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ESTABILIDAD DE TALUDES Y DEPOSITOSIntroduccin

Para el diseo de cualquier explotacin a cielo abierto es necesario contar con la modelizacin geolgica del yacimiento, la cual se obtiene a partir de los trabajos previos de investigacin.

Este diseo contempla:

contornos finales, Intermedios, perspectivos en las diferentes etapas en el desarrollo de la explotacin, definicin del mtodo de explotacin y, la seleccin de la maquinaria a utilizar.Curvas Ton-Ley Leyes de Corte Cap. MximasEvaluacin Econmica (VAN, IVAN))Pit FinalLerchs -GrossmanDefinicin ReservasSECUENCIA DE EXPLOTACION4321Modelo Valorado

Diseo GeotcnicoDiseo Operativo2007200620102016Plan MineroModelo de BloquesRECURSOS GEOLOGICOS2005PLANIFICACION MINERA DE UN RAJO

Pit final

Terminologa en el PitBancosRampa

Extrema importancia para el armnico desarrollo de los trabajos mineros es el que est relacionado con la estabilidad de sus contornos, ya que garantizan la seguridad:

durante la explotacin, en el perodo de cierre y, en el uso posterior de los espacios creados por la explotacin.ANGULO CARA DE BANCOa bANGULO INTERRAMPAa rALTURA DE BANCOh bANGULO INTERRAMPAa rALTURA INTERRAMPAh rANGULO GLOBAL(OVERALL ANGLE)a oALTURAGLOBAL(OVERALL)h oANCHO DE RAMPAb rANCHO DE BERMAbResumen geometra de un talud en un open pitFUNDAMENTAL

LOS TESTIGOS DE SONDAJES

Creacin de Volmenes Geolgicos

Los elementos del contorno del pit son:

Los bordes, Su profundidad o altura de explotacin de la mina, Los bancos, Altura de banco, Angulo de talud del banco, Las bermas de transporte y de seguridad, Angulo de pit final.

Informacin previa para el diseo de los taludes en la en la mina

Caracterizacin del macizo rocoso, y su comportamiento en el tiempo.

Porqu?

Para poder tomar las decisiones de diseo que garanticen la seguridad y economa de la cantera.

Esta informacin se puede agrupar de la siguiente forma: Modelo geolgico del yacimiento Propiedades del macizo rocoso Caractersticas hidrogeolgicas del macizo Efectos de la alteracin de las rocas Esfuerzos in situ Efectos de las voladuras en las rocas Tratamiento para preservar la estabilidad de los taludes.

MODELO GEOLGICO

La disponibilidad de un modelo geolgico es fundamental.

Modelos Geolgicos en tres dimensiones (VULCAN, GEMCOM, etc.).

Los modelos permiten visualizar en tres dimensiones:

la geologa, geologa estructural, distribucin de leyes, distribucin de agua subterrnea informacin geomecnica existente y disponible (RQD, FF).

DETERMINACIN DE LAS PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO

Principal problema, considera:

Seleccin del tipo de modelo que caracteriza al macizo, modelos continuos (Homogneos) o discontinuos (discretos).

Uso de criterio de falla (V.g. Hoek y Brown)

Verificacin exhaustiva: si los parmetros asumidos en el criterio de falla son correctos.

Se recomienda el empleo de mtodos probabilsticos.PRESENCIA DE AGUA SUBTERRNEA

El agua subterrnea en los taludes reduce las tensiones efectivas y, consecuentemente,

reduce la resistencia al corte de las discontinuidades presentes en el macizo rocoso.

La medicin y el control de los niveles freticos es importante durante toda la vida de la cantera.

El modelo geolgico debe incluir la informacin del nivel fretico, sus fuentes de alimentacin, as como la hidrulica del macizo rocoso.Grasberg Mine, Indonesia Octubre 9, 2003Lo que pasa cuando el agua se acumula y el drenaje falla

9 Personas Muertas

30October 9, 2003:Major landslide causing perhaps eight fatalitiesRelated to heavy rainfall and accumulation of water in soil layer at top of pitAnother slide in December 2003 blocked access to high grade ore. Freeport declared force majeure and curtailed metal sales.

Questions by investors: Is mine being operated safely?Can it fulfill its sales contracts?

EFECTO DE LA ALTERACINLa mineralizacin en muchos casos est asociada a zonas de alteracin que tienen impacto sobre la resistencia del macizo rocoso y, por lo tanto, su estabilidad.

Durante el mapeo geolgico se deben identificar zonas de alteracin mostrando sus grados y tipo de alteracin.

El mapeo geolgico debe precisar el efecto de la alteracin en la resistencia y calidad de los macizos rocosos.

Para definir la alteracin se debe utilizar la observacin de campo, complementada por investigaciones geofsica y ensayos de laboratorio.

Bancos de strippingBancos de produccinESFUERZOS IN-SITULos taludes de forma convexa (salientes) son menos estables que los taludes cncavos debido a la falta de confinamiento en los primeros.

El efecto del desconfinamiento es usualmente: prdida de resistencia del macizo rocoso.

La concentracin de tensiones en los pies de los taludes de bancos de gran altura produce fallas en la zona, que causan inestabilidad en los mismos.

DAO POR EFECTO DE LA VOLADURA

En voladuras masivas, el dao se extiende varios metros detrs del talud.

El dao se produce debido a los esfuerzos dinmicos inducidos que resultan en el proceso de la fracturacin de la roca, con lo cual se produce la abertura de las discontinuidades.

El efecto de la rotura o fragmentacin producida por la voladura debe ser tomado en cuenta durante el mapeo geotcnico, para valorar en que medida es afectada la calidad del macizo rocoso.

Criterios para el diseo de los taludes

Importancia para la seguridad y efectividad econmica de la mina.

Los aspectos ms importantes que afectan la seguridad en los frentes y operaciones son los siguientes:

oCada o deslizamiento de rocas sueltasoColapso parcial de un bancooColapso general de un borde del pit

El diseo geotcnico de un talud estable implica la caracterizacin del macizo rocoso a partir de factores como:oSistemas de juntas y discontinuidades

oRelacin de estos con las superficies de los frentes,

taludes y los posibles planos de rotura.

oParmetros resistentes de las juntas, las caractersticas y

propiedades de sus superficies, as como los materiales que

los rellenan.

oPropiedades geotcnicas de la matriz rocosa.

oCaractersticas hidrogeolgicas y las presiones de agua

en las juntas y fracturas.

oEfecto de las vibraciones sobre los macizos.En geotcnia, el riesgo de colapso de un talud se mide en trminos del llamado coeficiente de seguridad FS

FS es la relacin entre el conjunto de los esfuerzos resistentes o estabilizadores y las desestabilizadores que provocan la rotura del talud.

La relacin de un factor FS mayor implica una disminucin del riesgo, pero supone en general taludes mas acostados o tendidos y por lo tanto, menores US$ de ganancia para la empresa.El valor FS = 1 seala la frontera en la cual un talud es o deja de ser estable.

La necesidad de utilizar valores de FS > 1 surge como consecuencia de los siguientes factores:

oPosible existencia de caractersticas geolgicas y

estructurales del talud, que no han sido detectadas en el

estudio geotcnico.

oPosibles errores en los ensayos para caracterizar al macizo.

oHeterogeneidad y anisotropa presente en el macizo.

oDeterminacin y variabilidad de las presiones de agua en

el talud.

oLos errores derivados de las supuestas superficies de rotura

utilizadas.

oLos errores en los clculos.Los valores que se adoptan en la prctica:

La experiencia internacional

FS prximo a 1,3 adecuado para taludes cuya estabilidad no se considere a largo plazo,

Taludes de los frentes de trabajo: FS = 1.

Si las condiciones son criticas o se est los contornos finales:

FS: 1,5 a 1,6

En las explotaciones a cielo abierto el FS se recomienda obtenerlo para diferentes pendientes del pit final.

En la practica se presentan dos casos distintos:

Macizo homogneo, donde el tipo de rotura no esta determinado por las discontinuidades, los valores de FS dependen de la altura del talud y su ngulo;

Macizo con discontinuidades (caso de las roturas planas y del tipo cua), pudiendo ser los valores de FS altos.

El valor de FS disminuye drsticamente debido a la perdida de cohesin del macizo.FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA INESTABILIDAD DEL TERRENOPara que se produzca la inestabilidad y puesta en movimiento de una masa de terreno deben intervenir y modificarse de forma conjunta varios factores.

Las formas de la superficie terrestre se pueden considerar como resultantes de un sistema evolutivo y, por tanto, en continuo cambio, a la escala de tiempo en la que se producen estos movimientos del terreno, a algunos de los factores que intervienen en ellos se les puede conceptuar como:

constantes o con poca variabilidad a lo largo del tiempo y,

variables que sufren modificaciones con cierta periodicidad.Factores constantes: carcter pasivo y condicionaran y conformaran el tipo de rotura y su mecanismo.

Factores variables o activos interferiran sobre los anteriores,modificndolos y desencadenando la inestabilidad y puesta en movimiento del terreno, adems de determinar, la magnitud del procesoEl conjunto de estos factores comprende la siguiente relacin:

- Factores constantes- Naturaleza de los materiales- Relacin estructura-ladera- Pendiente topogrfica y morfologa de la laderaVegetacin

- Factores variables- Climatologa- Meteorizacin- Agua- Erosin fluvial y costera- Sismicidad de la zona- Acciones antrpicasFACTORES CONSTANTES.Naturaleza de los materiales

Los parmetros resistivos dependern de la composicin mineralgica y de la textura, compactacin, tamao, forma y cementacin de las partculas que formen la roca o sedimento.

Por tanto, materiales poco cementados, con tamaos de grano fino (limo-arcilla o arenas limo-arcillosas), o de un amplio rango granulomtrico (derrubios de ladera) son litologas ms propensasal deslizamiento.FACTORES CONSTANTES.Naturaleza de los materiales

En sedimentos con abundancia de minerales de la arcilla del tipo montmorillonita, se puede producir, en pocas de lluvia, un hinchamiento de estos minerales por la absorcin de agua en su estructura molecular y posterior dilatacin, lo que provoca una expansin del terreno, con aumentos de volumen que son problemticos si alcanzan el 5% y que, en casos excepcionales, pueden llegar al 50%.

FACTORES CONSTANTES.Naturaleza de los materiales

Tambin, la alternancia o intercalacin de materiales de distinta naturaleza, y por tanto, con resistencia, compactacin y permeabilidades diferentes, producir heterogeneidades en elcomportamiento global de la masa, que segn la tipologa de aqullas, tendr una respuesta variable a los factores externos que se manifiesten, lo que favorece la aparicin de fenmenosde inestabilidad.

Del mismo modo, el espesor de los diferentes materiales podr determinar que el movimiento sea superficial o profundo.

Pendiente topogrfica y morfologa de la ladera

En terrenos homogneos, cada tipo de material tendr una altura crtica y un ngulo mximo, a partir de los cuales se producir un desequilibrio gravitacional, siendo posible la rotura.

No obstante, en zonas muy hmedas, la morfologa no tiene por qu ser necesariamente abrupta para que materiales arcillosos, debido a la saturacin, puedan generar movimientos rpidos, de tipo flujo, con velocidad considerable.Pendiente topogrfica y morfologa de la ladera

Una topografa abrupta, con valles profundos, grandes diferencias de altura entre vaguadas, alto gradiente hidrulico, relieve escarpado, red de drenaje densa y encajada, formas acarcavadas y laderas con morfologa cncava, es indicativa de zonas con alto potencial de inestabilidad.

Vegetacin

Es ste un factor controvertido, tanto en su uso como parmetro a intervenir en la estabilidad, como en el papel que desempea.

Esto es debido tanto a las distintas circunstancias que se producen en la presencia de la amplia variedad de especies vegetales existentes, dentro de las cuales algunas tienen un marcado carcter estacional, como a los efectos que en ellas se manifiestan.

Vegetacin

El efecto positivo que produce la vegetacin es el de mantener la estabilidad superficial del terreno y evitar su degradacin, ya que las races cohesionan las partculas del suelo y disminuyen la disgregacin de los niveles superficiales.

La presencia de una cobertera vegetal tambin favorece el drenaje por la absorcin del agua superficial del terreno, al tiempo quedisminuye el efecto producido por la erosin hdrica.

Como contribucin negativa, est la producida por el efecto de cua realizado por algunas races al desagregar el suelo, provocandolos consiguientes efectos mecnicos en grietas y fracturas.Climatologa

Los movimientos del terreno estn muy influidas por las caractersticas climatolgicas de la zona, que deben ser consideradas como agentes que influyen en la formacin del relieve por su repercusin en los procesos geomorfolgicos.

Los efectos del clima se derivan principalmente de la pluviometra y temperatura.

Precipitaciones: influye el volumen total anual y tambin la distribucin estacional, el rgimen y su intensidad.Climatologa

Cuando las lluvias son torrenciales, el impacto fsico de las gotas de agua ataca enrgicamente el suelo y provoca la disgregacin y removilizacin de las partculas superficiales, que son arrastradas por el agua.

A su vez, la cantidad de lluvia cada en tan poco tiempo, excede la capacidad de infiltracin en el terreno, por lo que se produce una escorrenta superficial que intensifica el efecto erosivo del agua sobre las laderas durante el transporte del sedimento y forma depsitos caractersticos al pie de las pendientes.

Si, por el contrario, el agua de lluvia se infiltra lentamente, se produce un mayor grado de saturacin del terreno, que puede llegar a formar un nivel de agua subterrnea.Climatologa

Existe una buena correlacin entre la frecuencia de deslizamientos y la estacin del ao, correspondiendo un mayor nmero de aqullos a los meses ms lluviosos.

Este fenmeno se incrementa en zonas muy hmedas y durante los periodos con lluvias ms extensas e intensas aumenta tambin la magnitud de los movimientos, ya que el terreno presenta un elevado grado de saturacin como consecuencia de lluvias anteriores.

Por lo que respecta a las temperaturas, parmetro de menor importancia, cuanto ms altas y ms extremas sean, mayor ser su influencia sobre los ciclos de humedad-sequedad del suelo.

Los cambios de temperatura originarn procesos de expansin y contraccin de los poros del terreno, con los consiguientes efectos sobre su grado de esponjamiento y saturacin.Meteorizacin

Este factor produce una alteracin de la roca o del sedimento original de la ladera, cambiando su resistencia y permeabilidad.

Las transformaciones qumicas, mineralgicas y texturalesque se generan durante el desarrollo de este proceso, por la accin de reacciones de disolucin, oxidacin, hidrlisis, etc., destruyen el empaquetamiento de los materiales, disgregan elconjunto y generan una prdida de la cohesin, lo que lleva en definitiva a una disminucin de su resistencia.Agua

El agua es el agente que contribuye con mayor peso a la modificacin de las condiciones de estabilidad de una ladera.

Por una parte, provoca la disgregacin fsica de la estructura de laspartculas del suelo, as como su alteracin qumica mediante procesos de disolucin, oxidacin, etc. Todo ello genera cambios mineralgicos, composicionales y texturales, lo que da como resultado, en ambos casos, una disminucin de sus parmetros resistivos.

Por otra parte, cuando el agua se infiltra y percola en el subsuelo a travs de poros y fisuras, puede formarse un nivel de saturacin variable, con un drenaje y un flujo determinado. Agua

Intuitivamente: el agua tiene un efecto lubricante que produce sobre las partculas y discontinuidades del terreno.

Sin embargo, su accin desestabilizadora proviene tanto de la sobrecarga proporcionada por el peso del agua al ocupar poros y fisuras antes vacos, como de las presiones intersticiales.

Al tener un suelo saturado, constituido por partculas slidas y agua, los esfuerzos son absorbidos en diferente proporcin por ambos elementos. Como el agua no puede soportar esfuerzoscortantes, se disminuyen las tensiones efectivas del terreno, y se incrementa el esfuerzo de corte, lo que afecta, por tanto, a la estabilidad.

Esto es de gran importancia cuando el terreno est compuesto por una alternancia de capas permeables e impermeables, ya quelas primeras son capaces de desarrollar presiones intersticiales considerables.Sismicidad de la zona

Factor que puede acelerar y desencadenar grandes movimientos de masa como resultado de la generacin de una serie de vibraciones que se asocian a un incremento de la aceleracin vertical y horizontal.

Estas oscilaciones provocan una sacudida del suelo, desplazan de su vertical a la componente de peso de una ladera e inducenuna mayor tensin tangencial de cizalla en el plano de rotura.

Adems, como resultado de la alteracin del empaquetamiento de los granos del terreno, se disminuye la cohesin, lo queen materiales poco compactados y saturados se traduce en fenmenos de licuefaccin, generados por la compactacin y el aumento de la presin intersticial producida por las vibraciones.Acciones antrpicas

Las actividades humanas pueden modificar parte de los factores que se han tratado anteriormente.

La intervencin en laderas naturales o la construccin de taludes artificiales, tender a variar las condiciones de equilibrio iniciales, y podr originar procesos de inestabilidad.

Una ladera en equilibrio estricto puede ponerse en movimiento cuando se sobrecarga en su parte superior, situacin que se ocasiona por la construccin de edificios, depsitos de aguao carreteras sobre materiales que no pueden mantenerse estables bajo las nuevas condiciones de carga adicional.

Este accidente ocurri a las 2:30 a.m. en Colombia...

Hubo un enorme deslizamiento de taludes...

Murieron 3 operadores de equipo pesado.....

Hay lecciones que debemos aprender...