tipo de fallas

5/24/2018 Tipo de Fallas

1/15

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTEFACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA DE MINAS

NOMBRE : ROGER LUCANO ALVARADO

TEMA : TIPO DE FALLAS

NOMBRE DEL CURSO : MECANICA DE ROCAS 1

CICLO : VI

PROFESOR : ING. ARTURO LINO ZAPANA

FECHA : CAJAMARCA, ABRIL 2014


2/15

ESTABILIDAD DE TALUDES EN ROCAS Y SUELOS

I. FALLA PLANAR:Es muy raro que se pueda presentar una falla planar en un macizo rocoso, ya que son varias

las condiciones que se necesita para que se cumpla ello.

Este anlisis es beneficioso para demostrar la sensibilidad del talud a los cambios de laresistencia al corte y condiciones de agua subterrnea.

1.1.Condiciones generales de falla:Las siguientes condiciones geomtricas deben ser satisfechas.

a) El plano en el cual debe ocurrir el deslizamiento debe tener un paralelismo de 20con el rumbo del talud.

b) El plano de falla debe mostrar su trazo en el talud.c) El buzamiento del plano de falla debe ser ms grande que el ngulo de friccin de

este plano. p d) Superficie libre que no proveen resistencia al deslizamiento deben estar presente en

la masa rocosa para definir las condiciones laterales de deslizamiento.

En anlisis bidimensionales de taludes es necesario considerar el espesor del

deslizamiento como una unidad.

Unidad

de

UZw


3/15

1.2.Anlisis de falla planar:En este tipo de falla pueden presentarse dos casos:

La transmisin de una u otra ocurre cuando la grieta de traccin coincide con la crestadel talud.

Condiciones Asumidas:

El rumbo de la superficie de lanzamiento y la grieta de traccin son paralelos a lasuperficie del talud.

Las grietas de traccin son verticales y estn llenos o parcialmente llenos deagua.

El agua ingresa a la superficie del deslizamiento a lo largo de la base de la grietade traccin y se esparce desembocando por la traza. La presin que ejerce sevisualiza en el grfico.

La fuerza W (peso del block deslizante), U (fuerza debido a la presin del aguaen la superficie de deslizamiento) y V (fuerza debida a la presin del agua en lagrieta de traccin) todos actuando a travs del centro de masa deslizante. Seasume que no existe momentos.

La resistencia al corte de la superficie de falla se define por c y r que serelaciona a la ecuacin, si es rugosa y curvilneo se utiliza cohesin y traccin

aparente. = c + tan r

Se asume que no hay resistencia al deslizamiento en las superficiesperpendiculares al talud.

Talud con las grietas de tensinen la superficie superior del talud.

Talud con una grieta detensin en la cara del talud.

VU

W

f

p

Zw

Z


4/15

Peso = V *

pero = V = A * l

y como L = 1

y A = rea que se va a deslizar A DBCEEntonces:

ADBCE = AABC - AADE

= Area AXCArea BXCA ADE= Hctg . H - HCtg B. H - Z ctg . Z

2 2 2= [ H2ctg - H2 ctg - Z2ctg ]= ( H2Z2) ctg - H2ctg = H2( 1Z2/H2) ctg - H2 ctg = 1/2 H2 ( 1(Z/H)2) ctg - ctg

W = H2( 1( Z/H)2)ctg - ctg

Peso = V *

H

X

C

U

BA

H - Z

V

E

ZZw

H ctg

Z ctg

H ctg

D

W sen W cos

(H-Z)ctgtan

V

C

H

Z

D

U

B

H-Z

(H-Z)ctg

A

Zw


5/15

pero V = A * l

y como L = 1

y A = rea que se va a deslizar A ABC

Entonces:

AABC = AABD - ACBD= (H - Z) ctg (H -.Z) ctgtan - (H-Z) (H-Z)ctg

2 2= (H-Z)ctg (H-Z)ctgtan - (H-Z)(H-Z)ctg = (H-Z)ctg (H-Z) ctgtan- 1=1/2 (H-Z)2 ctg ( ctgtan-1 ) = H2 (1Z/H)2ctg ( ctgtan-1 )

w =1/2 H2 (1Z/H)2ctg ( ctgtan-1 )

1.3.Clculo del factor de seguridad:Viene a ser la relacin existente entre el total de fuerzas resistentes sobre el total de fuerzas actuales

= t F = CA + (w cosp- U - V sin p) tan= p w sin p + V cos p

AhoraA = (H-Z) csc U = w Zw (H-Z) cscV = w Zw2Remplazando:F = (2C/H)p + Q ctg - R (P + S) tan

Q + R. S. Ctg Dnde: P = ( 1Z/H) cscQ = (1 (Z/H)2 ) Ctg - Ctg ) sin Grieta de traccin en la sup. SuperiorQ = (1Z/H)2cos(cot . tan- 1) Grieta de traccin en la cara del taludR = w . Zw Z

Z HS = Zw . Z sin .

Z H

II. FALLA EN CUA:Este tipo de falla abarca el colapso de taludes en el cual los cuadros estructurales hacen que eldeslizamiento ocurra con un rumbo transversal a la cresta del talud, a lo largo de la lnea deinterseccin de dos planos.La mecnica de falla que abarca el deslizamiento de una cua a lo largo de la lnea deinterseccin de dos familias de discontinuidades se presenta de una manera simple,desafortunadamente, las ecuaciones que se presentan para ilustrar dicha mecnica son de valorprctico limitado a causa de que las variables usados para definir la geometra de la cua noson de fcil medicin en el campo.


6/15

2.1.Principales tipos de ocurrencia:2.1.1. Falla en un solo banco:

Son de ocurrencia frecuente e imposibles de eliminar completamente, se presentan comopequeos deslizamientos de roca que afectan a un solo banco. Usualmente no tienen influenciaen las operaciones de minado.

2.1.2. Falla en varios bancos:La presencia de dos o ms familias de discontinuidades que se interceptan o combinan conestructuras mayores (fallas, plegamientos) representan mucho ms peligro que las fallas en unsolo banco ya que pueden abarcan el movimientos de grandes masas rocosas.

Es de vital importancia incorporar un programa de mapeo sistemtico de los bancos queconforman el talud a fin de determinar las principales estructuras que pueden ocasionar eldeslizamiento.

2.1.3. Anlisis de estabilidad de cuas:2.1.3.1.Resistencia al corte:Este ensayo se realiza en laboratorio a partir de rocas que contengan muestras representativas de

los planos de deslizamiento. Consiste en aplicar una carga normal n y otra tangencial a lamuestra rocosa hasta que se produzca el deslizamiento, momento en el cual se registra el valor

de . Dicho ensayo se realiza varias veces para distintos valores de n.

Seguidamente, haciendo uso de la ecuacin de MohrCoulomb y la tcnica de regresin lineal,

obtenemos los valores de Cohesin C y el ngulo de friccin residual r.

= C + ntan r

Dnde:

= Esfuerzo de corte a lo largo del plano de deslizamiento.

n = Esfuerzo normal a lo largo del plano de deslizamiento.C = Cohesin.

r = Friccin residual.

Deslizamiento de cuas:

Upper slope

Cara de

Plano B

Plano A

1

2

3

4

5


7/15

Se debe hacer notar que el upper slope surface en este anlisis puede ser inclinado con respecto a lacara del talud. La altura total del talud, es la diferencia vertical entre los extremos ms alto y msbajo de la lnea de interseccin a lo largo del cual se asume que podra ocurrir el deslizamiento.

La distribucin del agua se asume, para este anlisis, que est basado en la hiptesis de que la cuaes impermeable y que el agua ingresa por la parte superior de la cua (lneas 3 y 4 ) y sale por ( 1 y2 ). La mxima presin ocurre a lo largo de la lnea de interseccin (5) y que la presin debera sercero en 1, 2, 3 y 4 . Este cuadro de anlisis es considerado como de extremas condiciones.

La numeracin de lneas de interseccin de los varios planos que intervienen en este problemaes:

1. Interseccin plano A con cara del talud.2. Interseccin plano B con cara del talud.3. Interseccin plano A con upper slope surface.4. Interseccin plano B con upper slope surface.5. Interseccin plano A y B.

Se asume que el deslizamiento de la cua siempre toma lugar a lo largo de la lnea deinterseccin 5.

El factor de seguridad de este talud se deriva desde el detallado anlisis que se presenta en laparte III del Apndice I del libro Rock Slope Engineering (Hoek & Bray).

Dnde: CAy CB = Cohesin de los planos A y B.A y B = ngulos de friccin de los planos A y = Peso especfico de la roca.w = Peso especfico del aguaH = Altura total de la cuaX,Y,A,,y,B = Factores dimensionales que dependen de la geometra de la

cua.

Bw

Aw

BA TanYBTanXAYCXCH

FS

)

2()

2()(

3

Distribucin de la

presin de agua

H

H/2


8/15

Dnde:

b y b = Buzamiento de los planos A y B.

5 = Buzamientos de la lnea de interseccin 5.

Los ngulos requeridos para la solucin de estas ecuaciones pueden ser medidos de las

proyecciones estereogrficas de los datos que definen la geometra de la cua y el talud.Otros factores de inters:

El Dr. E. Hoek del Royal School of Mines de Londres realiz estudios para varias empresas con elfin de determinar la mxima profundidad a la cual un talud se mantendra estable.

Para esta determinacin asumi la existencia de taludes drenados que fallan a lo largo de un plano.Las ecuaciones que propuso son las siguientes:

Dnde:

= Peso unitario del material rocosoH = Altura del talud.C = Cohesin. = Angulo del talud. = Angulo de friccin residual.I = Angulo del plano potencial de falla.

III. FALLA CIRCULAR:

Este tipo de falla abarca el colapso de taludes en el cual los cuadros estructurales hacen que eldeslizamiento ocurra con un rumbo transversal a la cresta del talud, a lo largo de la lnea deinterseccin de dos planos.Este tipo de falla se presenta en taludes de material suave suelo o roca muy fracturada, enestos materiales la falla ocurre a lo largo de una superficie en forma circular.

nasin

sinX

245

24

cos

nbsin

sinY

135

13

cos

nanb

nbnaba

sinsin

A

25

.

*

cos*coscos

nanb

nanbab

sinsin

B

25*

cos*coscos

)cos(1cossen4

C

H

)sen()sen(cossen2

IIC

H


9/15

Existen dos tipos de anlisis de estabilidad de taludes con probables fallas circulares:

a) Nomogramasb) Anlisis cuantitativos.

El primero de ellos se utiliza para verificar rpidamente el factor de seguridad, mientras que elsegundo es un anlisis mucho ms elaborado.

Los nomogramas se utilizan, solamente, para el anlisis de falla circular en materiales donde laspropiedades no varan a travs del suelo o material fracturado. El anlisis cualitativo se utilizacuando las propiedades del material varan en el talud o donde parte de la superficie dedeslizamiento se efecta en el contacto suelo- roca donde la supuesta forma de falla difiereampliamente de la circular.

4.3.1 Mtodos de anlisis:

* Numricos Elementos

Elementos de periferie

* Equilibrio NomogramasLmite Cuantitativo

3.1.Condiciones para la presencia de una falla circular:Una falla circular se presenta cuando las partculas de un suelo o masa rocosa son muypequeas comparados con el tamao del talud y cuando estas partculas no son trabadas(es decir que dado su forma no son susceptibles de lograr cohesin). De aqu se desprendeque un macizo rocoso muy fisurado, como es el caso de una cancha de desmonte, tiende acomportarse como un suelo y podra fallar en modo circular. Adicionalmente, se debe

tener en cuenta que las canchas de relave deben ser analizadas como suelos.

Rocas muy alteradas y con flujo de agua, tambin se comportan como suelos. Finalmenteel Overburden de las minas a tajo abierto, generalmente son suelos.

3.2.Anlisis de falla circular:3.2.1. Mtodo de los nomogramas:

Se asume lo siguiente:

Que el material de talud es homogneo. Que el criterio de falla es el de Mohr - Coulomb = C + Tan Que la falla ocurre en una superficie circular. Que el factor de seguridad es constante en toda la falla La existencia de una grieta de tensin cuya ubicacin es la ms desfavorable para

las condiciones de geometra y flujo de agua.


10/15

Factor de seguridad.Resistencia al corte en el deslizamiento.

Esfuerzo de corte movilizado en lo superficie de falla

Dnde:

c = cohesin = esfuerzo normal del terreno del terreno = ngulo de friccin interna efectivamb= Esfuerzo de corte movilizado en lo superficie de falla

Modo de empleo de los nomogramas:

Seleccione el grfico adecuado de acuerdo a la geometra del talud y de las condiciones

hidrogeolgicas.Calcule el valor de:

Dnde:

= peso especfico del terreno

H = altura del talud

Encuentre este valor en la escala circular de los grficos.

Siga la lnea radial desde el valor hallado en el paso anterior hasta interceptar la curva del ngulo detalud en estudio.Calcule el valor de:

Mtodo cuantitativo:

El mtodo inicial de anlisis se conoce como el convencional o el de la rebanadasueca, tiene su fundamento en la siguiente expresin:

F =

mb

tanc

F

Htan

C

F

tan Htan

C

})cos({sen

1

tanulwcl

WF


11/15

Dnde:F = factor de seguridadW = peso de la rebanada = ngulo medido en el punto tangente de la superficie de falla

(rebanada) entre la vertical y una perpendicular a dicho punto.c = cohesinu = presin de poro de agua = ngulo de friccin interna efectival = b sec

Del estudio detallado de la expresin anterior, se precisa que es errnea parasuperficies circulares profundas.

Esta imprecisin fue tomado en cuenta por Bishop (1955)quien a partir del mtodoconvencional desarrolla la siguiente ecuacin de anlisis.


(rebanada) entre la vertical y una perpendicular a dicho punto.c = cohesinb = espesor de la rebanada

u = presin de poro de agua = ngulo de friccin interna efectiva

Xi e Xi+1 = esfuerzos de corte por rebanadaEsta ecuacin se conoce con el nombre de Mtodo Riguroso de Bishop y su solucin se logramediante aproximaciones sucesivas; lo cual conlleva al empleo de bastante tiempo por lo quegeneralmente se usa con el propsito de investigacin.

Bishop encontr que el factor de seguridad F depende muy levemente de los valores de X yrecomend que en la prctica se puede considerar que ( X iXi+1) estn cerca de cero, reducindose

Vlido

No vlido

F

tantantanXXubWcb

WF ii

1

sec

)(*sen

11


12/15

la ecuacin a :


(rebanada) entre la vertical y una perpendicular a dicho punto.c = cohesinb = espesor de la rebanadau = presin de poro de agua = ngulo de friccin interna efectiva

La ltima ecuacin se conoce como el mtodo simplificado de Bishop el cual esampliamente usado.

La ubicacin del crculo crtico de falla es el punto de inicio de cualquier anlisis de estabilidad detaludes que implique una falla circular. Esta se ve levemente influenciado por la posicin de la napa

fretica y se halla a partir de nomogramas.

F

tantan

tanubWcb

W

F

1

sec)(*

sen

1

b

Pi

w

S

h

+ -

Xi+1

Ei+1Ei

Xi

hw


13/15

IV. FALLA AL VOLTEOConsiderando un bloque de roca que descansa sobre un plano inclinado, tal como es

mostrado en la figura 15.d, en este caso, las dimensiones del bloque son definidas por la

altura h y la base de longitud b, se asume que la fuerza resistente del movimiento hacia

abajo del bloque es debido solamente a la friccin, es decir c=0.

Cuando el vector que representa el peso del bloque cae fuera de la base, el

deslizamiento del bloque ocurre si la inclinacin del plano es mayor que el ngulo de

friccin. Sin embargo, cuando el bloque es alto y delgado (h > b) el vector del peso

puede caer fuera de la base b y, cuando esto ocurre, el bloque volcara, es decir, rotara

alrededor de su borde de contacto ms bajo.Las condiciones para el deslizamiento y/o volcamiento para este bloque simple es

definida en la figura. Las cuatro regiones de este diagrama son definidas de la siguiente

manera:

Regin 1: a tan a El bloque es estable, no se deslizar ni volcar

Regin 2: a > y b/h > tan a El bloque deslizar, pero no tendr volcamiento

Regin 3: a < y b/h < tan a El bloque se volcar, pero no tendr

deslizamiento

Regin 4: a > y b/h > tan a El bloque puede deslizar y volcarse

simultneamente.

b

H

y Grietade

Centro

del


14/15

Bloque de roca sobre plano inclinado

Condiciones para el deslizamiento y volcamiento

de un bloque sobre un plano inclinado

Las roturas por volcamiento se pueden reproducir fcilmente mediante modelos fsicos; puesto queeste tipo de roturas es bsicamente bidimensional, el modelo en dos dimensiones es suficiente.


15/15

El anlisis de equilibrio lmite de un volcamiento con base escalonada, consiste en tanteardiversos valores de (tg ) hasta conseguir una situacin de equilibrio, comparar este valor (requerido) con el valor real ( posible). El coeficiente de seguridad vendra definido por:

Naturalmente la situacin de equilibrio puede ser sin fuerzas externas, o con la introduccinde fuerzas (por ejemplo de anclajes) en la parte baja del corte.

El anlisis presentado puede ser aplicado solamente a muy pocos casos de falla porvolcamiento y por lo tanto es evidente que no es una herramienta de diseo de taludes en roca de laactualidad.

tipo de fallas

Documents