Análisis probabilístico para el diseño de taludes en explotación minera a cielo abierto

Abstract

Uno de los aspectos clave para prevenir la falla en taludes rocosos, es la definición de un modelo de análisis que represente de la mejor manera la alta variabilidad de las propiedades y características geológicas y geotécnicas de los macizos rocosos. Las aproximaciones convencionales basadas en la mecánica del continuo, no logran representar de manera adecuada la complejidad impuesta por esta variabilidad ni por la presencia de discontinuidades, que inducen movimientos como rotación, desplazamiento y desprendimiento de bloques. Para abordar estos dos problemas de discontinuidad y de variabilidad en taludes a nivel de banco en explotación minera a cielo abierto, en este trabajo se plantea una metodología de análisis, combinando aproximaciones basadas en elementos discretos con conceptos de confiabilidad y probabilidad. En el planteamiento metodológico de este trabajo, se contó con datos de un talud minero real, de modo que la metodología propuesta fuera validable a través de un caso de estudio. Los métodos de elementos discretos permitieron considerar la naturaleza discontinua de un macizo rocoso, modelado como un sistema de bloques; este método tiene en cuenta los cambios que sufren los contactos mientras los bloques interactúan ante alguna solicitación. En particular se seleccionó el análisis de deformaciones discontinuas (DDA), basado en el cálculo de desplazamientos a partir de ecuaciones de equilibrio. Con el ánimo de lograr mayor eficiencia en términos computacionales, se efectuó un análisis previo para seleccionar aquellas variables críticas o sensibles, mediante dos técnicas diferentes para efectos de validación: método central de diferencias finitas y Análisis de Componentes Principales (ACP). Estos análisis mostraron que la inclinación de talud, el buzamiento y la separación de la discontinuidad subparalela a la cara del talud seleccionado, tienen mayor influencia en los resultados de estabilidad. Por su parte, el análisis realizado con el método de los estimativos puntuales, permitió tener una aproximación de los niveles de confiabilidad, considerando el efecto de la incertidumbre asociada con la variabilidad de los parámetros de entrada, en los resultados de las modelaciones realizadas con DDA. Para este análisis se establecieron 8 combinaciones de los parámetros aleatorios identificados como de mayor sensibilidad en las modelaciones. Un paso muy importante, fue la definición de la función de comportamiento adecuada, la cual se estableció a partir de la velocidad de movimiento del talud en el evento de que se presente la falla durante la modelación con DDA. Finalmente con los valores de velocidad, se realizó el análisis de confiabilidad y se determinó una probabilidad de falla del talud estudiado.