Inestabilidad de Taludes en Baños Del Inca-llacanora

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

INESTABILIDAD DE TALUDES EN ZONAS CRÍTICAS EN LA CARRETERA BAÑOS DEL INCA – LLACANORA, TRAMO KM. 2+000 – KM. 5+500. CURSO: Geotecnia I PRESENTADO POR: Alumnos: Cueva Sánchez, Richard Gonzales Rafael, Luis Edwin Gutiérrez Cortez, María Elizabeth Ocas Gutiérrez, Paul Sangay Huaripata, Rodrigo DOCENTE: Ing. Reinaldo Rodríguez Cruzado

Cajamarca, Febrero del 2016

Inestabilidad de taludes en zonas críticas en la Carretera Baños del Inca – Llacanora, tramo km. 2+000 – Km. 5+500.

CAPÍTULO I El Problema 1.1

Planteamiento del problema

En la carretera de los Baños del Inca - Llacanora en el tramo km. 2+000 – km. 5+500, se evidencia inestabilidad de taludes y laderas en suelos coluvio-aluviales y rocas lutitas, areniscas y calizas delgadas, afectadas debido a la presencia de discontinuidades, las precipitaciones pluviales con mayor frecuencia en los meses de diciembre-abril de todos los años, generando caída de rocas y deslizamientos circulares y en cuñas. 1.2

Formulación del problema

¿Cuál es el comportamiento de los taludes y laderas que ocurren en rocas lutitas, areniscas y calizas delgadas, en las zonas críticas en la carretera Baños del Inca - Llacanora en el tramo km. 2+000 – km. 5+500? 1.3 Justificación de la investigación En la carretera de los Baños del Inca - Llacanora en el tramo km. 2+000 – km. 5+500 sufre fuertes precipitaciones durante la mayoría de meses del año, hecho que genera inestabilidad en los taludes afectadas por las infiltraciones, ayudadas por las distintas familias de discontinuidades que presenta el macizo rocoso, el ángulo del talud, fallas regionales o locales entre otros. Hechos que pueden dejar incomunicados a los pueblos y muy dañadas las carreteras. 1.4 Alcances o delimitación de la investigación La investigación se desarrolla en la carretera de los Baños del Inca Llacanora en el tramo km. 2+000 – km. 5+500, con énfasis en el comportamiento de los taludes preferentemente inestables (zonas críticas). La investigación ésta enfocada a aquellas situaciones problemáticas o de impacto que puedan generar la inestabilidad de taludes a las personas que son beneficiarias de esta carretera. 1.5 Objetivos 1.5.1 General  Analizar la inestabilidad de taludes en zonas críticas en el tramo km. 2+000 – km. 5+500, carretera de los Baños del Inca Llacanora.

1.5.2 Específicos  Cartografiar las litomorfoestructuras.  Definir las zonas críticas y de inestabilidad  Caracterizar geomecánicamente los suelos según criterios de Mohr-Coulomb.  Caracterizar las rocas teniendo los criterios de Hoek y Brown y Bieniawski89 (RMR).  Determinar los Factores de seguridad. 1.6 Identificación de variables 1.6.1 Variables independientes  Factores geométricos, geológicos, geohidrológicos, geotécnicos.  Diseño de talud.  Procesos de depositación.  Esfuerzos tectónicos. 1.6.2 Variables dependientes      1.7

Inestabilidad de taludes. Altura y ángulo de talud. Litología. Agua en los taludes. Discontinuidades. Operacionalización de variables

Tabla 1: Operacionalización de variables.

Variables Dependient es

Definición

Variables Independie ntes

Inestabilidad de taludes.

Posible caída o deslizamiento de un talud.

Factores: geomecánicos, geológicos, geotécnicos.

Agua en los taludes. Discontinuidad

SMR, Factor de seguridad.

Diseño de

Altura y ángulo de talud.

Litología.

Indicadores

talud. Estudio de las rocas composición, textura, tipo de transporte, mineralogía, cemento. Planos de debilidad

Procesos de depositación. Precipitación, infiltración. Esfuerzos

Tipo, forma, tamaño de grano; tipo de cemento.

D, DD, separación,

causados por los esfuerzos tectónicos compresivos y traccionales.

es.

1.8

tectónicos

persistencia, abertura, rugosidad, relleno y agua en las discontinuidades.

Hipótesis

Existen taludes inestables en el tramo km. 2+000 – km. 5+500, carretera de los Baños del Inca - Llacanora, los cuales están asociados al comportamiento geomecánico de suelos y rocas, así como a la infiltración de las aguas pluviales.

Capítulo II Metodología de la Investigación 2.1

Método

En este trabajo se utiliza el método de investigación inductivo y deductivo, donde a partir de datos de las zonas inestables e generaliza el comportamiento para la zona de investigación. 2.2 Alcance de la investigación 2.2.1 Descriptiva-Correlacional Describimos las variables de las rocas y suelos observados en campo. También se interpreta la relación que existe entre variables geológicas, hidrogeológicas y geotécnicas. 2.3 Universo Taludes de la carretera Baños del inca - Llacanora tramo Km 2 – Km 5 + 500. 2.4 Unidad de análisis Zonas de inestables de la carretera Baños del Inca - Llacanora tramo Km 2 – Km 5 + 500. 2.5 Muestra Rocas de las estaciones Geotécnicas de taludes que presentan inestabilidad en la carretera Baños del Inca - Llacanora tramo Km 2 – Km 5 + 500. 2.6 Etapas 2.6.1 Preliminar de gabinete En esta etapa se realizó la revisión bibliográfica, referente a Geología Estructural, Mecánica de Rocas, análisis de imágenes satelitales, informes y trabajos anteriores. Además ver las rutas de acceso y realizar el cronograma de actividades. 2.6.2 Etapa de Campo  Cartografiado geológico y estructural, usando brújula, determinando el Dip y DD de las estructuras y formaciones presentes en la zona de estudio.  Recolección de datos geomecánicos utilizando un formato establecido.

2.6.3 Etapa de Gabinete  Elaboración de los planos Geológico, Geomecánico.  Determinación de las propiedades geomecánicas utilizando el software RocLab.  Determinar la inestabilidad y calcular del factor de seguridad en taludes utilizando el software Slide. 2.7 Cronograma de actividades

2.8

Equipos

Se utilizaron los siguientes equipos:  Rayador  Ácido clorhídrico  Libreta De Campo  Picota

 Lupa  Brújula Geotécnica  GPS

 

 Capítulo III  Marco Teórico 3.1

Antecedentes

  Boletín Nº 31, Geología de los Cuadrángulos de Cajamarca, San Marcos y Cajabamba; editado por el Instituto Geológico Minero y Metalúrgico (INGEMMET). Describen las unidades litoestratigráficas y alcances de tectónica de los cuadrángulos mencionados.  Mercado, F (2014) “Análisis de inestabilidad de taludes en zonas críticas en la carretera Cajamarca-Celendín en el tramo km. 52+000-km 94+400”. En esta tesis se evalúa zonas críticas para la estabilidad de los taludes en la carretera Cajamarca Celendín tramo Km 52 +000 al Km 94 + 400.  Aceijas, P., Garay, H, y Requejo, N (2014) Análisis de Inestabilidad de Taludes en la Carretera Cajamarca – Celendín Tramo Km 32-Km 52” 3.2 Bases Teóricas 3.2.1 Clasificación de rocas 3.2.1.1 Clasificación RQD   Desarrollada por Deere en 1967, determina a partir de recuperación de testigos donde los fragmentos mayores a 10 cm son sumados y divididos con la longitud total del testigo según la ecuación siguiente: ∑ fragmentos>a 10 cm  RQD= longitud total del testigo ∗100

 ���=100�(−0.1�(0.1�+1)) 100

RQD %

50

0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

λ=número de discontinuidades/longitud del macizo (m)



En el trabajo de campo se realizó la estimación del RQD a partir de la frecuencia de discontinuidades λ que se calcula contando el número total de discontinuidades que intercepta una longitud L.

  

λ=

número de discontinuidades L( m)

 Y luego aplicamos la ecuación: 

RQD=100 e−0.1 λ(0.1 λ+1) 



3.2.1.2 Clasificación GSI

Figura 1: Relación entre la frecuencia de discontinuidades y el índice RQD (fuente propia)

  La clasificación GSI utiliza la siguiente tabla donde se puede estimar el valor GSI de acuerdo a las observaciones hechas en campo. Gavilanes recomienda trabajar con un rango de GSI, pero para los cálculos en este proyecto se da un valor central aproximado.

 Tabla 2: Cuadro para calcular el GSI (Hoek y Marinos, 2000)

 3.2.1.3 Clasificación RMR   Desarrollada por Bieniawski en 1973, mejorándolo en 1979 y 1989, es un sistema de clasificación que relaciona el índice de calidad con parámetros geotectónicos de las rocas.  Los siguientes 6 parámetros son utilizados para clasificar un macizo rocoso usando el sistema RMR de Bieniawski (1989):  Resistencia a la compresión uniaxial. o Determinada en laboratorio y ensayos de carga puntual en terreno.   Valor del RQD.









o Se asigna desde puntaje de 20 si este índice es mayor a 90% hasta 3 si es menor a 25%. Espaciamiento de discontinuidades. o Se asume que la roca tiene 3 conjuntos de fracturas y se utiliza el sistema más relevante. Condición de discontinuidades. o Descripción de “aspereza” de la superficie y del material de relleno. Se usa el más liso y desfavorable. Aguas subterráneas. o De acuerdo al flujo de agua en excavación subterránea (si está disponible) o la presión de agua en discontinuidades. Se puede usar también el testigo. Orientación de discontinuidades. o Determinada mediante cámaras en sondajes y/o mapeo de piques.

 Tabla 3: Parámetros de clasificación para clasificación geomecánica RMR (Bieniawski, 1989)

 Res

 Ensay

iste

o

nci

puntua

a

l

 Compr  ¿ 10

 10-4

 4-2

 2-

esión

1

simple (Mpa)

de la 

mat

1

riz roc osa

 Compr esión simple

 5 

 250-

¿ 250

100

 100-50

02

  2



5

¿1

5

(M pa)  Puntuación

 1 5  9 0-



 RQD (%)

0

2  Puntuación 

1

 Separación entre

0  2 0 

 12

 7

 4

 



2

0

1

 2  7590

 50-75

5-



5

¿ 25

0  17

 13

 6

 3

 0.6-

 0.2-0.6

 0.



0 diaclasas (m)

6-

2

0.

3

2  2

 4

 Estado de las discontinuidades

 Puntuación

0

 15

 10

 8

 5

 Longit  1

ud de la discon

 ¿1

 1-3

 3-10

tinuida d (m)  Puntua ción  Abertu ra (mm)  Puntua ción

 Rugosi dad

 Puntua ción  Rellen o

0-



2

¿ 20

0

 6

 4

 N



ad a  6

¿ 0.1  5

 2

 0.1-1.0

 3

 1  15  1

 M

 O

u

n

y ru g

 Rug osa

 Ligeram

 0



¿5

 0

d

ente

ul

rugosa

a

os

d

a

a

 suave

 6

 5

 3

 1

 0

 N

 Rell

 Relleno

 R

 Rellen

in

eno

g

duro

duro

u

o

le

blando

n ¿ 5 mm

n o

el

¿ 5 mm

o bl a

¿ 5 mm

n d o

¿ 5 mm  Puntua ción

 6

 4

 2

 2

 0

 M

 Altera ción

u

 In

 Lige

al

rame

te

nte

damente

ra

alter

alterada

da

ada

 Modera

y al te

 Desco mpues ta

ra d a

 Puntua ción 

 Ag

5

ua fre

 6

 5

 3

 1

 0

 2 5 Caudal

átic

por 10

a

m de túnel

  N ul o

1

¿ 10

l/mi

 10-25

2

l/min

5 l/

n

 ¿ 125 l/ min

m  Relaci ón

 0

 00.1

 0.1-0.2

in  0. 2-

presió

0.

n de

5

agua/T ensión princip al

 ¿ 0.5

mayor  G  Lige

ot

rame

e

 Agua

a

fluyen do

 Estado

 S

genera

ec

nte

l

o

húm

n

edo

d

 Húmedo

o  Puntuación  

 1 5

 10

 7

 4

 0

3.2.1.4 Resistencia Uniaxial de la Matriz Rocosa   Se calcula contando el número de golpes propinados con picota de geólogo y compararlo a la tabla siguiente:  Tabla 4: Estimación aproximada y clasificación de la resistencia a compresión simple de suelos y rocas a partir de índices de campo (ISRM, 1981. Recuperado de Gonzales de Vallejo, 2002. Pág. 131)





 Tabla 5: Figura para encontrar la resistencia a la compresión uniaxial a partir del martillo Schmidt. Recuperado de (Gonzales de Vallejo, 2002, pág. 347)

 3.2.1.5 Espaciado de las Discontinuidades   Este parámetro se calcula midiendo la separación de discontinuidades, luego se calcula la media aritmética de las separaciones visibles.   

3.2.1.6 Condición de las Discontinuidades   La condición de las discontinuidades obedece a cinco parámetros que son: Longitud, es decir la persistencia de las discontinuidades; Abertura, es la separación de las discontinuidades; Rugosidad, una superficie liza se puede deslizar más rápido que una rugosa; Relleno, identifica que material rellena a la discontinuidad; y Alteración, que determina cual es el grado de meteorización de la discontinuidad. 3.2.1.7 Grado de Meteorización   El grado de meteorización se evalúa según la siguiente tabla:  Tabla 6: descripción del grado de estado de meteorización (ISRM, 1981, recuperado de Gonzales de vallejo, 2002.pag 260)

 TÉR MIN O  Fres ca  Desc olor ada 

 DESCRIPCIÓN  No se observan signos de meteorización en la matriz rocosa  Se observan cambios en el color original de la matriz rocosa. Es conveniente indicar el grado de cambio. Si se observa que el cambio de color se restringe a uno o algunos minerales se deben mencionar.  La roca se ha alterado a un estado de suelo, manteniéndose la fábrica original. La roca es friable, pero los granos minerales no están de compuestos.  La roca se ha alterado al estado de un suelo, algunos o todos los minerales están de compuestos

 Desi nteg rada   Desc omp uest a   3.2.2 SMR - Romano (1988)

  El Índice SMR para la clasificación de taludes se obtiene del índice RMR básico sumando dos "factores de ajuste"; uno que es función de la orientación de las discontinuidades (y que es, a su vez, producto de tres subfactores) y otro conocido como "factor de excavación", el cual depende del método utilizado. 

SMR=RMR+ ( F1 + F 2+ F 3 ) + F 4



 F1 depende del paralelismo entre el rumbo de las discontinuidades y de la cara del talud. Varía entre 1,00 (cuando ambos rumbos son paralelos) y 0,15 (cuando el ángulo entre ambos rumbos es mayor de 30° y la probabilidad de rotura es muy baja). Estos valores, establecidos empíricamente, se ajustan aproximadamente a la expresión:  2  F1= [ 1−sen ( ad )−as ]  ad

 Donde

y

as

son los valores del buzamiento de la

discontinuidad y del talud respectivamente.  F2 depende del buzamiento de la discontinuidad en la rotura plana. En cierto sentido es una medida de la probabilidad de la resistencia al esfuerzo de corte. Varía entre 1,00 (para discontinuidades con buzamiento superior a 45º) y 0,15 (para discontinuidades con buzamiento inferior a 20º). Fue establecido empíricamente pero puede ajustarse aproximadamente según la relación:  F2 =[ tan 2 ( b d ) ]



2

  Donde

bd es el buzamiento de la discontinuidad. F2 vale 1,00

para las roturas por vuelco.  F3 refleja la relación entre los buzamientos de la discontinuidad y el talud. Se han mantenido los valores propuestos por Bieniawski en 1976 que son siempre negativos.  F4 se determina dependiendo el método de excavación. Así el valor asignado queda definido por la siguiente tabla.  Tabla 7: Factores de ajuste para el SMR

 Caso

 P

 a

 M u y F a v or a bl e

 F a v or a bl e

 N o r m a l

 Desf avor able

 Muy Desf avor able

 >

 30

 2

 10°-

 10 °

 10 °0°

 0 °

 < 11 0°

 11 0° 12 0°

 > 1 2 0 °

 6, 00

 2 5, 0 0

 F 1

B s  B j

 T

+ B s

 P / T 

 F 3

 0, 00

 T

  Pr

 3 0 °3 5 °  0, 7 0  1, 0 0

5°

 0,85

 1,00

 35°45°

 >45°

 0,85

 1,00

 1,00

 1,00

 0°-(10°)

