curso de explotaciÓn de canteras

8/3/2019 CURSO DE EXPLOTACIN DE CANTERAS

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CURSO DE EXPLOTACIN DE CANTERAS

TEMA: PARMETROS GEOTCNICOS Y ESTABILIDAD DE TALUDES

CONTENIDO1. Terminologa.2. Propiedades ndice que influyen en la estabilidad de taludes.3. Influencia de las caractersticas estructurales.4. Resistencia al cizallamiento.5. Causas de desestabilizacin de taludes.6. Modos de rotura.7. Clculo de la estabilidad.8. Evidencias de Movimiento.9. Medidas remdiales.

1. TERMINOLOGACANTERA Roca apropiada para la construccin. Enrocados, filtros, obras de contencin Material para fines ornamentales (mrmol, granito, etc.). Se requiere perforacin y voladuraGRAVERAS

Depsitos de grava (material detrtico, > 4 mm). Cementacin las rocas se denomina conglomeradosARENEROS rido usado para el hormign premezclado. Depsitos de arena (material detrtico, < 4 mm). Cementacin las rocas se denomina areniscas

Cantera Graveras Areneros

DESLIZAMIENTO Trmino ms general y ms comnmente usado para describir los movimientos en los taludes a travs de una superficie de

rotura determinada. Se pueden producir en suelos, rocas, rellenos artificiales o combinaciones de los mismos.

TALUD Inclinacin o pendiente de un terreno que queda al excavar.

Deslizamiento Talud


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MACIZO ROCOSO Un medio discontinuo. Bloques de roca intacta + discontinuidades (fracturas, planos de estratificacin, fallas planos de debilidad, etc.).

SUELO Material meteorizado suelto o poco consolidado de origen mineral.ROCA Material natural resistente, consolidado que ha de ser removido mediante voladura.


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PARMETROS GEOTCNICOS

2. PROPIEDADES NDICE QUE INFLUYEN EN LA ESTABILIDAD DE TALUDESPOROSIDAD (N)

Rocas sedimentarias: Factor responsable: poros Puede oscilar entre 0 < n < 90% n disminuye con la profundidad n depende del material cementante.Rocas gneas y metamrficas: Factor responsable: fisuras. Normalmente, n < 1- 2%. n aumenta con la meteorizacin (desgaste) hasta 20% o ms. Menos porosas: gneas extrusivas.n afecta negativamente la propiedades de resistencia.DENSIDAD ( ) Y PESO ESPECFICO ( )

El rango de variabilidad del peso especfico de las rocas es mucho mayor que el de los suelos. Propiedad importante en Ingeniera de Minas:

Est ligado a la tensin vertical v= .z Est relacionado al rendimiento de los equipos de excavacin.


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RESISTENCIA A LA COMPRESIN UNIAXIAL ( C) Parmetro geotcnico ms citado. No es una propiedad intrnseca del material. Pueden realizarse ensayos en laboratorio sobre muestras cilndricas con una relacin h/ > 2, otambin a travs del ensayo de

carga puntual.

INDICE DE RESISTENCIA DE CARGA PUNTUALIs = P/D2

P: carga de roturaD: distancia entre las puntas de los conos Probetas cilndricas de 50 mm, con una longitud al menos de 1,4 veces el dimetro: c= 24 Is(50) No es adecuado para rocas blandas.


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Equipos para ensayo de carga puntual Mquina de compresin uniaxial.

CLASIFICACIN INGENIERIL DE LA ROCA DE ACUERDO A C

CLASIFICACIN DE LOS MACIZOS ROCOSOS PARA SU EXCAVACIN


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RESISTENCIA A LA TRACCIN (ENSAYO BRASILERO)

Muestras con una relacin altura/dimetro igual a 0,5

Tensiones compresivas a lo largo de la muestran producen la rotura del cuerpo de prueba, debido a las tensiones de tr accin. Adaptacin de las mquinas para la realizacin del ensayo de compresin simple.CAPACIDAD DE CARGA PORTANTE DEL TERRENO

Puede llegar a condicionar la seleccin de maquinaria minera tanto de arranque, como de carga y transporte.


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Debe considerarse la direccin y buzamiento de las discontinuidades.

La configuracin estructural del macizo rocoso determina no solo el tamao de los bloques sino tambin la forma.

Datos estructurales de mayor inters en la excavacin: Espaciado. Orientacin. Grado de fracturacin del macizo rocoso.

Produccin de los equipos de arranque y transporte

Los bloques de roca se mueven ms fcilmente en la direccin cinemticamente posible.


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4. RESISTENCIA AL CIZALLAMIENTOCRITERIO DE MOHR - COULOMB

Coulomb (1773): f= c + ntg


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EFECTO DEL AGUA EN LA RESISTENCIA La presin de agua reduce la estabilidad del talud:

Reduce la resistencia al cizallamiento:


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ESTABILIDAD DE TALUDES

5. CAUSAS DE DESESTABILIZACIN Sobreexcavacin de la base del talud.

Excavacin de taludes escarpados.

Condiciones hidrogeolgicas: Lluvia. Presencia de agua subterrnea.

Aumento del peso del terreno. Procesos de meteorizacin. Relleno de fisuras y grietas. Cambios en la composicin mineralgica.

Prcticas inadecuadas de perforacin y voladura. Presencia de planos de debilidad (fracturas, planos de estratificacin, zonas de cizalla, etc).


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6. MODOS DE ROTURA EN TALUDES ROCOSOS

7. CLCULO DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES

FACTOR O COEFICIENTE DE SEGURIDAD (FS)

FACTOR DE SEGURIDAD (FS)

FS < 1 --> InestableFS > 1,1 --> Estable


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ROTURA PLANAR

CONDICIONES: Cuando existe una fracturacin dominante en la roca. Entre terrenos de buenas caractersticas de resistencia, intercalados por otro de menor calidad. Rumbo de la superficie de rotura: 20 con respecto a la frente del talud.

f> p >

Caso a

Caso b


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Donde:

O alternativamente:

Donde


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H: altura del talud.z: altura de la grieta de traccin.zw : altura del agua en la grieta de traccin.c y : parmetros de resistencia del terreno en trminos de tensiones efecti vas.A: rea de la superficie de deslizamiento (supuesta de ancho unidad). p : ngulo que forma el plano de deslizamiento con la horizontal. t : ngulo del talud con la horizontal.U: resultante de las presiones intersticiales que actan en el plano de d eslizamiento.V: resultante de las presiones intersticiales que actan en el plano de deslizamiento.

EJEMPLO 1

DatosH = 30,00 m t = 60 p= 30Z = 15,00 mZw = 7,50 m

c' = 47,88 kPa = 30 = 25,14 kN/m3 w = 9,81 kN/m3


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ROTURA EN CUA


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CONDICIONES: Cuando existen dos discontinuidades dispuestas oblicuamente a la superficie del talud (lnea de interseccin con inclinacin

desfavorable). Comn en macizos rocosos con discontinuidades bien marcadas (fallas, fracturas, etc). t > i >

Donde:H: altura total de la cua.c y : parmetros de resistencia en trminos de tensiones efectivas

: peso especfico de la roca. w : peso especfico del agua.X, Y, A, B: factores adimensionales que representan la geometra de la cua. a, b : buzamientos de los planos A y B. 5 : inclinacin de la recta de interseccin (5) ij : ngulo que forman las rectas de interseccin


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1. Interseccin del plano A con el frente del talud.2. Interseccin del plano B con el frente del talud.3. Interseccin del plano A con la superficie superior del talud.4. Interseccin del plano B con la superficie superior del talud.5. Interseccin de los planos A y B.

EJEMPLO 1


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ROTURA ROTACIONALCONDICIONES: Macizos rocosos altamente fracturados. Suelos y rocas blandas. Taludes formados por roca estril. Macizos rocosos altamente meteorizados y alterados.

MTODOS DE ANLISIS MTODO DEL CRCULO DE ROTURA. MTODO DE DOVELAS :

Mtodos aproximados. Mtodo ordinario o de Fellenius. Mtodo simplificado de Bishop Mtodo simplificado de Janbu.

Mtodos precisos. Mtodo de Morgenstern - Price. Mtodo de Spencer Mtodo de Sarma.

SOLUCIONES BASADAS EN BACOS Taylor Bishop Hoek y Bray.


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MTODO DE DOVELAS

MTODO DE FELLENIUS Primer mtodo de dovelas en ser ampliamente ac eptado. Ignora las fuerzas entre dovelas a fin de convertir el problema en estticamente determinado. Considera el peso (W), y de las presiones intersticiales (u) El ms simple de todos los mtodos de dovelas y a la vez el ms conservador, proporciona el F actor de Seguridad (FS) ms

bajo. Se aplica solo a superficies circulares .MTODO DE FELLENIUSEcuacin gobernante:

ME = MD Momentos estabilizadores son generados por la resistencia al cizallamiento en la superficie de rotura. Momentos desestabilizadores son generados por el peso del terreno incluyendo el peso del agua.


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MTODO SIMPLIFICADO DE BISHOP Se aplica solo a superficies de rotura circulares Mtodo similar al de Fellenius, excepto que considera equilibrio de fuerzas en la direccin vert ical. La solucin es indeterminada, por lo que requiere un proceso iterativo. Los resultados obtenidos del FS tienden a ser ms elevados que en el mtodo de Fellenius. Proporciona resultados similares a los mtodos precisos.


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MTODO SIMPLIFICADO DE JAN BU Se aplica a cualquier superficie de rotura . No cumple el equilibrio de momentos pero si el de fuerzas. Al igual que el mtodo de Bishop, la solucin requiere un proceso iterativo.

c : cohesin en trminos de tensiones efectivas; [kN/m2]

: ngulo de friccin interna; [] : peso especfico del terreno; [kN/m3] w : peso especfico del agua; [9,8 kN/m3]h : altura de la dovela en la parte media, [m]hw : altura del nivel de agua; [m] : ngulo positivo o negativo de la base de la dovela con respecto a la horizontal; [].b : ancho de la dovela; [m].L: longitud de la base de la dovela; [m].W: peso; [kN/m].z : altura del nivel de agua en la grieta de traccin; [m].


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EJEMPLO 1

Datos:Peso especfico: 25,4 kN/m3Cohesin: 140 kPangulo de friccin: 45ngulo del talud (banco): 75

ngulo del talud de coronacin: 45 Altura del banco: 15 mAncho de la berma: 8 m


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CLCULO DEL MNIMO FS

OBSERVACIONES Evitar valores de 0 o muy elevados. El trmino (Wcos - uL) < 0 es inadmisible. Si m < 0,2, usar mtodos con cautela. El mtodo de Bishop proporciona resultados muy prximos a los obtenidos por los mtodos precisos. Solo es aplicable a

superficies de rotura CIRCULARES

ROTURA POR VOLCAMIENTO


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Rotacin de columnas o bloques de roca sobre una base sobre la accin de la gravedad y fuerzas adyacentes. El concepto de FS no es aplicable.

Condicin de deslizamiento: b > Condicin de vuelco: tan b > t/ha. b < No existe deslizamiento.

1. tan b < t/h No existe vuelco.2. tan b > t/h Existe vuelco.

b. b > Existe deslizamiento.1. tan b < t/h No existe vuelco.2. tan b > t/h Existe vuelco.

MEDIDAS REMEDIALES Modificacin de la geometra:

Objetivo: Aumentar la resistencia al cizallamiento del terreno: Disminucin del ngulo del talud. Construccin de bermas. Colocacin de tacones


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8. EVIDENCIAS DE DESESTABILIZACINLa rotura o deslizamiento de un talud no es un evento instantneo, es PROGRESIVO. Roturas de pendiente con acumulacin de material al pie del talud. Bloques de roca cados al pie de taludes y escarpes. Presencia de grietas de traccin Reptaciones de material blando. rboles, arbustos o postes inclinados a favor de la pendiente Cicatrices que evidencien planos de rotura.

9. MEDIDAS REMEDIALES Drenaje:

Objetivo: reducir las presiones de agua. Drenaje superficial (Construccin de zanjas de drenaje en la cresta del talud). Drenaje profundo (Perforacin de barrenos en el frente del talud):

Refuerzo

Tcnicas adecuadas de voladura.

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