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Estabilidad de taludes en rocas
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar
Índice
• Mecanismos de falla en taludes en rocas
• Fallas por estructuras pre-existentes
• Falla global
• El talud del aliviadero Caracoles
Esta
bili
dad
de
ta
lud
es
en
ro
cas
2
Mecanismos de falla de taludes enrocas
a. Macizo rocoso
b. Falla plana
c. Falla en cuña
d. Vuelco
Esta
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dad
de
ta
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es
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ro
cas
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Índice
• Mecanismos de falla en taludes en rocas
• Fallas por estructuras pre-existentes
– Falla plana
– Falla en cuña
– Volcamiento
• Falla global
• El talud del aliviadero Caracoles
Esta
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dad
de
ta
lud
es
en
ro
cas
4
Falla plana: condiciones
• Discontinuidad subparalela al talud (�� < 20°)
• Buzamiento disc. menor que talud (�� < ��)
• Buzamiento disc. mayor que ángulo de fricción de la discontinuidad (�� > �)
Esta
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de
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Falla plana: condiciones
• Discontinuidad subparalela al talud (�� < 20°)
• Buzamiento disc. menor que talud (�� < ��)
• Buzamiento disc. mayor que ángulo de fricción de la discontinuidad (�� > �)
No falla Falla
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cas
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Falla plana: Factor de seguridadE
sta
bili
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de
ta
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es
en
ro
cas
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�� =� � + � ��� �� ���[�]
� ���[��]
Falla plana: Efecto del aguaE
sta
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�� =� � + � ��� �� − � − � ��� �� ���[�]
� ��� �� + � ���[��]
Falla plana: Efecto del anclajeE
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�� =� � + � ��� �� − � − � ��� �� + � ���[�� + �� ���[�]
� sin �� + � ���[��] − � ���[�� + ��]
�� =� � + � ��� �� − � − � ��� �� ���[�]
� ��� �� + � ���[��]
Ejemplo de falla planaE
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Ejemplo de falla planaE
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Falla en cuña: condiciones necesarias
• Dos discontinuidades que se intersecten
• Inclinación línea intersección menor que el buzamiento aparente del talud (�� < ���)
• Incl. mayor que ángulo de fricción (�� > �)
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Falla en cuña: Factor de seguridad
1. Cálculo dirección e inclinación línea intersección
2. Cálculo de las fuerzas R
3. Cálculo del factor de seguridad
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�� = �������� �� ��� �� − ��� �� ��� [��]
��� �� ��� �� − ��� �� ��� [��]
�� = ��� �� ��� �� − �� − ��� �� ��� [�� − ��]
�� ���[� − �/2] − R� ��� � + � 2⁄ = 0
�� ���[� − �/2] + R� ��� � + � 2⁄ = ����[��]
�� + R� =���� �� ��� �
��� [�/2]�� =
�� + �� ��� [�]
����[��]=
��� [�]
��� [�/2]
��� [�]
��� [��]
Falla en cuña: Factor de seguridadE
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�� =��� [�]
��� [�/2]
��� [�]
��� [��]
Ejemplo de falla en cuñaE
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Falla por vuelco: Condiciones necesarias
• Buzamiento de discontinuidades opuesto al talud
• Relación de lados de los bloques desfavorable
• Cinemática posible (corte o falla al pie)
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Falla por vuelcoE
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Sector con riesgo de vuelcoE
sta
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Modelo UDEC para análisis de toppling con strain-softening
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(Clark 2012)
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es
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ro
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Índice
• Mecanismos de falla en taludes en rocas
• Fallas por estructuras pre-existentes
• Falla global
• El talud del aliviadero Caracoles
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es
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ro
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Falla global
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es
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ro
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Falla globalE
sta
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es
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cas
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La falla global (por roca intacta) es similar a la falla en suelos
Está controlada por
• Resistencia de la roca intacta incluyendo sus micro-defectos
• En rocas duras
– Ruptura de puentes de roca
– Coalescencia de discontinuidades
• En rocas blandas
– Componentes viscoplásticas
– Cambios de humedad
0o
+ 90o
- 90o
Rock mass strength { c , f }
Strength of equivalent discontinuities Set 1 { cj1eq , fj1eq }
Strength of transition zones for Set { ctz2 , ftz2 }
Strength of discontinuities Set 2 { cj2 , fj2 }
aa1aa2Strength (q)
0o
+ 90o
- 90o
Rock mass strength { c , f }
Strength of equivalent discontinuities Set 1 { cj1eq , fj1eq }
Strength of transition zones for Set { ctz2 , ftz2 }
Strength of discontinuities Set 2 { cj2 , fj2 }
aa1aa2Strength (q)
Falla global: anisotropía
Existen herramientas numéricas que permiten la consideración de la anisotropía de los macizos rocosos
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es
en
ro
cas
(Rocscience)
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de
ta
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es
en
ro
cas
Métodos numéricos para análisis de estabilidad global
Los problemas de estabilidad global pueden analizarse mediante modelos numéricos
• Simple: medio isótropo
• Intermedio: medio anisótropo
• Complejo: discontinuidades modeladas explícitamente
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es
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ro
cas
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es
en
ro
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Tracción
Corte
Roca intacta
Técnicas de estabilización de taludes
Primero: control de ejecución (tronaduras, long. perforación)
• Reperfilado
– Cambio pendiente
– Bermas
– Tajeo
• Refuerzo
– Pernos
– Dovelas
– Muros anclados
– Shotcrete
– Contrafuertes27
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es
en
ro
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Técnicas de drenaje de taludes
• Canales superficiales
– Mejor protección del coronamiento del talud
• Subdrenajes en zanja
– Abaten el nivel freático y lo alejan de la superficie
• Drenes y barbacanas
– Estabilización de masas grandes de roca
• Galerías de drenaje
– Se ejecutan antes que el corte, drenaje previo efectivo
• Pozos
– Mejor método para deslizamientos profundos en suelos
– Complementario a galerías en grandes rajos mineros28
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es
en
ro
cas
Técnicas de protección de taludes
• Bermas
• Mallas
• Vegetación
• Contención de pie
– Terraplenes
– Muros de tierra armada
– Gaviones
– Geosintéticos
• Barandas de contención
• Cobertores y falsos túneles29
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es
en
ro
cas
Coeficiente de seguridad y probabilidad de falla
Todas las variables que controlan el comportamiento de un talud son aleatorias
• Litología, alteración, intemperismo
• Resistencia de la roca intacta
• Posición, frecuencia y propiedades de las discontinuidades
• Estado tensional y presiones de agua
La probabilidad de falla es
�� = �(�� < 1)30
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es
en
ro
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Coeficiente de seguridad y probabilidad de falla
La probabilidad de falla tolerable depende de las consecuencias de la falla (Riesgo)
• Falla afecta operación minera o personas �� < 5%
• Falla genera impacto económico grande �� < 15%
• Falla genera impacto leve �� < 30%
El riesgo es el producto de la probabilidad de falla por una medida de las consecuencias de la falla
� = �� ⋅ Consecuencias
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ta
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es
en
ro
cas
Análisis probabilístico
• Se elige el tipo de distribución para cada variable (uniforme, triangular, lognormal, normal, …)
• Se efectúa un análisis determinísticocon los valores medios
• Se perturban las variables de a una
• Alternativamente: Montecarlo sobre el conjunto global (mucho mas lento pero más preciso)
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Esta
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de
ta
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es
en
ro
cas
Probability of Failure (%) Reliability Index (Normal) Reliability Index (Lognormal) Factor of Safety (mean)
Overall Slope 3.7 1.770 1.879 1.177
Critical Probabilistic Surface(Normal)
2.8 1.816 - 1.201
Critical Probabilistic Surface(Lognormal)
2.8 - 1.946 1.201
Critical Deterministic Surface 2.9 1.840 1.966 1.19(Carranza-Torres 2012)
�30° 37°35°
Índice
• Mecanismos de falla en taludes en rocas
• Fallas por estructuras pre-existentes
• Falla global
• El talud del aliviadero Caracoles
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es
en
ro
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El aliviadero de CaracolesE
sta
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es
en
ro
cas
34
2001
2007
Esta
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es
en
ro
cas
35
Grieta (III)
Grieta (II)
Grieta (I)
1116
10861098
1116
N N
Proyecto (Octubre 2001) Excavación (Julio 2006)
(II)
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es
en
ro
cas
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Problemas durante la excavación
Esta
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es
en
ro
cas
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lud
es
en
ro
cas
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Hipótesis de diseño
Esta
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de
ta
lud
es
en
ro
cas
39
Confortación constructiva
• Se desarrolló un algoritmo numérico de integración paso a paso según Newmark
• Se calculó el desplazamiento en funciónde la aceleración crítica del talud
• Se diseñó una confortación quepermitió minimizar el desplazamiento
1
1 1
1
22
2
1 sin cos
sin cos
cos tan sin
tan cos sin
sintan
cos
aA W A PE
A
A
W EFS
W E
Esta
bili
dad
de
ta
lud
es
en
ro
cas
40
Confortación para el estado definitivo: sismo de diseño
• Se desarrolló un algoritmo numérico de integración paso a paso según Newmark
• Se calculó el desplazamiento en funciónde la aceleración crítica del talud
• Se diseñó unaconfortación quepermitió minimizarel desplazamiento
lc - d
5.218
46
120
260
1.2
d = -3503.7lc3 + 8483.7lc
2 - 6887lc + 1881.3
0
50
100
150
200
250
300
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9lc
d[mm]
Esta
bili
dad
de
ta
lud
es
en
ro
cas
41
Confortación para el estado definitivo: sismo de diseño
Esta
bili
dad
de
ta
lud
es
en
ro
cas
42
Confortación para el estado definitivo: sismo de diseño
43
Esta
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dad
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ta
lud
es
en
ro
cas
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es
en
ro
cas
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es
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ro
cas
Bibliografía básica
El Laboratorio tiene los tres libros
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