1

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

PRÁCTICA DE LABORATORIO N° 2

23 de setiembre de 2008

Jefe de Prácticas:Jhoan Paredes P.

Estabilidad Física de Depósitos

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

1.- Introducción a la Mecánica de Suelos

¿Qué es un suelo?

Para la ingeniería el termino suelo e refiere al material que se puede utilizar sin necesidad de perforaciones o voladuras.

2

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Constituyentes Del Suelo

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Clasificación de los Suelos

• Tamaño de las partículas

3

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

• Plasticidad

Límites de Atterberg

Clasificación de los Suelos

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 Sistemas de Clasificación

• Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).

• Otros sistemas de clasificación: USDA, AASHTO, FAA.

4

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 Resistencia al Corte

• Los suelos fallan por corte, al deslizarse unas partículas con respecto a las adyacentes.

• La resistencia al corte de un suelo es función de las fuerzas inter-partículas.

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Presión de poros

Material parcialmente saturado

Material completamente saturado

Las fuerzas inter-partículas son modificadas por el grado de saturación y por la inmersión del suelo

5

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Definición del Ángulo de Fricción Interna

φ : Ángulo de fricción interna; μ: coeficiente de fricción φ = μ = F/N

φ : Ángulo de la tabla cuando el bloque se desliza φ : Ángulo de reposo de un cúmulo de arena

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

2.- Métodos para Determinar las Propiedades Ingenieriles de los

Materiales

6

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 2.1.- Ensayos de laboratorio

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Ensayo de Corte Directo

7

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 Ensayo de Compresión Triaxial

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

2.2.- Ensayos de Campo (In situ)

8

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

3.- Métodos de Análisis de EstabilidadPrincipios

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Concepto de Factor de Seguridad

Cociente de las fuerzas que tienden a impedir el movimiento a las fuerzas que tienden a causar el movimiento.

9

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

4.-Estabilidad General de Taludes

1. Función de:

• Geometría del talud: Inclinación, altura, bermas.

• Materiales: resistencia al corte, densidad in situ, cohesión.

• Nivel freático.

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

2. Se mide por:

• Factor de seguridad (FS): Estático, sísmico (pseudo – estático).

• Desplazamientos sísmicamente inducidos.

Estabilidad General de Taludes

10

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 5.- Enfoques del Problema

• Superficie de ruptura conocida (planar, curva, etc).

• Masa Inestable como Cuerpo Rígido.

• Criterio de Resistencia (Mohr-Coulomb, Hoek & Bray).

1.- Equilibrio límite…..hipótesis de la Teoría de la Plasticidad

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

• Concepto de Plastificación del Suelo

• Curva Tensión-Deformación del suelo

• Utilización de Métodos Numéricos (MEF, MDF, MEC, etc.)

2.- Análisis Límite....hipótesis de la Teoría de la Plasticidad

Enfoques del Problema

11

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 Superficie de falla circular

Método ordinario de dovelas – Cálculo a mano

1. Dibuje la sección a escala natural

2. Selecciones un círculo de falla

3. Divida la masa en 10 a 14 tajadas verticales

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

4. Extienda los radios desde el centro del circulo “O”hasta la superficie de falla a la proyección del centroide de cada tajada o dovela

12

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 5. Observe que las dovelas 1 a 9 tienen un ángulo

α positivo y las dovelas 10 al 16 tienes un α negativo.

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

6. Calcule el peso Total (WT) de cada dovela.

7. Calcule las fuerzas resistentes: N Tanf – ul(Fricción) y Cl (Cohesión) para cada dovela.

8. Calcules la fuerza tangente (T) para cada dovela.

Enfoques del Problema

13

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 Fuerzas sobre cada dovela sin nivel

freático

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 Fuerzas sobre cada dovela con nivel

freático

14

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 9. Sume las fuerzas resistentes y/o los momentos

actuantes para todas las dovelas y calcule el factor de seguridad

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Fellenious solamente satisface equilibrio de momentos y no satisface equilibrio de fuerzas.

Método de Fellenious

15

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Método de Bishop

Bishop asume que las fuerzas entre dovelas son horizontales o sea que no tiene en cuenta las fuerzascisallantes.

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 MODELO Superficie de

Ruptura Metodos Usados

- RECTA - Talud In fin ito- Cu llman

- RECTA - De las cuñas

- CIRCULAR - Circulo de Fricción(c / Graficos deTaylor)- Abacos de Hock

- CIRCULAR- CON LAMELAS VERTICALES

- Fellen ius- Bishop--------------

- CUALQUIERA- CON LAMELAS VERTICALES

- Jambu- Morgenster & Price- Spencer- Lowe & Karafiath

- CURVA LOG-ESPIRAL

- Log - Espiral

- CUALQUIERA- CON LAMELAS INCLINADAS

- Sarma

Fig. 4.7: Algunos M etodos de Analisis de Estabilidad de Taludes

16

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

6.- Softwares

17

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Slope (Geoslope)M

IN 3

44

–P

lan

de C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Slide (Rocksciences)

18

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

FACTORES DE SEGURIDAD ACEPTABLES

•Condiciones Drenadas, a largo plazo: FS ≥ 1.5

•Condiciones No Drenadas, corte: FS ≥ rápido

•Condiciones sísmicas (Análisis pseudo estático): FS ≥ 1.0

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Causa de la inestabilidad física1° Externas:…aumentan las tensiones de corte• Aumento de la inclinación del talud

– Erosión al pie de talud– Excavaciones– Labores mineras

• -Sobrecarga de material a lo largo de la cresta del talud– Peso de lluvia, nieve– Vegetación – Edificios y otras estructuras– Rellenos, escombreras y acopio de materiales

• Efectos dinámicos– Movimientos sísmicos– Vibraciones por voladuras, maquinarias y trafico

19

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

2° Internas:…reducen la resistencia al cortel Aumento de la presión en el agua intersticial

– Precipitaciones– Deshielo– Lagos y embalses– Riego

l Disminución de la cohesión– Meteorización de los materiales– Fracturamiento por alivio de tensiones– Debilitamiento del macizo debido a creep

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

3° Intermediarias:…no pueden ser explícitamente clasificadas

–Piping (erosión interna)–Acción de raíces de los árboles y arbustos–Excavación de madrigueras de animales–Deforestación–Rebajamiento del nivel de agua

20

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 Importancia del monitoreo de Taludes

• Minimizar daños a estructuras adyacentes– Por ejemplo. Monitoreando el desplazamiento lateral de una

excavación.• Control de la construcción

– Instrumentación puede ser usada para monitorear el progreso de cierto desempeño geotécnico para controlar así la actividad constructiva.

• Mejorar el estado del conocimiento– Muchos de los avances en la ingeniería geotécnica tienen sus raíces en

datos obtenidos de instrumentación de proyectos a escala real.

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 Importancia del Monitoreo

21

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

7.- Alternativas de Estabilización

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

1° Aumentar la Resistencia Mecánica

Linea de Ruptura

Corte

Fase Inicial Fase Final

Fig. 4.14: Cortinas Ancladas

22

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

a) Malla Protectora b) Cobertura Vegetal

Fig. 4.15

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

2° Rebajar el Ángulo del Talud

Berma de Apoyo

Bloque Inestable

Fig. 4.16: Retaludamiento

23

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

• Impermeabilización Superficial: (suelos)• Drenaje Superficial: (rocas / suelos)• Drenaje del Subsuelo:

– Pozos Drenantes:– Drenes Sub-horizontal:– Galerías Drenantes:

3° Drenar el macizo afectado

antes despues

Fig. 4.17

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

8.- SismicidadAnálisis de Riesgo Sísmico:

• Método Probabilístico (aceleración con probabilidad X% de ser excedida en Y años).

• Método Determinístico.

Resultado del análisis• Características del sismo de diseño (magnitud, distancia)

• Sismo Máximo Creíble (Maximum Credible Earthquake – MCE)

• Sismo para el Diseño (Designs Basis Earthquake – DBE)

24

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Magnitud Mide el tamaño del sismo (energía)Escala Richter (números arabigos: 1…9)

IntensidadPercepción de los efectos y daños por observadores localesEscala Mercalli Modificada (de I a XII)

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 Acelerogramas

• Aceleración pico (amax)

• Período predominante

• Duración del movimiento fuerte

Acelerómetro

25

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Efectos del Sitio y de la Estructura

• Vibraciones Sísmicas– Estimar magnitud del MCE y DBE– Estimar distancia

• Análisis Pseudo-Estático de Estabilidad de Taludes– Estimar aceleración pseudo-estática (especie de promedio)– Si FS no es aceptable, estimar desplazamientos

• Desplazamiento Sísmicamente Inducidos

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Zonificación del Coeficiente Sismico en el Perú (Ruesta et. Al. 1998)

26

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

9.- Influencia del Agua en la Estabilidad

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2 10.- Condiciones de Diseño de

Taludes de Cierre• Factores a considerar

– Factor de seguridad (estabilidad general)– Factor de seguridad (deslizamiento cobertura)– Topografia circundante – Área disponible– Erosión– Infiltración– Manejo de la escorrentía

• Inclinaciones Típicas– Taludes laterales : 2.5:1 a 3.5:1 (H:V) (22° a 16°)– Puede requerirse más echado para presas de relaves– Superficie de embalses de relaves: 5% (considerar asentamientos)

27

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

11.- Principales Configuraciones de los Depósitos de Relaves

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Métodos de Construcción

Secuencia de Crecimiento Aguas Arriba

28

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Métodos de Construcción

Secuencia de Crecimiento Aguas Abajo

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

12.- Estabilidad Física de Presas y TaludesModos Potenciales de Falla

• Rebose• Filtración y Sifoneamiento• Falla de • Falla de Taludes (Estática y Sísmica)• Falla de Cimentación • Erosión• Licuefacción• Falla de Estructuras (tuberías de decantación, etc)

29

MIN

34

4 –

Pla

n d

e C

ierr

e y

Recu

pera

ción

en

Min

as

–2

00

8-2

Principales Modos de Falla