Informe Celendin Final

AMPLIACION DE LA FRONTERA ELECTRICA – PAFE III

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PROYECTO AMPLIACION DE LA FRONTERA ELECTRICA – PAFE III SER CELENDIN - IV ETAPA Consultor Sénior en Geología-Geotecnia Reinaldo Rodríguez Cruzado Cajamarca, Agosto 2010

GEOLOGIA - GEOTECNIA

PROYECTO

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INDICE 1.

GENERALIDADES Antecedentes Área de la Zona de Estudio Ubicación Espacial Condiciones Climatológicas Accesibilidad

2.

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION Objetivos Alcances Información Existente Trabajo de Gabinete Pre-campo Trabajo de Gabinete Pos-campo Equipos y Movilidad Softwar’s

3.

ESTUDIO GEOLOGICO Geomorfología Estratigrafía Geología Estructural Geodinámica Interna Geodinámica Externa

4.

ESTUDIO GEOTECNICO Investigaciones de Campo Trincheras de Exploración Perfiles Estratigráficos Muestreo de Suelos en Trincheras Ensayos de Muestras de Suelos en el Laboratorio Parámetros Geotécnicos de Suelos Parámetros Geotécnicos de Rocas Cálculos de Cimentación

5. 6.

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES ANEXOS RESULTADOS DEL LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS

32 PÁGINAS. PLANOS

PLANO PLANO PLANO PLANO

N° N° N° N°

01 02 03 04

– – – –

PLANO PLANO PLANO PLANO

DE TOPOGRAFICO - LINEAS DE TENSION GEOMORFOLOGICO ALTITUDINAL GEOLOGICO REGIONAL DE PARAMETROS GEOTECNICOS

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1. GENERALIDADES Antecedentes El PAFE III – Cajamarca está orientado hacia la ampliación de la frontera eléctrica en el departamento de Cajamarca y su consecuente desarrollo regional. Para la consecución y logro de este objetivo el Perú ha solicitado un préstamo de AOD N° PE-P33, de fecha 26 de marzo del 2009, de la Agencia para la Cooperación Internacional para el Programa de Ampliación de Frontera Eléctrica III Etapa – PAFE III Cajamarca, el cual cubrirá 19 Sistemas Eléctricos Rurales (SER) en el entorno del departamento de Cajamarca. El convenio de préstamo cubrirá parte del costo del proyecto, responsabilizándose como contraparte de financiamiento el Gobierno Regional. El gobierno Regional de Cajamarca para el cumplimiento del programa ha designado a la Unidad Ejecutora de Programas Regionales - PROREGION, quien se hará cargo del proceso de selección, firma de contrato, pago a los adjudicatarios, penalidades, etc., hasta la recepción de los bienes y servicios a satisfacción de PROREGION, por lo que para los efectos de la ejecución del contrato asume las atribuciones y responsabilidades propias del Gobierno Regional de Cajamarca. DESSAU INTERNATIONAL INC – SUCURSAL PERU, ha sido contratada por la Unidad Ejecutora de Programas Regionales – PROREGION del Gobierno Regional de Cajamarca, mediante Contrato de Servicios de Consultoría N° 001-2010-GR.CAJ/PROREGION, suscrito el 26 de Enero de 2010. Entre los alcances del Contrato de Servicios de Consultoría comprende la elaboración del Expediente Técnico, la Asesoría durante la etapa de licitación para la adquisición de suministros, Asesoría en la etapa de licitación de obras, la Supervisión en la puesta en marcha de las obras de Ampliación de la Frontera eléctrica III Etapa – PAFE III Departamento de Cajamarca. Los costos de los servicios de Consultoría son Financiados a través de los procedimientos establecidos en el Préstamo AOD, otorgado por la Agencia para la Cooperación Internacional del Japón (JICA). Área de la Zona de Estudio El entorno geográfico es la provincia de Celendín del Departamento de Cajamarca, y sus caseríos, los cuales serán beneficiados con la energía eléctrica que permite el proyecto, logrando el desarrollo socio-cultural del área de estudio. 3

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La zona de estudio comprende genéricamente: a) SER RURAL CELENDIN-IV EATPA

: 76 derivaciones.

Ubicación Espacial El área de estudio está ubicado dentro de una cuadrícula de coordenadas UTM cuyo DATUM está referido al Sistema WGS84. COORDENADAS UTM – DATUM WGS84

El área comprendida es de 2784 Km2. El perímetro es de 232 Km. Condiciones Climatológicas Por la extensión del área de estudio, no se tiene un solo clima que defina el entorno del área. Considerando los puntos de muestreo podemos definir que nuestras curvas altitudinales están entre los 1400 msnm cerca a la muestra N° 07 con tendencia a fuertes temperaturas hasta 26° y es la única muy cerca de un valle como se muestra en la fotografía. Sin embargo en la mayor parte del proyecto se han tomado muestras en altitudes que van desde los 2953 msnm hasta 3678 msnm, con temperaturas muy bajas durante los días de trabajo de campo aproximadamente 12°, lo cual significa que la tendencia del proyecto es a beneficiar a pobladores que se encuentran en las alturas de Celendín. Accesibilidad Para el estudio se utilizaron las siguientes vías : 4

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Cajamarca – Celendín : Vía asfaltada y en tramos afirmada en regular estado. Celendín – Chanche: en muy mal estado. Celendín – Sorochuco –Llavidque : Vía afirmada, en muy mal estado de conservación. Celendín – Cruz Conga – Cocán – Cajén : muy mal estado de conservación. Celendín – Llanguat – El Mirador - - La Libertad de Pallán – San Martín: en pésimas condiciones de carretera. Celendín _ Juan Velasco : pésimas condiciones de carretera. Dentro de estos tramos se ha recorrido por accesos que acortan las distancias pero son caminos en pésimo estado de conservación.

2. METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION Objetivos

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Evaluar el comportamiento geológico regional de la zonas donde se ubicarán las estructuras de sostenimiento de los cables de las derivaciones del SER CELENDIN – IV ETAPA. Ejecutar muestreos de suelos y realizar los ensayos de mecánica para conocer los parámetros físicos y geomecánicos. Analizar los resultados de los ensayos de mecánica de suelos y calcular las cargas de cimentación de los postes de sostenimiento incluidos los cables de tensión y variables de contorno. Definir el comportamiento geotécnico de las cimentaciones.

Alcances

Dentro del Alcance del Estudio Geológico-Geotécnico -

Definición del comportamiento geológico y geotécnico de la zona. Evaluar las mejores y apropiadas ubicaciones de los puntos de muestreo. En lo posible buscar que los muestreadores conozcan los protocolos de muestreo y entiendan los objetivos del estudio. Considerando las Normas y Términos de Referencia, desarrollar el estudio y aplicar los protocolos de muestreos de suelos. Los resultados del trabajo de campo, análisis de resultados de laboratorio y la aplicación de Softwar’s sustentarán la posibilidades de cimentación de los postes en los diferentes tipos de suelos.

Fuera del Alcance del Estudio Geológico-Geotécnico -

Cimentación de los postes.

Información Existente

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La información más importante fue entregada por la empresa DESSAU, correspondiente al Plano Base SER CELENDIN - IV ETAPA, el cual ha servido para programar las salidas de campo y ubicación de calicatas representativas de muestreo de suelos. Para el análisis geológico regional se ha utilizado el Boletín N° 38 y fundamentalmente el Cuadrángulo de Celendín, pero se ha tomado en consideración los cuadrángulos de sus alrededores para correlacionar litología y estructuras geológicas. También se utilizó parte del cuadrángulo de San Marcos del Boletín n° 31 Cuadrángulos de Cajamarca, San Marcos y Cajabamba. Todos estos planos están a escala 1:100,000, y han sido publicados por el Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico, como Serie A-Carta geológica Nacional-en 1984 y 1980.

Trabajo de Gabinete Pre-campo

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Evaluación de la información sobre planos topográficos a escala 1:100,000. Evaluación y superposición de planos geológicos y topográficos. Acondicionamiento de planos al sistema WGS84. Determinación de unidades geológicas y ubicación inicial de puntos de muestreo de suelos. Planeamiento del trabajo de campo.

Trabajos de Campo

-

Reconocimiento de la geología regional siguiendo las vías hacia los puntos de muestreo. Determinación, posicionamiento y aseguramiento definitivo de los puntos de muestreo. Aplicación de Protocolos de muestreo de suelos en los puntos determinados de las líneas de tensión y las carreteras, fotografías, perfiles geológicos. Manipuleo de muestras hasta Cajamarca. Análisis de las unidades geológicas y su comportamiento regional.

Trabajo de Gabinete Post-campo

-

Replanteo de la información de campo en los planos topográficos, geológicos y poligonal del SER CELENDIN. Generación de planos. Consolidación de perfiles estratigráficos con el software. Análisis de los resultados de la mecánica de suelos. Cálculo de las capacidades de carga y Factores de Seguridad para la cimentación de las estructuras. Informe Final.

Equipos y Movilidad

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GPS Navegador Brújula geotécnica. SER CUTERVO II, III, IV ETAPA y QUEROCOTO – HUAMBOS II ETAPA

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Picota. Acido clorhídrico. Protactors. Libretas anti humedad. Winchas. Cámaras fotográficas. Radios Motorola de 15 Km. de alcance. Camioneta 4x4 doble cabina.

Softwar’s

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CAD v.2009. SIG v.93. Stratigrapher v.2009 de Geostru. Loadcap de v.2009 de Geostru.

3. ESTUDIO GEOLOGICO Geomorfología

Los fenómenos geomorfológicos y las geoformas en la zona de estudio son el resultado de procesos de elevaciones de la corteza y degradaciones o erosión cíclicas y continuas en la zona. Entre los más saltantes tenemos: Superficies de Erosión, constituidas por superficies o planicies altas delimitadas por escarpas o como grupos de cumbres de aproximadamente la misma altura. En nuestra área encontramos la superficie de 3900 msnm, 3500 msnm, 2900 msnm, y 2000 msnm. Drenajes, constituidos por ríos que drenan preferentemente hacia el río Marañón, como el Río Sendamal, Río Celendín y sus afluentes de todos los órdenes; y constituyen los agentes de erosión sobre las masas de suelos y rocas y que van conformando los depósitos fluviales y aluviales cuando erosionan las pendientes y taludes debido a los movimientos de masas producidos por flujos hídricos. Valles, son las depresiones socavadas por los ríos y afluentes durante el proceso geológico de erosión, conformando una estructura importante que va acompañada de las terrazas fluviales o aluviales que se forman durante los periodos de precipitación, erosión y transporte de materiales. Estos procesos geomorfológicos y las geoformas se pueden observar en los planos topográficos, de drenaje y el Plano N° 02 Geomorfológico Altitudinal. Estratigrafía

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La secuencia estratigráfica del área de estudio, corresponde Cronoestratigraficamente desde el Jurásico inferior hasta el cuaternario reciente, es decir un tiempo geológico aproximado de 185’000,000 de años. Acorde con los objetivos del estudio que es la cimentación de estructuras, se desarrollarán muy sintéticamente las características de las formaciones geológicas rocosas y los depósitos cuaternarios. Depósitos Cuaternarios

Sobre todas las unidades litológicas del área de estudio encontramos depósitos cuaternarios, principalmente fluviales, aluviales y pequeñas áreas de fluvio-Glaciaricos Depósitos Coluviales Materiales transportados por gravedad y principalmente por acción del agua, alterados insitu y depositados en las laderas de los cerros pendiente abajo, teniendo la composición de las rocas de las cuales provenientes. En nuestra zona son principalmente resultado de la erosión de las rocas areniscosas, cuarcíticas, calcáreas y volcánicas. Depósitos Fluviales Son depósitos que se encuentran dentro de los cauces de los ríos y sus terrazas fluviales o fluvio-aluviales. Muchas veces están mezcladas con los depósitos aluviales que se generan por desplazamientos de materiales de las laderas y las fuertes precipitaciones pluviales. Son mayormente cantos rodados de diversos tamaños, arenas lavadas y muy pocos limos y los encontramos en los ríos y quebradas de la zona de trabajo. Depósitos Aluviales Son depósitos constituidos por gravas angulosas de tamaños que van desde las 25”, hasta gravas finas, arenas gruesas y finas y con mucho contenido de limos y presencia de arcillas, desde formas angulares hasta subredondeadas y de condiciones anisotrópicas. En muchos casos presentan oxidaciones de fierro. Depósitos Fluvio-glaciares Son depósitos que se encuentran cubriendo en parte todas las unidades estratigráficas antes descritas y están constituidas por gravas angulosas a sub redondeadas, englobadas en una matriz areno-arcillosa. Casi siempre están relacionados con los depósitos morrénicos que también están presentes en la zona de estudio.

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Rocas Sedimentarias y Volcánicas

Volcánico Huambos Está compuesto por tobas y brechas de composición mayormente ácidas en matriz feldespática que corresponden a una toba dacítica. Forma llanuras delimitadas por farallones o escarpas donde se aprecia la estratificación. Volcánico Porculla Es una secuencia gruesa de volcánicos mayormente dacíticos con intercalaciones de andesitas, donde los piroclásticos son generalmente más abundantes que los derrames. Los volcánicos se presentan en capas medianas a gruesas pobremente estratificadas, dando afloramientos macizos que vistos de lejos se asemejan a intrusivos.

Volcánico Llama Secuencia gruesa de volcánicos resistentes a la erosión, constituyendo escarpas o farallones. Por la presencia de suficiente humedad ocurre intemperismo profundo de la roca, generando colinas suaves sin mayores afloramientos. Formación Chota Consiste de una secuencia de conglomerados relativamente blandos intercalados con tobas, arcillas y areniscas. La formación Chota por su relativa consistencia presenta geoformas redondeadas a poco empinadas. Formación Celendín Compuesta por capas de caliza nodular arcillosa de color crema a marrón, intercalada con margas y lutitas grises o gris azuladas predominando éstas sobre las calizas. El espesor máximo es de 300 metros. Formación Cajamarca Presenta entre 100 a 400 metros de calizas, como lomos prominentes o escarpas, con muy poca vegetación, y al meteorizarse presenta colores blanquecinos o gris claros. Morfológicamente contrastan sus escarpas con el grupo Quilquiñán que presenta terrenos bajos.

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Formación Quilquiñán-Mujarrún Representado por 100 a 200 metros de lutitas y margas con algunas intercalaciones calcáreas. Por tener sedimentos blandos sus afloramientos son escasos y ocupan terrenos bajos, son de color marrón oscuro y son generalmente terrenos de cultivo. Formación Yumagual Es una secuencia de margas y calizas gris parduzcas en bancos más o menos uniformes, destacando un miembro medio lutáceo margoso amarillento. En conjunto presenta escarpas elongadas debido a su dureza uniforme. Formación Pariatambo Representada en la zona de estudio entre 100 a 300 metros de calizas, lutitas y tobas, en capas delgadas, uniformemente estratificadas. La formación es resistente a la erosión y forma escarpas prominentes que se diferencian y resaltan del material blando de la formación Chulec. Formación Chulec Se presenta como decenas hasta centenas de metros de lutitas, margas y calizas nodulares, aflorando en toda la región, presentando un color crema a gris cuando se intemperiza. Por ser sus componentes muy suaves y blandos, la topografía que desarrolla son lomadas de pendientes suaves. Formación Inca Consiste de algunos metros o decenas de metros de arenisca y lutita con intercalaciones calcáreas, caracterizándose por la naturaleza ferruginosa de sus sedimentos. Las areniscas son de grano medio a grueso, duras y compactas y tienen un cemento limonítico. Grupo Goyllarisquizga Aflora en toda la región con un grosor variable de areniscas y cuarcitas blanquecinas y marrones bien estratificadas, con intercalaciones variables de horizontes de lutitas grises y marrones, en forma indivisa hacia la margen oriental de la cuenca. Hacia la cuenca central y occidental el Gripo Goyllarisquizga muestra sus cuatro formaciones. 

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Formación Farrat

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Consta de cuarcitas y areniscas blanquecinas de grano medio a grueso, con espesor promedio de 500 metros. Por ser competente forma escarpas pronunciadas altas cumbres agudas y largas, muy similares a la formación Chimú. 

Formación Carhuaz Es una alternancia de areniscas con matices rojizos, violetas y verdosos, con lutitas grises. Hacia la parte superior contiene bancos de cuarcitas blancas que se intercalan con lutitas y areniscas



Formación Santa Consiste en una intercalación de lutitas y calizas margosas, y areniscas gris oscuras, con un espesor de 100 a 150 metros. Sus afloramientos conforman depresiones y están cubiertos por suelos. Se intemperiza con un tono gris marrón hasta colores blanquecinos



Formación Chimú Es una alternancia de areniscas, cuarcitas y lutitas en la parte inferior y de una potente secuencia de cuarcitas blancas, en bancos gruesos, en la parte superior. Sus afloramientos se destacan nítidamente en la topografía por su dureza y consistencia y por las estructuras plegadas, originando grandes farallones.

Volcánico Oyotún La litología consiste en bancos medianos o gruesos de piroclásticos y derrames de composición andesítica y dacítica, siendo común las brechas andesíticas macizas de un color negro azulado

Geología Estructural

La parte meridional SW presenta plegamientos anticlinales y sinclinales con direccion preferente SE-NW hasta E-W con flancos inclinados entre los 5° y los 40° como promedio y están asociados al plegamiento regional SE-NW. El sistema de fallas en esta parte meridional corresponden a fallas normales, inversas y de dirección, asociadas en gran parte a los contactos litológicos, mayormente sedimentarios como se puede notar entre las formaciones del cretáceo, Grupo Goyllarisquizga, Formaciones Inca, Chulec, Pariatambo, Pulluicana o Yumagual, dando como resultado desplazamientos mayores a los 1000 metros. 11

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En el lado septentrional y NE, se encuentran grandes plegamientos con buzamientos al SW, alineados con las fallas inversas de bajo y alto ángulo con flancos bastante parados hasta invertidos, que recorren de sur este a noroeste. Las fallas y los procesos de erosión muestran los contactos litológicos asociados mutuamente, como se observa entre los enormes afloramientos de la formación Oyotún y el paquete cretácico inferior y superior. Geodinámica Interna

La zona de estudio en relación a la geodinámica interna está principalmente ligada a dos factores fundamentales; el primero en relación a los movimientos tectónicos y las fases de deformación o cambios ocurridos desde el jurásico hasta el terciario tardío y cuaternario, donde se conforman, alteran o sobreponen todas las estructuras que observamos en la actualidad. Estas alteraciones o deformaciones geohistóricas comprenden:     

Plegamiento de la provincia tectónica de Chimú ocurrido a fines del cretáceo. Levantamiento de la provincia tectónica de Pacasmayo a fines del cretáceo y comienzo del terciario. Estructuras de la provincia tectónica de Cutervo ocurridas en el terciario temprano. Emplazamiento del batolito de la costa, sin fecha fija de su proceso final de movimiento. Levantamiento general de los Andes durante el terciario tardío y cuaternario.

Respecto de los movimientos sísmicos en el departamento de Cajamarca no se han identificados impactos fuertes de sismicidad con afectación de vidas humanas ni perdidas de infraestructura o bienes materiales. Según los estudios de enrique Silgado para Cajamarca y en especial la zona de estudio solamente ha soportado Intensidades sísmicas entre 2 y 4 en la Escala de Mercalli, motivo por el cual no se conocen hasta la fecha proyecciones de alta intensidad sísmica. Geodinámica Externa

En el recorrido de las carreteras de la zona de estudio se han reconocido que han ocurrido diversos fenómenos de remoción de masas como deslizamientos, huaycos, derrumbes, especialmente en algunos lugares donde las formaciones geológicas son muy fracturadas e inestables como : 

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El Grupo Goyllarisquizga y la formación Inca, son muy fracturados en sus formaciones areniscosas y cuarcíticas y friable a fracturado en sus litologías limolíticas, calcáreas y lutáceas, es decir debe

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

considerarse derrumbes en sus formaciones Chimú, Farrat, Inca y deslizamientos en sus formaciones Santa y Carhuaz. Las formaciones calcáreas-lutáceas-areniscosas-conglomerádicas como Chulec, Pariatambo, Yumagual, Quilquiñán, Cajamarca, Celendín, Chota, están muy meteorizadas en su parte superior hasta 2 a más metros de profundidad, produciendo mayormente deslizamiento tipo circular y de planos irregulares. Los volcánicos Llama, Porculla y Huambos, cuando están frescos tienen estructuras en escarpas y existen fenómenos de derrumbes de rocas, pero cuando están alterados y meteorizados conforman suelos regolíticos, limo-arcillosos, arcillo-limosos y producen en algunos casos deslizamientos circulares.

Específicamente en los trazos de las líneas de tensión no se ha encontrado problemas graves de remoción de masas que comprometan la inestabilidad de las pendientes por donde serán cimentadas. Sin embargo es importante verificar este comportamiento de los lugares de cimentación cuando se ejecuten las obras, ya que el estudio se realizó en los meses de junio y julio que son meses secos y no se observó napas freáticas fluctuantes, y tampoco presencia de humedad o saturación de suelos. 4. ESTUDIO GEOTECNICO Investigaciones de Campo

La primera fase de campo correspondió a la reafirmación del análisis hecho en el gabinete y luego la comprobación de la existencia de las formaciones geológicas y sus condiciones lito-morfo-estructurales regionales existentes en la zona de estudio. La estrategia fue seguir las rutas o caminos hacia donde se habían definido los puntos de muestreo en el gabinete y confirmadas o redefinidos según el profundo conocimiento de las rutas por el jefe de proyecto. Asegurada la accesibilidad a los puntos definitivos de muestreo, se realizó el recorrido optimizando el tiempo y los recursos disponibles para realizar la apertura de las calicatas y trincheras. En cada punto de muestreo se ejecutó la limpieza de vegetación, escombros o materiales inservibles para llegar al material a muestrear. Finalmente se realizó los muestreos siguiendo los protocolos de muestreo, incluyendo la toma de información según el procedimiento metodológico de observación y descripción, es decir se llenaron los formatos de los perfiles estratigráficos siguiendo la estructura de la hoja del software Stratigrapher.

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Trincheras de Exploración

Lo más importante del trabajo de campo fue definir las trincheras de muestreo, el lugar, su posición o geometría y el área de muestreo. Debe considerarse que para el presente trabajo tuvo una muy buena performance este tipo de muestreo, lo cual podría no ser apropiado para otro proyecto similar. Perfiles Estratigráficos

Luego de la limpieza de la trinchera de muestreo se tuvo que ejecutar la evaluación geotécnica tomando en consideración los aspectos sedimentológico, estructural, facies y geomecánico. Los perfiles geológico-estratigráficos finales fueron el resultado del ordenamiento de toda la información obtenida en campo y se presentan gráficamente para cada una de las trincheras, indicando además la información integral del proyecto. A continuación se presentan en 10 hojas los Perfiles Estratigráficos de la Calicata CC-01 hasta la calicata CC-10.

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Muestreo de Suelos en Trincheras

El protocolo de muestreo fue realizado siguiendo la norma técnica para suelos y cimentaciones, obteniéndose muestras Tipo Mab y luego transportadas al laboratorio de mecánica de suelos con los cuidados necesarios. Ensayos de Muestras de Suelos en el Laboratorio

Para los cálculos de cimentación de las estructuras del presente proyecto se utilizó el software Loadcap de Geostru, el cual requirió principalmente los parámetros físicos como peso especifico, peso específico saturado y los parámetros geomecánicos como la cohesión y el ángulo de rozamiento interno. Además fue necesario conocer el comportamiento de los diferentes tipos de suelos y para ello se solicitó al laboratorio de mecánica de suelos que acompañe los cálculos de la granulometría, limites de Atterberg, contenido de humedad y demás parámetros que definan y demuestren el comportamiento de los suelos, utilizándose para encontrar los parámetros elásticos de los materiales de cada calicata como son Módulo de elasticidad y coeficiente de Poisson. Los ensayos realizados en el Laboratorio de Mecánica de Suelos GEOTECNIA & PROYECTOS según las Normas ASTM fueron los siguientes:     

Análisis granulométrico Límites de Atterberg : Gravedad específica : Densidad húmeda volumétrica Densidad Natural

: Norma ASTM D 422 Norma ASTM 4318 Norma ASTM C 127 : Norma ASTM D 2937 : Norma ASTM 2216

La ubicación y data de las calicatas se presenta en el siguiente cuadro. CUADRO DE UBICACIÓN Y DATA DE CALICATAS INFORMACION DE CAMPO SER CELENDIN

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La síntesis de la información de los ensayos de Mecánica de Suelos ha sido proporcionada por los responsables del laboratorio de mecánica de suelos y se muestra en el cuadro siguiente. CUADRO RESUMEN DE LOS PARAMETROS MECANICOS PARA CALCULO DE CIMENTACION LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS SER CELENDIN

Los resultados del Laboratorio de Mecánica de Suelos se encuentran en los Anexos en 32 páginas.

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Parámetros Geotécnicos de Suelos

Los ensayos de mecánica de suelos que entregaron los responsables del laboratorio de mecánica de suelos, proporcionaron los parámetros físicos y geomecánicos solicitados y fueron utilizados para encontrar los parámetros elásticos, que en conjunto sirvieron para realizar los cálculos de cimentación de los postes que se utilizarán en el proyecto. Se ha estructurado un cuadro de dichos parámetros y se adjunta a continuación.

Parámetros Geotécnicos de Rocas

Las rocas frescas presentan mucha estabilidad tanto para cimentación de estructuras civiles como en taludes, sin embargo cuando se meteorización pueden pasar de rocas Tipo III a rocas Tipo IV y en algunos casos pasan a comportarse como suelos duros a sueltos Tipo V. En el área de estudio se ha observado tres tipos importantes de rocas y sus comportamientos como rocas frescas y como rocas meteorizadas: Rocas Sedimentarias Granulares con poca presencia de lutitas, como el Grupo Goyllarisquizga y Formación Inca, se presentan mayormente compactas, duras, pero frágiles, mayormente con cuatro discontinuidades, tres familias de fracturas y planos de estratificación, formando cuñas de inestabilidad cuando son afectadas por agua en los planos de discontinuidad. Geomecanicamente son mayormente Roca Tipo II, pero por fracturamiento pueden pasar hasta Roca Tipo IV, con resistencias a compresión mayores a 20 Kg/cm2 y cercana a 2 Kg/cm2 en tracción. Sus coberturas orgánicas superficiales son de poca potencia generalmente llegan a 30 cms. de espesor.

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Rocas Sedimentarias Calcáreas, lutáceas y margosas, son mayormente interestratificaciones de rocas calizas, lutitas, margas y algo de limolitas, generalmente son de grano fino a medio, de dureza y compacidad alta hasta baja y muy baja y se tienen las Formaciones Chulec, Pariatambo, Yumagual, Quilquiñán y Cajamarca. Geomecanicamente con presencia de fracturamiento bajo a medio su resistencia a la compresión puede llegar hasta algo más de los 15 Kg/m2 y en tracción si debe ser analizada mediante métodos geomecánicos de rocas. A excepción de la Formación Calcárea Cajamarca que es la más compacta y muy poco deleznable por la alta compacidad y potencia de sus estratos; las demás formaciones son muy meteorizadas y especialmente en su parte superficial, llegando en algunos casos a tener hasta 6 u 8 metros de cobertura muy alterada, conformando suelos regolíticos y suelos duros a blandos, con resistencias a comprensión muy bajas, que podrían oscilar entre los 0.5 Kg/cm 2 hasta 6 Kg/cm2. Rocas Volcánicas, se componen principalmente de tobas, brechas, piroclásticos y derrames volcánicos. En la zona de estudio tienen esta conformación los volcánicos Oyotún, Llama, Porculla y Huambos, pero además se debe incluir la Formación Chota por su cercanía al comportamiento de estos volcánicos. Cuando están frescos podemos observarlos como rocas muy consistentes y formando farallones con procesos de fracturamiento que producen derrumbes de bloques y por tanto depósitos coluviales, llegando sus capacidades portantes en compresión hasta 30 o 40 Kg/cm2. En cambio cuando están meteorizados pasan de rocas duras hasta suelos duros cuando están secos, pero se vuelven suelos muy plásticos cuando contienen humedad o mojados y se comportan como suelos arcillosos altamente deformables. En estas condiciones sus capacidades de resistencia en compresión pueden llegar a tener 6 Kg/cm2 hasta 0.3 Kg/cm2 y pierden toda capacidad de resistencia cuando están muy saturados. Cálculos de Cimentación



Tipos de Suelos en las Calicatas – Clasificación SUCS y AASHTO

Los tipos de suelos encontrados en cada calicata fueron descritos en campo como se aprecia en los Perfiles Estratigráficos y luego se definieron en los Ensayos de Mecánica de Suelos como se muestra en el cuadro adjunto.

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Postes de Concreto Armado y Cálculo de la Carga de Trabajo

Los Postes de Concreto que servirán para sostener las líneas de trasmisión son de diversas especificaciones, habiéndose tomado como referencia tres tipos para realizar los cálculos, con los cuales se abarca el límite menor y límite mayor de cargas para la cimentación. El cuadro adjunto nos muestra las características y especificaciones de los diversos tipos de postes así como el cálculo de la Carga de Trabajo que se aplicará en la cimentación. Par compensar las cargas de tensión de cables y viento trasmitidas por el poste hacia la base, se ha considerado 15% de aumento de tensiones soportadas por el suelo y se ha incrementado en la Carga de Trabajo para los cálculos de cimentación.

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Cálculo de la Carga Ultima y Factores de Seguridad en Condición Drenada

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Para calcular la Carga Ultima y los Factores de Seguridad en condiciones drenadas que servirán para la cimentación de los postes de concreto según los tipos a utilizar, se recurrió al software Loadcap de Geostru, el cual está basado en métodos matemáticos que están desarrollados en las teorías respectivas de cada autor. Para lograr los mejores resultados, se corrió el programa bajo los métodos de cálculo de Terzaghi, Vesic, Meyerhof y Hansen y se logró comparar y definir los resultados que son más viables y confiables. Los resultados se muestran en los cuadros y figuras que se acompañan a continuación. Los cálculos se han realizado, para cada calicata considerando la posible cimentación de cualquiera de los tres tipos de postes. Para ello se ha tomado como límite menor calcular en cada calicata con Postes de Tipo 8m-daN-200 y como límite máximo los Postes de Tipo 13m-daN-400, con lo cual se tiene previsto las mínimas y máximas cargas de cimentación. Como se puede analizar en los cálculos de cimentación solamente se debe tener mucho cuidado con los suelos SUCS-ML y SM-SC, es decir con laos suelos CC-03, CC-04, CC-05 y CC.O6, provenientes de rocas con intercalaciones calcáreas como, Carhuaz, Chulec y Yumagual, porque presentan bajo ángulo de fricción y poca cohesión. Es por ello que los constructores y cimentadores deben ser cuidadosos con suelos calcáreos de textura y estructura suave y con poco material grueso.

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-01 POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-02 POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-03 POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

Con los datos de cimentación propuestos, que no son tan económicos, los Factores se Seguridad están en el límite crítico, lo cual exige que se mejoren las condiciones de cimentación, y para ello debe incrementarse el rozamiento interno de los materiales y la cohesión. En el gráfico siguiente se realizan los cálculos con el mejoramiento de la base de cimentación.

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-03-MEJORADA POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

Solamente aumentando 7° en el ángulo de rozamiento interno y 8 KN/m2 en la cohesión, se obtendrá una cimentación muy económica. Con los nuevos valores indicados en el cuadro Sistema de Cimentación, los nuevos Factores de Seguridad están bastante altos y permiten la estabilidad de la cimentación. Para conseguir estas condiciones es necesario mejorar la base mediante un solado de material grueso, hasta 4” de diámetro y debe ser mixturado.

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-04 POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

Con los datos de cimentación propuestos, que no son tan económicos, los Factores se Seguridad están en el límite crítico, lo cual exige que se mejoren las condiciones de cimentación, y para ello debe incrementarse el rozamiento interno de los materiales y la cohesión. En el gráfico siguiente se realizan los cálculos con el mejoramiento de la base de cimentación.

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-04-MEJORADA POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

Aumentando 5° en el ángulo de rozamiento interno y 8 KN/m2 en la cohesión, se obtendrá una cimentación muy económica. Con los nuevos valores indicados en el cuadro Sistema de Cimentación, los nuevos Factores de Seguridad están bastante altos y permiten la estabilidad de la cimentación. Para conseguir estas condiciones es necesario mejorar la base mediante un solado de material grueso, hasta 3” de diámetro y debe ser mixturado.

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-05 POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

Con los datos de cimentación propuestos, que no son tan económicos, los Factores se Seguridad están en el límite crítico, lo cual exige que se mejoren las condiciones de cimentación, y para ello debe incrementarse el rozamiento interno y la cohesión de los materiales. En el gráfico siguiente se realizan los cálculos con el mejoramiento de la base de cimentación.

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-05-MEJORADA POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

Aumentando 6° en el ángulo de rozamiento interno y 8 KN/m2 en la cohesión, se obtendrá una cimentación muy económica. Con los nuevos valores indicados en el cuadro Sistema de Cimentación, los nuevos Factores de Seguridad están bastante altos y permiten la estabilidad de la cimentación. Para conseguir estas condiciones es necesario mejorar la base mediante un solado de material grueso, hasta 3” de diámetro y debe ser mixturado.

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-06 POSTE-CA-TIPO 8m-200 daN

Con los datos de cimentación propuestos, que no son tan económicos, los Factores se Seguridad están en el límite crítico, lo cual exige que se mejoren las condiciones de cimentación, y para ello debe incrementarse el rozamiento interno y la cohesión de los materiales. En el gráfico siguiente se realizan los cálculos con el mejoramiento de la base de cimentación.

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-06-MEJORADA POSTE-CA-TIPO 8m-200 daN

Aumentando 4° en el ángulo de rozamiento interno y 5 KN/m2 en la cohesión, se obtendrá una cimentación muy económica. Con los nuevos valores indicados en el cuadro Sistema de Cimentación, los nuevos Factores de Seguridad están bastante altos y permiten la estabilidad de la cimentación. Para conseguir estas condiciones es necesario mejorar la base mediante un solado de material grueso, hasta 3” de diámetro y debe ser mixturado.

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-07 POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-08 POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-09 POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-10 POSTE-CA-TIPO 8m- daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-01 POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-02 POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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Aumentando 8° en el ángulo de rozamiento interno y 8 KN/m2 en la cohesión, se obtendrá una cimentación muy económica. Con los nuevos valores indicados en el cuadro Sistema de Cimentación, los nuevos Factores de Seguridad están bastante altos y permiten la estabilidad de la cimentación. Para conseguir estas condiciones es necesario mejorar la base mediante un solado de material grueso, hasta 3” de diámetro y debe ser mixturado.

CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-03-MEJORADA POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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Aumentando 7° en el ángulo de rozamiento interno y 8 KN/m2 en la cohesión, se obtendrá una cimentación muy económica. Con los nuevos valores indicados en el cuadro Sistema de Cimentación, los nuevos Factores de Seguridad están bastante altos y permiten la estabilidad de la cimentación. Para conseguir estas condiciones es necesario mejorar la base mediante un solado de material grueso, hasta 3” de diámetro y debe ser mixturado.

CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-04-MEJORADA POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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Aumentando 7.5° en el ángulo de rozamiento interno y 8 KN/m2 en la cohesión, se obtendrá una cimentación muy económica. Con los nuevos valores indicados en el cuadro Sistema de Cimentación, los nuevos Factores de Seguridad están bastante altos y permiten la estabilidad de la cimentación. Para conseguir estas condiciones es necesario mejorar la base mediante un solado de material grueso, hasta 3” de diámetro y debe ser mixturado.

CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-05-MEJORADA POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-06-MEJORADA POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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Aumentando 8° en el ángulo de rozamiento interno y 8 KN/m2 en la cohesión, se obtendrá una cimentación muy económica. Con los nuevos valores indicados en el cuadro Sistema de Cimentación, los nuevos Factores de Seguridad están bastante altos y permiten la estabilidad de la cimentación. Para conseguir estas condiciones es necesario mejorar la base mediante un solado de material grueso, hasta 3” de diámetro y debe ser mixturado.

CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-07 POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-08 POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-09 POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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CALCULO DE CIMENTACION CALICATA CC-10 POSTE-CA-TIPO 13m-daN 200

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5. CONCLUSIONES 

El desarrollo del proyecto Ampliación de la Frontera Eléctrica –PAFE III, específicamente el SER CELENDIN IV ETAPA, demuestra el interés del gobierno y la cooperación internacional por mejorar la calidad de vida de los poblados de Celendín, mirando hacia el futuro para eliminar las grandes brechas de pobreza y lograr mejores niveles de igualdad social y económica.

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Los logros en los estudios de la Ampliación de la Frontera Eléctrica-PAFE III, es mérito indiscutible de la integración de intenciones, tangibilizadas en los acuerdos del Gobierno Nacional, el Gobierno Regional como PRO-REGION y la cooperación Internacional representada en ésta oportunidad por la Agencia para la Cooperación Internacional del Japón (JICA).

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Para el logro de los objetivos trazados la empresa DESSAU INTERNATIONAL INC-SUCURSAL CAJAMARCA, contratada como empresa de Servicios de Consultoría, y la Consultoría en Geología y Geotecnia, cumplen con la presentación de los estudios de Geología-Geotecnia para lograr una eficiente cimentación de los postes que soportarán las líneas de trasmisión de electricidad hacia los poblados rurales del SER CELENDIN IV ETAPA, exigidos por el Ministerio de Energía de Minas.

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El área de estudio comprende 2,784 Km2 que significa una gran extensión de territorio Cajamarquino, y el cumplimiento del estudio geológicogeotécnico se ha logrado por el apoyo decidido de la empresa, el jefe de proyecto, ingenieros y personal de apoyo.

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La accesibilidad es muy difícil en todo el territorio del área de estudio y conlleva mucho sacrificio y altos costos para conseguir el objetivo de analizar los suelos y rocas para la cimentación de los postes.

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La geomorfología, litología y estructuras de la zona son muy complejas, pero se ha logrado definir con objetividad gracias a los estudios regionales del Ingemmet y están analizados dentro del estudio.

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La geodinámica interna se analizó desde el punto de vista de los movimientos tectónicos y las fases de deformación o cambios ocurridos desde el jurásico hasta el cuaternario reciente, demostrándose el porqué de los plegamientos de las rocas, su respuesta visible actual como estructuras de anticlinales, sinclinales, fallas normales inversas y de dirección que observamos en la zona de estudio.

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La geodinámica externa está representada por deslizamientos circulares, planares e irregulares, derrumbes, solifluxiones, huaycos; los cuales mayormente se encuentran en franjas cercanas a las carreteras ocasionadas por inestabilidad natural o antrópicas, pero las líneas de tensión del SER CELENDIN se han trazado generalmente cruzando estas carreteras y por las distancia entre postes se ha observado que no se tienen mayores problemas, siempre y cuando no se inestabilizen las zonas aledañas donde se cimentarán los postes.

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El estudio geotécnico ha demostrado que las condiciones de suelos y rocas de la zona son lo bastante resistentes para la cimentación de los postes de

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sustentación de cables de transmisión de electricidad, como se demuestra con los cálculos de cimentación en el Ítem Cálculo de Carga Ultima y Factores de Seguridad en condición Drenada, y presentados en sus respectivos gráficos. Salvo las calicatas CC-03, CC-04, CC-05 y CC-06, que respuestas de carga última muy bajos para cimentación de postes Tipo 8mdaN-200 y Postes Tipo 13m-daN-400, en condiciones de cimentación económica. Sin embargo se presentan las alternativas de mejorar sus condiciones de rozamiento interno y su cohesión, mediante el manejo de un solado en la base de cimentación. 

Se han realizado cálculos de cimentación para Postes Tipo 8m-200-daN y Postes Tipo 13-m-400-daN, que son representativos dentro de todos los tipos de postes a utilizarse en la zona de Celendín. Los cálculos están en las hojas presentadas dentro del estudio.

6. RECOMENDACIONES 

El proyecto debe ser concluido con la construcción de las líneas de transmisión.

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Al momento de la ejecución del proyecto deberán realizarse más calicatas o trincheras para consolidar la información actual.

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En caso de encontrar suelos con napas freáticas altas cercanas a la superficie y se vaya a cimentar sin drenaje se deben realizar ensayos de mecánica sin drenaje, ya que en éstas condiciones los valores de resistencia a compresión y tracción, cohesión y ángulos de rozamiento interno son muy bajos.

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Las cimentaciones deben realizarse en calicatas con las profundidades indicadas en el estudio para cada tipo de suelo, además tener en consideración las distancias planas entre 3 y 5 metros solicitadas dentro de los cálculos; y los postes deben profundizarse dentro de las losas de concreto casi hasta la base de cimentación sustentadas con fierro de construcción según el diseño que proponga el Ing. Civil estructuralista.

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En todas las calicatas debe mejorarse el terreno con un solado de 20 a 50 cms. con rocas de 1/1” a 3” y 4”, con lo cual se conseguirá mejores factores de seguridad, especialmente en las calicatas que se ha determinado que se mejoren sus condiciones geomecánicas.

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En el caso de los postes 13m-dan-400 es fundamental utilizar cables tensores de postes en los lugares donde las corrientes de viento y las distancias de cimentación de postes lo ameriten y con mayor importancia en los postes que se cimienten sobre suelos del tipo de las CC-03, CC-04, CC-05 y CC-06.

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En el caso de cimentación en rocas fracturadas a muy fracturadas del Tipo IV, deberá realizarse las limpiezas de la parte superficial meteorizada hasta tener roca homogénea y limpia y luego verificar la porosidad secundaria

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debido a las fracturas y si fuera éste el caso deberá primero sellarse las fracturas con lechada de cemento y luego cimentar.

Cajamarca, Agosto / 2010