del borde, se desarrolla como grieta de tracción con profundidad de 3.2 m. Durante la exploración in situ se observa que la grieta de tracción contiene una columna de 2m de agua.

A continuación se registra el levantamiento de datos estructurales (orientación de las discontinuidades localizadas en el talud): 232º/68º, 223º/36º, 228º/42º, 239º/37º, 232º/31º, 217º/41º, 210º/32º, 225º/45º, 239º/43º, 238º/47º, 215º/48º, 224º/31º, 230º/50º, 198º/51º, 212º/42º, 218º/36º, 251º/43º, 223º/53º, 227º/55º, 222º/58º, 228º/43º, 253º/35º, 210º/39º, 205º/43º, 195º/44º y 246º/40º.

EJERCICIO APLICATIVO La caracterización geo mecánica de muestras procedentes del macizo rocoso señalan que la roca intacta presenta los siguientes parámetros de resistencia: cohesión (c’): 28.4 kN/m2, ángulo de fricción interna (Ø): 30º. Asuma que el geo material tiene un peso unitario (𝛾) de 25.14 kN/m3.

Utilice el programa Dips para determinar: a. El número de familias de discontinuidades que presenta el plano del talud.

b. Interprete el resultado obtenido en la representación estereográfica señalando el modelo de rotura que potencialmente puede presentarse. c. Determinar el ángulo que forma el plano del talud con la horizontal (β) y el ángulo de salida de la fractura dominante sobre el talud (α). d. Elabore un esquema (boceto geométrico) del talud con la información que presenta el problema y aquélla que se deriva de su solución. e. Calcular el factor de seguridad.

BOCETO DEL TALUD

H = 14m-3.4m = 10.6m

FACTOR DE SEGURIDAD

10.6 − 3.2 = 10.85𝑚 𝑠𝑒𝑛(43)

1 𝐾𝑁 ∗ 9.8 ∗ 2 𝑚 ∗ 10.8𝑚 = 106.33 𝐾𝑁/𝑚 2 𝑚3 1 2

𝑤=

1 2

∗ 25.14 kN/m3 *

10.6𝑚2

3.2𝑚

(

1;(10.6𝑚 )2 𝑡𝑎𝑛43

-

𝐾𝑁

∗ 9.8 𝑚3 ∗ 2𝑚2 = 19.6 KN/m

1 ) 𝑡𝑎𝑛64

= 687.68𝑘𝑁/𝑚

𝑘𝑁

F.S =

28.4𝑚2 ∗10.6 𝑚: 687.68∗cos 43 ;106.33;19.6∗𝑠𝑒𝑛 43 tan(30) 6.87.68∗𝑠𝑒𝑛 43 :19.6∗cos(43)

= 1.08 ESTABLE

H = 14m-3.4m = 10.6m

FACTOR DE SEGURIDAD

10.6 − 3.2 = 10.85𝑚 𝑠𝑒𝑛(43)

1 𝐾𝑁 ∗ 9.8 ∗ 2 𝑚 ∗ 10.8𝑚 = 106.33 𝐾𝑁/𝑚 2 𝑚3 1 2

𝑤=

1 2

∗ 25.14 kN/m3 *

10.6𝑚2

3.2𝑚

(

1;(10.6𝑚 )2 𝑡𝑎𝑛43

-

1 ) 𝑡𝑎𝑛64

𝐾𝑁

∗ 9.8 𝑚3 ∗ 2𝑚2 = 19.6 KN/m

= 687.68𝑘𝑁/𝑚

𝑘𝑁

F.S =

28.4𝑚2 ∗10.6 𝑚: 687.68∗cos 43 ;106.33;19.6∗𝑠𝑒𝑛 43 tan(30) 6.87.68∗𝑠𝑒𝑛 43 :19.6∗cos(43)

= 1.08 ESTABLE

ROTURA EN CUÑA Corresponde al deslizamiento de un bloque en forma de cuña, formado por dos planos de discontinuidad, a favor de su línea de intersección Común en macizos rocosos con discontinuidades bien marcadas, (fallas, fracturas, etc.)

CONDICIONES PARA LA ROTURA EN CUÑA

MÉTODO DE HOEK Y BRAY PARA ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE CUÑA Este método calcula el factor de seguridad de una cuña, dónde se incorpora la geometría de un talud, diferentes resistencias al cortante de los dos planos de deslizamiento y el agua subterránea (Hoek et al., 1973). Sin embargo, la limitación de este análisis es que no se analiza la grieta tensión, y las fuerzas externas que pudieran incluir pernado La distribución de la presión de agua asumido para este análisis se basa en la hipótesis de que la cuña en sí es impermeable y que el agua entra en la parte superior de la cuña a lo largo de líneas de intersección 3 y 4 y fluye en el frente del talud a lo largo de líneas de intersección 1 y 2.

Una vez realizado el análisis cinemático, usando métodos estereográficos, se procede a calcular el Factor de seguridad

A. Caso General: Factor de seguridad considerando cohesión, fricción y presión del agua

Fig. Estereografía de datos requeridos para el análisis de estabilidad de cuña

Factor de seguridad considerando cohesión, fricción y presión del agua

Factor de seguridad considerando cohesión, fricción y presión del agua

Factor de seguridad considerando cohesión, fricción y presión del agua

ESTABLE

ROTURA POR VUELCO Se produce en taludes de macizos rocosos donde los estratos presentan buzamiento contrario a la inclinación del talud y dirección paralela o subparalela al mismo. En general, los estratos aparecen fracturados en bloques a favor de sistemas de discontinuidades ortogonales entre sí. Este tipo de rotura implica un movimiento de rotación de los bloques, y la estabilidad de los mismos no está únicamente condicionada por su resistencia al deslizamiento.

VUELCO DE ESTRATOS

Esquemas de taludes con estructura favorable al vuelco de estratos. Bloques rocosos de un talud que han sufrido proceso de vuelco

Para que se produzca vuelco de estratos, su buzamiento debe ser mayor que la suma del ángulo de fricción más el ángulo de la estratificación con la vertical

ANALISIS DE FALLA CIRCULAR Se llama rotura circular a aquella en la que la superficie de deslizamiento es asimilable a una superficie cilíndrica cuya sección transversal se asemeja a un arco de círculo. El método más utilizado para resolver el cálculo de estabilidad por rotura circular es el de las dovelas o rebanadas, que es bastante laborioso, por lo que se suele realizar ayudándose de programas de ordenador.

Este tipo de rotura se suele producir en terrenos homogéneos, ya sea suelos o rocas altamente fracturadas, sin direcciones preferenciales de deslizamiento.

MECANISMOS DE ROTURA POCO FRECUENTES

MECANISMOS DE ROTURA POCO FRECUENTES