Algunas consideraciones… Las roturas no se producen de forma “espontánea” – La mayor parte de  las roturas tenderán a un equilibrio final – Los taludes que van a romper casi siempre “avisan”

Determinar la causa de la inestabilidad… –

Observaciones visuales

Medidas del nivel freático

– –

Instrumentación del talud

Ensayos sobre muestras de material

Nuevo censo de discontinuidades

Taludes autoportantes:

-En muchas ocasiones es posible excavar taludes estables sin necesidad de utilizar elementos estructurales de contención o refuerzo, que pueden llegar a ser muy costosos.

-Normalmente, el diseño de taludes estables pasa por definir un ángulo de inclinación que garantice un factor de seguridad adecuado a la normativa vigente y a las condiciones de uso.

Principios de Estabilización

-Reforzar – Integral con la roca: Prevenir la separación y deslizamiento de bloques a lo largo de planos de debilidad al interior de la roca de manera de conservar la resistencia inherente del macizo rocoso

-Soportar – Externo a la roca: Sostener la carga de los elementos de roca fracturados o bloques individuales

-Retener: Mantener los fragmentos de roca fracturada entre los elementos soportantes

Tipos:

-Activo: Es aquel que adquiere carga una vez instalado. Pernos tensionados, cables y, segmentos de concretos.

-Pasivo: Desarrolla carga una vez que la roca deforma. Marcos de acero, madera, pernos, cables y sistemas de anclaje no tensionados

¿Qué acciones se pueden tomar ante una inestabilidad?

Remodelación

Tronaduras de control

Métodos de revestimiento y retención

Estabilización estructural: Sostenimiento/ Soporte, Refuerzo

Control de agua y drenaje

Remodelación

Técnicas de remodelación

Eliminar peso en cabeza de talud

Aumentar peso en pié de talud

Rebajar el ángulo del talud

Remodelación paisajística

Ejecutar bermas

Ajustar Bermas

-El talud puede adoptar el ángulo apropiado de forma continua o a través de una sucesión de taludes de menor altura (taludes parciales o bancos) separados por zonas planas, llamadas bermas, que conforman un conjunto de escalones.

-Los bancos pueden ser diseñados, generalmente, con un ángulo superior al de estabilidad del talud continuo, ya que su altura es significativamente menor (véase la Figura) y los bloques que se desprendan de ellos serán retenidos por las bermas.

Métodos de Revestimiento y Retención

Empleo de vegetación

Uso de geotextiles

Mallas y redes metálicas

Straps (cintas de acero)

–

Shotcrete

Mallas

Excelente capacidad para retener roca suelta entre pernos:

Malla soldada forma cuadrados de 4’’

Malla trenzada es mas fácil de adaptar a una superficie irregular

Si en la malla trenzada se produce una rotura en una fibra el material deslizara

Difícil de aplicar shotcrete sobre malla trenzada ya que forma paquetes de aire

Instalada en techo y paredes

La cobertura en paredes varia de mina en mina y depende de las condiciones del macizo rocoso

Retención excesiva en la malla debe ser removida

Paños de mallas adyacentes son superpuestos

Un problema con la malla es que puede ser dañada por equipos mineros

Particularmente problemático en esquinas donde el equipo dobla

Straps

Utilizadas para retener bloques entre pernos

Antiguamente eran placas de acero sólidas con agujeros para los pernos (difícil de usar)

Nuevo tipo de straps compuestas por malla soldada

Más fácil de apernar

Siempre utilizada con otros tipos elementos de retención (malla, shotcrete)

Estabilización Estructural

Técnicas de sostenimiento/ soporte; Muros de contención – Pantallas – Shotcrete – Alzaprima, arcos de acero/shotcrete/concreto – Relleno

Técnicas de refuerzo:

Inyección

Cosido con micropilotes

Anclaje (Pernos y Cables)

Técnicas de sostenimiento/ soporte: Muros de contención

Consideraciones sobre el diseño:

Garantizar estabilidad al vuelco y deslizamiento

Evitar hundimientos

Geometría de la inestabilidad a subsanar

Posible armado del muro

Colocación de elementos de drenaje

Construcción de zanjas a pié de talud

Técnicas de sostenimiento/ soporte:
Pantallas – Pantallas de pilotes – Pantallas de micropilotes

Técnicas de sostenimiento/ soporte: Shotcrete Es una mezcla de:
Cemento –
Agua

Agregados (grava pequeña, arena) – Aditivos (para modifica propiedades)

Aplicación a taludes

Tamaño máximo de árido: 16 mm

Relación agua/cemento entre 0.38 y 0.40 – Cemento Pórtland – Resistencia a compresión simple 35MPa

Resistencia al esfuerzo cortante y adherencia al terreno –
Impermeabilidad

Armadura

Inconvenientes

No estabiliza grandes bloques

Se debe eliminar la presión de agua

Se puede despegar del talud

Impacto visual elevado

Ventajas

Protege el talud de la meteorización

Protege el pié del talud de desprendimientos

Sellado parcial de las juntas

Arriostran cables y bulones

Puesta en obra

Limpieza del talud

Recogida y canalización de surgencias puntuales

Proyección de varias capas y de abajo a arriba

Vía seca para reparaciones aisladas de poco volumen (8m3/h), rebote 10-20% – Vía húmeda en tratamientos de mayor volumen (168m3/h), rebote 5-10% – Drenaje del talud

Sistemas de proyección

Vía húmeda

Vía seca

Mezcla seca

Se lleva al sitio en sacos, se coloca en el proyector, en donde en la salida es mezclado con la cantidad justa de agua, y proyectado a la superficie.

Mezcla húmeda

Es preparada en superficie y entregado mediante camión o pique al sitio. El único ingrediente añadido en el sitio son aditivos.

Mezcla seca

Polvorienta

Debe transportarse y manipularse en sacos

Mayor costo por m2 que la mezcla húmeda, pero el capital de inversión es menor

Equipos más pequeños

Mezcla húmeda –

Poco polvo – No requiere el transporte de sacos

Más barato que la mezcla seca, pero requiere de una mayor inversión – Grandes equipos – Necesario realizar una limpieza prolija del equipo después de cada aplicación

En condiciones malas de terreno o esfuerzos altos, shotcrete puede ser aplicado alrededor del frente de avance. También puede ser aplicado en el frente de avance si hay riesgo de estallido de rocas. No muy resistente a la deformación del macizo rocoso, Malla/fibra es usualmente utilizada como refuerzo en el shotcrete

Shotcrete reforzado con fibra: Se añade aproximadamente un % de fibras de acero (por peso) que provee al shotcrete una capacidad de carga mayor que el shotcrete reforzado con malla – hasta 0,5” de deformación (aprox.) Si se esperan pequeñas deformaciones, se puede utilizar una sola pasada, eliminado la necesidad de instalar separadamente la malla soldada

Desventajas:

Abrasión y desgaste de equipos, particularmente de mangueras

Costos de material altos

Seguridad debido a las fibras sobresalientes en la superficie del shotcrete

Shotcrete reforzado con malla:

Mayor capacidad de carga que el shotcrete reforzado con fibra para deformaciones mayores a 2” (aprox.)

Sistema de dos pasadas

Primera capa de aprox. 2” de shotcrete, curada por 8 horas – Pernos y malla – Segunda capa de shotcrete

Existe un rebote alto del shotcrete, se pueden formar vacíos detrás de la malla

En ambientes mineros, donde las deformaciones pueden ser grandes, el shotcrete reforzado con malla requerirá menos reacondicionamiento y posee una capacidad de carga mayor que el shotcrete reforzado con fibra.

Arcos de shotcrete:

Para añadir resistencia y rigidez en condiciones de estallidos de roca, shotcrete puede ser proyectado para formar arcos

El aumento de confinamiento controla el fracturamiento y sismicidad en algún grado

El diseño es basado en la experiencia

Pilares de shotcrete:

Utilizado en áreas donde:

Luces largas que excede localmente los límites de seguridad

Alta capacidad de transferencia de carga es requerida

Bases pre-fabricada son transportadas al sitio

Shotcrete proyectado y acumulado en la malla

Lacing (shotcrete):

Utilizado en minas de oro profundas en Sudáfrica

La carga se transfiere a lo largo del túnel

Instalado con cables tensionados ligeramente

Es solo una parte del sistema de soporte

Técnicas de refuerzo: Se trata de sistemas que incrementan, de una forma u otra, la resistencia del macizo rocoso. Los principales son:

-Inyección: Es un procedimiento que permite reforzar el macizo rocoso cuando existe una fisuración adecuada introduciendo un compuesto en fase fluida que se solidifica sellando las juntas. Se disminuye la permeabilidad del conjunto y se aumenta su cohesión y fricción.

-Cosido con micropilotes: Se utilizan elementos como micropilotes para coser la masa potencialmente inestable al terreno firme.

-Cosido con micropilotes: Se utilizan elementos como micropilotes para coser la masa potencialmente inestable al terreno firme.

-Anclajes: Dentro de la denominación de anclajes se incluyen dos tipos de elementos:

–Pernos (o bulones): mecánicos, adheridos, fricción

–Cables.

Técnicas de refuerzo: Inyección

-La inyección es un procedimiento que permite reforzar los macizos rocosos, fundamentalmente cuando existe una fracturación adecuada.

-Consiste en la realización de taladros en los que se inyecta un producto, que depende del tipo de terreno, y al introducirse entre las fracturas y solidificar le confiere una disminución de su permeabilidad y un aumento en su cohesión y fricción, dando mayor estabilidad a las construcciones que se realicen en él.

Técnicas de refuerzo: Cosido de micropilotes

-Este tipo de refuerzo no es muy frecuente en macizos rocosos por su elevado coste.

-Consiste en fijar la zona inestable al macizo rocoso sano mediante micropilotes

Técnicas de refuerzo: Anclajes

-Son elementos capaces de oponerse al deslizamiento y proporcionar una tensión normal a la superficie de rotura potencial, aumentando su resistencia al deslizamiento, bien por fricción o bien por dilatancia.

-Se diferencia entre pernos y cables:

–Se denomina perno o bulón a una pieza, de dos a seis metros de longitud, introducida dentro de un taladro perforado (Calavera Ruiz (2001))

–Los cables son de acero y, por su mayor flexibilidad, pueden alcanzar longitudes de hasta 30 m o más.

Tipos:

-El anclaje activo introduce un efecto compresivo en el interior del terreno, inducido por pretensado durante su colocación, y está siempre en carga. Este tipo de anclajes son los más utilizados para el refuerzo de taludes. Normalmente se utilizan anclajes activos pretensados con tensiones de trabajo del orden de hasta un 60 % de su carga nominal.

-El anclaje pasivo sólo entra en carga si el macizo rocoso experimenta deformaciones después de su colocación y no introduce ninguna tensión en el terreno.

Técnicas de refuerzo: Anclajes Mecánicos

-Barato, comúnmente utilizados en las minas

-Se recomienda un tensionado inicial de 70% de la capacidad del perno

-Rápido de instalar, provee refuerzo de inmediato cuando es tensionado

-La capacidad de carga depende del diámetro del perno, tipo de acero, y torque aplicado

-Se puede idealizar como dos cargas puntuales en cada extremo

-Funciona bien en roca masiva

-La tensión en el perno puede verse afectada por vibraciones

-Se ven afectados por corrosión

-No adecuados para refuerzo de largo plazo al menos que sean adheridos

Técnicas de refuerzo: Anclajes

Instalación de anclajes mecánicos

Perforar el diámetro y profundidad requeridos

Instalar el perno (deberá entrar ajustado), incluyendo la placa, arandela y tuerca

Aplicar torque para alcanzar la tensión especificada

Control de calidad incluye:

Verificar torque

Ensayos de arranque

Pernos de fricción

La capacidad de carga es generada mediante fricción a lo largo de la longitud completa del perno

– –

Pueden deslizar si la capacidad es excedida, lo que los hace efectivos en condiciones de carga dinámica. Retienen la mayoría de su capacidad después de deslizar

– –

Baja resistencia al corte (paredes delgadas)

—

Generalmente menor capacidad que pernos adheridos o anclados

– –

Susceptibles a la corrosión debido a la gran superficie expuesta y a sus paredes delgadas

– –

Dos tipos de pernos de fricción son:

-Split Sets; -Swellex

Pernos de fricción: Split set

Consisten en un tubo ranurado de acero de alta resistencia

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El diámetro del perno es ligeramente mayor que el de la perforación

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El perno es introducido por percusión, aumentando la fricciónNo se pueden instalar pernos muy largos (demasiada fricción)

– –

Proveen refuerzo inmediato

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Es capaz de moverse con la deformación del macizo rocoso

– –

Susceptible a la corrosión

Pernos de fricción: Swellex

Instalación:

-Introducir el perno en la perforación, manual o con la ayuda de una herramienta mecánica

-Conectar el perno a una bomba que le inyecte agua a alta presión. El tiempo estándar de inflado es de 10 segundos por metro de perno

-La bomba debe parase al alcanzar los 30 MPa (300 bar). Así, el sostenimiento de roca es inmediato y se alcanza la máxima adherencia a la roca

-La bomba debe parase al alcanzar los 30 MPa (300 bar). Así, el sostenimiento de roca es inmediato y se alcanza la máxima adherencia a la roca

Pernos autoperforantes –

Malas condiciones de terreno.

– –

Suelos cohesivos y no cohesivos

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Perforaciones inestables

Instalación:

Perforación e instalación simultánea – – Inyección – – Tensado

Técnicas de refuerzo: Cables

Compuestos por fibras múltiples de acero (generalmente 7) de cualquier longitud

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Lechada en la perforación, usualmente en toda la longitud (foto izquierda), a veces solo en algunas longitudes (foto derecha)

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Capacidad mucho mayor que pernos de anclaje

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Utilizados en grandes luces

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Pueden tener o no placa de reparto