48191 materialdeestudioparteidiap1-60 (2)

1INTERCADECONSULTANCY & TRAINING

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1

ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES II

Mg. Miguel Llorente IsidroConsultor Intercade

2

PROF. MIGUEL LLORENTE ISIDRO

Gelogo por la Universidad de Salamanca.

Diploma de Estudios Avanzados por la Universidad Complutense de Madrid.

Mster - Centro de Estudios y Experimentacin de Obras Pblicas de Espaa.

Doctorando en la Escuela Tcnica Superior de Ing. De Minas de la Universidad Politcnica de Madrid.

Mg. Miguel Llorente Isidro Consultor Intercade

Tcnico Superior Especialista en Riesgos Geolgicos Instituto Geolgico y Minero de Espaa.

Ms de diez aos de experiencia en empresa, investigacin y docencia.


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3

Ayala, F.J.; Andreu, F.J.; Fe, M.; Ferrer, M.; de Simn, A.; Fernndez, I.; Olalla, C.;Gmez, J.; Sanpedro, J. y Cienfuegos, F.J. (1987): Manual de Taludes. Serie Geotecnia.IGME. Madrid. 456 pp. ISBN 84-7474-391-5.

C (1998) 2 2

BIBLIOGRAFIA

Calvi J. Koya y Albarrn N. Enrique (1998): Diseo de voladuras. Mxico. 252 pp.

EXSA, SA (1986): Manual prctico de voladura. Per. 358 pp.http://www.exsa.com.pe/publicaciones/

Gonzlez De Vallejo, L.I., Ferrer, M., Ortuo, L., Oteo, C. (2002). Ingeniera Geolgica.Editorial Prentice Hall. Madrid. 744pp. ISBN 84-205-3104-9.

Herrera Rodrguez, F. (2000): Anlisis de estabilidad de taludes. Madrid. 32 pp.

( )


Llorente Isidro, M (2002, ed): Laderas y Taludes Inestables. Ediciones Universidad deSalamanca. 264pp. I.S.B.N.: 84-7800-742-3.

Perna Llera, J.M; Lpez Jimeno, C.; Pla Ortiz de Urbina, F. y Lpez Jimeno, E (1994):Manual de perforacin y voladuras. Instituto Geolgico y Minero de Espaa (2 Ed).Madrid. 541 pp. ISBN: 84-7840-164-4.

4

Sanz Contreras, J. L.; Santamara Arias, J. (1993): Manual para el control ydiseo de voladuras en obras de carreteras. Monografas sobre instrucciones deconstruccin. Direccin General de Carreteras. Ministerio de Obras Pblicas yTransportes 390 pginas ISBN: 8474338972 9788474338973

BIBLIOGRAFIA

Transportes. 390 pginas. ISBN: 8474338972, 9788474338973.

Suarez Daz, J. (1998): Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonastropicales. 550 pp. UIS. Instituto de Investigaciones sobre Erosin yDeslizamientos, Ingeniera de Suelos. Colombia. http://www.erosion.com.co/.

Suarez Daz, J. (2009): Deslizamientos, Anlisis geotcnico, Tomo 1. 582 pp.Universidad Industrial de Santander, UIS, Facultad de Ingenieras FsicoMecnica Escuela de Ingeniera Civil. ISBN-10: 958850404X.http://www.erosion.com.co/.


http://www.erosion.com.co/.

Suarez Daz, J. (2009): Deslizamientos, Tcnicas de Remediacin, Tomo 2. 413pp. Universidad Industrial de Santander, UIS, Facultad de Ingenieras FsicoMecnica Escuela de Ingeniera Civil. pp. ISBN-10: 9588504031http://www.erosion.com.co/.


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5

1. Estabilidad de bancos.

2 Sistemas de drenaje

INDICE GENERAL DEL MODULO

2. Sistemas de drenaje.

3. Efectos de las voladuras.

4. Instrumentacin de taludes.

5. Taller.


6

1. Estabilidad de bancos.

INDICE GENERAL DEL MODULO

2. Sistemas de drenaje.

3. Efectos de las voladuras.

4. Instrumentacin de taludes.

5. Taller.



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7

INDICE

Estabilidad de bancos Introduccin.

Talud Global.

Mtodo de Janb.

Anlisis 3D.

Bancos.

Plataformas.


Bermas.

Accesos.

Pistas.

Rampas.

8

INTRODUCCION



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9

Muchas veces se precisa excavar taludes con un ngulo superior del natural. Para su diseo es necesario conocer:

P i d d l t i t i d l t

INTRODUCCION

Propiedades y el comportamiento geomecnico del terreno.

El mecanismo y tipologa de las roturas.

Los factores geolgicos, hidrogeolgicos de otro tipo influyentes en la inestabilidad.


10

Para ello deben realizarse estudios geolgicos e hidrolgicos previos:

INTRODUCCION



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11

En el presente curso analizaremos la estabilidad de los bancos desde el punto de vista minero, que es el ms utilizado con diferencia.

INTRODUCCION

CARA DEBANCO

PIE DEBANCO

ANCHO DEBANCO ALTURA DE

BANCO

BERMA


TALUD DE TRABAJO

TALUD FINAL

TALUD DEBANCO

FONDO DE EXPLOTACION

12

En el diseo de la explotacin o infraestructura debe determinarse:

Altura de los bancos. Inclinacin de taludes finales y de trabajo

INTRODUCCION

Inclinacin de taludes finales y de trabajo.



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13

Es el talud promedio de la mina en operacin y el talud promedio al final de la explotacin.

TALUD GLOBAL

Debe de ser estable a largo plazo, y deben tenerse en cuenta todos los aspectos de estabilidad de taludes, aadiendo o penalizando tres cuestiones:

Paso de maquinaria.Procesos de voladura.Af i li ti l l


Afecciones climticas a largo plazo.

El talud de la mina estar aos en el orden de dcada o ms.

14

TALUD GLOBAL

Terreno

Cara de banco

Anchura de bancoTecho

Altura de banco

Berma

Pie de banco

Muro


Carbn

Fondo de explotacin

Talud de trabajo

Talud final

Talud del banco


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15

Para el estudio de estabilidad del talud global se suelenaplicar el mtodo de Janb y mtodos tenso-d f i l

TALUD GLOBAL METODOS DE ESTUDIO

deformacionales.

Recordamos el mtodo de Janb:

Aplicable a cualquier superficie de rotura. No cumple el equilibrio de momentos pero si de


fuerzas.

La solucin requiere un proceso iterativo.

16


TALUD GLOBAL METODO DE JANBU

b i

Zz/3

1 a2w Z

Q

Q=

Grieta detraccin

Superficiedel nivelfretico E

WE

X

h

hX

i

ii+1

i+1

wi

ii


2 RwZQ

d

T

S

L= b/cosL

N

i

i

i i


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17



b i

E

WE

X

h

hX

S

i

ii+1

i+1

wi

ii

FS=

fon

n

c+ h w

w

wi i

i

i

itan

FStan

tan b21 +

1

22

h

1 +

+

tan

2

ztan

i =1

i =1i

i[ [


S

L= b/cosL

N

i

i

i i

= 1 +kfod d1,4

2

T TPara c = 0;Para c > 0 , > 0

k = 0,31k = 0,31k = 0,50

18

Para corregir el efecto de no cumplir el equilibrio de momentos seaplica un factor corrector f0:


aplica un factor corrector f0:

Este valor simplificado corregido tiende a aproximarse al valor que se obtendra mediante el mtodo de Janbu generalizado.

F Ff=Janbu simplificado corregido 0 Janbu simplificado


La correccin se obtuvo realizando clculos de ambos tipos para un nmero elevado de casos y calculando las correcciones necesarias.

10

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19


1.2

1.1

Suelos Cohesivos

Suelos Mixtos

Suelos Granulares

= 0

C =

C =

f


1.00 0.1 0.2 0.3

d/L

L

dSuperficie de rotura

20

A) Para suelos = 0FS= N0 c/ (H)


FACTOR DE SEGURIDAD: F = N

DE TALUD

9

10

11

DE PIEDE PROFUNDIDADDE TALUD

C

D

HO

N0 de la tablac = cohesin= peso unitarioH = altura del talud

B) Para suelos > 0FS= N c/ (P )

DE PROFUNDIDAD

010203040

(grados)

1.0 1.5 2 3 4 6 10

506070800

4

5

7

8

N D

E ES

TABI

LIDAD

6

90

3.83

0.25 0.50

DE PIE

0.75

ANGULO DE ESTABILIDAD -

COT

3.83

21.5

1.0

0.5

0.20.1

d=0

3

d=

a =1

b

BASE FIRME

b:1DH

H

D = dH


FS= Ncf c/ (Pd)

N0 de la tablac = cohesin mediaNcf y Pd de la tabla

0

4 5

3 4x

Xo - xoH

HY

O

O

2 3

1 2

11


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21

TALUD GLOBAL METODO DE JANBU300 100

= 100

200

100

50

lidad

, Ncf c

o

o

3.0

2.05

10

X

20

681015203050

c = 0

F = P

F =

=

Ncf

Pb tan tane

e

20

10

5

2Nm

ero

de E

stab

il

1

0 1 2

b=cot

3

co

coo

o

o

o

o

oo

co

c

c

Pd

Pe

4 5

0124

1.0 =0

02

X

X = x HY = y H

X

Yy

0.0

10020

10

Coordenadas

22

543b

210-1.0


Centro Crtico

HH H

q

H

P

P

H + q - H

H + q - H

q

q

w

w

w t

w

w

w

d

e

=

=t1

bYo

w w

22


1.0

0.9

0.8

0

Correccin por Sobrecarga

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

30

= 0

q 60

90Falla de Pie

q/ Hq

(a)

(b)

Correccin por sumergencia ( w) y flujo ( w)

1.0

0.5

0.50.40.3

3060

0.2

Falla de Base

0.10

wy

iw

0.8

0.9

0.9

1.0

1.0

0.0

= 0

d =

q

q/ H

q/ H

Base dura

H

D= dH

b:1


(c )

(d)

0.5

1.00.5

0.0

0.5

90Falla de Base

Falla de Base

ww

yiw

0.8

0.8

0

0

1.0

1.0

0.9

1.0d =

H w / H y H w /H

H w / H y H w /H

Base dura

Base dura

Hw

Hw

H

H

D= dH

D= dH

b:1

b:1

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23


1.00.90.80.70.60.50

Correccin por Grieta de Tensinsin Tensin de Poros

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

30

= 0

60

90

Falla de Pie

Ht / H

Grieta de Tensin

1.0

1.0

0.9

0.9

0.8

0.8

0.7

0.7

0.6

0 6

0.50

(a)

(b)

Correccin por Grieta de Tensincon presin de poros

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

30

60

90

= 0

d =

tt

1.00.5

0.0

Falla de Pie

Falla de Pie

Ht / H

Ht / H

Base dura

H

D= dH

b:1


1.00.90.80.7

0.6

0.6

0.5

0.5

0

0

(c )

(d )

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

1.00.5

0.0

d =

t

Falla de Pie

Ht / H

Ht / H

Base dura

Grieta de Tensin

H

D= dH

b:1

24


Talud Factor de seguridad calculado

Bishop Spencer Janb

Talud 2H: 1V 2.08 2.07

1.37

1.83 1.83

1.45

2.04 2.08

1.38

1.83

1.93

1.29

1.69

1.38

1.83

Talud sobre unacapa de suelodbil

Talud con una lnea


1.25 1.33 1.25 1.171.25

lneapiezomtrica

Talud con doslneaspiezomtricas

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25

Un talud global presentar deformaciones elasto-plsticas con eltiempo, la prediccin de su rotura debe por tanto basarse enmodelos que analicen el estado tenso-deformacional del macizorocoso.

TALUD GLOBAL ELEMENTOS FINITOS

Los materiales son representados por zonas para formar una mallaen funcin de su geometra.

Permite seleccionar una variedad de relaciones esfuerzo deformacin.


Permite modelacin de deformaciones a gran escala y el colapsode materiales.

El anlisis consiste en el reequilibrio del sistema y el estudio de lascondiciones de falla.

26

TALUD GLOBAL ELEMENTOS FINITOS


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27

TALUD GLOBAL ANALISIS EN 3D

a) PLANTA 0

m

18010.0

x(m)

= 0

= 54

n =180

DIRECCION DE DESLIZAMIENTO

y 0.0

10.0

9.17

7.508.33

6.67

5.83

5.0m

Sin ttulo 5.0

5.0


b) VISTA 3-D5.0m 5.0

mx

y

Fs, min = 1.11

5.0m

5.0m

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Tochnog Pro. Softwares:Midas GTSFlac 3DAbacus,ANSYS

TALUD GLOBAL ANALISIS EN 3D

ANSYS


Ventajas: Se pueden incorporar virtualmente cualquier caso con tantasvariables como se quiera.

Inconveniente: Alto grado de especializacin del tcnico, no disponibilidad dedatos o baja fiabilidad de stos, exigencias de cmputo muy grandes (n. devariables, tamao del rea a analizar, etc).

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Ventajas de la construccin de bancos:

Aumenta la estabilidad del talud. Facilitan el proceso extractivo o constructivo

MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS

Facilitan el proceso extractivo o constructivo. Retienen cadas de fragmentos de roca. Se ubican en ellas zonas de drenaje. Facilitan los trabajos de saneo y mantenimiento. Facilitan los trabajos de restauracin.


30

Partes de banco:Banco: Zona de extraccin del material (parte inclinada o vertical).Plataforma: Ancho del banco.


1 Ancho del banco1. Ancho del banco2. Ancho de la pista de acarreo de mineral.3. Alto del banco

A: Angulo del banco.B: Angulo de talud de la mina.C: Colector de drenaje

Barrera de borde de pista

Banco de seguridad

1

2


Pista de acarreo de mineral 1

3

A

C

B

16


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31

Angulo de talud: Es el ngulo que forma el talud del banco con el plano horizontal.


11

4

3

2

h


56Cuneta de desague

32

Angulo de talud. Depende de:

Tipo de roca y su estabilidad. Altura del banco. Tipo de explotacin


Tipo de explotacin.De la inclinacin necesaria para la perforacin.


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33

Altura del banco: Es la distancia comprendida entre dos plataformas.

La altura depende de:Equipos de excavacin.C t ti d l i


Caractersticas del macizo rocoso.Exigencias de la explotacin.

1

4

3h


2

5

h

6Cuneta de desague

34

Altura del banco: En funcin de los equipos de excavacin.



18


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35


Bagger 288

240.000 m3/dia


6,6 m396 m


225 m18 cubetas

36


19


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37



38



20


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39




40

Ventaja de utilizar bancos altos:

Mayor eficacia en perforacin


y mayor rendimiento en produccin.

Mejor rendimiento por disminucinde desplazamientos y menor coste enexplosivos.

Geometra de voladura optima.

Menor nmero de bancos implica


Menor nmero de bancos implicamayor concentracin y eficiencia deequipos y maquinaria.

Menor longitud de accesos: menorcosto en infraestructura.

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41

Ventaja de utilizar bancos pequeos:

Mayor condiciones de seguridad de personal y maquinaria.


Menor desviacin en la perforacin: aumenta el rendimiento en perforacin y voladura. (adems de estar ms controlada por temas de vibracin, fragmentacin)

Mayor facilidad para realizar los accesos.

Mejor restauracin final en la explotacin.


42

Otros elementos de los bancos:

Plataforma de trabajo:donde se ubica la


5

donde se ubica lamaquinaria pesada.

Arista inferior y superior:lneas de corte del talud conlas plataformas superior einferior.

Frente del Banco:

2

2

1


Superficie del banco dondese realizan los trabajosmineros y que se encuentraen movimiento.

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43

La altura final del banco depende de una serie de factores que precisan un anlisistcnico y econmico, basado en estudio geotcnicos, de seguridad y de recuperacinfinal de las actividades extractivas.


ANCHO DEL BERMA

ALTURAGLOBAL

(OVERALL)

o

r

ANCHO DE RAMPA

ANGULOINTERRAMPA

b

h

b r


ANCHO DEL BANCO

ANGULO CARA DE BLANCO

ANGULOINTERRUMPA

ANGULO GLOBAL(OVERALL ANGLE)

ALTURAINTERRAMPA

b

r

rhhb

44

Anchura de las plataformas: Es la distancia comprendida entre dos bancos.

Su anchura es la suma de los espacios necesarios para el movimiento de la

MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, PLATAFORMAS

Su anchura es la suma de los espacios necesarios para el movimiento de lamaquinaria que trabaja en ellos simultneamente ms una distancia de seguridadcon el borde del banco. (normalmente es mnimo de 20m).

1

4

3h


2

5

h

6Cuneta de desague

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45

Anchura de las plataformas.

De forma orientativa, y segn la maquinaria necesaria, se pueden establecer unas


dimensiones mnimas:


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Anchura de las plataformas.

Las dimensiones de cada plataforma deben estar convenientemente indicadas en


pel proyecto especificando las labores de perforacin en cada una de ellas.


24


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47

Anchura de las plataformas.La superficie de la plataforma debe ser regular de forma que permita las maniobras de toda la maquinaria, su estabilidad y desage eficaz.


q , y g

Rado degiro 7,2 m


Ancho delcamin 7,2 m

Ancho delcamin 7,2 m

seguridad 3,5 m 52 m

48



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49

Se utilizan como plataformas de acceso en el talud de unaexcavacin.

Actan como proteccin frente a desprendimientos

MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BERMAS

Actan como proteccin frente a desprendimientos.

Sus dimensiones deben ser justificadas mediante los clculosnecesarios.

Uso muy generalizado en obra civil (en taludes de ms de 25 m;anchura mnima 3m).


Se utiliza para el uso de drenes y la ubicacin de medidasprotectoras.

Tambin pueden ser utilizadas como vas para el transporte delmineral.

50



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51


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53

Se utilizan como plataformas de acceso en el talud de una excavacin.

Actan como proteccin frente a desprendimientos.

S di i d b j tifi d di t l l l i


Sus dimensiones deben ser justificadas mediante los clculos necesarios.

Se utiliza para el uso de drenes y la ubicacin de medidas protectoras.

Tambin pueden ser utilizadas como vas para el transporte del mineral.


Bancos

Berma

ngulo detalud

54


Cara deCara debanco

Pie de banco

Berma Altura de banco

Anchura debanco


Fondo de explotacin

Talud de trabajo

Talud de banco

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55


Espacio entre camiones 5m


Berma de seguridad3,5 m

Berma de transporte25 m

Zanja detransporte

2,0m

Ancho del camin 7,2 m

56

Por medidas de seguridad es conveniente que tengan una inclinacincontrapendiente o tomar medidas necesarias.


Posible deslizamiento e caido

D Suficiente para detenery retener deslizamiento

Mnimo 4 mts.

Pendiente


Impermeabilizacinen Mortero o Concreto VIA

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Flat bench Crest berm Reserve incline


Se debe evitar la infiltracin del agua para no aumentar la presin de poro y nofavorecer la meteorizacin del macizo.

58

Para el diseo de una berma han de tenerse en cuenta:

La formacin geolgica: Mayor competencia de la roca mayor altura y pendiente.


g g y p y y p

La meteorizacin: mayor meteorizacin menor pendiente y altura.

Microestructura y estructura geolgica: mayor fracturacin menor pendiente y altura.

Minerales de arcilla: escasas pendientes.

Nivel fretico y comportamiento hidrolgico: mayor saturacin menor pendiente.


Sismicidad: zonas de alta amenaza ssmica taludes ms tendidos.

Factores antrpicos: zonas urbanas taludes tendidos.

Elementos de riesgo: aumento del factor de seguridad en zonas habitadas.

30


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A mayor competencia de la roca permite mayor pendiente y altura

FORMACION GEOLOGICA


60

Rocas menos competentes permiten menores ngulos

FORMACION GEOLOGICA


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