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Análisis de estabilidad de taludes
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ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES II
Mg. Miguel Llorente IsidroConsultor Intercade
2
PROF. MIGUEL LLORENTE ISIDRO
Gelogo por la Universidad de Salamanca.
Diploma de Estudios Avanzados por la Universidad Complutense de Madrid.
Mster - Centro de Estudios y Experimentacin de Obras Pblicas de Espaa.
Doctorando en la Escuela Tcnica Superior de Ing. De Minas de la Universidad Politcnica de Madrid.
Mg. Miguel Llorente Isidro Consultor Intercade
Tcnico Superior Especialista en Riesgos Geolgicos Instituto Geolgico y Minero de Espaa.
Ms de diez aos de experiencia en empresa, investigacin y docencia.
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3
Ayala, F.J.; Andreu, F.J.; Fe, M.; Ferrer, M.; de Simn, A.; Fernndez, I.; Olalla, C.;Gmez, J.; Sanpedro, J. y Cienfuegos, F.J. (1987): Manual de Taludes. Serie Geotecnia.IGME. Madrid. 456 pp. ISBN 84-7474-391-5.
C (1998) 2 2
BIBLIOGRAFIA
Calvi J. Koya y Albarrn N. Enrique (1998): Diseo de voladuras. Mxico. 252 pp.
EXSA, SA (1986): Manual prctico de voladura. Per. 358 pp.http://www.exsa.com.pe/publicaciones/
Gonzlez De Vallejo, L.I., Ferrer, M., Ortuo, L., Oteo, C. (2002). Ingeniera Geolgica.Editorial Prentice Hall. Madrid. 744pp. ISBN 84-205-3104-9.
Herrera Rodrguez, F. (2000): Anlisis de estabilidad de taludes. Madrid. 32 pp.
( )
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Llorente Isidro, M (2002, ed): Laderas y Taludes Inestables. Ediciones Universidad deSalamanca. 264pp. I.S.B.N.: 84-7800-742-3.
Perna Llera, J.M; Lpez Jimeno, C.; Pla Ortiz de Urbina, F. y Lpez Jimeno, E (1994):Manual de perforacin y voladuras. Instituto Geolgico y Minero de Espaa (2 Ed).Madrid. 541 pp. ISBN: 84-7840-164-4.
4
Sanz Contreras, J. L.; Santamara Arias, J. (1993): Manual para el control ydiseo de voladuras en obras de carreteras. Monografas sobre instrucciones deconstruccin. Direccin General de Carreteras. Ministerio de Obras Pblicas yTransportes 390 pginas ISBN: 8474338972 9788474338973
BIBLIOGRAFIA
Transportes. 390 pginas. ISBN: 8474338972, 9788474338973.
Suarez Daz, J. (1998): Deslizamientos y estabilidad de taludes en zonastropicales. 550 pp. UIS. Instituto de Investigaciones sobre Erosin yDeslizamientos, Ingeniera de Suelos. Colombia. http://www.erosion.com.co/.
Suarez Daz, J. (2009): Deslizamientos, Anlisis geotcnico, Tomo 1. 582 pp.Universidad Industrial de Santander, UIS, Facultad de Ingenieras FsicoMecnica Escuela de Ingeniera Civil. ISBN-10: 958850404X.http://www.erosion.com.co/.
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http://www.erosion.com.co/.
Suarez Daz, J. (2009): Deslizamientos, Tcnicas de Remediacin, Tomo 2. 413pp. Universidad Industrial de Santander, UIS, Facultad de Ingenieras FsicoMecnica Escuela de Ingeniera Civil. pp. ISBN-10: 9588504031http://www.erosion.com.co/.
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1. Estabilidad de bancos.
2 Sistemas de drenaje
INDICE GENERAL DEL MODULO
2. Sistemas de drenaje.
3. Efectos de las voladuras.
4. Instrumentacin de taludes.
5. Taller.
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6
1. Estabilidad de bancos.
INDICE GENERAL DEL MODULO
2. Sistemas de drenaje.
3. Efectos de las voladuras.
4. Instrumentacin de taludes.
5. Taller.
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INDICE
Estabilidad de bancos Introduccin.
Talud Global.
Mtodo de Janb.
Anlisis 3D.
Bancos.
Plataformas.
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Bermas.
Accesos.
Pistas.
Rampas.
8
INTRODUCCION
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9
Muchas veces se precisa excavar taludes con un ngulo superior del natural. Para su diseo es necesario conocer:
P i d d l t i t i d l t
INTRODUCCION
Propiedades y el comportamiento geomecnico del terreno.
El mecanismo y tipologa de las roturas.
Los factores geolgicos, hidrogeolgicos de otro tipo influyentes en la inestabilidad.
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10
Para ello deben realizarse estudios geolgicos e hidrolgicos previos:
INTRODUCCION
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11
En el presente curso analizaremos la estabilidad de los bancos desde el punto de vista minero, que es el ms utilizado con diferencia.
INTRODUCCION
CARA DEBANCO
PIE DEBANCO
ANCHO DEBANCO ALTURA DE
BANCO
BERMA
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TALUD DE TRABAJO
TALUD FINAL
TALUD DEBANCO
FONDO DE EXPLOTACION
12
En el diseo de la explotacin o infraestructura debe determinarse:
Altura de los bancos. Inclinacin de taludes finales y de trabajo
INTRODUCCION
Inclinacin de taludes finales y de trabajo.
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13
Es el talud promedio de la mina en operacin y el talud promedio al final de la explotacin.
TALUD GLOBAL
Debe de ser estable a largo plazo, y deben tenerse en cuenta todos los aspectos de estabilidad de taludes, aadiendo o penalizando tres cuestiones:
Paso de maquinaria.Procesos de voladura.Af i li ti l l
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Afecciones climticas a largo plazo.
El talud de la mina estar aos en el orden de dcada o ms.
14
TALUD GLOBAL
Terreno
Cara de banco
Anchura de bancoTecho
Altura de banco
Berma
Pie de banco
Muro
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Carbn
Fondo de explotacin
Talud de trabajo
Talud final
Talud del banco
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Para el estudio de estabilidad del talud global se suelenaplicar el mtodo de Janb y mtodos tenso-d f i l
TALUD GLOBAL METODOS DE ESTUDIO
deformacionales.
Recordamos el mtodo de Janb:
Aplicable a cualquier superficie de rotura. No cumple el equilibrio de momentos pero si de
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fuerzas.
La solucin requiere un proceso iterativo.
16
Recordamos el mtodo de Janb:
TALUD GLOBAL METODO DE JANBU
b i
Zz/3
1 a2w Z
Q
Q=
Grieta detraccin
Superficiedel nivelfretico E
WE
X
h
hX
i
ii+1
i+1
wi
ii
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2 RwZQ
d
T
S
L= b/cosL
N
i
i
i i
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Recordamos el mtodo de Janb:
TALUD GLOBAL METODO DE JANBU
b i
E
WE
X
h
hX
S
i
ii+1
i+1
wi
ii
FS=
fon
n
c+ h w
w
wi i
i
i
itan
FStan
tan b21 +
1
22
h
1 +
+
tan
2
ztan
i =1
i =1i
i[ [
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S
L= b/cosL
N
i
i
i i
= 1 +kfod d1,4
2
T TPara c = 0;Para c > 0 , > 0
k = 0,31k = 0,31k = 0,50
18
Para corregir el efecto de no cumplir el equilibrio de momentos seaplica un factor corrector f0:
TALUD GLOBAL METODO DE JANBU
aplica un factor corrector f0:
Este valor simplificado corregido tiende a aproximarse al valor que se obtendra mediante el mtodo de Janbu generalizado.
F Ff=Janbu simplificado corregido 0 Janbu simplificado
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La correccin se obtuvo realizando clculos de ambos tipos para un nmero elevado de casos y calculando las correcciones necesarias.
10
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TALUD GLOBAL METODO DE JANBU
1.2
1.1
Suelos Cohesivos
Suelos Mixtos
Suelos Granulares
= 0
C =
C =
f
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1.00 0.1 0.2 0.3
d/L
L
dSuperficie de rotura
20
A) Para suelos = 0FS= N0 c/ (H)
TALUD GLOBAL METODO DE JANBU
FACTOR DE SEGURIDAD: F = N
DE TALUD
9
10
11
DE PIEDE PROFUNDIDADDE TALUD
C
D
HO
N0 de la tablac = cohesin= peso unitarioH = altura del talud
B) Para suelos > 0FS= N c/ (P )
DE PROFUNDIDAD
010203040
(grados)
1.0 1.5 2 3 4 6 10
506070800
4
5
7
8
N D
E ES
TABI
LIDAD
6
90
3.83
0.25 0.50
DE PIE
0.75
ANGULO DE ESTABILIDAD -
COT
3.83
21.5
1.0
0.5
0.20.1
d=0
3
d=
a =1
b
BASE FIRME
b:1DH
H
D = dH
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FS= Ncf c/ (Pd)
N0 de la tablac = cohesin mediaNcf y Pd de la tabla
0
4 5
3 4x
Xo - xoH
HY
O
O
2 3
1 2
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TALUD GLOBAL METODO DE JANBU300 100
= 100
200
100
50
lidad
, Ncf c
o
o
3.0
2.05
10
X
20
681015203050
c = 0
F = P
F =
=
Ncf
Pb tan tane
e
20
10
5
2Nm
ero
de E
stab
il
1
0 1 2
b=cot
3
co
coo
o
o
o
o
oo
co
c
c
Pd
Pe
4 5
0124
1.0 =0
02
X
X = x HY = y H
X
Yy
0.0
10020
10
Coordenadas
22
543b
210-1.0
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Centro Crtico
HH H
q
H
P
P
H + q - H
H + q - H
q
q
w
w
w t
w
w
w
d
e
=
=t1
bYo
w w
22
TALUD GLOBAL METODO DE JANBU
1.0
0.9
0.8
0
Correccin por Sobrecarga
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
30
= 0
q 60
90Falla de Pie
q/ Hq
(a)
(b)
Correccin por sumergencia ( w) y flujo ( w)
1.0
0.5
0.50.40.3
3060
0.2
Falla de Base
0.10
wy
iw
0.8
0.9
0.9
1.0
1.0
0.0
= 0
d =
q
q/ H
q/ H
Base dura
H
D= dH
b:1
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(c )
(d)
0.5
1.00.5
0.0
0.5
90Falla de Base
Falla de Base
ww
yiw
0.8
0.8
0
0
1.0
1.0
0.9
1.0d =
H w / H y H w /H
H w / H y H w /H
Base dura
Base dura
Hw
Hw
H
H
D= dH
D= dH
b:1
b:1
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TALUD GLOBAL METODO DE JANBU
1.00.90.80.70.60.50
Correccin por Grieta de Tensinsin Tensin de Poros
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
30
= 0
60
90
Falla de Pie
Ht / H
Grieta de Tensin
1.0
1.0
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
0 6
0.50
(a)
(b)
Correccin por Grieta de Tensincon presin de poros
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
30
60
90
= 0
d =
tt
1.00.5
0.0
Falla de Pie
Falla de Pie
Ht / H
Ht / H
Base dura
H
D= dH
b:1
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1.00.90.80.7
0.6
0.6
0.5
0.5
0
0
(c )
(d )
0.1
0.1
0.2
0.2
0.3
0.3
0.4
0.4
0.5
0.5
1.00.5
0.0
d =
t
Falla de Pie
Ht / H
Ht / H
Base dura
Grieta de Tensin
H
D= dH
b:1
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TALUD GLOBAL METODO DE JANBU
Talud Factor de seguridad calculado
Bishop Spencer Janb
Talud 2H: 1V 2.08 2.07
1.37
1.83 1.83
1.45
2.04 2.08
1.38
1.83
1.93
1.29
1.69
1.38
1.83
Talud sobre unacapa de suelodbil
Talud con una lnea
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1.25 1.33 1.25 1.171.25
lneapiezomtrica
Talud con doslneaspiezomtricas
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Un talud global presentar deformaciones elasto-plsticas con eltiempo, la prediccin de su rotura debe por tanto basarse enmodelos que analicen el estado tenso-deformacional del macizorocoso.
TALUD GLOBAL ELEMENTOS FINITOS
Los materiales son representados por zonas para formar una mallaen funcin de su geometra.
Permite seleccionar una variedad de relaciones esfuerzo deformacin.
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Permite modelacin de deformaciones a gran escala y el colapsode materiales.
El anlisis consiste en el reequilibrio del sistema y el estudio de lascondiciones de falla.
26
TALUD GLOBAL ELEMENTOS FINITOS
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TALUD GLOBAL ANALISIS EN 3D
a) PLANTA 0
m
18010.0
x(m)
= 0
= 54
n =180
DIRECCION DE DESLIZAMIENTO
y 0.0
10.0
9.17
7.508.33
6.67
5.83
5.0m
Sin ttulo 5.0
5.0
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b) VISTA 3-D5.0m 5.0
mx
y
Fs, min = 1.11
5.0m
5.0m
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Tochnog Pro. Softwares:Midas GTSFlac 3DAbacus,ANSYS
TALUD GLOBAL ANALISIS EN 3D
ANSYS
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Ventajas: Se pueden incorporar virtualmente cualquier caso con tantasvariables como se quiera.
Inconveniente: Alto grado de especializacin del tcnico, no disponibilidad dedatos o baja fiabilidad de stos, exigencias de cmputo muy grandes (n. devariables, tamao del rea a analizar, etc).
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Ventajas de la construccin de bancos:
Aumenta la estabilidad del talud. Facilitan el proceso extractivo o constructivo
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
Facilitan el proceso extractivo o constructivo. Retienen cadas de fragmentos de roca. Se ubican en ellas zonas de drenaje. Facilitan los trabajos de saneo y mantenimiento. Facilitan los trabajos de restauracin.
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30
Partes de banco:Banco: Zona de extraccin del material (parte inclinada o vertical).Plataforma: Ancho del banco.
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
1 Ancho del banco1. Ancho del banco2. Ancho de la pista de acarreo de mineral.3. Alto del banco
A: Angulo del banco.B: Angulo de talud de la mina.C: Colector de drenaje
Barrera de borde de pista
Banco de seguridad
1
2
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Pista de acarreo de mineral 1
3
A
C
B
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31
Angulo de talud: Es el ngulo que forma el talud del banco con el plano horizontal.
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
11
4
3
2
h
Mg. Miguel Llorente Isidro Consultor Intercade
56Cuneta de desague
32
Angulo de talud. Depende de:
Tipo de roca y su estabilidad. Altura del banco. Tipo de explotacin
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
Tipo de explotacin.De la inclinacin necesaria para la perforacin.
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Altura del banco: Es la distancia comprendida entre dos plataformas.
La altura depende de:Equipos de excavacin.C t ti d l i
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
Caractersticas del macizo rocoso.Exigencias de la explotacin.
1
4
3h
Mg. Miguel Llorente Isidro Consultor Intercade
2
5
h
6Cuneta de desague
34
Altura del banco: En funcin de los equipos de excavacin.
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
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35
Altura del banco: En funcin de los equipos de excavacin.
Bagger 288
240.000 m3/dia
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
6,6 m396 m
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225 m18 cubetas
36
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MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
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38
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
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Altura del banco: En funcin de los equipos de excavacin.
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
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40
Ventaja de utilizar bancos altos:
Mayor eficacia en perforacin
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
y mayor rendimiento en produccin.
Mejor rendimiento por disminucinde desplazamientos y menor coste enexplosivos.
Geometra de voladura optima.
Menor nmero de bancos implica
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Menor nmero de bancos implicamayor concentracin y eficiencia deequipos y maquinaria.
Menor longitud de accesos: menorcosto en infraestructura.
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Ventaja de utilizar bancos pequeos:
Mayor condiciones de seguridad de personal y maquinaria.
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
Menor desviacin en la perforacin: aumenta el rendimiento en perforacin y voladura. (adems de estar ms controlada por temas de vibracin, fragmentacin)
Mayor facilidad para realizar los accesos.
Mejor restauracin final en la explotacin.
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Otros elementos de los bancos:
Plataforma de trabajo:donde se ubica la
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
5
donde se ubica lamaquinaria pesada.
Arista inferior y superior:lneas de corte del talud conlas plataformas superior einferior.
Frente del Banco:
2
2
1
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Superficie del banco dondese realizan los trabajosmineros y que se encuentraen movimiento.
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La altura final del banco depende de una serie de factores que precisan un anlisistcnico y econmico, basado en estudio geotcnicos, de seguridad y de recuperacinfinal de las actividades extractivas.
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BANCOS
ANCHO DEL BERMA
ALTURAGLOBAL
(OVERALL)
o
r
ANCHO DE RAMPA
ANGULOINTERRAMPA
b
h
b r
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ANCHO DEL BANCO
ANGULO CARA DE BLANCO
ANGULOINTERRUMPA
ANGULO GLOBAL(OVERALL ANGLE)
ALTURAINTERRAMPA
b
r
rhhb
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Anchura de las plataformas: Es la distancia comprendida entre dos bancos.
Su anchura es la suma de los espacios necesarios para el movimiento de la
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, PLATAFORMAS
Su anchura es la suma de los espacios necesarios para el movimiento de lamaquinaria que trabaja en ellos simultneamente ms una distancia de seguridadcon el borde del banco. (normalmente es mnimo de 20m).
1
4
3h
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2
5
h
6Cuneta de desague
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Anchura de las plataformas.
De forma orientativa, y segn la maquinaria necesaria, se pueden establecer unas
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, PLATAFORMAS
dimensiones mnimas:
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Anchura de las plataformas.
Las dimensiones de cada plataforma deben estar convenientemente indicadas en
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, PLATAFORMAS
pel proyecto especificando las labores de perforacin en cada una de ellas.
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Anchura de las plataformas.La superficie de la plataforma debe ser regular de forma que permita las maniobras de toda la maquinaria, su estabilidad y desage eficaz.
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, PLATAFORMAS
q , y g
Rado degiro 7,2 m
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Ancho delcamin 7,2 m
Ancho delcamin 7,2 m
seguridad 3,5 m 52 m
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MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, PLATAFORMAS
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Se utilizan como plataformas de acceso en el talud de unaexcavacin.
Actan como proteccin frente a desprendimientos
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BERMAS
Actan como proteccin frente a desprendimientos.
Sus dimensiones deben ser justificadas mediante los clculosnecesarios.
Uso muy generalizado en obra civil (en taludes de ms de 25 m;anchura mnima 3m).
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Se utiliza para el uso de drenes y la ubicacin de medidasprotectoras.
Tambin pueden ser utilizadas como vas para el transporte delmineral.
50
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BERMAS
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Se utilizan como plataformas de acceso en el talud de una excavacin.
Actan como proteccin frente a desprendimientos.
S di i d b j tifi d di t l l l i
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BERMAS
Sus dimensiones deben ser justificadas mediante los clculos necesarios.
Se utiliza para el uso de drenes y la ubicacin de medidas protectoras.
Tambin pueden ser utilizadas como vas para el transporte del mineral.
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Bancos
Berma
ngulo detalud
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MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BERMAS
Cara deCara debanco
Pie de banco
Berma Altura de banco
Anchura debanco
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Fondo de explotacin
Talud de trabajo
Talud de banco
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MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BERMAS
Espacio entre camiones 5m
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Berma de seguridad3,5 m
Berma de transporte25 m
Zanja detransporte
2,0m
Ancho del camin 7,2 m
56
Por medidas de seguridad es conveniente que tengan una inclinacincontrapendiente o tomar medidas necesarias.
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BERMAS
Posible deslizamiento e caido
D Suficiente para detenery retener deslizamiento
Mnimo 4 mts.
Pendiente
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Impermeabilizacinen Mortero o Concreto VIA
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MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BERMAS
Flat bench Crest berm Reserve incline
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Se debe evitar la infiltracin del agua para no aumentar la presin de poro y nofavorecer la meteorizacin del macizo.
58
Para el diseo de una berma han de tenerse en cuenta:
La formacin geolgica: Mayor competencia de la roca mayor altura y pendiente.
MODIFICACION DE LA GEOMETRIA, BERMAS
g g y p y y p
La meteorizacin: mayor meteorizacin menor pendiente y altura.
Microestructura y estructura geolgica: mayor fracturacin menor pendiente y altura.
Minerales de arcilla: escasas pendientes.
Nivel fretico y comportamiento hidrolgico: mayor saturacin menor pendiente.
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Sismicidad: zonas de alta amenaza ssmica taludes ms tendidos.
Factores antrpicos: zonas urbanas taludes tendidos.
Elementos de riesgo: aumento del factor de seguridad en zonas habitadas.
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A mayor competencia de la roca permite mayor pendiente y altura
FORMACION GEOLOGICA
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Rocas menos competentes permiten menores ngulos
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