Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann

Facultad de Ingeniera de MinasEV A LUA C I N DE LA ESTA BILIDA D DE TA LUDES EN LA M INA LO URDESTacna Per

CON TEN I DO1.0. IntroduccinDescripcin y antecedentes del ProblemaFundamentos TericosHiptesisObjetivosJustificacin del ProblemaMarco TericoImportancia de las discontinuidades.Tipos de rotura considerados2. 3.2.3.12.3.2Principios bsicos en el diseo de taludes Anlisis estructural de la zona a estudiar. Clasificacin de Bienamski:2.3.3.Informacin Lito-estructural Geotecnia de la zona.2.3.5. Caracterizacin del macizo rocoso. Anlisis de rocasPropiedades fsicas Propiedades mecnicas. Aspectos hidrogeolgicos. Aspectos de sismicidad.Esquema terico de estabilidad de taludesConsideraciones generales en el diseo de taludes en rocaMETODOLOGIAEstudio de campo3.2 Evaluacin de las roturas potencialesTest Cinemtica o de MARKLAND.Clasificacin geomecnica S.M.R. para taludes en roca.Determinacin de la resistencia al corte de las discontinuidadesAplicacin de los mtodos de anlisis de estabilidad4.0.RESULTADOSDescripcin del rea Del ProyectoUbicacin y Acceso de la Unidad ProductivaMedio Ambiente Fsico4.1.2.1 Topografa y Fisiografa4.1.2.2. Cortes Longitudinales y TransversalesGeologiaGeologia RegionalGeologia LocalGeologa EstructuralMineraloga y Paragnesis4.1.4. Sismicidad y Clasificacin Ssmica

4.1.5. Clima y Meteorologa4.2. Sistema de Explotacin4.3 Minado Superficial4.4. Mapeo GeotcnicoClasificacin de la RocaAplicacin del ALGORITMO DEL EQULIBRIO LIMITE4.7. Discusin De Los Resultados CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCIONDescripcin y antecedentes del ProblemaLa mina LOURDES, explota recursos no metlicos por el mtodo de Canteras a Cielo Abierto, ocasionando grandes modificacionesal perfil original del terreno, con el fin de mejorar la explotaciones debe implementar un mtodo de minadosuperficial por bancos que permita un mejor control de la estabilidad del terreno. Esto implica la necesidad de establecerlos parmetros geomecnicos y establecer los dominiosgeotcnicos del rea de la explotacin que permitan un diseo seguro de bancos y taludes en roca y en los botaderos de desmonte.La UNJBG, cuenta con algunos equipos que permiten establecer la magnitud de estos parmetros en su Laboratorio de Mecnica de Rocas, por lo que es factible alcanzar los objetivos del Proyecto de Investigacin.Fundamentos TericosEste trabajo se enfoca principalmente a taludes en rocas, tanto blandas como duras (aunque mantener este enfoque puede ser difcil en algunos materiales, en los cuales la distincin entre suelo y roca es imprecisa, particularmente cerca de la superficie). El ingeniero geotecnista tiene un inters permanente en los taludes en suelos o rocas, ya sea como parte del medio ambiente natural en el cual trabaja, o como un elemento esencial de una obra por construirse, encima o incluso por debajo del nivel del terreno.

Es importante sealar que un talud en rocas en la superficie y una excavacin en el subsuelo, son dos ambientes claramente distintos, siendo el talud en la superficie generalmente menos seguro. Aunque una persona puede sentirse ms expuesta al peligro trabajando en el subsuelo, debido a los peligros que implican el trabajar en un ambiente cerrado, las excavaciones en

la superficie tienden a ser menos estables debido a que se tienen esfuerzos bajos, materiales con grados de intemperismo ms elevados y a la accin del agua.

Generalmente, una excavacin abierta incluye rocas intemperizadas, cuyas resistencias son mucho menores que la de la roca intacta. Algunas rocas blandas continuarn degradndose debido a alteraciones durante la construccin y posteriormente debido a la accin del agua y del clima, particularmente en regiones con climas clidos y hmedos. No obstante que las vetas de agua pueden ser interceptadas tanto en la superficie como en el subsuelo, los materiales en la superficie pueden permitir un mayor flujo de agua debido a su mayor porosidad y grado de fracturamiento, a pesar de la menor carga de agua; adems, las aguas superficiales forman parte de los problemas que pueden ser causados por las aguas subterrneas. Tanto en la superficie como en el subsuelo, las presiones hidrulicas en discontinuidades y las presiones de poro en rocas fisuradas, estratos de rocas sedimentarias blandas o en el material poroso de relleno de las fallas (el cual se comporta como suelo) pueden con toda seguridad desestabilizar un macizo rocoso. Durante tormentas, las excavaciones en la superficie tambin tendrn que enfrentarse a problemas debidos a la prdida de presin capilar o al ablandamiento de materiales arcillosos que inicialmente se encuentran en un estado no-saturado o disecado. Similarmente, la erosin, tanto interna como externa, de materiales limosos derivados de la meteorizacin, tpicos en suelos residuales, pueden llevar a una rpida destruccin del talud.

Los taludes artificiales en roca son el producto de excavaciones realizadas para abrir espacio para rutas de transporte, edificios, centrales elctricas, presas y portales de tneles. Son taludes "permanentes" en los cuales es necesario prevenir, o al menos controlar los movimientos de roca. Sin embargo, incluso taludes de roca "temporales", como son los usados en canteras y en operaciones de construccin, pueden tener porciones que requieren la prevencin de fallamientos o deslizamientos por un largo periodo. Adems, algunos taludes diseados solo para uso temporal terminan cobrando vida propia como parte integral del paisaje, colindantes con desarrollos de viviendas o complejos industriales.

Debido a que una excavacin no debe poner en riesgo la seguridad de instalaciones adyacentes durante un cierto periodo, el ingeniero tiene que estar capacitado para interpretar seales indicadoras de un problema inminente. Algunas de estas seales dependen de la forma de fallamiento que puede experimentar el material del talud. Afortunadamente, la gran mayora de los problemas con la estabilidad de taludes se manifiestan durante el periodo de construccin y permiten su rectificacin con medidas apropiadas, en especial si el modo de falla es identificado correctamente. Sin embargo, despus de cierto tiempo se desarrollan otros movimientos, en el que etapas sucesivas dentro de una progresin de eventos, mueven el talud, lenta y ocultamente, hacia el peligro o eventualmente hacia una ruptura total.

Hiptesis

El anlisis de la estabilidad de taludes permite establecer los parmetros para los diseos ms seguros y para elegir las tcnicas de mitigacin ms econmicas y factibles.ObjetivosRealizar las evaluaciones de campo, de laboratorio y de gabinete para determinar los parmetros geomecnicos de las estructuras presentes en el rea de la explotacin de la mina Lourdes.Aplicar las metodologas disponibles para determinar los factores de seguridad del diseo de bancos y taludes ptimo.Proponer las medidas de mitigacin de eventuales problemas de estabilidad en las canteras de la mina Lourdes.Realizar el anlisis de sensibilidad de los diversos parmetrosconsiderados.Justificacin del ProblemaEn Tacna, existen ms de 10 empresas de la minera artesanal productoras del recurso no metlico SILICA ROCA, constituido principalmente por cuarcitas y areniscas con alto contenido de dixido de silicio, dicho recurso es material complementarioesencial para la fusin Fundicin de Ilo (SPCC). La mayora de dichas formalmente, es decir,de los concentrados de cobre en laempresasnohanestadooperando cumpliendo con toda la normatividadvigente; ante esta situacin por iniciativa de las organizaciones de la pequea minera y de la minera artesanal se ha producido una iniciativa parlamentaria que ha conducido a la promulgacin de la Ley N 27651 LEY DE FORMALIZACION Y PROMOCION DE

LA PEQUEA MINERIA Y LA MINERIA ARTESANAL, QUE EN SUArt. 18 obliga a la presentacin de su respectivo Programa de Adecuacin y Manejo Ambiental (PAMA), cuyo contenido se detalla en el Art. 58 del Reglamento de la referida Ley, donde adems se exige la identificacin y el tratamiento de la Estabilidad de Taludes, entre otros items.Una revisin sucinta de los PAMAs, nos permite apreciar que los consultores involucrados en su elaboracin no han cumplido con realizar los estudios exigidos por el Reglamento correspondiente. Por lo que, el establecimiento de una metodologa de evaluacin por parte de la UNJBG en el caso de la mina LOURDES, posibilitar ofrecer los servicios correspondientes a fin de superar esta carencia a nivel global de la minera departamental.

2 .0 MARCO TERI CO2 .1 . I m port ancia de las discont inuidades.

Nosotros tendemos a pensar en la mecnica de rocas como una disciplina de la ingeniera moderna y cuando, ya en 1773, Culomb incluy resultados de pruebas en las rocas de Burdeos en un informe ledo ante la Academia Francesa en Pars (Culomb (1776), Heyman (1972)). Los ingenieros franceses empezaron la construccin del Canal de Panam en 1884 y esta tarea fue retomada por el Cuerpo Ingenieros del ejrcito americano en 1908. En el medio siglo entre 1910 y 1964, se registraron 60 deslizamientos en los cortes a lo largo del canal y, aunque estos deslizamientos no se analizaron en las condiciones de mecnica de rocas, el reciente trabajo por el Cuerpo Americano de Ingenieros (Lutton et al (1979)) muestras que estos deslizamientos eran predominantemente controlados por las discontinuidades estructurales y esos conceptos modernos de la mecnica de rocas es totalmente aplicable al anlisis de estos derrumbes. Discutiendo los deslizamientos del Canal de PanamensuDireccinPresidencialdelaprimeraconferenciainternacional de Mecnica de Suelos e Ingeniera de Cimentaciones en 1936, Karl Terzaghi (Terzaghi (1936), Terzaghi y Voight (1979)) dijo 'El descenso catastrfico de los taludes de los cortes ms profundos del Canal de Panam han emiti una advertencia que nosotros estbamos sobrepasando los lmites de nuestra habilidad de predecir las consecuencias de nuestras acciones.... '.

En 1920 Josef Stini empez la enseanza de la 'Geologa Tcnica' en la Universidad Tcnica de Viena y antes de que l se muriera

en 1958 haba publicado 333 informes y libros (Mller (1979)). l fund el peridico Geologie und Bauwesen, el precursor del peridico actual Rock Mechanics, y probablemente fue el primero en dar nfasis a la importancia de las discontinuidades estructurales en la ingeniera del comportamiento de las masas de roca.

Otros cientficos notables e ingenieros de una variedad de disciplinas hicieron algn trabajo interesante sobre el comportamiento de las rocas durante la parte temprana de este siglo. von Karman (1911), King (1912), Griggs (1936), Ide (1936), y Terzaghi (1945) todos trabajaron sobre el derrumbe de materiales de roca. En 1921 Griffith propuso su teora del derrumbe de material quebradizo y, en 1931 Bucky empez usando una centrfuga para estudiar el derrumbe de un modelo de mina bajo la carga de gravedad simulada.

Los tempranos 1960s fueron muy importantes en el desarrollo general de la mecnica de rocas mundial porque varios derrumbes catastrficos ocurrieron qu claramente demostraron que, en la roca as como en el suelo, 'nosotros estbamos sobrepasando los lmites de nuestra habilidad de predecir las consecuencias de nuestras acciones (Terzaghi y Voight (1979)).

Stini fue uno de los pioneros de la mecnica de rocas en Europa y l acentu la importancia de las discontinuidades estructurales controlando el comportamiento de las masas de roca (Mller (1979)). Stini estuvo implicado en una amplia gama de trabajos de ingeniera civil subsuperficiales y no es sorprendente que su nfasis estuviera en el papel de las discontinuidades dado que ste era obviamente el problema dominante en todo su trabajo. Igualmente, el libro del texto de Talobre (1957), reflejando el enfoque francs para la mecnica de rocas, reconocido el papel de estructura en una magnitud mayor que lo hicieron los textos de Jaeger y Cook, Coates y Obert y Duvall.

El anlisis completo de estabilidad de un talud de roca depende en un estudio detallado de las orientaciones y caractersticas de las discontinuidades dentro de la masa de roca. Una discontinuidad se define como un plano de debilidad estructural o superficie a lo largo de la cual el movimiento de la masa rocosa podra tomar lugar.

Los tipos de discontinuidades de roca normalmente encontrados incluyen las fracturas, junturas, fallas, zonas de corte, planos de estratificacin, y foliaciones. Cada discontinuidad tiene caractersticas tal como longitud, orientacin, el espaciamiento, rugosidad de la superficie, propiedades fsicas de la roca adyacente, material de relleno y condiciones de agua que se relacionan directamente a la probabilidad de falla a lo largo de esa discontinuidad.

2 .2 . Tipos de rot ura considerados

En una masa rocosa expuesta, ciertas caractersticas observables alertan sobre la inminencia de riesgo, mientras que otras son evidencias de un peligro ya existente. La Figura 1 muestra algunas de estas caractersticas. Dondequiera que se pueda ver una superficie expuesta a lo largo de una falla, de un plano de estratificacin, de una diaclasa o de cualquier otra discontinuidad como en (a) de la Figura 1A, permiten asumir que lo que una vez cubri esta superficie ya fue removido. Esta simple observacin identifica el rasgo estructural principal como una superficie comprobada de deslizamiento o desprendimiento. Los bloques removidos de esta superficie, probablemente fueron debido a la erosin, de un deslizamiento o por rotacin y los agentes que causaron este movimiento pueden haber desaparecido; sin embargo, el detalle siempre amerita una inspeccin. De la misma forma, las discontinuidades escalonadas como en (b) de la Figura 1B, sugieren que las columnas que sobreyacan, pudieron fallar por volteo en el pasado, posiblemente durante la etapa de construccin, por lo tanto, se identifica una tendencia al volteo si las condiciones geomtricas se llegan a repetir.

Es posible identificar varios tipos de grietas de tensin en taludes. El movimiento de un bloque a lo largo de una superficie de corte nueva o pre-existente, como en la Figura 1C, puede abrir una o ms grietas lineales o arqueadas como en (c). En granito con fracturamiento en capas o en formaciones de areniscas masivas, donde los llamados "arcos" se forman a medida que las capas descienden, nuevas grietas por tensin en arco preceden el rompimiento de una laja, como en (d) de la Figura 1D. En ambos casos, la formacin de las grietas por tensin implican que la fuerza resistente, previamente sostenida por esfuerzos de tensin, se ha perdido y ha sido reemplazada por una mayor resistencia al corte en las superficies de deslizamiento. En modelos de friccin es posible observar el

deslizamiento y las deformaciones internas adicionales, que ocurren simultneamente junto con la formacin de grietas por tensin.

En masas rocosas que presentan mecanismo de volteo las velocidades de volteo distintas entre dos capas adyacentes abren grietas en V amplias y profundas, como en (f) de la Figura 1E. De la misma manera, el movimiento incipiente de un bloque deslizante limitado por discontinuidades, abrir estas estructuras que servirn como superficies de desprendimiento, como en (k) de la Figura 1H; en este caso, la abertura de las discontinuidades reemplaza a la formacin de nuevas grietas de tensin, que ocurren en los deslizamientos sin fracturas, pero los resultados difieren debido a que la abertura de estructuras no causa un incremento automtico en los esfuerzos cortantes en la superficie de deslizamiento, debido a que las fracturas de desprendimiento nunca soportaron esfuerzos de tensin.

Los diferentes tipos de fallamiento de taludes en suelo o en rocas dejan huellas caractersticas. Por ejemplo, una falla por volteo, como en la Figura 1E, produce no solamente las aberturas profundas entre capas (f) como fue previamente indicado, sino que tambin expone hacia la parte superior del talud la cresta de las capas de deslizamiento (e). Estos escarpes fueron denominados "escarpes obsecuentes" por Goodman y Bray (1976). Las fallas por volteo tambin producen una zona de roca quebrada al pie del talud, as como en los taludes detrticos, como se muestra en (g) de la Figura 1E. Los deslizamientos clsicos por hundimiento (slump), con rotacin inversa, producen notables escarpes en la cresta como en (h) y una zona de corrimiento o sobrecorrimiento en el pie del talud, como en (i) de la Figura 1F. Los movimientos de bloques individuales, delimitados por discontinuidades, dejan en los taludes en roca expresiones de cavidades de estos bloques, como en (j) de la Figura 1G, las cuales han sido denominadas moldes por Hatzor y Goodman (1995). Estos ltimos identifican combinaciones de superficies de discontinuidad que se intersectan en un punto en el espacio dentro de la masa rocosa y delimitan un bloque "removible". Si estos bloques se desplazaron bajo la accin de las mismas fuerzas naturales que an actan en el talud, los "moldes" identifican los "bloques clave"; debido a que existen varios sistemas de discontinuidades que pueden intersectarse y formar bloques importantes. La identificacin de los "malos de la pelcula" es una parte relevante de la informacin geotcnica.

La Tabla 1 lista las formas de fallamiento tpicas en taludes rocosos. Los cinco primeros se desarrollan mejor en rocas blandas, que se comportan como suelos; el sexto ocurre en rocas blandas o duras y los restantes diez modos de falla son ms frecuentes en rocas duras. Ejemplos de materiales tpicos en los cuales tambin son observados estos modos de falla, se indican en la Tabla 1. Los contenidos de esta tabla sern presentados en detalle en los siguientes prrafos.Tabla 1 Modos t picos de fallam ient o en taludes de rocas

MODO DE FALLAROCAS TPICASHundimiento (cortantecon rotacin inversa)Arcillas-lutitasblandasointemperizadas; rellenos de falla; tobas blandas.Erosin/TubificacinSuelos residuales limosos, especialmente granito desintegrado, rellenos limosos de falla, areniscas no cementadas, sedimentos piroclsticos sin arcilla, no cementados.DesprendimientoBrechas y conglomerados pobremente cementados, rocas duras densamente fracturadas.Deslizamiento sobre "fracturamientoen capas" preexistentes o de nueva formacin"Fracturamiento en capas" preexistentes en granitos y areniscas, fracturas en capas nuevas, en rocas duras intemperizadas sobre taludes muy inclinados, areniscas masivas frgiles y piroclsticos.Rocatrituradao desintegradaLas rocas suaves forman puenteo de roca que impide el movimiento de bloques; las rocas rgidas originan el fallamiento por capacidad de carga de rocas suaves o suelos subyacentes, i. e. Tobas pobremente soldadas sobre tobas suaves alteradas.

Deslizamiento de un bloque o mltiples bloques sobre un planoRocas duras o suaves con discontinuidades bien definidas, ejemplos: rocas sedimentarias estratificadas, rocas volcnicas de flujo, granito fracturado en bloques, an si estn alterados y rocas metamrficas foliadas.Deslizamiento de un bloque o mltiples bloques a travs de una lnea de interseccinRocas en bloques, con dos sistemas continuos de fracturamiento, como las rocas sedimentarias con fracturamiento ortogonal, rocas falladas, granitos fracturados en bloques y especialmente rocas metamrficas foliadas.Hundimientoo asentamiento de un bloque o mltiples bloques (rotacin inversa sobre una esquina o arista del bloque).Rocas duras con fracturas persistentes paralelas, buzando hacia el espacio libre, con mayor inclinacin que el ngulo del talud y al menos una fractura plana aflora en el corte. Se desarrolla principalmente en pizarras, filitas y esquistos.Volteo de un bloque o mltiples bloques (rotacinhacia adelante sobre un borde o arista)Rocas duras con fracturas paralelas buzando hacia el macizo rocoso, con o sin fracturamiento ortogonal. Se desarrolla mejor en pizarras, filitas, esquistos y en rocas sedimentarias estratificadas con buzamiento fuerte; tambin en granitos fracturados en bloques.Colapsode columnasRocas sedimentarias dbiles, de estratificacin delgada con buzamiento paralelo al talud, sin fracturamiento ortogonal. Se presenta tpicamenteenlutitas/areniscas, lutitas/pedernal, horizontes de carbn y pizarras, filitas o esquistos.Deslizamientopor volteo al pieRocas tpicas al volteo, al pie de un derrumbe o deslizamiento en bloque, particularmente cuando el pie del deslizamiento es una falla.DeslizamientoporRocas tpicas al volteo que subyacen a un

Fuente: Goodman, Richard E. 1998. El Comportamiento de la Roca en Taludes. CUADERNOS FICA. MEXICO.

Si un talud de roca es grande y contiene una variedad de estructuras y tipos de roca, no debe esperarse que una sola forma de fallamiento cubra todos los sectores. Por el contrario, en una masa rocosa en deslizamiento sera razonable encontrar ms de uno de los mecanismos de falla simple, actuando simultneamente; una parte puede estar deslizndose, otra volcndose, otra experimentando erosin e incluso otra sufriendo fracturamiento y destruccin de lo que previamente era una masa de roca continua. Algunos de los principios que gobiernan este comportamiento complejo son los siguientes.

volteo en la basedeslizamiento o deslizamiento de bloque, particularmente donde la base del deslizamiento es una superficie de falla.Deslizamientopor ruptura en la baseRocas dbiles que se pueden romper bajo un esfuerzo cortante paralelo a la superficie del deslizamiento, donde la superficie aflora en una ladera pronunciada o tajo.Torsin o rotacin de bloquesMacizo rocoso en bloques donde el deslizamiento sobre una superficie potencial de deslizamiento, es impedido por la rugosidad y el puenteo de las fracturas, formando una "bisagra".Rotacinde bloques a travs de una esquinaMacizo rocoso en bloques que puede deslizar a lo largo de una lnea de interseccin, pero son impedidos de hacerlo por la rugosidad y puenteo de las fracturas en donde la esquina aflora.Estallido de rocasMovimientos dinmicos violentos y nuevas fracturas debido a esfuerzos insitu; se presenta ocasionalmente en canteras de rocas metamrficas y granticas sin uso de explosivos.

Los bloques aislados se forman por la interseccin de discontinuidades pre-existentes y la superficie de la excavacin.

Los bloques orientados desfavorablemente se mueven primero, dejando en su lugar un nuevo espacio hacia el cual los bloques adyacentes pueden moverse; los primeros fueron denominados "bloques clave" por Goodman y Shi (1985).

El deslizamiento a lo largo de una cara o de un borde de bloque de roca que est orientado desfavorablemente, ocurrir si se cumplen las condiciones cinemticas. La condicin ms importante es que el bloque sea "removible" en el espacio excavado, implicando que la direccin de movimiento incipiente aflora o tiene salida hacia la excavacin.

Si se impide el movimiento por deslizamiento, se favorece al mismo tiempo el movimiento por rotacin. Por lo tanto, cuando las posibilidades de deslizamiento son impedidas, debido a que los planos de deslizamiento no afloran hacia la excavacin, pueden ocurrir mecanismos por volteo, pandeo (buckling), hundimiento de bloque (block slumping) y fallamiento por torsin o torsional failure.

Los bloques incompletos que no estn totalmente cortados por el sistema de discontinuidades (implicando que no estn completamente "aislados"), podran fallar cuando la formacin de nuevas fracturas en la roca los termine de aislar.Estos principios cubren la mayor parte de los modos de falla dela Tabla 1, la cual examinaremos metdicamente de abajo hacia arriba.

El hundimiento (slumping) es la clsica falla por corte con rotacin inversa, mejor desarrollada en suelos arcillosos. Solo algunos tipos de masas de roca son suficientemente blandos como para desarrollar un verdadero hundimiento, la mayora

carecen de estructuras o estratos blandos. Los tipos de roca que generan este tipo de fallamiento son ricas en arcilla, ablandadas por relajamiento y por la accin del agua, como por ejemplo esquistos arcillosos ricos en esmectita y rocas tobaceas meteorizadas o alteradas. Las fallas por hundimiento tambin pueden ocurrir en rocas altamente fisuradas, que contienen tantas discontinuidades que pueden considerarse efectivamente homogneas, como por ejemplo las que se encuentran en zonas adyacentes a fallas tectnicas, en sedimentos Terciarios y en formaciones rocosas que contienen carbn. En la mayora de las dems rocas, las fracturas se originan por tensin, ms que por ruptura al corte, de manera que es raro encontrar la clsica superficie de falla circular.

La Figura 2A muestra un estilo de falla por hundimiento que se encuentra en formaciones rocosas, en las cuales el material que se desliza es levantado por presiones de agua de un acufero subyacente, cuyo drenaje hacia el fondo del valle ha sido impedido. La causa principal de este deslizamiento son las altas presiones de poro en la formacin que se desliza, la cual acta como un acuicludo. La Figura 2B muestra un caso similar en el cual las altas presiones de poro son causadas por una capa impermeable en la base del talud, que impide el flujo de las aguas subterrneas. Siguiendo con el mismo concepto, Terzaghi advirti repetidamente acerca del efecto desestabilizador de las presiones de poro que se producen cuando los estratos sedimentarios impiden el flujo de agua subterrnea a travs de fracturas con alta permeabilidad.

La erosin puede degradar seriamente un talud en rocas, ya sea por flujo concentrado de aguas superficiales, o debido a erosin interna o tubificacin, particularmente en sedimentos limosos poco cementados, en granito altamente meteorizado y en "tucurugay". La erosin interna y la tubificacin pueden ocurrir cuando los taludes naturales o artificiales contienen material limoso suelto en contacto con una roca dura, con fracturas abiertas, lo cual ocurre sistemticamente en series de rocas volcnicas y en zonas de falla. Si los suelos erosionables estn aguas abajo de una roca con fracturas abiertas, la filtracin puede iniciar un proceso de erosin rpida, el cual pone en peligro las rocas adyacentes al cambiar la configuracin de la excavacin y socavar su soporte. Si los suelos erosionables estn aguas arriba de las discontinuidades abiertas, es posible la erosin interna en las fracturas, pero generalmente causa menor

dao al talud (aunque puede ser perjudicial para estructuras aguas arriba).

El desprendimiento (ravelling) se refiere al relajamiento y erosin progresiva de cantos o bloques de la superficie del talud. Es un proceso de desgaste de masas y erosin gradual por meteorizacin y transporte gravitacional. Las rocas altamente fracturadas, como son el basalto columnar y las areniscas frgiles que se encuentran sobre lutitas blandas, pueden llegar a formar grandes conos de deyeccin por este proceso. Dependiendo de la forma de la seccin del talud, las partculas en movimiento pueden llegar a convertirse en proyectiles.

El fracturamiento en capas (sheet jointing) describe estructuras por extensin que se forman a poca profundidad y paralelas a la superficie. El fracturamiento en capas clsico, que ocurre en rocas granticas y en areniscas masivas, existe antes de la excavacin y es sub-paralelo a la pendiente original del talud. Sin embargo, tiende a formarse un nuevo fracturamiento en capas paralelo al talud, con pendiente fuerte en rocas duras o blandas que estn relativamente sanas. Si la inclinacin de este fracturamiento es mayor que el ngulo de friccin entre las paredes de la discontinuidad, como suele ocurrir, el talud es estable solamente por accin de los esfuerzos de tensin en la parte superior de la porcin ms acantilada de las capas, las cuales en realidad quedan colgando. Las grietas nuevas, como se muestra en la Figura 1D, permiten que estas capas se desprendan. La meteorizacin de estas capas reduce la resistencia a la tensin (a una velocidad sorprendente en climas hmedos y clidos), permitiendo su desprendimiento y consecuente cada. La Figura 3 muestra el fallamiento de una capa colgante formada debajo de un talud recientemente excavado. Este deslizamiento es destructivo porque ocurre inesperadamente. Si el talud es alto, el volumen de material puede ser grande, an si la nueva capa es delgada.

La Figura 4 ilustra un mecanismo de relajamiento de un macizo rocoso (rock-mass loosening) que se parece a la formacin de fracturamiento en capas y opera en areniscas alternadas con lutitas. Cuando el talud se expande hacia adelante, la arenisca se parte, mientras que la lutita sufre degradacin. La capa entera puede fallar ms tarde, debido a la accin de agua o hielo, degradacin progresiva o como un resultado inadvertido de

inyeccin de lechadas. Ya en 1962 Terzaghi llam la atencin contra la degradacin de taludes despus de su formacin.

En el anlisis de falla de taludes es poco frecuente que la roca triturada (rock crushing) sea instrumentada, no obstante la accin importante de las discontinuidades en una masa rocosa. La ruptura del puenteo de las discontinuidades en la roca (rock bridges) permite el aislamiento de algunos bloques deslizantes, que de otra manera hubieran fallado al inicio de la excavacin. Debido a la continuidad finita de la mayora de las discontinuidades, los deslizamientos importantes inicialmente, pueden no estar aislados totalmente por el sistema de discontinuidades. Despus de la excavacin, el crecimiento gradual de grietas aumenta los esfuerzos, concentrndolos en la porcin no-fracturada del puenteo, conduciendo a un incremento en la velocidad de movimiento y a su consiguiente fallamiento.

El deslizamiento en bloque (block sliding) en un plano de debilidad puede ocurrir solamente despus de que la masa a deslizarse haya sido completamente aislada. En el caso de una masa de roca con un grupo dominante de juntas de estratificacin, el deslizamiento no puede ocurrir a no ser que el aislamiento lateral del bloque se logre por la presencia de arroyos o bien si en los costados ha ocurrido desplazamiento lateral tipo falla por cortante. Esto ltimo se facilita por la ocurrencia de fallas individuales o zonas de cizallamiento que cortan la masa a deslizarse en una direccin ms o menos paralela al buzamiento de la superficie de deslizamiento.

Los bloques definidos por tres o ms sistemas de fracturamiento sensiblemente paralelos no requieren de ninguna otra estructura o elemento topogrfico si definimos que son removibles en el espacio excavado. Una prueba simple de movilidad determinada por el teorema de Shi, es una de las contribuciones ms importantes de la teora de bloques, como fue tratado por Goodman (1995). Los bloques que pueden ser removibles pueden deslizarse en un solo plano o en dos planos que se intersectan, movindose a lo largo de una de las aristas del bloque (una lnea de interseccin entre dos fracturas). Tambin pueden moverse en un modo rotacional, como ser descrito a continuacin.

Los deslizamientos de cua (wedge slides) ocurren en taludes convexos cortados solamente por dos superficies de

discontinuidad no paralelas. En estos casos, los bloques son labrados con aproximadamente cuatro caras por los dos planos de discontinuidad en la roca y por dos planos tangentes a la superficie. Por lo tanto no es necesaria la presencia de superficies laterales para aislar el bloque cuando ste est a punto de deslizarse. En consecuencia, grandes masas deslizantes pueden ser liberadas por la interseccin de una zona de cizallamiento o una falla de contacto entre dos miembros o dos formaciones o cualquier otra estructura bien definida, como un plano de estratificacin buzante. Un ingeniero o un gelogo a quien se confa la seguridad de taludes en roca tiene que poner atencin especial a la interpretacin del mapa geolgico de un proyecto, para asegurarse que este tipo de interseccin no quede expuesta por la excavacin proyectada.

El hundimiento de bloques (block slumping) describe un modo de rotacin inversa donde bloques de roca dura se mueven de su contacto original de cara a cara, a un contacto de borde a cara. Descrito inicialmente por Wittke (1965), el modo de falla de hundimiento de bloques es el tema de una reciente disertacin doctoral por Kieffer (1998). La Figura 5, tomada de la tesis de Kieffer, muestra como el hundimiento de varios bloques produce un escarpe que se asemeja en general a aquel que se produce en la falla por hundimiento (rotacin) en suelos; sin embargo la anatoma interna es distinta, con bloques independientes que sufren rotacin inversa y grandes aperturas tabulares. La Figura 6, tambin de Kieffer (1998), muestra como los bloques hundidos cambian de acuerdo al grado de fracturamiento transversal. En los tres casos, las capas estn impedidas de deslizarse solamente sobre los planos de estratificacin sumamente inclinados; en cambio se deslizan simultneamente sobre la estratificacin y un plano de fracturamiento transversal poco inclinado; esto atribuye a los estratos una accin similar a la mecnica de vigas, las cuales se fracturan y deforman.

La Figura 7 muestra un modo similar en el cual un bloque tras otro experiment hundimiento y se desliz hacia abajo sin rotar ni cambiar de orientacin sobre un estrato subyacente blando. Sin exploracin del subsuelo, es posible confundir este talud de bloques de roca, con un talud en un macizo rocoso homogneo de roca estratificada.

El volteo (toppling) es una forma de fallamiento profundo en taludes, en los cuales los bloques o columnas tienen un

buzamiento opuesto a la superficie expuesta, de manera que un estrato tiende a quedar colgado y soportado solamente por la resistencia pasiva de las capas de la base del talud. La Figura 8 muestra tres clases de roturas por volteo, nombradas por Goodman and Bray (1976).El conferencista se ve obligado a confesarles su frustracin en intentar comunicar el impacto de este mecanismo de fallamiento a algunos gelogos, cuya aceptacin del volteo como un riesgo en taludes se encuentra impedida por su extraa atraccin a laexplicacin de que esto no es nada ms que un flujo de rocas (rock-creep). Es cierto que un mecanismo de flujo, visto desde laperspectiva de la geologa fsica, incluye una lenta rotacin,similar al volteo de estratos muy inclinados, el cual incluye una flexin a poca profundidad. Para el autor, el trmino flujo implica un movimiento lento y semi-contnuo bajo un esfuerzo constante, el cual no lleva necesariamente a un fallamiento. En cambio los fallamientos por volteo pueden ser profundos, grandes y rpidos y pueden incluir roca fresca muy por debajo de la zona de verdadero flujo geolgico. Como cualquier deslizamiento, el periodo de movimiento rpido es precedido por movimientos que van acelerando lentamente a medida que el peso de la roca se redistribuye hacia los extremos de los bloques al pie del talud. Despus de la rotura principal, el macizo rocoso, ahora roto en flexin, contina su lento "caminar" cuesta abajo y en esta condicin, con seguridad daara tuberas de conduccin colocadas errneamente sobre un macizo rocoso con mecanismo de volteo (un error que aparentemente es muy comn).

Las fallas de hundimiento de bloques y volteo pueden producir frentes escarpados de bloques de roca sueltos. Este material de talud suelto puede convertirse en un grave peligro para construcciones ubicadas cuesta abajo.

El colapso de columnas (column collapse), o pandeo (buckling) describe fallas por compresin de columnas de roca, los cuales se desarrollan tpicamente en un rebaje de mina. Como se ilustra en la Figura 9, este modo es distinto al tpico pandeo de una columna homognea rodeada por completo de espacio abierto. El pandeo de un estrato de roca puede ocurrir solamente en una direccin; es ms, el inicio del colapso de una columna de roca se desarrolla a partir de alguna imperfeccin inicial del estrato, como puede ser una flexin menor o una zona blanda en el material, en algn punto de la regin de esfuerzo crtico en su parte baja, como fue tratado por Cavers (1981). Es probable que

algunos fallamientos atribuidos a pandeo ocurrieron en realidad debido a un hundimiento de bloques, facilitado por un fracturamiento en cruz en la parte inferior de la columna. La Figura 10, de Kieffer (1998) muestra una forma de fallamiento intermedia entre los modos de hundimiento de bloques y pandeo, el cual puede ser denominado hundimiento por bandas plegadas (kink-band slumping).

Una serie de fallamientos secundarios de volteo, presentados por Goodman y Bray (1976), estn ilustrados en las Figuras 11 y 12. El deslizamiento por volteo al pie, ocurre cuando las capas que estn impedidas de deslizarse (porque no afloran al espacio abierto) ocupan la regin pasiva de un deslizamiento en bloque. La Figura 11C muestra un ejemplo del caso, que ocurri por la existencia de una falla en la base de estratos potencialmente deslizables, que no afloraban al espacio abierto. En realidad este es un mecanismo activo/pasivo de dos bloques, en el cual la regin pasiva se vuelca en vez de deslizarse.

La Figura 12 muestra dos casos adicionales de deslizamiento por volteo al pie. El deslizamiento a la izquierda del valle (a) tiene un bloque activo compuesto de filitas intemperizadas movindose a lo largo de un plano de debilidad a poca profundidad (como por ejemplo sobre una nueva fractura en capas) y se apoya contra un bloque pasivo con estructuras densas de foliacin altamente inclinadas hacia el fondo del valle. Obsrvese que la punta del volteo y forma del bloque pasivo no podran experimentar volteo bajo su propio peso, ya que las columnas de este bloque, antes de entrar en flexin, no son colgantes. En el deslizamiento del lado derecho del valle de la Figura 12, el bloque activo es una unidad metamrfica masiva y el bloque pasivo est formado por una filita con discontinuidades frecuentes, inclinada hacia el talud, en la forma tpica de un volteo por peso propio.

En el deslizamiento por volteo en la base, ilustrado en Figura 11B, la transmisin de esfuerzos horizontales de cortante a lo largo de la base de un deslizamiento incipiente, causa el volteo de los estratos con buzamiento fuerte, que forman el cimiento al pie del deslizamiento, lo cual desencadena la destruccin de los cantiles sobreyacentes. El deslizamiento por ruptura en la base, ilustrado en la Figura 13, es similar, pero el bloque pasivo falla como un material de roca intacta blanda. En el caso ilustrado, el esfuerzo cortante transmitido bajo el pie del deslizamiento induce el rompimiento por tensin de la roca de esta formacin.

El debilitamiento y la destruccin al pie del talud pueden hacer que una masa rocosa que estaba experimentando flujo previamente, sufra un derrumbe completo.

La torsin de bloque (block torsion) es una forma de fallamiento de un solo bloque, en el cual una restriccin local al desplazamiento hace que el bloque rote a partir de una charnela, en el punto donde el deslizamiento es impedido. Detenido en su deslizamiento, el bloque se mueve rotacionalmente a lo largo de una superficie de contacto. Este mecanismo de falla puede sorprender a un constructor que ancl un bloque, colocndolo cerca de una arista del bloque. La rotacin del bloque en una arista es similar, con un movimiento rotacional del bloque hacia adelante, sin que haya contacto en ningn plano. El anlisis de este tipo de fallamiento por rotacin fue presentado por Wittke (1984) y Mauldon y Goodman (1990).

El ltimo modo de fallamiento en la Tabla 1, estallamiento de roca (rock bursting), se refiere a la ruptura de la roca cerca de la superficie debido a los elevados esfuerzos tangenciales. Este modo difiere de la formacin de fracturamiento en capas descrito anteriormente, donde el crecimiento de la fractura y la destruccin de la roca son eventos dinmicos. El estallamiento de roca ocurre tpicamente en canteras de granito y en regiones con esfuerzos muy altos, pero tambin puede ocurrir en canteras de mrmoles y cuando se excavan taludes en roca dura, en la base de un can angosto y profundo.

De esta lista de mecanismos de falla de talud, uno puede apreciar lo importante que es la caracterizacin del macizo rocoso y su estructura, para poder juzgar el tipo de fallamiento. Para descifrar el modo o modos de fallamiento, las herramientas elementales son el mapeo geolgico estructural, la medicin de alturas piezomtricas y de manantiales a lo largo del talud y la observacin de las deformaciones del talud por medio de medicin topogrfica de puntos fijos en la macizo rocoso y, si es posible, de inclinmetros. La Figura 14 compara la informacin de dos inclinmetros en un deslizamiento (a) y en un volteo (b). La diferencia ms significativa de esta distribucin de desplazamientos se debe al hecho de que el deslizamiento incluye esencialmente movimiento de cuerpo rgido de toda la masa que se desliza, en cambio el volteo es un movimiento de inclinacin con desplazamientos predominantemente horizontales que decrecen linealmente a medida que la profundidad aumenta.

Una vez que se ha determinado el mecanismo de fallamiento, el grado de seguridad puede ser evaluado usando esttica tridimensional, con diagramas de cuerpo libre deducidos del mapa geolgico y de las presiones de agua calculadas a travs de piezmetros. El anlisis de equilibrio lmite usando la teora de bloques, se aplica en particular cuando hay un deslizamiento de un solo bloque de forma tridimensional compleja. La teora de bloques determina la influencia que tiene la orientacin del talud en la forma de falla y en la estabilidad del talud. Con modos de falla bi-dimensionales, como puede ser volteo, volteo secundario, hundimiento de bloques y deslizamiento simple. Estudios de este tipo estn dentro de la capacidad de, por ejemplo, anlisis numrico por UDEC, DDA y FLAC. El enfoque numrico permite al analista la comparacin del costo relativo de distintos medidas de tratamiento, o permite juzgar la posibilidad de que la erosin subsecuente, excavacin o deformacin puedan desencadenar un fallamiento global. Goodman y Bray (1976) presentaron un mtodo de equilibrio lmite para taludes experimentando volteo; Ke, Thapa y Goodman (1994) extendieron este anlisis para incluir el arrastre de suelo sobre la superficie y las presiones de agua entre los bloques. Kieffer (1998) desarroll un mtodo de equilibrio lmite para el anlisis de hundimiento mltiple de bloques.

Entre las causas bsicas que propician deslizamientos, se distingue el grupo de causas cinemticas. Estos son eventos que cambian las condiciones geomtricas de frontera en el deslizamiento, a travs de la erosin o de la excavacin. La Figura 15 muestra algunos ejemplos. En la Figura 15A, la excavacin de sedimentos y de material previamente deslizado completa el aislamiento al pie de un antiguo deslizamiento de roca. En la Figura 15B, la excavacin de un tnel de grandes dimensiones debajo de una superficie de cizallamiento aflorante, causa una cadena de eventos que liberan el deslizamiento de bloques en los taludes de arriba. Los rebajes mineros en el pie de un talud muy inclinado tambin pueden causar deslizamientos o volteos (como es el caso del famoso deslizamiento de Turtle Mountain, cerca de Frank, Alberta).

La Figura 15C muestra un caso en el que una nueva excavacin en el costado de un cerro hace aflorar la superficie de deslizamiento de un nuevo deslizamiento en bloque. En la Figura 15D, el continuo volteo en la base profunda de una montaa

crea nuevos bloques debido a que la inclinacin de las juntas transversales aumenta gradualmente. La Figura 15E muestra una condicin comn en costas rocosas, en las cuales el continuo golpeo de las olas y la erosin al pie de los acantilados rocosos remueven el soporte esencial de la masa rocosa, con riesgo de volteo. De la misma manera, la erosin del mar puede provocar asentamientos y deslizamientos al cambiar las condiciones de frontera a lo largo de la base de la falla potencial.

La Figura 15F muestra como la erosin de una caada puede aislar deslizamientos de cuas. Esta es una causa cinemtica que es poco entendida y merece ms atencin. La erosin no slo remueve el soporte de la tierra y cambia las condiciones hidrolgicas, sino tambin cambia la configuracin del talud en roca y aumenta el espacio vaco. La teora

de bloques puede ser usada para calcular el dao potencial que esto puede ocasionar en un caso particular. Se considera que los problemas de taludes en roca son de muchas ms variaciones y complejidad de lo que generalmente es aceptado.

El objetivo de esta clasificacin propuesta por Richard Goodman (1998) a sido reconocer el amplio espectro de responsabilidades y posibilidades que tenemos cuando movemos rocas o ubicamos una nueva estructura en un terreno inclinado. Una clasificacin en este sentido es tan til para el ingeniero como fue la apreciacin de Karl Terzaghi sobre la variedad de tipos de suelos arcillosos. Como Terzaghi escribi a R. L. Loofbourow en 1953, "cmo pretenden describir lo que saben acerca de las propiedades fsicas de rocas, y cmo pueden relacionar sus experiencias con las de otros si no tienen un lenguaje comn adecuado?"

En resumen:Cualquier clasificacin debe considerar, en primer lugar que la rotura de un talud rocoso puede ocurrir segn formas muydiferentes. En la mayora de los casos la rotura de la masa rocosa est gobernada por las discontinuidades y se producesegn superficies formadas por una o varias juntas.Las formas bsicas son bien conocidas (vase por ejemplo HOEK, BRAY, 1974) y se resumen a continuacin:

Roturas planas segn juntas predominantes y/o continuas que buzan hacia el talud, y cuyo rumbo es

bastante paralelo al de la cara del talud. Las condiciones de inestabilidad son dos:que las juntas crticas bucen menos que el talud.que la resistencia al esfuerzo cortante movilizada en la junta crtica no sea suficientepara asegurar la estabilidad (lo que en la prctica equivale muchas veces, pero no siempre, a la condicin de que el ngulo de buzamiento sea superior al de rozamiento).Las roturas planas pueden ocurrir en cualquier tipode masa rocosa. Son frecuentes a favor de los planos de estratificacin o de accidentes tectnicos. El tamao de la rotura depende de la continuidad de las juntas y puede llegar a ser muy grande.

Rot uras en cua segn dos juntas de diferentes familias cuya interseccin ("quilla") buce hacia el talud. Las condiciones de estabilidad son similares a las de la roturas planas y pueden analizarse considerando al buzamiento de la quilla. Un "factor de cua", que depende de la geometra, multiplica la resistencia al esfuerzo cortante movilizada en las caras de las juntas. Muchas aparentes roturas en cua son roturas planas segn una de las juntas, ya que no se cumplen las condiciones cinemticamente necesarias para que la rotura se produzca con deslizamiento simultaneo segn las dos caras de la cua. Esta forma de rotura depende de las condiciones y orientaciones de las diferentes familias de juntas y suele ser ms frecuente que las roturas planas, pero con dimensiones ms reducidas.

Rot uras por vuelco ("toppling") segn una familia de juntas predominantes y/o continuas que buzan contra el talud y cuyo rumbo es casi paralelo al de la cara del talud. En este tipo de rotura se producen deslizamientos a lo largo de las juntas, que frecuentemente estn meteorizadas. En la prctica aparecen dos clases diferentes de vuelco: vuelcos menores que afectan a un espesor reducido, cerca de la superficie del talud y vuelcos importantes, profundos, que producen grandes deformaciones y

pueden ser confundidos con roturas planas. En ambos casos las roturas se desarrollan lentamente y no suelen dar origen a cadas repentinas. Existen muchos casos de taludes rotos por vuelco de estratos, pero no cados.

Rot uras globales, tipo suelo, segn superficies que pueden desarrollarse parcialmente a lo largo de juntas, pero que normalmente las cruzan. Esta forma de rotura solo puede ocurrir en macizos rocosos muy diaclasados, con un tamao caracterstico de bloque pequeo respecto al talud, o en roca muy blanda o muy meteorizada.

2 . 3 .Principios bsicos en el diseo de taludes

Es importante saber el comportamiento geotcnico de la zona a estudiar; ya que de estos resultados se hace el anlisis para el diseo del talud. Estas variables permiten determinar el nmero de fracturas tensionales y los deslizamientos.2 .3 .1Anlisis est ruct ural de la zona a est udiar.La roca difiere de la mayora de materiales utilizados en obras de ingeniera porque contienen fracturas de un tipo u otro que tipifican a la roca como esencialmente discontinua. En tal sentido debe diferenciarse entre el trmino de roca intacta y macizo rocoso. Roca intacta constituye bsicamente una muestra de roca competente y fresca, mientras que macizo rocoso involucra a la roca en su estado natural en el campo incluyendo planos de estratificacin, plegamientos, fallas, diaclasas, zonas de corte, diques, etc. . La naturaleza y distribucin de todos los fenmenos estructurales determinan la estructura del macizo rocoso.

Para evaluar la estabilidad de los taludes se debe considerar sistemas de clasificacin geomecnica de los macizos rocosos. Existen sistemas de clasificacin como el sistema Q (Barton, 1974) y el sistema RMR (Bieniawski, 1976) que han tenido una amplia aceptacin en las aplicaciones de mecnica de rocas.

2 .3 .2 Clasificacin de Bienam ski:

La primera clasificacin sistema RMR (Rock Mass Rating) es el sistema de valoracin del macizo rocoso que fue propuesta en 1973 y modificada en 1976, considera seis parmetros importantes:

. Resist encia de la roca intact a.- Se refiere a la resistencia a la compresin biaxial de la roca intacta generalmente en testigos o alternativamente para rocas que no tengan muy baja resistencia se utiliza el ndice de carga puntual.

Resistencia a la compresin simple

Indice de carga puntual

. R.Q.D. .- Es un ndice que est ligado a la calidad de la roca.

El RQD (Rock Quality Designation) es el I ndice de Calidad de la Roca , que intenta cuantificar el espaciamiento de las discontinuidades y la calidad de la roca, el RQD es determinado de los testigos de perforacin diamantina y est dado por la siguiente expresin:L100xRQD iRQD= 0 100%

Donde:

xi= Son las longitudes de trozos o piezas de testigo recuperados que mide igual o ms de 10 cm. o 4 pulg.

L = Longitud total del taladro perforado.

Cl a si f i ca ci n d e l a r o ca e n f u n ci n d e l R Q D:

0 - 30% Roca mala

30 - 50%50 - 70%> 70%Regular BuenaMuy BuenaEjemplo para calcular el RQD (Deere, 1989):

L = 38 cm.L = 17 cm.Longitud total = 200 cm.Piezas > 10 cm.LRQD Longitud total de testigos *100Longitud TotalL = 20 cm.38 17 20 35RQD *100 55%200L = 35 cm.Final del taladro

LNinguna recuperacin

3 . Espaciam ient o de diaclasas o discont inuidades.- Se ut iliza para descubrir t odo t ipo de discont inuidades.4 .Condicin de las diaclasas o discont inuidades ( rugosidad, diaclasa, relleno) . .Las condiciones del agua subt errnea, dado por las infilt raciones ( seepages) .

.Orient acin de las discont inuidades.2 .3 .3 .I nform acin Lit o- est ruct uralSe debe tener muy en cuenta la zona a estudiar, para as poder obtener la informacin lito-estructural,

que ser base fundamental para el anlisis, diseo y monitoreo de taludes de la zona escogida (minas).

Entre las principales informaciones lito-estructurales que necesitamos son las siguientes:

a)Planos de estratificacin ,son los fenmenosquedividenalasrocassedimentariasen de estratos yrepresentanpaquetesinterrupciones en el proceso de del material rocoso, estos planos pueden contener diferentestiposde orientacin presentan cohesiva.grano,puedepresentaralgunapreferencialdedeposicinyademsresistenciaalafriccinb) Plegam ient os, Son las estructuras en la cual los estratos han cambiado de orientacin y han sido sometidos a procesos de deflexin derivados de la aplicacin de esfuerzos tectnicos posteriores asudeposicin,estosfenmenospuedenserde deregionales o localesysonclasificados acuerdoasugeometraymtodo deformacin.Fallas, Son fracturas en las cuales se pueden identificar un desplazamiento de la roca en los lados opuestos al plano de la falla, el sentido de este desplazamiento es frecuentemente utilizado para clasificar las fallas. Hay que tener muy en cuenta en la mina el espesor de las fallas y si stas contienen algn material de relleno , por ejemplo panizo, brechas o fragmentos angulares, etc.

Zonas de cort e , estn basadas en material en las que las fallas de corte han tenido lugar. Estas zonas representan reas donde se han liberado gran cantidad de esfuerzos.

Diques, stas estructuras largas y delgadas generalmente en roca gnea y de grano fino con buzamiento bastante pronunciado o subhorizontal y con sus lados aproximadamente paralelos,

determinan el ancho que va de un cm. a unosmts.Losmrgenesdeundiqueestnfrecuentementefracturados constituyen zonas potenciales de agua subterrnea.

f)Diaclasas,constituyenlosyalteradosy para percolacinproblemasmsmscomunesygeotcnicamentelossignificantes.Estasdiaclasassonpequeasroturas de cuales no grupodeorigen geolgico a lo largo de las hay un desplazamiento visible. Un diaclasas paralelas es denominadoconjunto de diaclasas las cuales al intersectarse constituyen un sistema de diaclasas. Frecuentemente se presenta paralela al plano de estratificacin, a planos de exfoliacin o clivaje.

2 .3 .4 Geot ecnia de la zona.

Aqu se describirn las caractersticas de la zona a estudiar principalmente los resultados de laboratorio ya sea de mina u otros especiales que se realizarn en laboratorios que tengan reconocimiento adecuado.

2 .3 .5 . Caract erizacin del m acizo rocoso.

Cuando un macizo rocoso es formado por diversas variedades de rocas, es necesario identificarlas y caracterizarlas, puesto que la combinacin de ellas puede ocasionar un comportamiento mecnico diferente de eso que tendra una masa o fase homognea. La posicin especial del tipo rocoso relativamente determina una geometra del talud u otra informacin importante para el estudio de estabilidad, de modo que es esencial proceder a los levantamientos geolgicos detallados cuando estos ocurren.

2 .3 .6 Anlisis de rocas

Se obtendrn de los resultados obtenidos en el campo y laboratorio, es muy importante tener a consideracin las propiedades fsicas para poder as dar sentido y orientacin

al talud estudiado y as poder obtener un factor de seguridad estable y seguro.

Se deben tener en consideracin las siguientes propiedades fsicas:

2 .3 .7 Propiedades fsicas

Orientacin, es la discontinuidad en el espacio, puede describirse por el buzamiento medido respecto a la horizontal y la direccin de este buzamiento o el azimut medido en el sentido horario del norte verdadero. Las orientaciones de las discontinuidades con relacin a los frentes de explotacin tienen un efecto dominante en la estabilidad de las labores ya sea por cada de bloques o por deslizamiento de roca.

Espaciam ient o, es la distancia perpendicular entre discontinuidades adyacentes y es generalmente expresado como la medida del espaciamiento de un conjunto de diaclasas (discontinuidades).c1c2d1d2d3d4.Rugosidad, es una medida de la naturaleza de la superficie existente en el plano de la discontinuidad. La rugosidad de las paredes de una discontinuidadx i1 n n di

inciden en gran medida en la resistencia al corte. La importancia de la rugosidad disminuye a medida que se incrementa la apertura o espesor del relleno en la discontinuidad.123Figura 0 1 : 1 . Ondulado ; 2 . Accident ado ; 3 . Tpico de deslizam ient os.

2 .3 .8 Propiedades m ecnicas.

Persist encia, es el trmino utilizado para describir la extensin del rea o tamao de las discontinuidades en un determinado plano. Esta persistencia puede cuantificarse observando los afloramientos de estas discontinuidades.

Apert ura, es la distancia perpendicular que separa las paredes adyacentes de una discontinuidad abierta en que el espacio puede estar rellenado con aire, agua u otro material geolgico.

Aperturas considerables pueden resultar de desplazamientos de corte o de discontinuidades con bastante rugosidad en donde el material de relleno ha sido lavado.

Una caracterstica importante de la apertura de una discontinuidad es su influencia en la permeabilidad de la discontinuidad y del macizo rocoso. La permeabilidad o discontinuidad hidrulica que se expresa:Donde:g = Gravedad m/s2.e = Abertura de la discontinuidad m.v = Viscosidad del fluido que para el caso del agua a 20C es 1.01x10-6 m2/s.Relleno, es el trmino utilizado para describir el material que se encuentra entre las paredes de la discontinuidad. Estos materiales pueden ser calcita, clorita, arcilla, panizo, brecha, cuarzo, o pirita. La calidad del relleno tendr una resistencia gravitante en la resistencia al corte de las discontinuidades.

El comportamiento de las discontinuidades como rellenos depender del amplio rango de propiedades que presentan los materiales de relleno como son:La mineraloga del material de rellenoEl tamao y forma de las partculasContenido de agua y permeabilidad.Deslizamientos previos de corte.Rugosidad de las paredes.Ancho del relleno.Fracturamiento o alteracin qumica de las paredes de la discontinuidad.

2 .3 .9 Aspect os hidrogeolgicos.

La presencia de agua en el interior de los macizos rocosos fracturados es generalmente controlada por las discontinuidades existentes, siendo influenciada por la altitud, espaciamiento y desprendimientos12 vK g e 3

realizados de las diaclasas. Es sabido que el efecto del agua constituye una principal razn de deslizamientos de taludes y se puede resumir en cuatro partes:

A travs de presencia hidrosttica que el agua ejerce en las paredes de las discontinuidades, la cual disminuye la resistencia y cizallamiento a lo largo de la superficie potencial de ruptura del talud, invierte la relacin de las fuerzas normales actuantes sobre aquellas paredes.

Actuando sobre la presencia de los poros de las diaclasas y de sus materiales de desprendimiento, por mecanismos fsicos y qumicos, de manera biaxial en resistencia de materiales.3)Disminuyendo la resistencia irregular decizallamientoderocasyprovocandouna reduccin en su resistencia a la compresin.4)Provocando alteraciones en la rocas, que por una vez pueden ocasionar elevadas presiones las cuales adicionadas a resistencias biaxiales de los minerales de alteracin, contribuyen para su inestabilidad del macizo rocoso. Este efecto permanente de agua conduce a una degradacin continua de las propiedades mecnicas del macizo rocoso que no puede ser olvidado en el anlisis de estabilidad cubriendo prolongadas vidas tiles del talud.Este contexto es importante considerar por efecto conjunto de los agentes clim ticos (temperatura, humedad, la accin de las lluvias, etc.), factores cuya actuacin apenas contribuye para reducir la estabilidad del los taludes en macizos rocosos.

Cosas as efecta materializarse a travs de deslizamientos progresivos de pequea amplitud los cuales no podrn ser esclarecidos en anlisis

de estabilidad a largo plazo. En la prctica son atribuidos los factores correctivos en parmetros de resistencia o cizallamiento, a fin de cuantificar esas degradaciones de propiedades con el tiempo.

Otro factor importante a considerar es el estado de esfuerzos ocurrente en el macizo rocoso antes de preparar los taludes. Si se conoce a travs de mediciones experimentales, podr orientar los criterios del proyecto del talud, de modo que evite su inestabilidad prematura.

No existen modelos tericos de clculo de esfuerzos pre existentes en los macizos rocosos que forman el suministro de datos compatibles con las dimensiones, en parte tal discrepancia se debe a la influencia de las discontinuidades que inducen los estados de esfuerzo verificados en el interior de los macizos rocosos.

Otro aspecto a considerar es: la disposicin de vista de planta de los taludes, que con formacncava o convexa, da componentes horizontales reflejan en la estabilidadorigen a diferentes de esfuerzo que se del talud. Debido alconfinamiento que provoca, los taludes cncavos en planta tienen mayores factores de seguridad que los convexos. As el radio de curvatura de la excavacin tiene influencia en la estabilidad debiendo ser considerada como factor en las evaluaciones de la estabilidad del talud.

2 .3 .1 0Aspect os de sism icidad.

La accin ssmica sobre los taludes es un fenmeno observado desde hace mucho tiempo. Al ocurrir un sismo intenso, los taludes y laderas que naturalmente han tenido factores de seguridad estticos relativamente bajos se deslizan.

El deslizamiento de taludes y laderas puede tener implicaciones que se extienden desde abundantes problemas locales muy menores, hasta otros lo suficientemente graves como para que repercutan

sobre la economa de un pas, tal como sucedi con el sismo del 5 de marzo de 1987 que destruy unos veinte de los ms de cuatrocientos kilmetros de longitud del Oleoducto Trans Ecuatoriano, lnea vital de 65 cm. de dimetro que sirve para transportar el petrleo desde los campos de produccin del Oriente hasta el puerto de Esmeraldas en la costa del Pacfico. El petrleo es uno de los principales productos de exportacin del Ecuador.

El caso del oleoducto mencionado es muy importante de destacar, su falla paraliz buena parte de la exportacin. Se logr recuperar relativamente rpido al habilitar un oleoducto colombiano ms o menos cercano.

En referencia a las laderas, el sismo ocurrido el 6 de junio de 1994 con epicentro entre los departamento de Cauca y Huila al Suroccidente de Colombia, es un ejemplo de la enorme capacidad de destruccin de las avalanchas generadas como consecuencia de los grandes deslizamientos. En este caso, se generaron avalanchas de lodos que subieron su nivel ms de veinte metros sobre el que tenan en el momento del sismo. Varias poblaciones fueron destrudas.

En otros casos, los sismos intensos producen muchos deslizamientos que entorpecen las comunicaciones por carretera o ferrocarril; aunque stos sean de menores proporciones, los efectos sobre las regiones sin que sean destructivos, llegan a ser costosos e inconvenientes, con el agravante que pueden entorpecer labores de acceso de aprovisionamientos y equipos de rescate, cuya presencia en la zona afectada es crucial en las primeras horas posteriores al sismo.

Lo referido tiene por objeto mencionar los factores de riesgo referentes a la estabilidad de taludes y laderas en zonas urbanas o asimilables, con el fin de suministrar algunos elementos de juicio mnimos para tenerlos en cuenta dentro de la microzonificacin ssmica de reas urbanas o en proyectos de ingeniera de diferente ndole.

2 .4 . Esquem a t erico de est abilidad de t aludes

Con el objeto de obtener resultados ptimos en el manejo de taludes en operaciones mineras, obras civiles o riesgos geodinmicos; se recomienda la aplicacin del modelo de Gestin de Taludes. El cual constituye un procedimiento organizado para el control econmico y seguro de taludes que permitan mejorar la rentabilidad econmica de una operacin minera superficial; la vida til de una obra civil o minimizar el riesgo geodinmico de un deslizamiento de suelos o rocas.

El modelo de Gestin de Taludes empieza con la identificacin y definicin del problema geotcnico de taludes y contina con la recoleccin y determinacin de datos geotcnicos, identificacin de la respuesta geotcnia del terreno, anlisis y diseo de taludes, diseo y ejecucin de obra, programa de monitoreo, evaluacin tcnico econmica y del riesgo medioambiental, y finalmente la optimizacin del rediseo, modificacin, mejoramiento de la estabilidad o mitigacin del impacto ambiental de taludes. Este modelo de Gestin de Taludes se convierte en un procedimiento iterativo o sea que se genera en forma simultnea bajo un programa de computadora y funciona como un sistema retroalimentado para lograr ptimos resultados.