INFORME GEOTECNIA II.docx

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

INESTABILIDAD DE TALUDES EN ZONAS CRÍTICAS EN LA CARRETERA CAJAMARCA- MAGDALENA, TRAMO Km 119 – Km 121 CURSO: Geotecnia II PRESENTADO POR: Alumnos: HUATAY JAVE, Franz Arnold LLANOS GUTIERREZ, Danny Eduardo OCAS GUTIÉRREZ, Paul

DOCENTE: Ing. GONZALES YANA, Roberto Cajamarca, mayo del 2016

RESUMEN Este trabajo de investigación corresponde al diagnóstico de los taludes, y estimar su estabilidad de los mismos, en la carretera Cajamarca – Magdalena, km119 – hasta el km 121. En la carretera de San Juan- Choropampa, tramo 119 km. – 121 km. se evidencia inestabilidad de taludes y laderas en suelos coluvio-aluviales y rocas lutitas y calizas delgadas, afectadas debido a la presencia de discontinuidades, las precipitaciones pluviales con mayor frecuencia en los meses de mayo julio de todos los años, generando caída de rocas y deslizamientos circulares y en cuñas. En la determinación de los resultados de la investigación se obtuvieron los factores de seguridad en los taludes ya sean en suelos o rocas las cuales están ubicadas en las progresivas de la carretera Cajamarca – Magdalena. En cada uno de los puntos críticos considerados se realizó una clasificación entre macizo rocoso y suelo: en el caso de los macizos rocosos se puede observar que en los tramos 1 y 2 se obtuvieron resultados muy similares con un RMR de 42 y 47 respectivamente, esta poca diferencia de variación se debe a que ambas estaciones se encuentran en un tramo largo de apariencia crítica pertenecientes a la misma formación (Chulec) con similares dimensiones de talud; pese a ello podemos notar una diferencia más contundente en relación a sus factores de seguridad siendo estos de 0.700 y 0.364 considerándose en ambos casos inestables.

ABSTRAC This research corresponds to the diagnosis of the slopes, and estimate their stability thereof, in Cajamarca road - Magdalena, km119 - until km 121. On the road from San Juan Choropampa, stretch 119 km. - 121 km. unstable slopes and slopes in colluvial-alluvial soils and shales and limestones thin evident, affected due to the presence of discontinuities, rainfall more frequently in the months of May July every year, causing rockfalls and landslides circular and wedges. In determining the results of research safety factors they were obtained on the slopes either in soil or rocks which are located in the Cajamarca progressive road - Magdalena. In each of those considered critical points classification between rock mass and soil it took place: in the case of rock masses can be seen in sections 1 and 2 very similar results were obtained with a RMR of 42 and 47 respectively, this little difference variation is because both stations are located on a long stretch of critical appearance belonging to the same formation (Chulec) with similar dimensions slope; nevertheless we can notice a stronger difference in relation to their safety factors being these of 0.700 and 0.364 considered unstable in both cases

CAPITULO I INTRODUCCIÓN

Los deslizamientos que se encuentran en la carretera Cajamarca - Magdalena están relacionados con las formaciones Chulec, donde ocurren constantes deslizamientos circulares debido a las frecuentes lluvias entre los meses de noviembre y abril. Estos deslizamientos son eventos, donde la gravedad toma un rol de gran importancia, haciendo que una parte de la masa del terreno se desplace hacia áreas inferiores. La clasificación cuantitativa y cualitativa de estos procesos se basa en la forma en cómo ocurre dicho movimiento, dividiéndose en desprendimientos, vuelcos, deslizamientos, expansiones laterales, flujos y movimientos complejos.

1.1.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En la carretera de San Juan- Choropampa, tramo 119 km. – 121 km. se evidencia inestabilidad de taludes y laderas en suelos coluvio-aluviales y rocas lutitas y calizas delgadas, afectadas debido a la presencia de discontinuidades, las precipitaciones pluviales con mayor frecuencia en los meses de mayo julio 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 y calizas delgadas, en las zonas críticas en la carretera San Juan- Choropampa, tramo 119km. – 121 km?

1.3.

JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN En la carretera de los San Juan- Choropampa,

tramo km. – km 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.

LIMITACIONES La falta de laboratorios especializados que permitan realizar ensayos de compresión triaxial, para obtener mayor precisión en los resultados. La falta de posibilidad de muestreos para el análisis de suelos (cimentación de las estructuras de contención)

1.5.

Hipótesis Existe taludes inestables en el tramo km– km. carretera san Juan- Choropampa, los cuales están asociados al comportamiento geomecánico de suelos y rocas, así como a la infiltración de las aguas pluviales.

1.6.

OBJETIVOS

1.6.1. GENERAL 

Analizar la inestabilidad de taludes en zonas críticas en el tramo km.– km., carretera de San Juan- Choropampa

1.6.2. 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.

CAPITULO II MARCO TEORICO. 2.1.

ANTECEDENTES TEÓRICOS DE LA INVESTIGACIÓN 

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”

2.2.

BASES TEÓRICAS

Se define roca como un agregado sólido, formado por uno o varios minerales, que se encuentra formando varias extensiones de la corteza terrestre. En mecánica de rocas se habla muchas veces de roca o roca intacta para referirse a un elemento (trozo, bloque, probeta) que no presenta discontinuidades observables. En la naturaleza las rocas aparecen muy comúnmente

atravesadas por distintos

caracteres geológicos estructurales y discontinuidades de variado origen geológico, como la estratificación, esquistosidad, pliegues, fallas, y juntas o diaclasas. Al conjunto de estas discontinuidades que atraviesan la roca se le suele denominar estructura del macizo rocoso. El macizo rocoso viene a ser la forma en que se presenta la roca en el medio natural. Así pues un macizo rocoso estará definido por la roca y la estructura, que a su vez contendrá planos de estratificación, fallas juntas pliegues y otros caracteres estructurales. Los macizos rocosos son por tanto discontinuos y pueden presentar propiedades heterogéneas y/o anisótropas.

 Conceptos Generales de Mecánica de Rocas. El problema ingenieril del diseño estructural de excavaciones, ya sean subterráneas o a cielo abierto, que trata de resolver la mecánica de rocas es la predicción del comportamiento mecánico del macizo rocoso en una determinada obra o explotación sujeta a las cargas que se le apliquen a lo largo de toda su vida operativa (Brady y Brow, 1985); contemplada desde este punto de vista la mecánica de rocas se debería llamar más propiamente ingeniería de los macizos rocosos. La mecánica de rocas aplicada a la práctica minera y a la ingeniería civil parte de la ingeniería de la mecánica clásica y de la mecánica de medios continuos, pero la naturaleza variable de los materiales que analiza, la confieren un elevado número de factores específicos que la identifican como una disciplina diferente y coherente del campo de las ingenierías de minas y civil.

 Puntos de Partida de la Mecánica de Rocas. La aplicación de los principios de la mecánica de rocas a la ingeniería de minas se basa en premisas simples y tal vez evidentes (Brady y Brow, 1985): -

El primer postulado sería suponer que a cualquier macizo rocoso le pueden asignar un conjunto de propiedades mecánicas, que se pueden medir a través

-

de ensayos estándar. El segundo principio sería aseverar que el proceso de excavación minera o civil origina una estructura de roca superficial o subterránea formada por el macizo rocoso, elementos de sostenimiento y empotramientos, que se puede

-

analizar a partir de los principios de la mecánica clásica. La tercera proposición es que la capacidad de predecir y controlar el comportamiento del macizo rocoso, en el que se realiza la operación minera o civil, puede asegurar o incrementar la rentabilidad económica lo que se ha de traducir en la práctica de la eficiencia (máxima eficacia) de la explotación del recurso, medida en términos de recuperación del mineral o vida útil de la construcción.

2.1.1. FACTORES GEOLÓGICOS Y PROBLEMAS GEOTÉCNICOS La diversidad del medio geológico y la complejidad de sus procesos hacen que en las obras de ingeniería se deban resolver situaciones donde los factores geológicos son condicionantes de un proyecto. En primer lugar, por su mayor importancia, estarían los riesgos geológicos, cuya incidencia puede afectar a la seguridad o a la viabilidad del proyecto. En segundo lugar están todos aquellos factores geológicos cuya presencia condicione técnica o económicamente la obra. Estos factores y su influencia en los problemas geotécnicos se muestran en los cuadros 1 a 4. En los cuadros 1 y 2 se presentan las posibles influencias de la litología y la estructura geológica sobre el comportamiento geotécnico de los materiales rocosos y suelos, mientras que en los cuadros 3 y 4 se indica como el agua y los materiales son afectados por los diferentes procesos geológicos, dando lugar a problemas geotécnicos. En resumen, se deducen las siguientes conclusiones:  Los factores geológicos son la causa de la mayoría de los problemas geotécnicos.  El agua es uno de los factores de mayor incidencia en el comportamiento geotectónico de los materiales.  Los procesos geológicos pueden modificar el comportamiento de los materiales, incidiendo sobre el medio físico, y ocasionar problemas geotectónicos. Por otro lado, la presencia de problemas geotectónicos implica la adopción de soluciones en general más costosas, como por ejemplo cimentar a mayor profundidad por insuficiencia de capacidad portante del terreno en cotas superficiales, e incluso la modificación del proyecto o el cambio de emplazamiento, según el alcance de los citados problemas. Por el contrario, unas condiciones geotectónicas favorables proporcionan no solo una mayor seguridad a las obras, sino un desarrollo de las mismas sin imprevistos, lo que influye significativamente en los costos y plazos de la obra.

Litología

Factores Característicos

Rocas duras

- Minerales duros y abrasivos

Rocas blandas

- Resistencia media a baja - Minerales alterables

Suelos duros

- Resistencia media a alta

Suelos blandos

- Resistencia baja a muy baja

Suelos orgánicos y Biogénicos

- Alta compresibilidad - Estructuras metaestables

Problemas Geotécnicos - Abrasividad - Dificultad de arranque - Roturas en taludes - Deformabilidad en túneles - Cambio de propiedades con el tiempo Problemas en cimentaciones con expansivas y estructuras colapsables - Asientos en cimentaciones - Roturas en taludes - Subsidencia y colapsos

arcillas

Cuadro 1: Influencia de la litología en el comportamiento geotécnico del terreno

Luis Gonzales De Vallejo, (2002).

Cuadro 2: Estructuras geológicas y problemas geotécnicos Estructuras geológicas

Factores característicos

Fallas y fracturas

Superficies muy espesor variable

Planos de estratificación

Superficies continuas; poca separación Superficies poco continuas, cerradas o poco separadas Superficies de gran continuidad

Discontinuidades Pliegues Foliación esquistosidad

continuas;

Superficies poco continuas y cerradas

Problemas geotécnicos Roturas, inestabilidades, acumulación de tensiones, filtraciones y alteraciones. Roturas, inestabilidades, filtraciones

Luis

Roturas, inestabilidades, filtraciones y alteraciones Inestabilidad, filtraciones y tenciones condicionadas a la orientación Anisotropía en función de la orientación

Gonzales De Vallejo, (2002).

Cuadro 3: Efectos de los procesos geológicos relacionados con el agua y su incidencia geotécnica Procesos geológicos en relación al agua

Efectos sobre materiales

Problemas geotécnicos

Disolución

Pérdida de material en rocas y suelos. karstificación

Cavidades. Hundimientos. Colapsos.

Erosión arrastre

Pérdida de material y lavado. Erosión interna Acarcavamientos

Reacciones químicas

Cambios en la composición química Cambio de propiedades físicas

Hundimientos y colapsos. Asientos. Sifonamientos y socavaciones. aterramientos Ataque a cementos, áridos, metales y rocas Pérdida de resistencia. Aumento de la deformabilidad y permeabilidad

Alteraciones Gonzales De Vallejo, (2002).

Luis

Cuadro 4: Influencia de los procesos geológicos en la ingeniería y el medio ambiente Procesos

Efectos sobre el medio físico

geológicos Sismicidad

Terremotos, tsunamis. Movimientos del suelo, roturas, deslizamientos, licuefacción

Vulcanismo

Levantamientos, subsidencias Erosión sedimentación

Movimientos ladera

Cambios freático

del

–

de

nivel

Procesos tectónicos

Procesos geoquímicos

Erupciones volcánicas. Cambios en el relieve. Tsunamis y terremotos. Colapsos y grandes movimientos en laderas. Cambios morfológicos a largo plazo. Alteraciones en dinámica litoral y en el nivel del mar a largo plazo. Cambios geomorfológicos a medio plazo. Arrastres y aumento de la escorrentía. colmatación Deslizamientos, desprendimientos, hundimientos

Cambios en los acuíferos. Cambios de propiedades del suelo. Desecación y encharcamientos. Subsidencias e inestabilidad de laderas Tensiones naturales. Sismicidad. Inestabilidades.

Altas temperaturas. Anomalías térmicas Presencia de gases

Problemas geoambientales y actuaciones Daños a las poblaciones infraestructuras. Diseño antisísmico. Medidas de prevención. Planes de emergencia. Daños a las poblaciones infraestructuras. Sistemas de vigilancia. Medidas de prevención. Planes de evacuación. Medidas de control y vigilancia

e

Luis

e

Aumento del riesgo de inundaciones y deslizamientos. Medidas de protección en cauces y costas. Daños en poblaciones infraestructuras. Obstrucción de cauces. Medidas de estabilización. Control y prevención. Problemas en cimentaciones. Afección a cultivos y regadíos. Medidas de drenaje.

e

Explosión de rocas en minas y túneles profundos. Deformaciones a largo plazo en obras subterráneas. Medidas de diseño en túneles y minas Riesgo de explosión. Dificultad de ejecución en obras subterráneas.

Gonzales De Vallejo, (2002).

2.1.2. MECÁNICA DE ROCAS  Rocas y suelos Las rocas son agregados naturales duros y compactos de partículas minerales con fuertes uniones cohesivas permanentes que habitualmente se consideran un sistema continuo. La proporción de diferentes minerales, la estructura granular, la textura y el origen de la roca sirven para su clasificación geológica.

Los suelos, son agregados naturales de granos minerales unidos por fuerzas de contacto, normales y tangenciales a las superficies de las partículas adyacentes, separables por medios mecánicos de poca energía o por agitación en agua. A diferencia de los suelos, la composición, características y propiedades de las rocas son altamente variables, confiriendo a los materiales naturales un carácter heterogéneo y anisótropo, lo que hace que el estudio y la modelización de su comportamiento en el laboratorio sea una labor difícil, debido, entre otros factores, a los problemas asociados a la obtención de muestras representativas y a la escala de trabajo. Además las rocas están afectadas por procesos geológicos y ambientales que dan lugar a su fracturación, alteración y meteorización. En cuanto a las propiedades físicas y mecánicas, algunas de las principales características diferenciales de las rocas son: -

Generación de mecanismos y superficies de fractura en los procesos de

-

deformación. Módulos de deformación altos en comparación con los suelos. Baja permeabilidad en comparación con los suelos.

 Macizos rocosos Las masas rocosas se presentan en la naturaleza afectadas por una serie de planos de discontinuidad o debilidad  Transición Roca – Suelo Los suelos se originan por los procesos de alteración y disgregación de las rocas sedimentarias, ígneas o metamórficas a que dan lugar los procesos geológicos externos y los fenómenos climáticos. Se forman suelos residuales cuando el producto de descomposición de la roca permanece en el lugar de origen, o suelos transportados cuando no permanece en su lugar de origen. Estos procesos físicos comienzan en el momento en que una roca situada en la superficie terrestre sufre fragmentación mecánica por fenómenos físicos o químicos y, en el caso de los suelos transportados, comprenden las siguientes etapas: -

Disgregación y remobilización de las partículas por alteración y

-

meteorización de la roca madre. Transporte del material por agentes con ciertos niveles de energías

-

Acumulación del material en zonas de bajo nivel energético, iniciándose los procesos de sedimentación controlados por las características mecánicas,

-

fisicoquímicas y biológicas del ambiente. Transformación mediante diagénesis en un nuevo material coherente y compacto, con disminución de la porosidad, aportes de las nuevas sustancias y cambios mineralógicos.

2.1.3. PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS DE LOS MATERIALES ROCOSOS  Características del Medio Rocoso El estudio de la mecánica de solidos asume generalmente un comportamiento homogéneo, continuo, isótropo, elástico y lineal que los materiales rocosos no presentan. La gran variabilidad de las características y propiedades físicas y mecánicas se refleja tanto a escala de matriz rocosa como de macizo rocoso fracturado. La diferente composición química de los agregados heterogéneos de cristales y partículas amorfas que forman las rocas presenta la escala más pequeña en el estudio de la variabilidad de las propiedades; así, una arenisca puede estar cementada por sílice o por calcita, un granito puede contener cantidades variables de cuarzo, etc. La fábrica o petrofábrica de las rocas consecuencia de su génesis e historia geológica, presenta direcciones preferenciales de anisotropía por orientación de cristales y granos o planos de foliación o esquistosidad; los poros microfisuras, recristalizaciones, etc., imprimen un carácter discontinuo y no lineal y la desigual distribución de los minerales y componentes rocosos configura un medio heterogéneo. También la alteración y meteorización por procesos físicos y químicos modifica la composición de las rocas, apareciendo nuevos minerales con propiedades diferentes.  Propiedades Físicas y mecánicas de las Rocas Las propiedades físicas de las rocas son resultados de su composición mineralógica, fábrica e historia geológica, deformacional y ambiental incluyendo los procesos de alteración y meteorización. La gran variabilidad de estas propiedades se refleja en comportamiento mecánicos diferentes frente a las fuerzas que se aplican sobre las rocas, comportamientos que dejan definidos por

la resistencia del material y por su modelo de deformación; así mientras un granito sano se comporta de forma elástica y frágil frente a elevadas cargas una marga o una lutita pueden presentar un comportamiento dúctil ante esfuerzos moderados o bajos.  Propiedades Físicas de la Matriz Rocosa Existen una serie de parámetros que se emplean para la identificación y descripción cuantitativa de las propiedades básicas de las rocas y permiten, así mismo establecer una primera clasificación con fines geotécnicos. Cuadro 5: Propiedades de la matriz rocosa y métodos para su determinación Propiedades identificación clasificación

de y

Propiedades Composición. Mineralógica. Fábrica y textura. Tamaño de grano. Color.

Métodos de determinación Descripción visual Microscopía óptica y electrónica. Difracción de rayos X.

Porosidad (n) Peso específico (y)

Técnicas de laboratorio.

Contenido en humedad Permeabilidad (coeficiente de permeabilidad, k) Durabilidad Alterabilidad ( índice de alterabilidad) Resistencia a compresión simple(σc) Resistencia a tracción(σt)

Propiedades mecánicas

velocidad de ondas sónicas (Vp , Vs) Resistencia (parámetros c y Ф) Deformabilidad (módulos de deformación elástica estáticos o dinámicos E , v)

Ensayo de permeabilidad Ensayos de alterabilidad Ensayo de compresión uniaxial. Ensayo de carga puntual. Martillo Schmidt. Ensayo de tracción directa. Ensayo de tracción indirecta. Medida de velocidad de ondas elásticas en laboratorio Ensayo de compresión triaxial Ensayo de compresión uniaxial. Ensayo de velocidad sónica

Luis Gonzales De Vallejo, (2002).

Aspectos como la orientación preferente de minerales, la dureza o la estructura cristalina pueden determinar la reacción o respuesta mecánica de la roca frente a fuerzas externas. Muchas de las propiedades ingenieriles de las rocas dependen de la estructura de las partículas minerales y de la forma en que estas están unidas. 2.1.4. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS CON FINES GEOTÉCNICOS Las clasificaciones geológicas o litológicas son importantes en ingeniería geológica ya que aportan información sobre la composición mineralógica, la textura y la fábrica de las rocas, así como la isotropía o anisotropía estructural en rocas de determinado origen, como es el caso de las rocas masivas frente a rocas laminadas o foliadas. Así, el término

de roca ígnea o metamórfica indica una determinada estructura, textura, composición, tamaño de grano, etc. Estos factores, que se emplean para sub clasificar los grupos principales, condicionan las propiedades físicas y resistentes de la roca. CLASIFICACIÓN DE AS ROCAS POR SU ORIGEN Rocas sedimentarias

Detríticas Químicas Orgánicas

Rocas ígneas

Plutónicas Volcánicas Masivas Foliadas o con esquistosidad

Rocas metamórficas

Cuarcitas, areniscas, lutitas, limolitas, conglomerados. Evaporitas, caliza dolomítica. Caliza, carbón, rocas coralíferas Granito, gabro, Diorita. Basalto, andesita, riolita. Cuarcita, mármol. Pizarra, filita, esquisto, gneiss

Cuadro 6: Clasificación geológica general de las rocas LuisGonzales De Vallejo, (2002).

2.2.5

CLASIFICACIÓN DE LOS MACIZOS ROCOSOS

Las Clasificaciones de los macizos rocosos están basadas en alguno o varios de los factores que determinan su comportamiento mecánico.  Propiedades de la matriz rocosa.  Frecuencia y tipo de las discontinuidades, que definen el grado de fracturación, el tamaño y la forma de los bloques del macizo, sus propiedades hidrogeológicas, etc.  Grado de meteorización o alteración.  Estado de tensiones in situ.  Presencia de agua. Resistencia compresión(MPa)

ISRM (1981)

200 >250

Extremadamente dura

Geological society of London (1970)

Blanda >1.25 Moderadamente blanda Moderadamente dura

Bieniawski (1973)

ejemplos

Muy baja

Sal, lutita, limolita, marga, toba, carbón

Dura

Baja Media

Muy dura

Alta

Extremadamente dura

Muy alta

Esquisto, pizarra Rocas metamórficas esquistosas, mármol, granito, gneiss, arenisca, caliza porosa Rocas ígneas y metamórficas duras, arenisca muy cementada, caliza, dolomía Cuarcita, gabro, basalto

Cuadro 7: Clasificación de las rocas a partir de su resistencia a compresión simple Luis Gonzales De Vallejo, (2002).

2.2.6

CLASIFICACIONES GEOMECÁNICAS

El propósito de la clasificación es proporcionar un índice numérico que nos indique la calidad del macizo rocoso, para luego recomendar el sostenimiento más adecuado, es importante mencionar que se debe realizar un seguimiento a la excavación de cualquier obra, ya que, los índices de calidad del macizo rocoso no son exactos, y por lo tanto, necesitan un monitoreo que nos permita asegurar la estabilidad de la excavación; para esto podemos combinar algunos de los métodos que se mencionan a continuación:  Índice de Calidad de la Roca (RQD): Es una modificación del porcentaje de núcleos de recuperación el cuál sólo incorpora las piezas sanas de los núcleos que tienen una longitud igual o mayor a 100 ml (4 pulgadas). Éste índice cuantitativo ha sido ampliamente utilizado como un indicativo para identificar zonas de mala calidad de la roca, las misma que necesitan un gran escrutinio y aburridos estudios adicionales en los trabajos de exploración, para la determinación del RQD, la ISRM recomienda recuperar los núcleos con una perforadora de diamante de doble barril con un diámetro no menor al NX (54.7 ml). La siguiente relación del índice del RQD y la calidad de la roca fue propuesta por DEERE 1968. Cuadro 8: Índice de calidad de la roca (RQD) RQD (%)

Calidad de la Roca

< 25

Muy Pobre

25 a 50

Pobre

50 a 75

Regular

75 a 90

Buena

90 a 100 Excelente

Hernan Gavilanes (2004).

Cuando no se dispone de núcleos de perforación, el RQD puede ser estimado a partir de una línea o de un área de mapeo como se describe a continuación: Para una línea de mapeo, se puede obtener el promedio de espaciado de las discontinuidades (N° de discontinuidades dividida para la longitud de la línea de muestreo). El RQD obtenido de esta manera, se puede calcular con la siguiente ecuación: RQD=100 e−0.1 λ (0.1 λ+1)

Dónde:

λ=1/( frecuenciade discontinuidades)

 Clasificación de Bieniawski (RMR): Debido a que el sistema RMR ha tenido varias modificaciones, y desde que el método cambió su nombre a Clasificación Geomecánica RMR o Sistema de Valoración de Macizos rocosos es importante decir que el sistema ha permanecido con el mismo principio a pesar de los cambios.  Procedimiento de la Clasificación: Los siguientes parámetros son usados para clasificar un macizo rocoso utilizando el sistema RMR: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Resistencia a la compresión uniaxial de la roca Índice de calidad de la Roca (RQD) Espaciado entre discontinuidades Condición de las Discontinuidades Condición de infiltraciones de agua Orientación de las discontinuidades

 Para aplicar la clasificación geomecánica, se debe realizar lo siguiente: 1. Dividir el macizo en dominios estructurales (Zonas de características geológicas similares como tipo de roca, espaciado, etc), En la mayoría de los casos los límites de las regiones estructurales coincidirán con características mayores tales como fallas, diques, contactos, etc. 2. Después de que las regiones estructurales han sido identificadas, los parámetros de clasificación para cada región estructural son determinadas de las medidas en el campo y colocadas en una hoja de datos. 3. Se analizan la importancia de los valores que están asignados para cada parámetros de la sección A de la tabla de Clasificación geomecánica 9 4. Al respecto, el promedio de condiciones típicas es evaluado para cada set de discontinuidades y los valores son interpolados utilizando curvas indicadas en las figuras 1, 2, 3. 5. Se debe señalar que la importancia de la valoración se dio para el espaciado entre discontinuidades, aplicado a macizos rocosos que tienen tres sets de discontinuidades. Es decir, cuando sólo dos familias de discontinuidades están presentes, se obtiene un valor conservativo y la valoración para l espaciado entre discontinuidades puede incrementarse en un 30%. 6. Luego de analizar cada uno de los parámetros, sumamos sus valores y obtenemos el RMR básico.

7. El siguiente paso es incluir el sexto parámetro, denominado, influencia del rumbo y buzamiento de las discontinuidades para ajustar el RMR básico de acuerdo con la sección B de la Tabla de Clasificación Geomecánica RMR. Este paso se trata separadamente porque la influencia de la orientación de las discontinuidades depende de las aplicaciones ingenieriles, tales como túneles, minas, taludes o cimentaciones. Los valores de éste parámetro son cualitativos. Para ayudar a decidir si el rumbo y el buzamiento son favorables o no en tuneleo, debemos referirnos a la sección F de la Tabla de Clasificación, la cual está basada en estudios hechos por Wickham (1972) para taludes y cimentaciones, se debe referir al Apéndice V.

Cuadro 9: Clasificación Geomecánica Biewniaski 1989 PARÁMETRO

1

Resiste

Ensayo carga

ncia

puntual

de

la

roca

RANGO DE VALORES

Compresión

>10 MPa

10-4 MPa

4-2 MPa

2-1 MPa

>250 MPa

250 - 100 MPa

100 - 50 MPa

50-

simple

25

MPa

25

-

5

5- 1

MPa

MPa

2

1

intacta VALOR

15

12

7

4

90 – 100 %

75 – 90%

50 – 75 %

25 – 50 %

< 25%

20

17

13

8

3

>2 m

0.6 – 2 m

0.2 – 0.6 m

6 – 20 cm

6 cm

20

15

10

8

5

20 m

6

4

2

1

0

Nada

< 0.1 mm

0.1 – 1.0 mm

1 – 5 mm

>5 mm

6

5

3

1

0

Muy rugosa

Rugosa

Ligeramente

Ondulada

Suave

VALOR

6

5

3

1

0

Relleno

Ninguno

Relleno duro <

Relleno duro>

Relleno

Relleno

5 mm

5 mm

blando < 5

> 5 mm

6

4

2

2

0

inalterada

ligeramente

Moderadamen

Muy

Descompuesta

alterada

te alterada

alterada

RQD

3

2 VALOR Espaciado 3

de

las

10

discontinuidades VALOR Longitud de la

9

4

Estado de las discontinuidades

discontinuidad

VALOR Abertura VALOR Rugosidad

rugosa

blando

mm VALOR Alteración

VALOR

5

Flujo de

Relación

agua en

agua

P

las

principal

disconti

Condiciones

nuidade

generales

/

6

5

3

1

0

0

0 – 0.1

0.1 – 0.2

0.2 - 0.5

>0.5

Seco

Ligeramente

Húmedo

Goteando

Agua fluyendo

7

4

0

σ

húmedo

s VALOR

15 Clase

CLASIFICACIÓN

10 I

II

III

IV

V

Calidad

Muy buena

Buena

Media

Mala

Muy mala

Puntuación

100 - 81

80 - 61

60 - 41

40 - 21

< 20

Hernan Gavilanes (2004). Introduccion a la Ingenieria de Tuneles . Quito - Ecuador: Asociacion de Ingenieros de Minas del Ecuador (AIME).

 Criterio de Mohr- Coulomb: La ventaja del criterio de Mohr – Coulomb es su simplicidad, sin embargo presenta inconvenientes para el caso de matriz rocosa Cuadro 10: Estimación del índice de Resistencia Geológica GSI basado en descripciones geológicas.

Luis Gonzales De Vallejo, M. F. (2002). Ingenieria Geologica. Madrid: Isabel Capella.

2.2.7

ESTABILIDAD DE TALUDES

Una superficie de terreno expuesta situada a un ángulo con la horizontal se llama talud o pendiente no restringida, y puede ser natural o construido. Si la superficie del terreno no es horizontal, una componente de la gravedad ocasionará que el suelo se mueva hacia

abajo. Si la componente de la gravedad es suficientemente grande ocurrirá la falla del talud; es decir, la masa de suelo en la zona afectada se deslizará hacia abajo. La fuerza actuante vence a la fuerza resistente de la resistencia al corte del suelo a lo largo de la superficie de ruptura.  TIPOS DE ROTURA EN LADERAS Y TALUDES MECANISMOS DE ROTURA VERSUS MECANISMOS DE PROPAGACIÓN La mayoría de clasificaciones de movimientos de ladera declaran basarse en los mecanismos de inestabilidad. Sin embargo, la tipología del movimiento suele establecerse una vez que la rotura ha tenido lugar, es decir, basándose en su cinemática. En este sentido hay que indicar que los mecanismos y condiciones que dan lugar a la rotura de una ladera no se corresponden, en general, con los que gobiernan la propagación de la masa desgajada, siendo éstos los que determinan la denominación del movimiento. Así por ejemplo, muchos movimientos de flujo tienen su inicio en mecanismos de cizalla (deslizamientos). Esta distinción no es menor puesto que tiene implicaciones claras en el control y corrección de los movimientos.

A efectos

operativos podemos distinguir dos fases principales en los movimientos de ladera: (a) la fase de previa a la rotura, que ser de larga duración. En ella se producen pequeñas deformaciones, a menudo imperceptibles pero que pueden ser de orden métrico en los grandes deslizamientos. La superficie de separación entre la masa en movimiento y el terreno no ha llegado a desarrollarse por completo (b) la fase de rotura, por lo general caracterizada por la formación de una superficie o zona de cizalla continua en el terreno con movimientos desde muy lentos a extremadamente rápidos, hasta que se produce el reajuste de la masa deslizada y el movimiento se para.

TIPOS DE MATERIALES En todas las clasificaciones existentes sin excepción, la naturaleza de los materiales involucrados es uno de los parámetros utilizados. Tanto Varnes (1978) como Hutchinson (1988) distinguen entre substrato rocoso o roca (bedrock), derrubios (debris) y tierra (earth). Mientras que el concepto de substrato rocoso no ofrece dudas, la distinción entre derrubios y tierra no es evidente, especialmente cuando consideramos los movimientos de flujo. Ambos son suelos desde el punto de vista ingenieril. Los derrubios consisten en un suelo de composición granulométrica gruesa, es decir,

formado mayoritariamente por gravas y bloques mientras que la tierra tiene un contenido importante de finos, es decir, arenas, limos y arcillas. En otras palabras, se trata de la distinción entre materiales cohesivos (tierra) y no cohesivos (derrubios). MECANISMOS PRINCIPALES EN LOS MOVIMIENTOS DE LADERA Desprendimientos o caídas (falls) El desprendimiento se origina por el despegue de una masa de suelo o roca de una pared empinada o acantilado. El movimiento tiene lugar mediante caída libre y posterior rebote o rodadura. Es frecuente que al impactar contra la superficie del terreno, la masa caída se rompa en multitud de fragmentos. El movimiento es muy rápido.

La rotura

suele producirse por deslizamiento o vuelco de pequeña envergadura, proporcionando a la masa despegada una velocidad inicial. La propagación de los desprendimientos en laderas con pendientes superiores a los 76º se produce preferentemente por caída libre, por debajo de este ángulo los impactos contra el terreno son frecuentes mientras que en laderas de menos de 45º la propagación se realiza por rodadura y, eventualmente, por deslizamiento.

Las caídas con una trayectoria básicamente vertical de abrigos

desarrollados en acantilados por la socavación efectuada por un río, el oleaje o la meteorización y disgregación de las rocas a su pie son consideradas colapsos (García Yagüe y García Álvarez, 1988.

Figura 1: Mecanismos de desprendimiento y colapso Corominas, (2011). Tipos de Roturas en Laderas y Taludes.

Vuelcos (topples). Es la rotación hacia delante y hacia el exterior de la ladera, de una masa de suelo o roca alrededor de un eje situado por debajo de su centro de gravedad. La fuerza desestabilizadora es la gravedad así como el empuje ejercido por el terreno adyacente o los fluidos (agua o hielo) en las grietas. Dentro del mecanismo de vuelco pueden distinguirse dos procesos: -

Vuelco por flexión (flexural toppling). Tiene lugar en rocas con un sistema preferente de discontinuidades, formando vigas semicontinuas en voladizo (Goodman y Bray, 1976). Las columnas continuas cuando se doblan hacia delante, rompen por flexión. Este tipo de movimiento es característico en esquistos, filitas,

-

pizarras y en secuencias rítmicas finamente estratificadas (facies flysch). Desplome. La parte movida cae con un movimiento brusco de giro, al menos inicial, apoyado en su base externa. Estos movimientos se producen en bordes acantilados rocosos o de materiales areno-arcillosos compactados. Si la ladera es empinada, las roturas por vuelco pueden transformarse en caídas.

Figura 2: Mecanismos de vuelco Corominas, (2011). Tipos de Roturas en Laderas y Taludes.

Deslizamientos (slides). Es un desplazamiento ladera abajo de una masa de suelo o roca, que tiene lugar predominantemente sobre una o más superficies de rotura, o zonas relativamente delgadas con intensa deformación de cizalla. Elementos característicos de este tipo de movimiento son la presencia de superficies de rotura definidas y la preservación a grandes rasgos de la forma de la masa desplazada.

La distinción entre deslizamientos rotacionales y translacionales es importante en lo que se refiere a los análisis de estabilidad y el diseño de medidas de control y estabilización. Este tipo de movimientos es el que dispone de métodos de análisis y modelización más desarrollados.

Figura 3: Tipos de deslizamiento

Corominas, (2011). Tipos de Roturas en Laderas y Taludes. Deslizamientos rotacionales (rotational slides, slumps):

La rotura se produce a lo

largo de una superficie curvilínea y cóncava. El terreno experimenta un giro según un eje situado por encima del centro de gravedad de la masa deslizada. El material de cabecera efectúa una inclinación contra ladera, generando depresiones donde se acumula el agua e induce nuevas reactivaciones. Este tipo de mecanismo es característico de suelos cohesivos homogéneos y de macizos rocosos intensamente fracturados. En materiales arcillosos, especialmente si hay presencia de agua, el pie puede evolucionar hacia un deslizamiento de tierras o colada de tierras. Deslizamientos traslacionales (translational slides): Tiene lugar a lo largo de una superficie de rotura plana u ondulada. La masa deslizada puede proseguir por la ladera. Los componentes de la masa desplazada se mueven a la misma velocidad y siguen trayectorias paralelas. A medida que un deslizamiento translacional progresa puede romperse, en particular si aumenta la velocidad. Entonces, la masa disgregada deviene un flujo. Flujos (flows): Son movimientos espacialmente continuos en los que las superficies de cizalla tienen corta vida, se encuentran muy próximas y generalmente no se conservan.

La distribución de velocidades en la masa desplazada se parece a la que se presenta en un fluido viscoso. Por este motivo, la masa movida no conserva la forma en su movimiento descendente, adoptando a menudo, formas lobuladas cuando interesan a materiales cohesivos y desparramándose por la ladera o formando conos de deyección cuando afectan a materiales granulares. Existe una gradación desde los deslizamientos a los flujos dependiendo del contenido de agua, movilidad y evolución del movimiento. Un deslizamiento de derrubios puede convertirse en una corriente o avalancha de derrubios a medida que el material pierde cohesión, incorpora agua y discurre por pendientes más empinadas.

Figura

4:

Movimientos de flujo

Corominas, (2011). Tipos de Roturas en Laderas y Taludes.

2.3

DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

Discontinuidades: Son superficies de debilidad que imparten a la roca una condición de anisotropía de resistencia, es decir denotan una interrupción en la integridad de la

roca. Indistintamente en la presente investigación para referirse a diaclasas, fallas, foliaciones y estratificaciones se usará el término de discontinuidad. Hernan Gavilanes, (2004). Fracturas: Es el término general para cualquier discontinuidad mecánica en la roca tales como diaclasas, fallas, grietas, fisuras. Hernan Gavilanes, (2004). Diaclasas: Es un plano de discontinuidad, de fractura o de separación de una roca que normalmente no implica desplazamiento. Las diaclasas suelen producirse como familias paralelas, que dividen al macizo rocoso en bloques. Hernan Gavilanes, (2004). Fallas: Son fracturas de la corteza terrestre a lo largo de las cuales ha habido un desplazamiento paralelo a la superficie de la fractura. Lo que se observa es que una pared de la fractura se ha movido en relación con la otra. La superficie de fractura en la que se rechazó el desplazamiento se llama plano de falla. Como resultado de la flexión entre bloque es plano de falla es suavizado y constituye una superficie llamada espejo de falla. Hernan Gavilanes, (2004). Grietas: El término se utiliza para definir una fractura pequeña Hernan Gavilanes, (2004). Fisuras: Son grietas planares pequeñas. Se considera que tanto las fisuras como los poros de una roca originan respuestas no lineales en el proceso de carga – deformación a bajos niveles de tensiones, disminuye l resistencia a la tracción. Hernan Gavilanes, (2004). Estratificación: Es una superficie característica de rocas sedimentarias que separa capas de igual o diferente litología. Hernan Gavilanes, (2004). Foliación o esquistosidad: Son superficies penetrativas, desarrollada por orientación de minerales durante el metamorfismo, perpendiculares en dirección a la tensión máxima. Hernan Gavilanes, (2004). Pizarrocidad: Es la propiedad de las rocas de aspecto laminar, tales como las Pizarras que pueden dividirse en hojas delgadas. Hernan Gavilanes, (2004).

Zonas de Cizalla: Son bandas de material de relleno con bajos niveles de fricción, cuyo espesor puede alcanzar algunos metros y en las que la ruptura por cizallamiento ha tomado lugar. Hernan Gavilanes, (2004). Espaciado: Es la distancia perpendicular entre discontinuidades de un mismo set o familia, el espaciado de discontinuidades adyacentes controla el tamaño de bloques individuales de roca intacta. Hernan Gavilanes, (2004). Persistencia: Este término describe la extensión o tamaño de las discontinuidades. Hernan Gavilanes, (2004). Rugosidad: Es el factor determinante de la resistencia al cizallamiento. Su importancia disminuye al aumentar la abertura, el espesor de relleno o cualquier desplazamiento sufrido con anterioridad. Hernan Gavilanes, (2004). Relleno: Material que se encuentra separando las paredes adyacentes de una discontinuidad. Hernan Gavilanes, (2004). Hernan Gavilanes J, B. A. (2004). Introducción a la Ingeniería de Tuneles . Quito Ecuador: Asociación de Ingenieros de Minas del Ecuador (AIME).

TABLAS UTILIZADAS Tabla 1: Sistema unificado de clasificación de suelos (USCS). (En Lambe y Whitman. 1981).

Tabla 2: Carta de plasticidad de casa grande

Tabla 3: Características físicas típicas de diversos suelos

Tabla 4: Índice Geológico de Resistencia para macizos rocosos diaclasados.

Tabla 5: Clasificación Geomecánica para el RMR PARAMETRO

RANGO DE VALORES

1Resistencia

Para

de

rangos la

Intacta

roca

es

recomendabl

Ensayo Carga

estos

> 10 MPa

4-10 MPa

2-4 MPa

Puntual

1-2 MPa

e ensayos de resistencia a la compresión uniaxial

Compresión > 250 MPa

100 - 25050 - 100 MPa

25 - 505

-1

-< 1

Simple

MPa

VALOR RQD 2 VALOR Espaciado

de

las

15

12

7

90 - 100 %

75 - 90 % 50 – 75 %

20

17

% 8

0.6 – 2 m

0.2 – 0.6 m

20

15

9

< 1m

1–3m

3 – 10 m

VALOR

6

4

3

Abertura

Nada

< 0.1 mm 0.1 – 1.0 mm

VALOR

6

5

VALOR

2

25 – 50

12

5

MPa MPa

4

> 2m

3discontinuidades

25

MPa

1

MPa 0

< 25 % 3

6

–

20

cm 8

< 6 cm 5

Longitud de la discontinui

10 – 20 m

> 20 m

Estado de las discontinuidades

dad

4

Rugosidad Muy rugosa

Rugosa

VALOR

5

6

Relleno Relleno

Ninguno

Duro < 5 mm 4

1

0

1

–

5

mm

3

2

Ligeramente

Ondulad

Rugosa

a

3

1

Relleno Duro > 5 mm

> 5 mm 0 Suave 0

Relleno Relleno Blando

Blando

< 5 mm > 5 mm

VALOR

6

2

2

0

Alteración

Inalterada

te alterada e alterada

alterada ta

VALOR

6

5

3

1

0

0 – 0.1

0.1 – 0.2

0.2 – 0.5 > 0.5

Ligeramen Moderadament Muy

Descompues 0

Relación Presión agua/

Flujo de agua

en

las

5discontinuida des

Tensión principal mayor

Condiciones Completamen generales VALOR

te secas 15

Ligeramen te

Goteand Agua

Húmedas

Húmedas 10

8

o

fluyendo

4

0

Tabla 6: Clasificación Geomecánica (Calidad de la Roca).

CLASE

RMR

CALIDAD DE LA ROCA

I II III IV V

81 – 100 61 – 80 41 – 60 21 – 40 0 - 20

Muy Buena Buena Regular Mala Muy Mala

Tabla 7: Clasificación geomecánica de GSI-Hoek

Calidad

Clas

GSI

del Muy

e V

0 – 20

mala

IV

21 - 40

Regular

III

41 - 60

Muy

II I

61 - 80 81 - 100

buena

CAPITULO III MATERIALES Y METODOS 3.1. ASPECTOS GENERALES 

UBICACIÓN

La zona de estudio se ubica al sur del continente americano en Perú, en la región Cajamarca, Provincia Cajamarca y distrito; entre los m.s.n.m. y m.s.n.m. El área de estudios forma parte del cuadrángulo de, correspondiente a la hoja. Región: Cajamarca Provincia: Cajamarca Distrito: Magdalena. Caserio: Choropampa. Figura 1: Ubicación Política

Ilustración 1: Ubicación Geográfica del área de estudia

VÉRTICES

LONGITUD

LATITUD

COTA

Punto inicial (Km 119+ 000) Choropampa Punto final (Km 121 + 000) Choropampa

764000

9195000

1457

762000

9197000

1629



ACCESIBILIDAD

Para acceder se toma la línea de transportes que tienen la Ruta Cajamarca - Magdalena presentando una carretera asfaltada, ya que el trabajo se realiza en el borde de la carretera este será el único acceso. Tabla 8: Accesibilidad al área de estudio

Tramo

Tipo de vía

Distancia Km

Tiempo

Cajamarca – Magdalena

Asfaltada

62

1h 20 min

 CLIMA El área de estudio tiene un clima templado, las temperaturas promedio no tiene mucha varianza durante el año, llueve poco, tiene una temperatura media anual de 17.6 °C. Alcanzando ya en las partes más altas de Peña Blanca alcanza temperaturas bajas entre 8 y 12 °C, perteneciente a la región natural de Yunga, presentando un enfriamiento durante las noches claras y por consecuencia aumentan las heladas.  VEGETACIÓN La vegetación encontrada son eucaliptos (Eucaliptus globulos), cipreses (Cupresus macrocarpa L), penca blanca (Fourcroya andina), ichu (Stipa ichu) y otrs plantas de tallo corto.

Foto 1: vegetación característica en el trayecto de la carretera

3.2. 

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN. TIPO, NIVEL, DISEÑO Y MÉTODO DE INVESTIGACIÓN

 Tipo: Descriptiva  Diseño: No experimental  Método: Descriptivo y transversal en el espacio 

POBLACIÓN DE ESTUDIO

Los taludes propensos a deslizamientos entre las progresivas 05+000-10+000 

MUESTRA.

Los testigos de suelos donde se debe cimentar las estructuras.

UNIDAD DE ANÁLISIS



Tres taludes propensos a fallar VARIABLES DE ANÁLISIS



a) Variables Dependientes  Tipos de muros a cimentar  Factor de seguridad al fallamiento por volcamiento o Volteo (FSV)  Factor de seguridad al fallamiento por deslizamiento (FSD)  Factor de seguridad al fallamiento por carga (FSC) b) Variables Independientes  Granulometria  Infiltración  Cohesión del suelo  Angulo de fricción interna  Peso específico del suelo 

Operacionalización de Variables Tabla 9: Variables y su caracterización en la zona

VARIABLES

DEFINICIÓN DIMENSIONES DEPENDIENTES 1. 1. Factor de Este parámetro KN/m seguridad

al analiza

fallamiento

el KN/m fallamiento de un

por

muro producto del tierra, ocasionado

2. 2. Factor de un volteo respecto m seguridad

al a la punta.

deslizamiento. 3. 3. Factor de seguridad fallamiento

al

Empuje Pasiva (Pp) Empuje Activo (Pa) Coeficiente de Empuje Pasivo (Kp) Coeficiente de Empuje

volcamiento o empuje lateral de volteo.

INDICADORES

KN/m2 KN/m2

Activo (Ka) Excentricidad Carga ultima Presión Horizontal

por carga. Cohesión (c)

INDEPENDIENTES KN/m2

-

Granulometría

Grados

-

Arcillas Compacidad

Angulo de

del suelo

Fricción (∅) Peso específico

KN/m2

-

Relación

de

vacíos

(γ ) Infiltración

m/s

-

Humedad Permeabilidad

-

Relación Vacíos

EQUIPO E INSTRUMENTACIÓN: Cuadro 13: Lista de equipos e instrumentos

GPS navegatorio

Brújula

Geotécnica tipo Brunton

Rayador de dureza

Picota de geólogo.

Protactor

Wincha 3-5m.

Bolsas de muestras

Libreta de campo.

Lupa 10x y 20x

Ácido clorhídrico al 10%.

Imagen satelital a escala 1/10000

Plano topográfico: a escala 1/10 000.

Plano geológico a escala 1/10000

Registro Geológico - Geotécnico

Martillo de Schmidt

Flexómetro

Cámara Fotográfica

de

3.3.

PROCEDIMIENTO

3.3.1. CRONOGRAMA Tabla 10: Cronograma de actividades. (Fuente: Elaboración propia).

ACTIVIDADES

JUNIO 1º 2º 3º 4º

1º

JULIO 2º 3º 4º

AGOSTO 1º

TRABAJO DE GABINETE Recopilación de información, trabajos, planos, imágenes satelitales. Bibliografía y trabajos anteriores en zonas aledañas Integración de información y análisis de la misma Elaboración de la estructura y cronograma del proyecto TRABAJO DE CAMPO Reconocimiento, delimitación y ubicación de la zona de estudio y reconocimiento de geoformas Modelo geológico y recolección de datos geomecánicas Descripción de los taludes tomando su propiedades geométricas TRABAJO DE GABINETE Procesamiento de información obtenida en campo, inicio de la elbaración del informe Elaboración de planos definitivos Culminación del informe final Presentación y sustentación del trabajo de investigación



FASES PRELIMINARES

 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. En esta fase se recopilo diversos antecedentes tanto nacionales como internacionales con la finalidad de recopilar la mayor cantidad de información alusiva al tema. En esta parte lo más importante fue rescatar sus criterios de análisis y las variables que toman en cuenta en el análisis de muros de contención. Además de estas investigaciones nos basamos en la bibliografía de Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Principios de Ingeniería de Cimentaciones y Fundamentos de Ingeniería de Cimentaciones de Braja M. Das.

 PLANIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN En esta etapa dependiendo del tiempo que se disponía durante el ciclo académico se procedió a definir las fechas y número de salidas al campo así como los análisis de suelos en el laboratorio de Mecánica de Suelos “Geotecnia y proyectos S.A.C” hasta la etapa de presentación del Informe final de Investigación. A continuación:

 TÉCNICAS

E

INSTRUMENTOS

DE

RECOLECCIÓN

DE

INFORMACIÓN 1. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Para este caso es necesario sacar muestras de suelo tanto de relleno como cimentación con la finalidad de analizar sus propiedades geotécnicas y físicas que serán utilizadas para el cálculo de otras variables, para ello es necesario realizar las calicatas al costado del muro para obtener muestras en la base del muro.

VARIABLES -

INDICADORES

TECNICA

Propiedades

Obtención

mecánicas

testigos de suelo

del suelo.

insitu,

de -Tuvo PVC.

mediante

calicatas -

INSTRUMENTOS

Dimensiones

- Comba de Golpeo - Wincha

del muro

CAPITULO IV MODELO GEOLÓGICO 4.1

GEOMORFOLOGÍA

Morfológicamente se distinguen dos zonas; una zona media con presencia de depósitos aluviales y con un clima seco, temperaturas altas y presencia de vegetación contribuyendo a una meteorización biológica y la erosión que origina una extensa

cubierta detrítica conformando terrazas y laderas inestables en el tramo de la carretera. En la segunda zona que se encuentra menor altura tenemos un valle más maduro con presencia de terrazas, presencia de depósitos aluviales con fragmentos de rocas menores a un metro de formas angulares a subredondeadas, también encontramos presencia de depósitos por cárcavas y deslizamientos, los cuales han generado fuertes pendientes, constituyendo depósitos coluvio – aluviales naturales y antrópicos. 4.1.1 QUEBRADAS En la zona Peña Blanca, parte más alta del recorrido de estudio las quebradas son lechos jóvenes con geometría en forma de V con fuertes procesos de erosión lateral y de fondo, conformando canales de descarga del tipo angosto pero profundo como ya se describirá en el modelo geotécnico que en tiempos de estiaje se encuentra sin presencia de agua, la geometría del canal de las quebradas es poca sinuosa por su condición juvenil y debido a la variabilidad de la descarga pluvial, relacionándose con la profundización del cauce a lo largo de toda su longitud. El comportamiento cinético es más notorio cuando se observa una mayor erosión de fondo que lateral en los meses de altas precipitaciones y por consiguiente se acelera los procesos de erosión de las laderas desde las partes altas. 4.1.2 CÁRCAVAS Ubicadas principalmente en las partes más altas, aunque no muy frecuentes ni con tanta notoriedad en el recorrido desde peña blanca hasta Choropampa. La erosion profunda facilita el avance lateral y frontal de las cárcavas, evidenciándose algunas de ellas en sus secciones en forma de V irregular y otras más erosionadas con tendencia a la forma de U, que en algunos casos se evidencia una erosión acelerada por la disminución de la cobertura vegetal y las precipitaciones lluviosas. 4.1.3 TERRAZAS Se evidencian debido a las acumulaciones de sedimentos y rocas como bloques, gravas, arenas, depósitos coluviales – aluviales en las pendientes y márgenes de la carretera. Estas geoformas son materiales producto de varios procesos erosivos relacionados con los ríos y quebradas en zonas bajas, que se encuentran definidos por una matriz heterogenea e irregular sin una estratificación definida.

4.1.4 TALUDES Los taludes expuestos en la carretera peña blanca – Choropampa, son generalmente inestables debido a su geometría y composición heterogénea, con pendientes que van desde 60° hasta 80° los cuales son afectados por el proceso fluvial, teniendo como resultados taludes bastante meteorizados. 4.1.5 LADERAS Suprayaciendo a las formaciones del grupo Gollarizquizga y las secuencias sedimentarias de las formaciones Inca, Chulec, Pariatambo, Yumagual, compuestas principalmente por areniscas calcáreas con limolitas ferruginosas, calizas arenosas, lutitas grices y calizas bituminosas nodulares mencionadas correspondiente a cada formación, que se presentan fuertemente fracturadas y altamente meteorizadas en estas laderas se tienen pendientes desde 20° hasta 70°. 4.2

GEOLOGÍA LOCAL

La carretera Peña blanca – Choropampa, se encuentra emplazada sobre una serie de plegamientos conformando un sistema de anticlinal – sinclinal con una dirección de NW – SE de azimut 125° que pertenecen al cretácico inferior formaciones como: Chulec Pariatambo, Yumagual

suprayacentes a la formación Farrat, así también

podemos diferenciar la formaciones del Cretácico Inferior tales como: Quilquiñán Mujarrum, Cajamarca. Presentando en su litología secuencias sedimentarias de calizas, lutitas calcáreas, calizas nodulares y margas

amarillentas todas ellas en forma de

estratos intercalados con estratos muy delgados hasta muy potentes todas ellas haciendo un contacto litológico concordante. Sobre todas estas formaciones encontramos depósitos cuaternarios aluviales en algunos casos con cierta tendencia estratiforme y en otros casos muy heterogéneos y desordenados. 4.2.1. CRETÁCICO INFERIOR FORMACIÓN CHULEC Sobre yace a la formación Inca con evidencia clara en su transición con la formación Chulec, siendo esta de un ambiente marino profundo. Se compone de una secuencia fosilífera, con unos 200 a 250m. Mayormente de calizas arenosas, lutitas calcáreas y margas grises; adquieren un color crema – amarillento, por intemperismo con un

aspecto terroso amarillento. Es una unidad muy fosilífera, conteniendo ejemplares de. Knemiceras, Parangonceras. Exogyras y bivalvos muy abundantes. DEPÓSITOS ALUVIALES Estos depósitos cubren a la formación Chulec, se estima que esta capa de cobertura cuaternaria tiene aproximadamente entre 4 a 10 m de potencia en la progresiva Km 121+ 720, así misma está cubierta de vegetación, como se puede ver en la fotografía predominan los Hualangos y arbustos de la zona. 4.3

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

En la zona de estudio carretera Cajamarca – Magdalena Progesivas 119 + 00 – 121 + 00 podemos observar que se encuentra emplazada en un sistema de plegamientos producto de esfuerzos externos con una dirección de charnela NW – SE, a este proceso se suma una deformación frágil expuesta a manera de fallas con direcciones de NE – SW así como en otros casos E – W. para la descripción de estas fallas se ha recurrido al modelo uniaxial (modelo Twiss & Moores, 1992) que consiste en una primera etapa de plegamientos hasta pasar su límite de plasticidad para entrar a una etapa de fragilidad donde el comportamiento del macizo rocoso es la tendencia al rompimiento y deslizamiento o fallas geológicas que es el resultado de esfuerzos compresivos (σ1) con direcciones perpendiculares de SE – NW, dichos esfuerzos generan un sistema de pliegues locales y regionales generando un sistema de esfuerzos tensionales (σ3) con direcciones NE – SW. En la zona se puede cartografiar fallas inversas en lo general, lo que indica que se mantuvo una exposición a constantes compresiones estructurales que genero una serie de fallamientos en alineamiento principal de sus charnelas SE – NW. ZONA NW En el extremo NW de la progresiva Km 126 + 000 – Km 130 + 000; se expone una secuencia de estructuras producto de una deformación continua como respuesta a la acumulación de energía elástica con predominancia de anticlinal tumbado, conformando una secuencia de anticlinal, sinclinal y generando la discontinuidad por fallas inversas, con la estratificación de verticales a subverticales con un aproximado de 80° - 70° de buzamiento. En la progresiva Km 126 + 40 se manifiesta una falla inversa con un paquete de brecha de 15 cm; el cual a desplaza al bloque techo generando estrías de

falla con una dirección de 200, pitch 15° y slickensides proyectando los planos de desplazamiento y traquelación.

ZONA NE En esta zona de estudio se presenta el emplazamiento de una estructura geológica dominante de un sistema de plegamiento, debido a una deformación plástica sin trasgredir a la ruptura ni fallamiento en respuesta a su límite plástico y sucesión a un estado frágil, se puede deducir por la toma de datos DIP y DD de los estratos y fijándonos en la secuencia estratigráfica, que estamos frente a una falla definida por el cambio brusco de Cretácico Superior – Inferior. Presentando un alineamiento paralelo andino que es representado por un patrón de pliegues orientados en la misma tendencia NW – SE. 4.4

GEODINÁMICA

En esta parte del estudio se procedió a identificar, caracterizar e inventariar los peligros geológicos por acción de la geodinámica externa acaecidos en puntos críticos del recorrido en estudio; a partir de la observación en cada salida de campo a la zona de estudio, para ello se debe tener en cuenta que hay una relación de causa – efecto latente en la zona que puede provocar inestabilidad en los taludes que tienen como causa, las diversas formas de afección de un determinado agente y el resultado que deja cada una de estas causas.

Considerando lo anteriormente descrito, en la zona se deja notar la acción de causas internas que pueden colapsar algunos taludes produciendo remoción de masas y que cambiarían estructuralmente la geometría del talud y que están en directa relación con la disminución de la resistencia interna del material encontrándose en relación con el incremento de la presión hidrostática cuando se satura el macizo rocoso, surge una disminución en el factor de cohesión lo cual afecta inmediatamente el ángulo de fricción interna. También podemos encontrar causas externas que repercuten en los incrementos de las tenciones de cizallamiento, aun cuando no haya disminución de la resistencia del material; estos agentes actuantes en la zona de estudio están modificando las pendientes por la acción de la erosión y meteorización natural de los taludes.

4.5

GEOTECNIA  ANÁLISIS GEOTÉCNICO

La evaluación geotécnica en los taludes de la carretera en estudio se sectorizó en los tramos con mayor evidencia crítica, en estos tramos se definieron aspectos geológicos y geomecánicos en mutua interacción los cuales definen un comportamiento en función de estas variantes identificadas por sus condiciones geotécnicas. A.1 ESTACION 01 – PROGRESIVAS Km 119 + 200 – Km 119 + 250 El talud de la carretera está compuesta por calizas arenosas de coloración crema amarillento por intemperismo perteneciente a la formación Chulec (Ki-chu), con estratificación

medianamente

definida,

cuyos

planos

están

moderadamente

meteorizados; macizo interrumpido por 3 familias de discontinuidades, se encontró procesos geodinámicos dando como resultado desprendimientos de rocas de la parte superior del talud, generados por la erosión y meteorización definiéndose como zona insegura por los rodamientos de rocas.

Foto. 3: afloramiento del macizo rocoso en la estación 01: 119 + 200 – Km 119 + 250

PARÁMETROS DEL MACIZO ROCOSO:  Grado de meteorización: Grado II, moderadamente meteorizado.  Número de familias de discontinuidades (Sets): Tipo VI, 3 familias de 

discontinuidades. Blocosidad: tabular.

PARÁMETROS DE LA MATRIZ ROCOSA:   

Litología: Calizas arenosas Textura y tamaño de grano: Afanítica Color: Crema – amarillento

Meteorización: grado III, moderadamente meteorizado



Resistencia:

Clase R3, roca medianamente resistente, de 25 a 50 MPa de

resistencia a la compresión CARACTERIZACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES:

Cuadro 16: Mecánica de rocas tramo 1.

Se reconoció cuatro familias de discontinuidades siendo sus características las siguientes:

TIPO DE

Orien

Prome

Prome

Rugosi

Resisten

Prom

rellen

filt

DISCONTI

tación D/DD

dio espacia

dio persist

dad

cia MPa

edio abert

o

rac

41/220

do 20 cm

encia 15 m

Ligerme

R3 de 25

ura Foto 70

nte

-50

NUIDAD Estratifica ción Discontin

84/30

25 cm

16 cm

rugosa rugosa

R3 de 25

uidad – 1 Discontin

74/94

15 cm

12 cm

rugosa

-50 R3 de 25

uidad – 2 Discontin

69/290

10

10

rugosa

-50 R3 de 25

uidad – 3 Talud

80/135

-50

ión

4 Roca sec Cuatro familias mm tritura o discontinuidades en el da rocoso. calcita sec 0.1 Estratificación. o mm 4.0

calcita

sec

Estratificación o mm Discontinuidad 1 0.1 calcita –sec Discontinuidad –o 2 mm Discontinuidad – 3

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL RMR1989 PARÁMETRO 1

RANGO DE VALORES

Resistenc

Ensayo

>10

10-4

ia

carga

MPa

MPa

compres

>250

250

ión

MPa

100

de

la

roca intacta

VALOR

90

VALOR de

las

–

100

–

50

MPa

50-

25

MPa

MPa

15

2 RQD

12 –

75

–

25

5–

<

- 5

1

1

MP

MP

MP

a

a

a

1

0

7

4

2

50 – 75 %

25 – 50 %

< 25%

100 %

90%

20

17

13

8

3

>2 m

0.6 – 2

0.2 – 0.6 m

6 – 20 cm

6 cm

10

8

5

discontinuidades VALOR

2-1 MPa

puntual

simple

3 Espaciado

4-2 MPa

m 20

15

de macizo

Longitud

20 m

6

4

2

1

0

Nada

<

1 – 5 mm

>5 mm

de la disconti nuidad Estado de las discontinuidades

4

VALOR Abertur a VALOR Rugosid ad

0.1

0.1

–

1.0

mm

mm

6

5

3

1

0

Muy

rugosa

ligeramen

ondulad

suave

te rugosa

a

rugos a

VALOR

6

5

3

1

0

Relleno

Ningu

Rellen

Relleno

Relleno

Relleno

no

o duro

duro>

blando <

blando > 5

<

mm

5 mm

mm

5

5

mm VALOR Alteraci ón

6

4

2

2

0

inalte

ligera

moderada

muy

descompue

rada

mente

mente

alterada

sta

altera

alterada

1

0

da

5

VALOR

6

5

3

0

0 – 0.1

0.1 – 0.2

Flujo

de

Relación

agua

en

P agua /

las

σ

discontin

principal

uidades

Condicio

seco

ligerm ente

generale

humed

s

o

VALORES AJUSTADOS:

-

>0.5

0.5

nes

valor

0.2

15

10

humedo

gotea

agua fluyendo

ndo

7

4

0

PARÁMETROS Compresión simple (MPa) Índice de calidad de la roca (RQD) Espaciado RMR =

3 + 10 + 9 + 1 +0 + 1 +0 +3 + 15

RMR =

42

CLASE RMR I 81 – 100 II 61 – 80 III 41 – 60 IV 21 – 40 V 0 - 20 CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA

valor TABLA 4 13 10

AJUSTADO 3 10 9

CALIDAD DE LA ROCA MUY BUENA BUENA REGULAR MALA MUY MALA

ANÁLISIS ROCDATA:

GSI = 37

Gráfico 2: Gráficas de esfuerzo mayor y menor de las margas y calizas de la formación Chulec

ANÁLISIS SLIDE:

2920

Safety Factor 0.000 0.500 1.000

2900

1.500 2.000

2880

2.500 3.000 3.500

2860

4.000 4.500 5.000 2840

5.500

1.067

6.000+

2760

2780

2800

2820

0.700

4820

4840

Gráfico 3: Método

4860

4880

4900

4920

Bishop simplificado evalúa el talud con un FS = 0.700

ESTACION 02 – PROGRESIVA Km 119 + 700 – Km 119 + 790

4940

4960

4

El talud de la carretera está compuesta por calizas arenosas de coloración crema amarillento por intemperismo perteneciente a la formación Chulec (Ki-chu) con estratificación

medianamente

definida,

cuyos

planos

están

moderadamente

meteorizados; macizo interrumpido por 3 familias de discontinuidades, se encontró procesos geodinámicos dando como resultado desprendimientos de rocas dela parte superior del talud, generados por la erosión y meteorización definiéndose como zona insegura por los rodamientos de rocas, para este talud se tendrá la misma evaluación.

Foto 5: Afloramiento del macizo rocoso en la estación 02 Progresivas 119 + 700 – 119 + 760

PARAMETROS DEL MACIZO ROCOSO:  Grado de meteorización: Grado III, moderadamente meteorizado.  Número de familias de discontinuidades (Sets): Tipo V, 3 familias de 

discontinuidades. Blocosidad: tabular.

PARAMETROS DE LA MATRIZ ROCOSA: 

Litología: Calizas arenosas

 

Textura y tamaño de grano: Afanítica Color: Crema – amarillento



Meteorización: grado III, moderadamente meteorizado



Resistencia:

Clase R3, roca medianamente resistente, de 25 a 50 MPa de

resistencia a la compresión CARACTERIZACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES: Se reconoció cuatro familias de discontinuidades siendo sus características las siguientes:

TIPO DE Orie

Prom

Prom

DISCON

ntaci

TINUIDA

ón D/DD

edio espac

edio persis

iado

tencia

D Estratifi

41/22 30 cm

cación

0

Disconti

84/30 25 cm

15 m

16 cm

Foto 6 Cuatro familias discontinuidades en el rocoso. Rugos ResisteEstratificación. Pro rellen filt idad

ncia MPa

Ligerm

R3

ente

25 -50

rugosa rugosa

R3

nuidad – 1 Disconti

74/94 15 cm

12 cm

rugosa

R3

69/29 10

80/13 5

10

rugosa

R3

mm

de 0.1 mm

de 4.0

25 -50

nuidad – 0 3 Talud

de 70

25 -50

nuidad – 2 Disconti

medi

o

ra

Roca

se

tritur

co

ada calcit

se

a

co

calcit

se

a

co

calcit

se

a

co

Estratificación o Discontinuidad – 1 ci aber Discontinuidad – 2 ón Discontinuidad –3 tura

mm

de 0.1

25 -50

mm

de macizo

PARÁMETRO Resistencia 1

RANGO DE VALORES

Ensayo

>10

de la roca

carga

MPa

intacta

puntual

10-4 MPa

4-2 MPa

2-1 MPa

100 – 50 MPa

50-

compresió

>250

250 – 100

n simple

MPa

MPa

25

MPa

2

5 –

< 1

5

1

MP

-

MP

a

5

a

0 P a

2

VALOR

15

RQD

90

–

12

7

4

2

75 – 90%

50 – 75 %

25 – 50

< 25%

100 % VALOR 3

Espaciado

de

las

1

0

%

20

17

13

8

3

>2 m

0.6 – 2 m

0.2 – 0.6 m

6 – 20

6 cm

discontinuidades

cm

VALOR Longitud

20

15

10

8

5

20 m

de la

m

discontinui Estado de las discontinuidades

dad 4

VALOR Abertura

6

4

Nada

<

0.1

2

1

0.1 – 1.0 mm

1

mm VALOR Rugosidad

0 –

5

>5 mm

mm

6

5

3

1

0

Muy

rugosa

ligeramente

ondula

suave

rugosa

da

rugosa VALOR

6

5

3

1

0

Relleno

Ningun

Relleno

Relleno

Rellen

Relleno

o

duro < 5

duro> 5 mm

o

blando >

blando

mm

mm

<

5

5

mm VALOR Alteración

Flujo 5

de

4

2

2

0

inalter

ligeram

moderadam

muy

descompues

ada

ente

ente

alterad

ta

alterada

alterada

a 1

VALOR

6

5

3

Relación P

0

0 – 0.1

0.1 – 0.2

agua en las

agua

discontinuid

principal

ades

Condicione

valor

6

/

σ

0.2

0 -

>0.5

0.5

seco

ligerme

s

nte

generales

humedo 15

10

humedo

gotean

agua fluyendo

do

7

4

0

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL RMR1989 VALORES AJUSTADOS: PARÁMETROS Compresión simple (MPa) Índice de calidad de la roca (RQD) Espaciado

RMR =

5 + 14 + 8 + 1 +0 + 1 +0 +3 + 15

RMR =

47 > I II III IV V

RMR 81 – 100 61 – 80 41 – 60 21 – 40 0 - 20

CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA

valor TABLA 4 13 10

AJUSTADO 5 14 8

CALIDAD DE LA ROCA MUY BUENA BUENA REGULAR MALA MUY MALA

ANÁLISIS ROCDATA:

GSI: 42

Gráfico 4: Gráficas de esfuerzo mayor y menor en margas de la formación Chulec

ANÁLISIS SLIDE

2280

Safety Factor 0.000 0.500

2260

1.000 1.500 2.000 2.500 2240

3.000

1.049

3.500 4.000

2220

4.500 5.000 5.500

2200

6.000+

2140

2160

2180

0.364

4940

4960

4980

5000

5020

Gráfico 5 Método Bishop simplificado evalúa el talud con un FS = 0.364

A.3 ESTACION 03 – PROGRESIVA Km 120 +500 – Km 120 + 550

5040

5060

El talud presenta una conformación de un deposito tipo coluvial con material transportado principalmente por agua así como la gravedad, de origen local debido a la alteración, está conformada principalmente por material margoso proveniente de la Formación Chulec que es la formación litológica de la que procede, su constitución principalmente está determinada por un depósito coluvial – aluvial donde se puede identificar fragmentos angulares y heterométricos generalmente de tamaño grueso que se encuentra acompañada por una matriz arcillosa. Tiene como unidad geomorfológica un cerro de altura de 40 m. con una pendiente de 45°; que forma en su parte superior una terraza de mediana extensión que se encuentra cubierta por vegetación propia del lugar. En su geodinámica podemos decir que es el resultado de un deslizamiento rotacional casi en toda la cara del talud entremezclado con depósitos cuaternarios, deslizados desde la parte superior a zonas bajas que obstruye el funcionamiento de la cuneta.

Cuadro Foto 7: Talud inestable en la progresiva Km 120 +500 – Km 120 granulométrico de la Progresiva Km 120 +500 – Km 120 + 550.

calicata + 550

M

–

01,

20: Análisis depósito.

DATOS GENERALES Y CÁLCULO DE LÍMITES DATOS GENERALES CALICATA Coluvial PESO INICIAL HÚMEDO 4151.1 Gr PESO INICIAL SECO 1797.6 Gr N° Peso Malla retenido DETERMINACIÓN LÍMITE LÍQUIDO (LL) ½¨ T2 T3 T1 Identificación de tara 1” 71.6 15.65 15.29 14.86 Peso de tara (A) ¾´´ 169.6 30.14 30.62 29.88 Suelo húmedo + tara (B) 1/2” 211.4 26.14 26.41 25.9 Suelo seco + tara (C) 3/8¨´ 112.8 10.49 11.12 11.04 Suelo seco D=C-A 160.4 4.49 ¼ 4.21 3.98 Peso del agua E=(B-A)-D N° 4

45.5

10 30

248.6 162.6 58.1

40

71.4

LÍMITE PLÁSTICO (LP) Y CONTENIDO DE HUMEDAD T4 T5 T6 T7 Identificación de tara

60

65.2

Peso de tara

100

192.2

200

161.5 14.2

20

pan

TOTAL

(LL) 37.2 1795.1

Contenido de humedad (%) W%=(E/D)*100 Número de golpes

38.13

37.86

36.02

16

23

32

15.94

15.37

70.02

70.1

Suelo húmedo + tara (B)

24.24

24.59

1193.2

1223.9

Suelo seco + tara (C)

22.65

22.88

1136.9

1175.4

Suelo seco D=C-A

6.71

7.51

1066.88

1105.3

1.59

1.71

23.69

22.76

5.28

4.39

(A)

(LP) Peso del agua E=(B-A)-D 23.22 Contenido de humedad (%) W%=(E/D)*100

Promedio de humedad Resultados de:

(IP)= LL-LP 56.3 48.5 13.98

23.22 Límite plástico

4.84 Cont. Humedad

Pms: peso de muestra seca, PRP: pesos retenidos parciales; W%: porcentaje de humedad; (LP) límite plástico; (LL) límite liquido

Cuadro 21: Ensayo granulométrico en seco M - 01

Peso retenido -

N° 4

abert real tamiz 76.1 63 50.8 38.1 25.4 19.1 12.5 9.51 6.3 4.76

10

2

248.6

20

0.84

162.6

30

0.58

40

0.42

58.1 71.4 65.2

N° Malla 3¨ 2½¨ 2¨ 1½¨ 1” ¾´´ 1/2” 3/8¨ 1/4¨

60

0.25

100

0.15

200

0.07

pan

-

TOTAL

71.6 169.6 211.4 112.8 160.4 45.5

192.2 161.5 14.2 1795.1

Gráfico 6: Curva granulométrica tramo 3

ANÁLISIS SLIDE

% Ret parcial 3.99 9.65 12.18 6.28 9.13 2.73 14.05 9.26 3.44 4.18 3.83 11.11 9.19 0.98 -

% Ret acumulado 3.99 13.64 25.82 32.1 41.23 43.96 58.01 67.27 70.71 74.89 78.72 89.83 99.02 100 -

% que pasa 96.01 86.36 74.18 67.9 58.77 56.04 41.99 32.73 29.29 25.11 21.28 10.17 0.98 0 -

2740

Safety Factor 0.000 0.500 1.000

2720

1.500 2.000 2.500

2700

3.000 3.500 4.000

2680

4.500 5.000

1.024

5.500

2660

6.000+

2600

2620

2640

0.612

4840

4860

4880

4900

4920

4940

4960

ESTACION 04 – PROGRESIVAS Km 120 + 850 – Km 120 + 900 Gráfico 7: Método Bishop simplificado evalúa el talud con un FS = 0.612 que nos permite establecer el plano de desplazamiento por donde ocurrirá el posible deslizamiento.

4980

El talud presenta una conformación característica de un depósito de tipo aluvial constituido por materiales transportados teniendo como principal agente de transporte el agua, el tamaño de partículas está variando entre arena, gravas finas y gruesas, cantos y bloques, con bloques incluso hasta mayores a un metro, en donde se aprecia en las facies más gruesas bordes redondeados distribuyéndose en forma estratiforme, con cierto ordenamiento. En su geodinámica podemos decir que es una secuencia de eventos sedimentarios dejando rastros de un deslizamiento rotacional, que presenta una aparente estratificación u ordenamiento.

Foto. 8: Talud inestable en la progresiva Km 120 + 850 – Km 120 + 900

Cuadro 22: Análisis granulométrico Progresiva Km 120 + 850 – Km 120 + 900.

de

la

calicata

M

–

02,

depósito.

DATOS GENERALES Y CÁLCULO DE LÍMITES DATOS GENERALES CALICATA Aluvial PESO INICIAL HÚMEDO 3131.8 Gr PESO INICIAL SECO 1789.5 Gr Peso N° retenid Malla o DETERMINACION LIMITE LIQUIDO (LL) 1½¨ T2 T3 T1 Identificación de tara 1” ¾´´ 1/2” 3/8¨ 1/4¨ N° 4 10 20 30 40 60 100 200 pan

Pms: de

TOTAL

282.6 219.6 259.9 125.6 127.4 77.4 170.6 125.4 44.9 48.2 61.6 146.1 86.3 10.7

(LL) 35.3

1786.3

15.19 Peso de tara (A) 25.76 Suelo húmedo + tara (B) 22.99 Suelo seco + tara (C) 7.8 Suelo seco D=C-A 2.77 Peso del agua E=(B-A)-D Contenido de humedad (%) 35.51 W%=(E/D)*100

Número de golpes

19

14.9

15.12

23.42

22.66

21.19

20.71

6.29

5.59

2.23

1.95

35.43

34.89

28

34

LÍMITE PLÁSTICO (LP) Y CONTENIDO DE HUMEDAD T4 T5 T6 T7 Identificación de tara 16.07

15.65

Suelo húmedo + tara (B)

25.08

24.12

1157.2

1121.6

Suelo seco + tara (C)

22.93

22.1

1074.6

1045.2

6.86

6.45

1004.4

978.2

Peso de tara

(A)

Suelo seco D=C-A

(LP) Peso del agua E=(B-A)-D 31.32 Contenido de humedad (%) W%=(E/D)*100

Promedio de humedad Resultados de:

2.15 31.34

70.2

67

(IP) = 2.02 82.6LL-LP76.4 3.98 31.3

31.32 Límite plástico

8.22

7.81

peso

8.01 Cont. Humedad

muestra seca, PRP: pesos retenidos parciales; W%: porcentaje de humedad; (LP) límite plástico; (LL) límite líquido

Cuadro 23: Ensayo granulométrico en seco M - 02

N° Malla 3¨ 2½¨ 2¨ 1½¨ 1” ¾´´ 1/2”

Abert real tamiz 76.1 63 50.8 38.1 25.4 19.1

N° 4

12.5 9.51 6.3 4.76

10

2

20

0.84

30

0.58

40

0.42

60

0.25

100

0.15

200

0.07

pan

-

TOTA L

-

3/8¨ 1/4¨

Gráfico 8: Curva granulométrica

ANÁLISIS SLIDE

% Ret Peso % Ret acumulad retenido parcial o 15.82 282.6 % 15.82 12.29 219.6 % 28.11% 14.55 259.9 % 42.66 125.6 7.03% 49.69 127.4 7.13% 56.82 77.4 4.33% 61.15 170.6 9.55% 70.7 125.4 7.02% 77.72 44.9 2.51% 80.23 48.2 2.70% 82.93 61.6 3.45% 86.38 146.1 8.18% 94.56 86.3 4.83% 99.39 10.7 0.60% 99.99 1786.3

-

-

% que pasa 84.18 71.89 57.34 50.31 43.18 38.85 29.3 22.28 19.77 17.07 13.62 5.44 0.61 0.01 -

3.500

2720

3.000 2.500 2.000 1.500

2740

1.000 0.500 0.000 Safety Factor

TALUD 04: PROPIEDADES

Gráfico 9: Método Bishop simplificado evalúa el talud con un FS = 0.441 que nos permite establecer l plano de desplazamiento por donde ocurrirá el posible deslizamiento

1.255 0.441

CAPÍTULO V. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1

RESULTADO

DE

LA INVESTIGACIÓN Y ANÁLISIS

DE

LA

INFORMACIÓN En la determinación de los resultados de la investigación se obtuvieron los factores de seguridad en los taludes ya sean en suelos o rocas las cuales están ubicadas en las progresivas de la carretera Cajamarca – Magdalena. En cada uno de los puntos críticos considerados se realizó una clasificación entre macizo rocoso y suelo: en el caso de los macizos rocosos se puede observar que en los

ESTACION 01 PROGRESIVAS Km 119 + 200 – Km RM R 42

GSI

119 + 250 C´ Ф

FS

tramos

1

y

2

se

obtuvieron

resultados muy similares con un RMR de 42 y 47 respectivamente, esta poca diferencia de variación se

37

0.564

37.74

MPa

°

0.700

debe a que ambas estaciones se encuentran en un tramo largo de

apariencia crítica pertenecientes a la misma formación (Chulec) con similares dimensiones de talud; pese a ello podemos notar una diferencia más contundente en relación a sus factores de seguridad siendo estos de 0.700 y 0.364 considerándose en ambos casos inestables. En el caso de las muestras de suelo para los tramos 3; 4; se extrajo una muestra para realizar los ensayos anteriormente descritos, en su totalidad se trata de suelos de depósitos coluviales y aluviales de baja cohesión generando inestabilidad en los taludes. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN En la interpretación de la información de los taludes se han elaborado modelamientos de perfiles 2D y en el caso de rocas se evaluó el RMR con las diferentes tablas para su determinación. Las secciones elaboradas son transversales al eje de la carretera, analizando también su composición litológica en el caso de suelo y la toma de datos DIP y DD para el caso de roca. 5.2

CLASIFICACIÓN GEOTÉCNICA DE LOS TALUDES

A partir de los análisis se obtuvo los parámetros geotécnicos anteriormente descritos clasificándolos en taludes conformados por suelos y por roca, para el caso de suelos se llevó al laboratorio de la UNC para la determinación de sus límites así como su granulometría trabajando con el sistema SUCS. ESTACION 01 – PROGRESIVAS Km 119 + 200 – Km 119 + 250, conformada principalmente por macizo rocoso margas de la Formación Chulec. Meteorización moderada de grado III, presenta 4 familias; RQD: 50 – 75 %; asignando un RMR 42 (regular). Determinándose una rotura planar.

ESTACION 02 – PROGRESIVA Km 119 + 700 – Km 119 + 790 , debido a la amplitud del talud se realizó una segunda estación en la misma formación puesto que las condiciones se dejaban notar un punto crítico importante, meteorización de grado II, presenta 4 familias; RQD: 50 – 75 %;; con un RMR 47 (regular). De rotura planar.

ESTACION 02 PROGRESIVAS: km 119 + 700 – Km RM

GSI

119 + 790 C´ Ф

R 47

42

0.404

49.78

MPa

°

FS 0.364

ESTACION 03 – PROGRESIVA Km 120 +500 – Km 120 + 550, compuesta en mayor porcentaje de finos, con porcentaje de humedad de 23.22 % representando un suelo heterogéneo de acuerdo con el análisis granulométrico.

ESTACION 03 PROGRESIVA Km 120 +500 – Km 120 + 550 Litolo LL LP IP Plastici Suel SUC C´ Ф

FC

gía Dep.

37

23.

Coluvi

.2

22

al

13.

dad Media

o S Arcill CL

19

22

0.6

98

Cl

a

60

.5

12

limo sa

ESTACION 04 – PROGRESIVAS Km 120 +850 – Km 120 + 900, presenta 84.54 % de grava y un 15.46 % englobando una matriz arenosa de grano medio a grueso y poco porcentaje de finos, conformando un suelo heterogéneo. ESTACION 04 PROGRESIVAS Km 120 +850 – Km 120 + 900 Litolog LL LP IP Plastici Suelo SUC C Ф FC ía Dep.

35

Aluvial .3

31.

3.9

dad Media

Limo

32

8

OL

Areno

S ML

´ 0

45

0.4 41

so

CAPITULO VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1

CONCLUSIONES

El cartografiado de la geología con su respectiva evaluación litológica con fines geotécnicos de las zonas que podrían ser afectados por deslizamientos y ubicándolos en un plano a una escala de 1:2000. Hay siete zonas críticas que se ubicó con sus respectivas coordenadas UTM y señalando las progresivas en las que se encuentran en la carretera. El comportamiento litomorfoestructural de la carretera Cajamarca - Magdalena es compleja por la presencia de estructuras fuertemente disturbadas, que originas plegamientos, fallamientos y alto fracturamiento de los macizos rocosos y condiciones inestables en los depósitos cuaternarios. Los taludes en estudio presentan un factor de seguridad bajo debido a la acción de diversos eventos geodinámicos que logran disturbar y variar las condiciones de las rocas o suelos que forman los taludes en estudio.

6.2

RECOMENDACIONES

En la carretera en estudio se tiene la mayor parte de puntos críticos en peligro de colapso, como consecuencia del periodo de lluvias, es recomendable que se adopte medidas inmediatas, así como el mantenimiento y limpieza de las alcantarillas para evitar el desborde del agua. Para un mejor estudio se recomienda realizar ensayos triaxiales para la determinación de las propiedades de los macizos rocosos como: GSI, Ф, c´ que también se pueden obtener en el Rocdata. Se recomienda tener cuidado al momento de la toma de data en campo tanto en los macizos rocosos o en el muestreo de los suelos para que al momento de ingresarlos en su aplicación los resultados obtenidos tengan la fiabilidad que requiera el estudio.

Bibliografía

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P. Ramirez Byanguren, R. L. (s.f.). Mecánica de Rocas aplicada a la mineria metálica subterránea. Madrid, España.

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Pedro Ramírez. O., L. A. (2004). Mecanica de Rocas: Fundamentos e Ingenieria de Taludes. Madrid.

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Vallejo, L. G. (2002). INGENIERIA GEOLOGICA. Madrid: Pearson Educación.

ANEXOS