caracterización geomecánica mediante el sistema hoek y brown del valle de cajamarca
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Caracterización Geomecánica Mediante El Sistema Hoek Y Brown Del Valle De Cajamarca - Trabajo de Investigación de la asignatura de Seminario de Tesis.TRANSCRIPT
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA GEOLGICA
TESIS PROFESIONAL
CARACTERIZACIN GEOMECNICA MEDIANTE EL SISTEMA HOEK Y
BROWN DEL VALLE DE CAJAMARCA
Para el curso de:
Seminario de Tesis
Presentado Por:
Alumnos:
-Elvis Rubn Alcntara Quispe
-Karen Juliana Torres Arroyo
-Danny Lili Torres Lucano
Docente:
Ing. Zenn Quispe Mamani
Cajamarca Per
2014
-
I
AGRADECIMIENTO
Agradecemos a nuestra alma mater,
la Universidad Nacional de
Cajamarca y en especial a los docentes
de la Escuela Acadmico Profesional de
Ingeniera Geolgica, por brindarnos sus
conocimientos que nos han ayudado
a formarnos como buenos profesionales.
-
II
DEDICATORIA
Este trabajo est dedicado a nuestros
padres, quienes nos dieron la vida
y con sus sabios concejos nos han
formado como personas de bien.
-
III
RESUMEN
El valle de Cajamarca est formado por diversos tipos de rocas, los mismos que han
sufrido muchos eventos de deformacin, dando como resultado complejas Unidades
Ingenieriles las que se pueden dividir en tres grandes grupos: unidades estratigrficas
(formaciones sedimentarias Cretceas, secuencias volcnicas Palegenas y Negenas y
depsitos inconsolidados cuaternarios), unidades intrusivas (Stocks prfido Latticos y
Domos microdiortico) y unidades de alteracin (Silicificacin y Argilitizacin). Los
parmetros de la roca intacta fueron procesados para obtener los parmetros ingenieriles
promedio para cada Unidad Ingenieril, los cuales fueron zonificados mediante sus rangos
de GSI y de Resistencia Global, y como resultado fue la definicin de nueve Unidades
Geomecnicas con las siguientes caractersticas: Isotrpico lineal con casi nula resistencia,
Isotrpico lineal con resistencia extremadamente dbil, Isotrpico lineal con resistencia
muy dbil, Transicional Isotrpico lineal a Isotrpico parablico con resistencia muy dbil,
Isotrpico parablico con resistencia muy dbil, Isotrpico parablicos con resistencia
dbil, Transicional de Isotrpicos parablicos a Anisotrpico con resistencia moderada,
Anisotrpico con resistencia alta y Anisotrpico con resistencia muy alta. Estas unidades
muestran una alta correlacin con la reduccin de la resistencia de la roca intacta ( ), con
respecto a la del macizo rocoso ( ).
Palabras claves: Macizo Rocoso, Valle de Cajamarca, Geomecnica, Modelamiento
Matemtico, Sistema Hoek y Brown.
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IV
ABSTRACT
The Cajamarca valley consists of various types of rocks, they have undergone many
deformation events, resulting in complex Engineering Units which can be divided into
three groups: Stratigraphic Units (Cretaceous sedimentary formations, Paleogene and
Neogene volcanic sequences and Quaternary unconsolidated deposits), Intrusive Units
(porphyry latite Stocks and microdiorite domes) and Alteration Units (Silicification and
Argillization). The parameters of the intact rock were processed to obtain the average
engineering parameters for each Engineering Unit, which were zoned by their ranges of
GSI and Global Resistance, and as a result was the definition of nine geomechanical units
with the following features: Linear Isotropic with almost no resistance, Linear Isotropic
with extremely weak resistance, Linear Isotropic with very weak resistance, Transitional
from Linear Isotropic to Parabolic Isotropic with very weak resistance, Parabolic Isotropic
with very weak resistance, Parabolic Isotropic with weak resistance, Transitional from
Parabolic Isotropic to Anisotropic with moderate resistance, Anisotropic with high
resistance and Anisotropic with very high resistance. These units show a high correlation
with the reduction of the strength of the intact rock ( ), with respect to the rock mass
( ).
Key Words: Rock Mass, Cajamarca Valley, Geomechanics, Mathematical Modeling,
Hoek y Brown System.
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V
CONTENIDO Pg.
AGRADECIMIENTO ............................................................................................................ I
DEDICATORIA ................................................................................................................... II
RESUMEN .......................................................................................................................... III
ABSTRACT ........................................................................................................................ IV
CONTENIDO . ................................................................................................................ V
FIGURAS . ..................................................................................................................... VII
TABLAS . ...................................................................................................................... IX
CAPTULO I. INTRODUCCIN ......................................................................................... 1
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 1
1.1.1 Definicin del problema ....................................................................................... 1
1.1.2 Formulacin del problema .................................................................................... 1
1.1.3 Justificacin .......................................................................................................... 1
1.1.4 Alcances o delimitacin del problema.................................................................. 2
1.1.5 Limitaciones ......................................................................................................... 2
1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................ 2
1.2.1. General................................................................................................................. 2
1.2.2. Especficos ........................................................................................................... 2
1.3 FORMULACIN DE LA HIPTESIS ...................................................................... 3
1.4 IDENTIFICACIN DE VARIABLES ....................................................................... 3
CAPTULO II. MARCO TERICO ..................................................................................... 4
2.1 ANTECEDENTES ...................................................................................................... 4
2.1.1 Estudios Nacionales e Internacionles ................................................................... 4
2.1.2 Estudios Locales ................................................................................................... 4
2.2 BASES TERICAS .................................................................................................... 5
2.2.1 Modelamientos del Macizo Rocoso ..................................................................... 5
2.2.2 Modelacin Matemtica del Anlisis de Estabilidad ........................................... 5
2.2.3 El Sistema Hoek y Brown .................................................................................... 6
2.2.4 Propiedades del Macizo Rocoso ........................................................................... 7
2.2.5 El Comportamiento de Falla y Post-Falla .......................................................... 14
2.2.6 Confiabilidad de las Estimaciones de la Resistencia del Macizo Rocoso .......... 17
2.3 DEFINICIN DE TRMINOS BSICOS ............................................................... 18
CAPTULO III. MATERIALES Y MTODOS ................................................................. 19
-
VI
3.1 UBICACIN ............................................................................................................. 19
3.1.1 Geogrfica .......................................................................................................... 19
3.2 ACCESIBILIDAD .................................................................................................... 20
3.3 METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN ......................................................... 21
3.3.1 Operacionalizacin de Variables ........................................................................ 21
3.3.2 Tipo y Mtodo de la Investigacin ..................................................................... 22
3.3.3 Poblacin de Estudio .......................................................................................... 22
3.3.4 Muestra ............................................................................................................... 22
3.3.5 Unidad de Anlisis ............................................................................................. 22
3.4 TCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN ......................................... 22
3.4.1 Tcnicas .............................................................................................................. 22
3.4.2 Instrumentos y Materiales ................................................................................. 22
3.5 PROCEDIMIENTO Y TCNICA DE RECOLECCIN DE DATOS. ................... 23
3.5.1 Procedimiento ..................................................................................................... 23
3.6 TRATAMIENTO Y ANLISIS DE DATOS Y PRESENTACIN DE
RESULTADOS ............................................................................................................... 25
CAPTULO IV. GEOMECNICA DEL VALLE DE CAJAMARCA .............................. 27
4.1 GEOMORFOLOGA ................................................................................................ 27
4.1.1 Distribucin de pendientes ................................................................................. 27
4.1.2 Distribucin de altitudes ..................................................................................... 27
4.1.3 Unidades Geomorfolgicas (Geoformas) ........................................................... 28
4.2 GEOLOGA LOCAL ................................................................................................ 29
4.2.1 Unidades Estratigrficas ..................................................................................... 29
4.2.2 Unidades Intrusivas ............................................................................................ 32
4.2.3 Unidades de Alteracin ...................................................................................... 33
4.3 GEOLOGA ESTRUCTURAL ................................................................................. 34
4.2.1 Estructuras Primarias .......................................................................................... 34
4.2.2 Estructuras Secundarias de Origen No Tectnico .............................................. 34
4.2.3 Estructuras Secundarias de Origen Tectnico .................................................... 34
4.4 ZONIFICACIN GEOMECNICA DEL VALLE DE CAJAMARCA ................. 35
4.4.1 Unidad 0 ............................................................................................................. 38
4.4.2 Unidad 1 ............................................................................................................. 38
4.4.3 Unidad 2 ............................................................................................................. 39
-
VII
4.4.3 Unidad 3 ............................................................................................................. 40
4.4.3 Unidad 4 ............................................................................................................. 40
4.4.3 Unidad 5 ............................................................................................................. 41
4.4.3 Unidad 6 ............................................................................................................. 42
4.4.3 Unidad 7 ............................................................................................................. 42
4.4.3 Unidad 8 ............................................................................................................. 43
4.4.3 Unidad 9 ............................................................................................................. 44
CAPTULO V. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS ...................................... 45
5.1 TRATAMIENTO ESTADSTICO ........................................................................... 45
5.2 CONSIDERACIONES FINALES ............................................................................ 48
5.3 CONTRASTACIN CON LA HIPTESIS ............................................................. 50
CAPTULO VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................... 51
6.1 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 51
6.2 RECOMENDACIONES ........................................................................................... 52
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................ 53
ANEXOS ............................................................................................................................. 55
FIGURAS Pg.
Figura 1: Flujo de informacin en el sistema Hoek y Brown ................................................ 6
Figura 2: Diagrama idealizado mostrando la transicin de un macizo rocoso intacto a uno
muy fracturadocon mientras crece el tamao de la muestra. Fuente: Hoek (2007). ............. 8
Figura 3: Visualizacin 3D del criterio de Hoek y Brown (izquierda) y en caso de 10% de
errores (GSI 0.1GDI y D0.1D) donde se aprecia una clara mejora de los resultados
(derecha). ............................................................................................................................. 10
Figura 4: Grfico de las envolventes de rotura para el criterio generalizado de Hoek y
Brown y del criterio de Mohr Coulomb asociado. La resistencia a la compresin uniaxial y
la resistencia global del macizo rocoso son definidas en este grfico. ................................ 12
Figura 5: Caractersticas post-falla sugeridas por Hoek (2007) para macizos rocosos de:
alta calidad (izquierda), calidad media (centro) y calidad pobre (derecha)......................... 14
Figura 6: Modificaciones en las frmulas del criterio de Hoek y Brown por Carter,
Diederichs y Carvalho (2009) para macizos rocosos en condiciones de Astillamiento o
Estrujamiento. ...................................................................................................................... 15
-
VIII
Figura 7: Diagrama que muestra el tipo de modelo que se recomienda utilizar de acuerdo
con la complejidad de los movimientos (Stead,, 2006). ...................................................... 16
Figura 8: Comparacin de la envoltura de resistencia pico estimado con la aproximacin
SRM comparado con los resultados del criterio de Hoek y Brown. ................................... 17
Figura 9: Plano de ubicacin de la zona de investigacin (tachado en rojo) dentro de la
provincia de Cajamarca (izquierda), departamento de Cajamarca (superior derecha) y Per
(inferior derecha). ................................................................................................................ 20
Figura 10: Interfaz del programa RocData V3. ................................................................... 25
Figura 11: Porcentaje de rea de las unidades geomorfolgicas. ........................................ 28
Figura 12: Distribucin de las reas se las unidades geomecnicas obtenidas. .................. 37
Figura 13: Flujo de detritos en un depsito coluvial en el cerro Ronquillo. ....................... 38
Figura 14: Unidad Ingenieril Tual-Purhuay 2 en el cerro Rosario Horco, ejemplo de la
Unidad Geomecncia 1. ....................................................................................................... 39
Figura 15: Unidad Ingenieril Carhuaz 1 en la quebrada Arenas, ejemplo de la Unidad
Geomecnica 2. ................................................................................................................... 39
Figura 16: Unidad Ingenieril Rumiorco 3 en la carretera Cajamarca-Cumbemayo, nica
unidad de la Unidad Geomecnica 3. .................................................................................. 40
Figura 17: Unidad Ingenieril Pariatambo 1 en el cerro Mojarrn, ejemplo de la Unidad
Geomecnica 4. ................................................................................................................... 41
Figura 18: Unidad Ingenieril Chlec 2 en la carretera Baos del Inca-La Encaada,
ejemplo de la Unidad Geomecnica 5. ................................................................................ 41
Figura 19: Unidad Ingenieril Pariatambo 2 en el Ro Urubamba, ejemplo de la Unidad
Geomecnica 6. ................................................................................................................... 42
Figura 20: Unidad Ingenieril Farrat 2 en el cerro Condorpuuna, nico miembro de la
Unidad Geomecnica 7. ....................................................................................................... 43
Figura 21: Unidad Ingenieril Cajamarca 1 en el cerro Lluspicaga, ejemplo de la Unidad
Geomecnica 8. ................................................................................................................... 43
Figura 22: Unidad Ingenieril Silif. en el cerro Rumi Rumi, nica de la Unidad
Geomecnica 9 .................................................................................................................... 44
Figura 23: Distribucin de los rangos de correlacin obtenidas. ........................................ 47
Figura 24: Relacin existente entre las unidades geomecnicas encontradas con el
porcentaje de reduccin de resistencia. ............................................................................... 49
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IX
TABLAS Pg.
Tabla 1: Variables de investigacin....................................................................................... 3
Tabla 2: Delimitacin del rea de estudio. .......................................................................... 19
Tabla 3: Principales accesos a la zona de estudio: .............................................................. 20
Tabla 4: Operacionalizacin de variables. ........................................................................... 21
Tabla 5: Factor D, Resis. Comp. Un. y Constante mi de la estacin geomecnica S0-H1-
P1 ......................................................................................................................................... 24
Tabla 6: Clculo del GSI directo de la estacin geomecnica S0-H1-P1 ........................... 24
Tabla 7: Clculo del GSI cuantificado de la estacin geomecnica S0-H1-P1 ................... 25
Tabla 8: Distribucin de pendientes dentro del rea de estudio. ......................................... 27
Tabla 9: Distribucin de altitudes. ....................................................................................... 27
Tabla 10: Distribucin de las unidades geomorfolgicas (geoformas). .............................. 28
Tabla 11: Unidades estratigrficas-ingenieriles .................................................................. 29
Tabla 12: Propiedades de la roca intacta de las unidades estratigrficas-ingenieriles. ....... 30
Tabla 13: Propiedades ingenieriles de las unidades estratigrfico-ingenieriles. ................. 31
Tabla 14: Unidades intrusivas-ingenieriles. ........................................................................ 32
Tabla 15: Propiedades de la roca intacta de las unidades intrusivas-ingenieriles. .............. 32
Tabla 16: Propiedades ingenieriles de las unidades intrusivas-ingenieriles. ....................... 32
Tabla 17: Unidades de alteracin. ....................................................................................... 33
Tabla 18: Propiedades de la roca intacta de las unidades de alteracin. ............................. 33
Tabla 19: Propiedades ingenieriles de las unidades de alteracin. ...................................... 33
Tabla 20: Rangos de clasificacin de Macizos Rocosos segn su GSI. .............................. 35
Tabla 21: Rangos de para la clasificacin de los macizos rocosos. .......................... 35
Tabla 22: Unidades Geomecnicas obtenidas a partir de la clasificacin de las unidades
Ingenieriles segn su GSI y su . ................................................................................... 36
Tabla 23: Distribucin de las Unidades Geomecnicas obtenidas. ..................................... 37
Tabla 24: Resultados del anlisis por el coeficiente de correlacin de Pearson.................. 45
Tabla 25: Rangos de correlacin hallados. .......................................................................... 46
Tabla 26: Unidades Ingenieriles ordenadas segn su porcentaje de reduccin de su
resistencia. ........................................................................................................................... 48
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1
CAPTULO I. INTRODUCCIN
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1.1 Definicin del problema
En la elaboracin de cualquier obra ingenieril se requiere conocer la calidad del macizo
rocoso sobre el cual se trabajar para elegir el mtodo de construccin ms adecuado que
asegure la longevidad de dichos proyectos.
El sistema Hoek y Brown, es uno de los sistemas de anlisis numrico ms usado
actualmente para caracterizar los macizos rocosos de cualquier lugar por ser flexible,
eficaz, eficiente y rpido. Se utilizan 4 parmetros de la roca intacta como datos de entrada
para obtener los parmetros del criterio de rotura de Hoek y Brown utilizados para calcular
los parmetros del macizo rocoso.
El presente estudio caracterizar geomecnicamente los macizos rocosos del valle de
Cajamarca mediante el sistema Hoek y Brown para que todos los proyectos ingenieriles
que busquen el crecimiento tanto urbano como rural de ambas ciudades tengan una base
tcnica adecuada.
1.1.2 Formulacin del problema
Cules son las caractersticas geomecnicas del valle de Cajamarca segn el sistema Hoek
y Brown?
1.1.3 Justificacin
Una caracterizacin geomecnica del valle de Cajamarca servir como base para todos los
proyectos ingenieriles que se piensan desarrollar y se ven detenidos por la necesidad de
-
2
realizar estudios geomecnicos que toman mucho tiempo y resultan ser muy costosos,
incluso inapropiados por no haber sido planificado correctamente.
Zonificar los macizos rocosos del valle de Cajamarca permitir unificar criterios
geomecnicos frente a los diversos tipos de roca que se pueden encontrar para lo cual el
sistema Hoek y Brown es la ms recomendable por su flexibilidad, eficacia y rapidez.
El presente trabajo ser el primero en la provincia de Cajamarca pero se puede extender a
toda la regin y as realizar un verdadero ordenamiento territorial.
1.1.4 Alcances o delimitacin del problema
1.1.4.1 Delimitacin Espacial
El valle de Cajamarca.
1.1.4.2 Delimitacin Temporal
La investigacin tendr una duracin de 4 meses (abril, 2014 - julio, 2014).
1.1.4.3 Delimitacin de la Investigacin
Se centrar en la caracterizacin geomecnica mediante el sistema Hoek y Brown del valle
de Cajamarca.
1.1.5 Limitaciones
Las pruebas de resistencia son costosas y sern remplazadas por pruebas en campo. La
lejana entre macizos rocosos en el rea de estudio har difcil el transporte, adems de
restringir el tiempo con respecto a la fecha lmite de presentacin final.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1. General
Caracterizar geomecnicamente el valle de Cajamarca mediante el sistema Hoek y Brown.
1.2.2. Especficos
Describir la geologa del valle de Cajamarca.
Calcular los parmetros geomecnicos de los macizos rocosos.
Zonificar la geomecnica del valle de Cajamarca.
-
3
1.3 FORMULACIN DE LA HIPTESIS
Las caractersticas geomecnicas de los macizos rocosos del valle de Cajamarca dependen
de sus propiedades de roca intacta, las cuales a su vez se diferencian por sus lito-morfo-
estructuras presentes.
1.4 IDENTIFICACIN DE VARIABLES
Las variables que componen la investigacin son las siguientes:
Tabla 1: Variables de investigacin.
VIABLES DEPENDIENTES (Efecto) VARIABLES INDEPENDIENTES (Causa)
Geologa Litologa
Tectonismo
Geomecnica Propiedades de la roca intacta
Fuente: Elaboracin propia
La operacionalizacin de las variables se presenta en la seccin 3.3.1
-
4
CAPTULO II. MARCO TERICO
2.1 ANTECEDENTES
2.1.1 Estudios Nacionales e Internacionles
Hoek, E. y Brown, E. (1997) presentaron la clasificacin GSI para su uso en el
criterio de fractura de Hoek y Brown, reemplazando as la al sistema RMR, el cual
contiene parmetros innecesarios para el clculo de las propiedades de resistencia
de los macizos rocosos.
Budetta, P. y Nappi, M. (2011) realizaron por primera vez un cartografiado
geotcnico mediante el GSI en los macizos rocosos heterogneos de la formacin
de San Mauro (Cilento, Itatalia).
Hoek, E. Carter, T.G. y Diederichs, M.S. (2013) presentaron oficialmente el primer
GSI cuantificable a partir del RQD y las condiciones de las discontinuidades del
RMR de Bieniawski (1989).
2.1.2 Estudios Locales
Reyes, L. (1980) Realiz para el INGEMMET el estudio geolgico de los
cuadrngulos de Cajamarca, San Marcos y Cajabamba, hojas 15-f, 15-g y 16-g,
estudi la estratigrafa y la geologa estructural a escala 1:100 000.
NAVARRO, C. (2007) Realiz para el INGEMMET el Mapa Geolgico del
Cuadrngulo de Cajamarca 15-f (hoja 15-f I) y San Marcos 15-g (hoja 15-g IV), a
escala 1:50 000, estableciendo las secuencias volcnicas de los volcnicos
Huambos y San Pablo.
Zavala, V. y Malena, R. (2011) Evaluaron la ocurrencia de peligros geolgicos y
geohidrolgico en trminos de susceptibilidad, as como de sus factores detonantes
para as determinar el grado de peligrosidad.
-
5
2.2 BASES TERICAS
2.2.1 Modelamientos del Macizo Rocoso
2.2.1.1 El Modelamiento Geolgico
El modelo geolgico de la zona en donde se situar la estructura por construirse, se inicia
con el levantamiento geolgico a una escala que permita poner nfasis a los dominios
estructurales delimitados por las discontinuidades existentes; se describen y caracterizan
los parmetros de mayor importancia para el diseo o construccin. Al tratarse de un
medio discontinuo como es un macizo rocoso, su comportamiento depender de las
propiedades de las caractersticas estructurales que lo constituyen, como son los planos de
discontinuidad y de las condiciones geolgicas e hidrogeolgicas que rodean la obra por
construirse.
2.2.1.2 El Modelamiento Geomecnico
Suarez, J. (2007) menciona que las clasificaciones geomecnicas usan factores exclusivos
relevantes para las condiciones de construccin y estabilizacin de taludes, y entonces, una
profunda comparacin con cualquier sistema numrico de estabilidad no sera apropiada.
Estos sistemas permiten la clasificacin de los macizos rocosos mediante categoras
empricas, a partir de estas categoras se puede realizar el planeamiento para el pre-diseo,
diseo y post-diseo de estructuras ingenieriles sin la utilizacin de un factor de seguridad.
2.2.1.3 El Modelo Matemtico
Suarez (2007), menciona que en el modelo numrico confluye una parte de la informacin
obtenida en los dos modelos anteriores, principalmente del modelo geomecnico. En este
modelo, el anlisis tenso-deformacional es objeto de estudio, lo cual se obtiene una vez
satisfechas las condiciones de contorno del problema, las ecuaciones diferenciales de
equilibrio y las ecuaciones constitutivas. Tiene la posibilidad de calcular tanto las tensiones
como las deformaciones de un cuerpo sometido a fuerzas externas.
2.2.2 Modelacin Matemtica del Anlisis de Estabilidad
Su finalidad es analizar las condiciones de estabilidad de los taludes naturales y la
seguridad y funcionalidad del diseo en los taludes artificiales. Los objetivos principales
del anlisis matemtico de los taludes son los siguientes:
-
6
Determinar las condiciones de estabilidad del talud.
Investigar los mecanismos potenciales de falla (analizar cmo ocurre la falla).
Determinar la sensitividad o susceptibilidad de los taludes a diferentes mecanismos de
activacin (Efecto de las lluvias, sismos, etc.).
Comparar la efectividad de las diferentes opciones de remediacin o estabilizacin y
su efecto sobre la estabilidad del talud.
Disear los taludes ptimos en trmino de seguridad, confiabilidad y economa.
Para el anlisis de estabilidad se dispone de varias herramientas tales como: Tablas o
bacos, Anlisis grficos, Clculos manuales, Hojas de Clculo y Uso de Software
Podemos destacar tres grandes grupos de mtodos numricos (Anexo A-3), el primero el
del anlisis estereogrfico y cinemtico, el cual intuye la probabilidad de fallamiento segn
su la disposicin de la fractura crtica, el talud y el material. Los mtodos de equilibrio
lmite, donde se busca estimar el valor del Factor de Seguridad el cual es la relacin
entre las fuerzas actuantes y resistentes. Y los mtodos numricos, los cuales tienen la
ventaja de realizar anlisis tenso-deformacionales en cada una de las etapas del
fallamiento.
2.2.3 El Sistema Hoek y Brown
El criterio de rotura de Hoek y Brown utiliza como datos de entrada de la roca intacta (la
constante , el GSI y el factor de disturbacin D) adems de la Resistencia a la
Compresin Uniaxial , se puede determinar los parmetros del criterio de Hoek y
Brown (la constantes , y ) requeridos para el clculo de los parmetros ingenieriles
del Macizo Rocoso (La Resistencia Tensional ( ), la Resistencia a la Compresin
Uniaxial ( ), la Resistencia Global ( ) y el Mdulo de Deformacin ( )), que se
utilizan en cualquier anlisis numrico de clculo de sobrecargas, estabilizacin y diseo
de Taludes y Tneles; adicionalmente se han desarrollado frmulas empricas para
determinar los parmetros del criterio de Mohr-Coulomb (la cohesin y el ngulo de
friccin ) y el Mdulo de Deformacin ( ).
Figura 1: Flujo de informacin en el sistema Hoek y Brown
MACIZO ROCOSO
PROPIEDADES DE LA ROCA
INTACTA
PARMETROS DEL CRITERIO
DE ROTURA DE HOEK Y BROWN
PARMETROS INGENIERILES DEL MACIZO
ROCOSO
ANLISIS DE PRE-DISEO,
DISEO Y POST-DISEO.
-
7
2.2.4 Propiedades del Macizo Rocoso
2.2.4.1 El Criterio Generalizado de Hoek-Brown
El criterio de rotura generalizado de Hoek y Brown para macizos rocosos fracturados se
define por:
Ecuacin 1: (
)
y son el mximo y mnimo esfuerzo principal efectivo en la fractura
es el valor de la constante m de Hoek y Brown para el macizo rocoso
y son las constantes que dependen de las caractersticas del macizo rocoso y
es el esfuerzo de compresin uniaxial para las piezas de roca intacta
Los esfuerzos normal y de cizalla estn relacionados a los esfuerzos principales por la
ecuacin publicada por Balmer en 1952 y su forma corregida se muestra a continuacin:
Ecuacin 2:
Ecuacin 3: ( )
Donde
Ecuacin 4: (
)
En orden de usar el criterio de Hoek y Brown para estimar la resistencia y deformabilidad
de los macizos rocosos fracturados, se requieren tres propiedades del macizo rocoso:
La resistencia a la compresin uniaxial de las piezas de roca intacta
El valor de la constante de Hoek y Brown para estas piezas de roca intacta y
El valor del ndice de Resistencia Geolgica GSI para el macizo rocoso.
2.2.4.2 Propiedades de la Roca Intacta
Para las piezas de roca intacta del macizo rocoso, la Ecuacin 1 se simplifica a:
Ecuacin 5: (
)
La relacin entre los esfuerzos principales de rotura de una roca dada se define por dos
constantes, la resistencia a la compresin uniaxial y una constante . Siempre que sea
posible los valores de estas constantes deben ser determinados por anlisis estadstico de
-
8
resultados de ensayos triaxiales (Para el clculo del y a partir de pruebas triaxiales,
ver Hoek 2007 utilizar el programa RocData descargable de www.rocscience.com)
Cuando las pruebas de laboratorio no son posibles, las tablas B-1 y B-2 pueden utilizarse
para obtener estimaciones de y .
2.2.4.3 Influencia del Tamao de la Roca
Hoek y Brown 1980a han sugerido que la resistencia a la compresin uniaxial de de
una muestra de roca con un dimetro de d mm est relacionada con la resistencia a la
compresin uniaxial de una muestra de 50 mm de dimetro por la siguiente relacin:
Ecuacin 6: (
)
La reduccin de la resistencia se debe a la mayor oportunidad para el fracturamiento a
travs y alrededor de los granos ("bloques" de la roca intacta) a medida que ms granos son
incluidos en el ensayo, y eventualmente la resistencia alcanzar un valor constante.
El criterio de rotura de Hoek-Brown slo debe aplicarse a los macizos rocosos en los que
hay un nmero suficiente de discontinuidades muy prximas entre s, con caractersticas
superficiales similares, para asumir al comportamiento de fractura como isotrpico.
Cuando la estructura analizada es grande y los bloques son pequeos en comparacin, el
macizo rocoso puede ser tratado como un material de Hoek-Brown.
Figura 2: Diagrama idealizado mostrando la transicin de un macizo rocoso intacto a uno muy
fracturadocon mientras crece el tamao de la muestra. Fuente: Hoek (2007).
-
9
En la Figura 2, que muestra la transicin de un espcimen isotrpico de roca intacta,
pasando por un macizo rocoso muy anisotrpo en el cual el fallamiento es controlado por
una o dos discontinuidades, llegando a un macizo rocoso isotrpico muy fracturado.
2.2.4.4 El ndice de Resistencia Geolgica
La resistencia de macizo rocoso fracturado depende de las propiedades de las piezas de
roca intacta y tambin de la libertad de estas piezas para deslizar y girar en diferentes
condiciones tensionales. Esta libertad es controlada por la forma geomtrica de las piezas
de roca intacta, as como del estado de las superficies que separan las piezas.
El ndice de Resistencia Geolgica (GSI), proporciona un nmero que, cuando se combina
con las propiedades de las rocas intactas, se puede utilizar para estimar la reduccin de la
resistencia del macizo rocoso para diferentes condiciones geolgicas. Este sistema se
presenta en la Tabla B-3, para las macizos rocosos blocosos.
La Tabla B-3 tambin se ha ampliado en 2006 por Hoek y otros para hacer frente a rocas
molsicas y en 2005 por Marinos y otros, para utilizarla en rocas ofiolticas.
Inicialmente el valor del GSI era estimada directamente del RMR, sin embargo, esta
correlacin ha demostrado ser poco fiable, particularmente para los macizos rocosos de
baja calidad y con peculiaridades litolgicas no ajustables en la clasificacin RMR. Por
consiguiente, se recomienda que el valor del GSI debe ser estimado directamente por
medio de los grficos presentados en la Tabla B-3 y la tabla B-4 no de la clasificacin
RMR.
En el 2013 Hoek, Carter y Diederichs realizaron una propuesta formal para la
cuantificacin de la tabla GSI sobre la base de dos parmetros bien establecidos, las
Condiciones de las Discontinuidades y el RQD. La nueva tabla GSI modificada para
permitir su cuantificacin se muestran en la Tabla B-5.
De esta forma el GSI puede ser calculado de la siguiente manera:
Ecuacin 7: d
El RQD puede ser calculado de la expresin:
Ecuacin 8: ( )
Donde es el promedio de discontinuidades por metro.
Y las se obtienen de la sumatoria de las variables de la Tabla B-6.
-
10
2.2.4.5 El Factor de Disturbacin D
El D es un factor que depende del grado de perturbacin debido a los daos por voladura y
relajacin tensional, y es utilizado cuando no se presenta un macizo inalterado. Este vara
desde 0 para macizos rocosos sin disturbacin in situ, a 1 para macizos rocosos muy
perturbados. Algunas directrices para la seleccin de D se presentan en la Tabla B-7.
La influencia del dao por voladura se considera de la siguiente manera:
Ecuacin 9: (
)
Ecuacin 10: (
)
Y
Ecuacin 11:
( )
Para sugerencias del uso del factor D en tuneleria se debe consultar a Hoek (2007).
Vn y Vsrhelyi (2013) mostraron que el criterio de Hoek y Brown es sensitivo a la falta
de certeza del GSI y del factor de disturbacin D, pudindose generar valores muchas
veces ms altos de lo normal; recomendaron as realizar mediciones ms exactas del GSI y
del factor de disturbacin para poder reducir estos problemas de sensibilidad.
Figura 3: Visualizacin 3D del criterio de Hoek y Brown (izquierda) y en caso de 10% de errores
(GSI 0.1GDI y D0.1D) donde se aprecia una clara mejora de los resultados (derecha).
Fuente: Vn y Vsrhelyi (2013)
-
11
2.2.4.6 La Resistencia a la compresin uniaxial y tensional del macizo rocoso
La resistencia a la compresin uniaxial del macizo rocoso se obtiene mediante
el la suposicin de en la ecuacin 1, dando como resultado:
Ecuacin 12:
Y, la resistencia tensional del macizo rocoso como:
Ecuacin 13:
La Ecuacin 13 se obtiene suponiendo en la Ecuacin 1. Esto representa
una condicin de tensin biaxial. Hoek (1983) mostr que, para materiales quebradizos, la
resistencia a la traccin uniaxial es igual a la resistencia a la traccin biaxial.
2.2.4.7 Los Parmetros de Mohr-Coulomb
Dado que muchos software geotcnicos estn programados en trminos del criterio de
rotura de Mohr-Coulomb, a veces es necesario determinar el equivalente ngulo de friccin
y fuerza de cohesin cada macizo rocoso y rango de tensiones. El proceso de ajuste implica
equilibrar las reas por encima y por debajo de la grfica de Mohr-Coulomb, resultando:
Ecuacin 14: * ( )
( )( ) ( ) +
Ecuacin 15: [( ) ( ) ]( )
( )( ) ( ( ) ) (( )( ))
Cuando
Tenga en cuenta que el valor de , el lmite superior de la tensin confinante sobre la
que se considera la relacin entre el los criterios de Mohr-Coulomb y Hoek-Brown, tiene
que ser determinado para cada caso individual.
La resistencia cizallante de Mohr-Coulomb , para una tensin normal dada, se
encuentra por sustitucin de valores de y en la ecuacin:
Ecuacin 16:
La grfica equivalente en trminos del esfuerzo principal mayor y menor, se define por:
Ecuacin 17:
-
12
2.2.4.8 Resistencia del Macizo Rocoso
La resistencia a la compresin uniaxial del macizo rocoso est dada por la Ecuacin 12.
El fallamiento inicia en el lmite de una excavacin cuando es superada por la tensin
inducida en ese lmite y se propaga desde este punto de iniciacin en un campo de tensin
biaxial y con el tiempo se estabiliza cuando la fuerza local, definida por la Ecuacin 1, es
mayor que las tensiones y inducidas. La mayora de los modelos numricos pueden
seguir este proceso de propagacin de la fractura y este nivel de anlisis detallado es muy
importante cuando se considera la estabilidad de las excavaciones en la roca y de los
sistemas de apoyo a la hora del diseo.
Sin embargo, hay ocasiones en que es til considerar el comportamiento global de un
macizo rocoso en lugar de detallar el proceso de propagacin del fallamiento descrito
anteriormente. Esto lleva al concepto de "resistencia del macizo rocoso" global:
Ecuacin 18:
Con y determinados por los rangos de tenciones dando:
Ecuacin 19: ( ( ))( )
( )( )
Figura 4: Grfico de las envolventes de rotura para el criterio generalizado de Hoek y Brown y del
criterio de Mohr Coulomb asociado. La resistencia a la compresin uniaxial y la resistencia global
del macizo rocoso son definidas en este grfico.
Fuente: Hoek (2007)
-
13
2.2.4.9 Determinacin del
La cuestin de determinar el valor apropiado de para su uso en la Ecuacin 14 y
Ecuacin 15 depende de su aplicacin especfica:
Tneles: donde el valor de resulta de las curvas caractersticas equivalentes
para los dos criterios de fractura para tneles profundos o poco profundos.
Ecuacin 20:
(
)
Taludes: aqu el factor de seguridad calculado y la forma y ubicacin de la superficie
de falla tienen que ser equivalentes.
Ecuacin 21:
(
)
Dnde: es el peso especfico de la roca intacta y es la profundidad del tnel o altura del talud.
Para usos generales (criterio generalizado de Hoek y Brown) el Rango para la Envoltura de
Rotura es igual a:
Ecuacin 22:
Esta ecuacin est basada en la observacin emprica que el rango de tensiones asociado
con la fractura frgil ocurre cuando es menor a un cuarto de
2.2.4.10 El Mdulo de Deformacin
La siguiente ecuacin derivada es la que mejor se ajusta para el clculo del mdulo de
deformacin (Hoek, 2007):
Ecuacin 23: ( ) (
(( ) ))
Usando la relacin del mdulo MR propuesta en 1968 por Deere (modificado por Hoek,
2007) es posible estimar el mdulo de la roca intacta de:
Ecuacin 24:
Esta relacin es muy til cuando no se encuentran valores directos del mdulo intacto ( )
disponibles o cuando es difcil encontrar muestras sin disturbaciones, concluyendo en:
Ecuacin 25: (
(( ) ))
-
14
2.2.5 El Comportamiento de Falla y Post-Falla
Los diseos de sostenimiento en minera o en fines civiles se basan principalmente en el
uso de los productos de las clasificaciones de macizos rocosos, no slo como una
herramienta para la evaluacin del apoyo emprico, sino tambin para la caracterizacin de
la resistencia del macizo rocoso. Sin embargo, para muchas minas profundas y tneles
profundos donde los altos estados de tensiones pueden ser problemticos, se vuelve, con
frecuencia, muy difcil caracterizar con precisin la resistencia del macizo rocoso y
desarrollar diseos apropiados de soporte a travs del uso de las tablas de apoyo basados
en las clasificacin de macizos rocosos convencionales o mediante la aplicacin del
criterio generalizado de Hoek-Brown. En general, la caracterizacin de la resistencia del
macizo rocoso a travs del uso de las relaciones de Hoek-Brown como las bases para el
diseo de sistemas de soportes se fundamenta en el principio de que la estructura dentro
del macizo rocoso acta reduciendo ambas la cohesin y friccin interna representadas por
la degradacin del s y m respectivamente en el criterio de Hoek y Brown.
La mayora de las herramientas de los sistemas de clasificacin convencionales (RMR, Q,
RMi y GSI) trabajan bien, pero en los ambos extremos de dichas clasificaciones, para
macizos de muy baja resistencia y macizos de muy alta resistencia. Carter, Diederichs y
Carvalho (2009) recomiendan una variacin en las frmulas del criterio general de Hoek y
Brown para macizos rocosos en condiciones de astillamiento o estrujamiento (Figura 6).
Cuando se usan modelos numricos para estudiar el proceso de fallamiento del macizo
rocoso, se requiere la estimacin de las caractersticas post-pico o post-falla del macizo
rocoso. No se pueden dar reglas para en estos problemas pero, las caractersticas post-falla,
ilustrados en la Figura 5, son sugeridas como un punto de partida.
Figura 5: Caractersticas post-falla sugeridas por Hoek (2007) para macizos rocosos de: alta
calidad (izquierda), calidad media (centro) y calidad pobre (derecha).
-
15
Cuando se trabaja en ambos extremos de la escala de los macizos rocosos (alta calidad y
baja calidad); Carter, Diederichs y Carvalho (2009) sugieren las siguientes modificaciones:
Figura 6: Modificaciones en las frmulas del criterio de Hoek y Brown por Carter, Diederichs y
Carvalho (2009) para macizos rocosos en condiciones de Astillamiento o Estrujamiento.
Al momento de elegir qu modelo matemtico se utilizar se debe considerar que cada
problema es diferente y es difcil establecer criterios generales sobre qu modelo se debe
utilizar en cada caso. En algunas ocasiones, se pueden utilizar varios tipos de modelo y se
debe escoger aquel con el cual se tenga mayor experiencia y familiaridad. En la Figura 7
se muestra, en forma esquemtica que los mtodos de lmite de equilibrio son muy tiles
para el anlisis sencillo de estabilidad de taludes.
-
16
Figura 7: Diagrama que muestra el tipo de modelo que se recomienda utilizar de acuerdo con la
complejidad de los movimientos (Stead,, 2006).
Si los patrones de comportamiento del suelo son complejos, se requiere un modelo de
elementos finitos o diferencias finitas y si los materiales se encuentran fracturados, se
recomienda utilizar un modelo de elementos discretos o de elementos de contorno.
Los modelos matemticos siempre utilizan ecuaciones propias todas ellas muy laboriosas o
imposibles de realizar en un tiempo razonable, para solucionar estos problemas han
surgido muchas empresas dedicadas ntegramente al desarrollo de Software geomecnicos
y van realizando constantes investigaciones en este campo, como Rocscience
(www.rocscience.com) cuyos programas son: Dips, Examine, Phase2, RocLab, RocData,
RocFall, RocPlane, RocSupport, RS3, Settle3D, Slide, Swedge y Unwedge; cada uno de
ellos aplicable a cada caso geotcnico especfico.
Otra gran empresa es Itasca (http://www.itascacg.com) dedica a los software con mtodos
de diferencias finitas y elementos discretos (Flac 2D-3D, UDEC-3DEC, PFC 2D- 3D).
Existen otras empresas dedicadas a disear programas espesficamente de diseo
geotcnico como Plaxis (www.plaxis.nl), GeoSlope (www.geo-slope.com), Geo5
(www.finesoftware.eu), SEEP2D (http://aquaveo.com/software/gms-seep2d) entre otros.
-
17
2.2.6 Confiabilidad de las Estimaciones de la Resistencia del Macizo Rocoso
Las tcnicas descritas en las secciones precedentes de este trabajo pueden ser usadas para
estimar las caractersticas de resistencia y deformacin de los macizos rocosos fracturados
isotrpicos. Cuando se aplica este procedimiento para problemas de diseo en ingeniera
de rocas, la mayora de usuarios solo consideran el promedio o media de estas
propiedades. De hecho, todas las propiedades exhiben una distribucin acerca de la media,
incluso bajo las condiciones ms ideales, y esta distribucin puede tener un impacto
significante sobre los clculos de diseo.
Vallejos y otros (2013) realizaron un estudio sobre el comportamiento de resistencia y
deformabilidad del macizo rocoso del complejo mfico de la mina El Teniente en Chile,
donde utilizaron el mtodo del Macizo Rocoso Sinttico SRM (Synthetic Rock Mass)
usando el programa PFC 3D para representar a la roca intacta y utilizando una Malla de
Fractura Discreta (Discrete Fracture Network) para representar a las discontinuidades; sus
resultados comparados con el criterio de Hoek y Brown se muestran a continuacin.
Figura 8: Comparacin de la envoltura de resistencia pico estimado con la aproximacin SRM
comparado con los resultados del criterio de Hoek y Brown.
Fuente: Vallejos y otros (2013).
Como se puede apreciar en la Figura 8, el mtodo SRM (muy complejo y que requiere de
software y hardware especiales) puede calcular las propiedades de resistencia y
deformabilidad del macizo rocoso de la mina El Teniente, pero sus resultados son
comparables con los del criterio de Hoek y Brown (ms simple y no requiere mayor
-
18
software y hardware) para dicho macizo rocoso con GSI=70, los otros resultados con
GSI=80 y GSI=90 son descartados automticamente ya que, como se explic, el criterio no
es aplicable en macizos rocosos de muy buena calidad.
Entonces se puede tomar en cuenta las palabras de Hammh (2009) quien menciona que es
mejor estar aproximadamente bien que precisamente mal, destacando que los modelos
simples trabajan muy bien en geomecnica ya que la naturaleza inexacta de los de entrada
utilizados en los modelos matemticos impide lograr un resultado real a pesar de tener
las ecuaciones ms complejas y/o los algoritmos ms completos.
2.3 DEFINICIN DE TRMINOS BSICOS
Macizo Rocoso
Es la suma los bloques de matriz rocosa o roca intacta y las discontinuidades o
superficies de debilidad que las separan. (Gonzales, L. 2004).
Valle de Cajamarca
Valle ubicado en los andes del norte del Per, engloba las ciudades de Cajamarca y
Baos del Inca y sus reas circundantes.
Geomecnica
Implica el estudio geolgico del comportamiento del suelo (mecnica de suelos) y
rocas (mecnica de rocas).
Modelamiento Matemtico
Permite un clculo tanto de las tensiones como de las deformaciones (anlisis tenso-
deformacional) de un cuerpo sometido a fuerzas externas, una vez satisfechas las
condiciones de contorno del problema, las ecuaciones de equilibrio y las ecuaciones
constitutivas del material.
Sistema Hoek y Brown
Sistema geomecnico que permite calcular las propiedades de los macizos rocosos
necesarias para los anlisis geotcnicos de pre-diseo, diseo y post-diseo de obras
ingenieriles.
-
19
CAPTULO III. MATERIALES Y MTODOS
3.1 UBICACIN
3.1.1 Geogrfica
El valle de Cajamarca se encuentra localizada al NW de los andes del Per; tiene un rea
de 182 Km2 o 18200 Has.
Las coordenadas proyectadas UTM, Datum WGS 84 se especifican a continuacin:
Tabla 2: Delimitacin del rea de estudio.
VRTICE LATITUD LONGITUD
V1 9214000 784000
V2 9201000 784000
V3 9201000 770000
V4 9214000 770000
Polticamente la zona de investigacin se encuentra ubicada en:
Pas: : Per
Regin : Cajamarca
Departamento : Cajamarca
Provincia : Cajamarca
Distritos : Cajamarca, Jess, Llacanora, Los Baos del Inca y Magdalena
-
20
Figura 9: Plano de ubicacin de la zona de investigacin (tachado en rojo) dentro de la provincia
de Cajamarca (izquierda), departamento de Cajamarca (superior derecha) y Per (inferior
derecha).
3.2 ACCESIBILIDAD
La zona de investigacin presenta diversos accesos a las zonas de investivacin a partid de
la ciudad de Cajamarca, los principales accesos (rutas asfaltadas y/o afirmadas) a las zonas
de estudio se describen en la siguiente tabla:
Tabla 3: Principales accesos a la zona de estudio:
Acceso Estado
Ruta Nacional 8 (Carretera a la costa) Asfaltada
Ruta Nacional 8A (Carretera Cajamarca-Cumbemayo) Asfaltada
Ruta Nacional 3N (Carretera Cajamarca-Bambamarca) Asfaltada por tramos.
-
21
Acceso Estado
Carretera San Pablo-Cajamarca Afirmada
Carretera Cajamarca-Jess Asfaltada
Carretera Baos del Inca-La Encaada Asfaltada
Carretera Cajamarca-Cajabamba Asfaltada
Carretera Cajamarca-El porvenir Afirmada
3.3 METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN
Para poder plantear las tcnicas y mtodos a utilizar en la investigacin, es necesario
realizar la operacionalizacin de las variables.
3.3.1 Operacionalizacin de Variables
Para explicar la metodologa de investigacin se presenta primero la operazionalizacin de
las variables que involucran a la misma.
Tabla 4: Operacionalizacin de variables.
VARIABLE DEFINICIN CONCEPTUAL INDICADORES NDICE/TEM
Variables Independientes (Causas):
Litologa Estudia las caractersticas fsicas y
qumicas de las rocas Tipo de Roca Tipo y clase
Tectonismo Es la deformacin de las rocas por
actividades tectnicas. Deformacin Tectnica
Grado de
fracturamiento
Propiedades
de la Roca
Intacta
Son las caractersticas fsicas y de
resistencia de los macizos rocosos
medidas en campo
La Resistencia a la Compresin
Uniaxial Valor (MPa.)
GSI Tipo y valor
La constante Valor
El factor de Distrubacin Valor
Variables Dependientes (Efectos):
Geologa
Estudia la composicin y estructura
interna de la Tierra, y los procesos
por los cuales ha ido
evolucionando.
Geomorfologa Geoformas
Estratigrafa Unidades Lito-
Estratigrficas
Geologa Estructural Estructuras
Geomecnica
Son las propiedades ingenieriles
del macizo rocoso que tienen que
ser calculadas indirectamente.
Resistencia tensional ( ) Valor (MPa)
Resistencia a la compresin
uniaxial ( ) Valor (MPa)
Resistencia Global ( ) Valor (MPa)
Mdulo de deformacin ( ) Valor (MPa)
-
22
3.3.2 Tipo y Mtodo de la Investigacin
El problema investigado tiene caractersticas descriptivas, comparativas, explicativas y
relacionantes. Los mtodos de investigacin sern: Descriptivo, analtico, comparativo,
deductivo y explicativo.
3.3.3 Poblacin de Estudio
Los macizos rocosos del valle de Cajamarca.
3.3.4 Muestra
Los cortes de carretera, quebradas y todos los afloramientos rocosos accesibles. Detallar.
3.3.5 Unidad de Anlisis
Se analizarn las propiedades de la roca intacta para calcular los parmetros de Hoek y
Brown necesarios para obtener la resistencia del Macizo Rocoso.
3.4 TCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN
3.4.1 Tcnicas
Observacin y tomas fotogrficas.
Pruebas geomecnicas de campo.
Documentacin por medio de tablas geomecnicas.
Uso de Software para el anlisis e interpretacin de resultados.
3.4.2 Instrumentos y Materiales
Picota marca estwing mango corto.
Lpiz rayador 88CM General Tools
Lupa de 10x Baush & Lamp.
Lpices y lapiceros.
Cmara digital Cannon PowerShot.
Protactor Escala 1/1000
Brjula Brunton mod. 5006.
GPS Garmin eTrex 20.
Tablas geomecnicas y de registro.
Laptop Compac.
-
23
Software RocData v3.
Software ArcGIS v10.1.
Wincha.
3.5 PROCEDIMIENTO Y TCNICA DE RECOLECCIN DE DATOS.
3.5.1 Procedimiento
El procedimiento de recoleccin de datos utilizado para cada una de las variables
independientes se muestra a continuacin.
3.5.1.1 Litologa
Para la recoleccin de datos del tipo y clase de roca se utilizaron los criterios de Hoek
(2007) de la Tabla B-2, este tem de litologa est incluido en el Registro Geotcnico
General Para Los Datos de Entrada Del Sistema Hoek Y Brown.
3.5.1.2 Tectonismo
Para la recoleccin de datos del grado de fracturamiento se utilizaron los ndice de
trabazn de la tabla GSI para macizos homogneos Tabla B-3 o segn el tipo de macizo de
la Tabla B-4 para macizos heterogneos.
3.5.1.3 Propiedades de la Roca Intacta
En esta etapa se utiliz la tabla de registro tablas geomecnicas para documentar las
propiedades de la roca intacta. Los datos utilizados en estas tablas son los siguientes:
a. Data GPS: El sistema utilizado es UTM, datum WGS-84, se tomaron de cada punto
sus coordenadas tanto este y norte como tambin su cota respectiva.
b. Se identific las propiedades geomecnicas de la roca intacta para estimar los
parmetros del macizo rocoso del sistema Hoek-Brown necesarios en los anlisis
numricos.
Factor de disturbacin (D): El cual solo ser aplicado para el anlisis de taludes.
Utilizando las sugerencias del anexo 3.
Resistencia a la compresin uniaxial: Este parmetro se determinar segn la
clasificacin emprica de Brown (1981) (Tabla B-1) la cual utiliza los golpes del
martillo realizados sobre el macizo rocoso.
-
24
Constante de Hoek- Brown (mi): Se utilizar los ndices del anexo 2 de acuerdo al
tipo de roca encontrada en campo.
Tabla 5: Factor D, Resis. Comp. Un. y Constante mi de la estacin geomecnica S0-H1-P1
1. Factor D (Anexo 6) 2. Resis. Comp. Un. (ci) (Anexo 5)
3. Constante "mi"
(Anexo 4)
PARA: 1=Talud, 2=Tnel,
3=Discont.
VA
LO
R
Calidad Valor medio (Mpa) Tipo de roca mi
1 0 R4 75 Arenisca 12
ndice de resistencia geolgica (GSI): se determinar de dos formas:
Directa: Utilizando las sugerencias del anexo 1 asignando un valor de GSI de
acuerdo si el macizo rocosos es homogneo (cuando se tiene un slo tipo de roca
con la misma resistencia) o heterogneo (Cuando se tienen 2 ms tipos de roca
con diferente resistencia)
Tabla 6: Clculo del GSI directo de la estacin geomecnica S0-H1-P1
DIRECTO (Anexo 1 y 2)
Macizo Tipo
VA
LO
R D
EL
GS
I
1 = Homogneo.
Anotar la estructura (In, Bl, MBl, Def,
Des, Lam/Ciz) y Las condiciones de las
disc. (MB, B, R, M, MM)
2 = Heterogneo. Anotar el tipo de Estructura y
Composicin.
1 MBl-MB 68
Cuantificado: Se hallar el RQD (se calculara el numero de discontinuidades por
metro ), como tambin se describir las condiciones de las
discontinuidades segn Bieniawski (1989), el cual toma en cuenta 5 parmetros
como son la persistencia, abertura, rugosidad, relleno, alteracin.
-
25
Tabla 7: Clculo del GSI cuantificado de la estacin geomecnica S0-H1-P1
CUANTIFICADO (Anexo 3), GSI = (RQD/2)+(Jcond.*1.5)
RQD Cond. de las Disc. Bieniawski (1989) "Jcond."
GS
I C
AL
CU
LA
DO
RQD=100*(e^(-
0.1*))*(0.1*+1)
Persist.
(m)
Abertura
(mm) Rugosidad Relleno Alteracin
SU
MA
TO
RIA
6 = < 1 6 = Nada 6=Muy Rug 6=Ninguno 6=Inalterada
Lo
ng
. "L
" (m
)
N
mer
o d
e
Dis
c. "
ND
"
=
ND
/L
RQ
D
4 = 1-3 5 = 5 0=Suave 0=Suave>5mm 0=Descomp.
2.4 25 10.4 72 6 5 6 6 1 24 72
3.6 TRATAMIENTO Y ANLISIS DE DATOS Y PRESENTACIN DE
RESULTADOS
Se utiliz el Programa RocData V3, el cual cuenta con las ecuaciones del sistema de Hoe y
Brown para procesar los datos de campo y hallar las propiedades ingenierles de los
macizos rocosos.
Los datos de entrada fueron los tomados en campo, siendo solo necesario indicar los
valores de la Resistencia a la compresin uniaxial, del GSI (el cual ser el promedio
aritmtico entre el GSI directo y de cuantificado) y del mi, (el valor D se deja en 0)
Figura 10: Interfaz del programa RocData V3.
-
26
Los resultados obtenidos de cada estacin fueron agrupados en una base de datos e
introducidos en el programa ArcGIS V10.2 para poder realizar la zonificacin de los
macizos rocosos segn sus propiedades encontradas.
Estas propiedades ingenieriles se relacionaron para cada unidad ingenieril definida para as
generalizarlas a cada afloramiento rocoso.
-
27
CAPTULO IV. GEOMECNICA DEL VALLE DE CAJAMARCA
4.1 GEOMORFOLOGA
Para caracterizar la geomorfologa se recurri primero al anlisis de pendientes y altitudes
(morfologa) para luego definir las geoformas segn Villota (2005) en la Geomorfologa
aplicada a levantamientos edafolgicos y zonificacin de tierras (IGAC, 2005)
4.1.1 Distribucin de pendientes
La distribucin de lass pendientes de la zona de estudio (Plano N: 3), es:
Tabla 8: Distribucin de pendientes dentro del rea de estudio.
PENDIENTES DESCRIPCIN REA (Has.) PORCENTAJE
0-2 Terrenos llanos 4013.84 22.05
2-5 Terrenos inclinados con suave pendiente 2369.76 13.02
5-15 Terrenos con pendiente moderada 6501.16 35.72
15-25 Terrenos con pendiente fuerte 4058.88 22.30
25-45 Terrenos con pendiente escarpada 1226.62 6.74
>45 Terrenos muy escarpados 29.74 0.16
4.1.2 Distribucin de altitudes
Las altitudes van desde los 2617m.s.n.m. hasta los 3857m.s.n.m (Plano N: 4) y se pueden
clasificar de la siguiente manera:
Tabla 9: Distribucin de altitudes.
ELEVACIN REA (Has.) PORCENTAJE ELEVACIN REA (Has.) PORCENTAJE
3800 41.47 0.23
3200-3300 547.00 3.01
-
28
4.1.3 Unidades Geomorfolgicas (Geoformas)
El resumen de las unidades geomorfolgicas (geoformas) establecidas en el presente
estudio se muestra a continuacin:
Tabla 10: Distribucin de las unidades geomorfolgicas (geoformas).
SIMBOLOGA REA (Has.) PORCENTAJE DESCRIPCIN
GMC-c-e 130.82 0.72 Colina estructural
GMC-c-fe 2160.49 11.87 Colina fluvio-erosional
GMC-m-fe 2086.73 11.47 Montaa fluvio-erosional
GMC-m-e 2330.96 12.81 Montaa estructural
GMC-m-k 361.15 1.98 Montaa krstica
GMC-m-mp 972.97 5.35 Montaa de mantos de piroclastos
GMC-m-ci 2038.68 11.20 Montaa de campos de ignimbritas
GAD-t-fl/al 4434.51 24.37 Terraza fluvio-aluvial
GAD-p-al 1740.58 9.56 Pie de monte aluvial
GAD-p-co 1943.18 10.68 Pie de monte coluvial
El porcentaje de rea de las unidades se puede apreciar mejor a continuacin:
Figura 11: Porcentaje de rea de las unidades geomorfolgicas.
Se destaca la fuerte presencia de unidades de carcter agradacional-deposicional (GAD),
sobre las unidades de montaas y colinas (GMC).
La descripcin de cada unidad Geomorfolgica se puede apreciar en el Anexo C
Unidades Geomorfolgicas (Geoformas)
0.72
11.87
11.47
12.81
1.98 5.35
11.20
24.37
9.56
10.68
PORCENTAJE (%) DE REA DE LAS UNIDADES GEOMORFOLGICAS
GMC-c-e
GMC-c-fe
GMC-m-fe
GMC-m-e
GMC-m-k
GMC-m-mp
GMC-m-ci
GAD-t-fl/al
GAD-p-al
-
29
4.2 GEOLOGA LOCAL
Las unidades geolgicas definidas por el INGEMMET, y cartografiadas por de Reyes
(1980) y Navarro (2007), han sido acomodadas para el presente estudio, generando las
siguientes Unidades Ingenieriles clasificables segn su comportamiento geomecnico.
Se han identificado 3 grupos generales de unidades Ingenieriles:
4.2.1 Unidades Estratigrficas
El resumen de las propiedades de las unidades estratigrficas caracterizadas se muestra a
continuacin:
Tabla 11: Unidades estratigrficas-ingenieriles
Eratema/Era Sistema/Periodo Serie/poca Unidad Lito-estratigrfica Unidad Ingenieril Esp (m)
CE
NO
ZO
ICO
CUATERNARIO HOLOCENO
Dep. Fluviales
Su
elo
20
Dep. Coluviales 30
Dep. Aluviales 30
Dep. Lagunares 40
NEGENO MIOCENO
Sec. Volc. San Jos San Jos 2 350
San Jos 1 250
Sec. Volc. Tual-Purhuay
Tual-Purhuay 3 350
Tual-Purhuay 2 250
Tual-Purhuay 1 125
PALEGENO OLIGOCENO Sec. Volc. Rumiorco Rumiorco 3 400
ME
SO
ZO
ICO
CRETCEO
SUPERIOR
Fm. Celendn
Celendn 3 60
Celendn 2 40
Celendn 1 50
Fm. Cajamarca Cajamarca 2 100
Cajamarca 1 300
Fm. Quilquian Quilquian 80
Fm. Mujarrn Mujarrn 120
Fm. Yumagual
Yumagual 3 240
Yumagual 2 100
Yumagual 1 210
INFERIOR
Fm. Pariatambo Pariatambo 2 70
Pariatambo 1 80
Fm. Chlec
Chlec 3 70
Chlec 2 100
Chlec 1 80
Fm. Inca Inca 2 30
Inca 1 50
Fm. Farrat Farrat 2 100
Farrat 1 350
Fm. Carhuaz Carhuaz 2 250
Carhuaz 1 100
Fm. Santa Santa 80
Fm. Chim Chim 2 100
Chim 1 200
-
30
El promedio de las propiedades de roca intacta las unidades estratigrficas-ingenieriles se
detallan a continuacin:
Tabla 12: Propiedades de la roca intacta de las unidades estratigrficas-ingenieriles.
Unidad
Ingenieril
RES. COM. UNIAX ( ) LITOLOGA GSI
CLASE Media
Mpa Rocas mi
Tipo
*
Sub-tipo
**
Valor
GSI
Chim 1 R4 75 Arenisca 17 1 5 y 12 62.6
Chim 2 R3 41.7 Arenisca 17 1 8 y 12 47.5
Santa R1 3 Pizarra 6 2 8 y 10 25
Carhuaz 1 R1 7 Limolita, Pizarra y Lutitas 5.3 2 5, 8 y 10 24.3
Carhuaz 2 R2 y R3 25 Arenisca y Limolita 16 2 4, 5, 7 y 8 40.8
Farrat 1 R3 y R4 51.25 Arenisca 17 1 5, 7, 8 y 12 60.4
Farrat 2 R3, R4 y R5 80 Areniscas y M. Cong. 17.3 1 3, 5, 8 y 12 66.6
Inca 1 R2 y R3 23.6 Areniscas, Limolitas y Lutitas 13.9 1 y 2 8, 12, 19/4, 5 y 8 41.6
Inca 2 R1, R2, R3 y R4 22.6 Arenisca, Limolita y Lutita 7.7 1 y 2 16 y 19/4, 5, 7 y 8 40
Chlec 1 R2, R3 y R4 30.4 C. Micrtica y C. Espartica 8.3 1 y 2 19 y 22/3, 4, 5 y 7 44.8
Chlec 2 R2, R3 y R4 35 C. Micrtica 8 2 3, 4 y 7 43.8
Chlec 3 R2 y R3 30 C. Micrtica y C. Espartica 9 1 y 2 4, 5 y 6 55.5
Pariatambo 1 R1 y R2 14 Pizarra y C. Micrtica 7.8 1 y 2 16 y 19/4, 7 y 8 32.5
Pariatambo 2 R2, R3 y R4 39.6 C. Micrtica, C. Espartica y Chert 9.8 1 y 2 12/3, 4, 7 y 8 44.7
Yumagual 1 R2, R3 y R4 40 C. Micrtica y Espartica 9 1 y 2 7 y 8/3, 4 y 5 59.5
Yumagual 2 R1, R2 y R3 14 C. Micrtica 8 2 4, 5 y 6 42.5
Yumagual 3 R3 y R4 52.1 C. Micrtica y C. Espartica 9.7 1 y 2 5/3 y 4 64.1
Mujarrn R2 y R3 25 C. Micrtica 8 2 4 y 5 46
Quilquian R1 3 Lutita 4 2 8 19.5
Cajamarca 1 R4 y R5 155 C. Cristalina 12 1 3, 5 y 8 78
Cajamarca 2 R4 y R5 90 C. Espartica 10 2 3 61.8
Celendn 1 R1 y R2 12 Lutita y C. Micrtica 5 2 6 y 8 24.5
Celendn 2 R3 35 C. Espartica 10 2 3 y 4 59.5
Celendn 3 R1 3 Lutita 4 2 8 18
Rumiorco 3 R2 15 Toba 13 1 22 24
Tual-Purhuay 1 R1 y R2 9 Brecha 19 2 6 35.5
Tual-Purhuay 2 R0 y R1 1.8 Toba 13 1 22 21
Tual-Purhuay 3 R1, R2 y R3 22 Toba y Brecha 17.5 1 y 2 15 y 22/ 5 35
San Jos 1 R0 y R1 2.2 Toba 13 1 22 18.3
San Jos 2 R0 y R1 2.6 Toba 13 1 22 18.5
* 1=Resistencia Homognea, 2=Resistencia Heterognea
** Cuadrante dentro de la tabla GSI = Para macizos de resistencia homognea ver anexo B-3,
Para macizos heterogneos ver anexo B-4.
-
31
Las propiedades ingenieriles de las unidades estratigrfico-ingenieriles calculadas con el
programa RocData v3 se muestran a continuacin:
Tabla 13: Propiedades ingenieriles de las unidades estratigrfico-ingenieriles.
Unidad
Ingenieril
Parmetros del criterio de
Hoek y Brown
Parmetros del
criterio de Mohr-
Coulomb
Parmetros Ingenieriles del Macizo
Rocoso
s a c
Chim 1 4.470 0.0157 0.502 18.75 5.270 38.859 -0.263 9.299 22.030 17886.7
Chim 2 2.626 0.0030 0.507 10.43 2.358 34.388 -0.048 2.194 8.944 5656.8
Santa 0.412 0.0002 0.531 0.75 0.078 19.229 -0.002 0.036 0.219 410.7
Carhuaz 1 0.355 0.0002 0.533 1.75 0.170 18.154 -0.004 0.079 0.468 602.6
Carhuaz 2 1.918 0.0014 0.511 6.25 1.247 31.718 -0.018 0.858 4.473 2910.5
Farrat 1 4.133 0.0123 0.503 12.81 3.484 38.205 -0.152 5.610 14.351 13027.1
Farrat 2 5.248 0.0245 0.502 20.00 6.012 40.192 -0.373 12.428 25.899 23256.5
Inca 1 1.727 0.0015 0.510 5.90 1.142 30.814 -0.021 0.861 4.023 2995.4
Inca 2 0.903 0.0013 0.511 5.65 0.876 25.446 -0.032 0.747 2.775 2673.3
Chlec 1 1.156 0.0022 0.508 7.60 1.312 27.440 -0.057 1.346 4.320 4087.3
Chlec 2 1.075 0.0019 0.509 8.75 1.468 26.850 -0.063 1.460 4.777 4140.3
Chlec 3 1.837 0.0071 0.504 7.50 1.586 31.227 -0.116 2.483 5.632 7517.3
Pariatambo 1 0.700 0.0006 0.519 3.50 0.474 23.378 -0.011 0.286 1.442 1366.4
Pariatambo 2 1.360 0.0021 0.508 9.90 1.800 28.786 -0.062 1.744 6.084 4638.2
Yumagual 1 2.119 0.0111 0.503 10.00 2.266 32.387 -0.210 4.160 8.243 10927.7
Yumagual 2 1.026 0.0017 0.510 3.50 0.574 26.475 -0.023 0.540 1.855 2429.8
Yumagual 3 2.691 0.0185 0.502 13.03 3.271 34.368 -0.359 7.031 12.398 16252.5
Mujarrn 1.163 0.0025 0.508 6.25 1.088 27.485 -0.053 1.190 3.586 3971.6
Quilquian 0.226 0.0001 0.545 0.75 0.056 14.915 -0.002 0.023 0.146 299.3
Cajamarca 1 5.470 0.0868 0.501 38.75 13.633 40.157 -2.459 45.580 58.680 50118.7
Cajamarca 2 2.556 0.0143 0.502 22.50 5.456 33.971 -0.505 10.665 20.509 18712.0
Celendn 1 0.337 0.0002 0.532 3.00 0.286 17.812 -0.008 0.138 0.784 798.2
Celendn 2 2.354 0.0111 0.503 8.75 2.038 33.302 -0.165 3.640 7.554 10222.0
Celendn 3 0.214 0.0001 0.550 0.75 0.053 14.474 -0.002 0.020 0.138 274.5
Rumiorco 3 0.861 0.0002 0.533 3.75 0.509 24.874 -0.004 0.166 1.594 867.1
T-P 1 1.898 0.0008 0.515 2.25 0.438 31.650 -0.004 0.224 1.568 1302.0
T-P 2 0.774 0.0002 0.541 0.45 0.057 23.910 0.000 0.016 0.174 252.7
T-P 3 1.717 0.0007 0.516 5.50 1.032 30.787 -0.009 0.530 3.633 1977.9
San Jos 1 0.703 0.0001 0.549 0.55 0.064 23.016 0.000 0.015 0.194 239.2
San Jos 2 0.708 0.0001 0.548 0.65 0.076 23.083 0.000 0.018 0.231 263.0
-
32
4.2.2 Unidades Intrusivas
Las unidades intrusivas-ingenieriles caracterizadas dentro de la zona de estudio se
muestran a continuacin:
Tabla 14: Unidades intrusivas-ingenieriles.
Eratema/Era Sistema/Periodo Serie/poca Unidad Lito-estratigrfica Unidad Ingenieril Esp
(m)
CENOZOICO NEGENO
MIOCENO Domo Micro-diortico M. Diorita 500
OLIGOCENO Stocks latticos P. Latita 150
El promedio de las propiedades de roca intacta las unidades estratigrficas-ingenieriles se
detallan a continuacin:
Tabla 15: Propiedades de la roca intacta de las unidades intrusivas-ingenieriles.
Unidad Ingenieril
RES. COM. UNIAX ( ) LITOLOGA GSI
CLASE
Media
Mpa
Rocas mi Tipo* Sub-tipo **
Valor
GSI
P. Latita R3 35 P. Latita 20 1 8 60
M. Dioritia R5 175 M. Diorita 20 1 3 83
* 1=Resistencia Homognea, 2=Resistencia Heterognea
** Cuadrante dentro de la tabla GSI = Para macizos de resistencia homognea ver anexo B-3,
Para macizos heterogneos ver anexo B-4.
Las propiedades ingenieriles de las unidades estratigrfico-ingenieriles calculadas con el
programa RocData v3 se muestran a continuacin:
Tabla 16: Propiedades ingenieriles de las unidades intrusivas-ingenieriles.
Unidad
Ingenieril
Parmetros del criterio de
Hoek y Brown
Parmetros del
criterio de Mohr-
Coulomb
Parmetros Ingenieriles del Macizo
Rocoso
s a c
P. Latita 4.793 0.012 0.503 8.750 2.472 39.506 -0.086 3.745 10.483 10520.4
M. Dioritia 10.898 0.151 0.500 43.750 18.467 46.064 -2.429 67.999 91.564 66834.4
-
33
4.2.3 Unidades de Alteracin
Las unidades de alteracin caracterizadas dentro de la zona de estudio se muestran a
continuacin:
Tabla 17: Unidades de alteracin.
Eratema/Era Sistema/Periodo Serie/poca Unidad Lito-estratigrfica Unidad Ingenieril Esp
(m)
? ?
? Silicificacin Silif. 150
? Argilitizacin Arg. 250
* 1=Resistencia Homognea, 2=Resistencia Heterognea
** Cuadrante dentro de la tabla GSI = Para macizos de resistencia homognea ver anexo B-3,
Para macizos heterogneos ver anexo B-4.
El promedio de las propiedades de roca intacta las unidades de alteracin se detallan a
continuacin:
Tabla 18: Propiedades de la roca intacta de las unidades de alteracin.
Unidad Ingenieril RES. COM. UNIAX ( ) LITOLOGA GSI
CLASE Media Mpa Rocas mi Tipo* Sub-tipo** Valor
Silif. R5 175 Slice M. 20 1 1 89
Arg. R0 y R1 1.2 Toba y P. Latita 18.3 1 y 2 25 y 26/8 12.8
Las propiedades ingenieriles de las unidades estratigrfico-ingenieriles calculadas con el
programa RocData v3 se muestran a continuacin:
Tabla 19: Propiedades ingenieriles de las unidades de alteracin.
Unidad
Ingenieril
Parmetros del criterio de
Hoek y Brown
Parmetros del
criterio de Mohr-
Coulomb
Parmetros Ingenieriles del Macizo
Rocoso
s a c
Silif. 13.503 0.295 0.500 43.750 21.518 47.584 -3.818 94.954 110.904 94406.1
Arg. 0.813 0.000 0.571 0.300 0.033 23.941 0.000 0.005 0.103 128.7
-
34
4.3 GEOLOGA ESTRUCTURAL
4.2.1 Estructuras Primarias
Son estructuras sin-deposicionales presentes en las rocas sedimentarias y volcnicas, sus
caractersticas geomtricas pueden afectar a la resistencia del macizo rocoso generando
anisotropas y planos de debilidad.
4.2.2 Estructuras Secundarias de Origen No Tectnico
Son estructuras formadas principalmente por el peso litosttico sobre el macizo rocoso,
destacando principalmente improntas de carga y dobladuras de estratos; estas estructuras
son locales y de menor injerencia en la resistencia del macizo rocoso.
4.2.3 Estructuras Secundarias de Origen Tectnico
Estas estructuras son generadas por las fuerzas tectnicas que han afectado a la zona
estudiada, destacando 2 tipos generales: Estructuras concordantes (Pliegues) y disyuntivas
(Fallas).
Las grandes fallas y pliegues de carcter regional han afectado localmente a los macizos
rocosos, encontrando en los ejes de estas muchos macizos fracturados y con muy malas
calidades de discontinuidades.
Figura 12: Macizo rocoso de la Unidad Ingenieril Santa, afectado por pliegues y fallas locales al
estar cerca de una gran falla regional (Falla Cruz Blanca).
-
35
4.4 ZONIFICACIN GEOMECNICA DEL VALLE DE CAJAMARCA
La zonificacin geomecnica de los macizos rocosos del valle de Cajamarca se realiz
teniendo en cuenta los valores de GSI y de la Resistencia Global del Macizo rocoso ,
de cada unidad ingenieril.
El criterio de clasificacin segn el GSI fue su implicancia en el tipo de comportamiento
del macizo rocoso:
Tabla 20: Rangos de clasificacin de Macizos Rocosos segn su GSI.
Macizo Rango de GSI Tipo de Macizo
1 75 Anisotrpico
Modificado de Hoek y Marinos (2007) y Carter Diederichs y Carvalho (2008).
El criterio de clasificacin segn la Resistencia Global del Macizo Rocoso fue la
clasificacin de Brown (1980).
Tabla 21: Rangos de para la clasificacin de los macizos rocosos.
Macizo Rango de (MPa) Tipo de Macizo
0 0-0.25 Resistencia casi nula
1 0.25-1 Extremadamente Dbil
2 1-5 Muy Dbil
3 5-25 Dbil
4 25-50 Moderadamente Resistente
5 50-100 Resistente
6 100-250 Muy Resistente
7 >250 Extremadamente Resistente
Modificado de Brown (1980).
-
36
La tabulacin de cada unidad ingenieril con sus valores y tipos de GSI y
se muestra a continuacin:
Tabla 22: Unidades Geomecnicas obtenidas a partir de la clasificacin de las unidades
Ingenieriles segn su GSI y su .
Unidad Ingenieril GSI Unidad Geomecnica
Valor Tipo Valor Tipo Caractersticas Unidad
Chim 1 62.6 3 22.0299 3 3-3 6
Chim 2 47.5 3 8.94386 3 3-3 6
Santa 25 1 0.218869 0 1-0 1
Carhuaz 1 24.3 1 0.468192 1 1-1 2
Carhuaz 2 40.8 3 4.47331 2 3-2 5
Farrat 1 60.4 3 14.3512 3 3-3 6
Farrat 2 66.6 4 25.899 4 4-4 7
Inca 1 41.6 3 4.02335 2 3-2 5
Inca 2 40 3 2.77469 2 3-2 5
Chlec 1 44.8 3 4.31959 2 3-2 5
Chlec 2 43.8 3 4.77653 2 3-2 5
Chlec 3 55.5 3 5.632 3 3-3 6
Pariatambo 1 32.5 2 1.44225 2 2-2 4
Pariatambo 2 44.7 3 6.08447 3 3-3 6
Yumagual 1 59.5 3 8.24322 3 3-3 6
Yumagual 2 42.5 3 1.85499 2 3-2 5
Yumagual 3 64.1 3 12.3976 3 3-3 6
Mujarrn 46 3 3.58565 2 3-2 5
Quilquian 19.5 1 0.146096 0 1-0 1
Cajamarca 1 78 5 58.6795 5 5-5 8
Cajamarca 2 61.8 3 20.5086 3 3-3 6
Celendn 1 24.5 1 0.783552 1 1-1 2
Celendn 2 59.5 3 7.5537 3 3-3 6
Celendn 3 18 1 0.137646 0 1-0 1
Rumiorco 3 24 1 1.59446 2 1-2 3
P. Latita 60 3 10.4829 3 3-3 6
Tual-Purhuay 1 35.5 3 1.56763 2 3-2 5
Tual-Purhuay 2 21 1 0.174172 0 1-0 1
Tual-Purhuay 3 35 2 3.63269 2 2-2 4
San Jos 1 18.3 1 0.193969 0 1-0 1
San Jos 2 18.5 1 0.230894 0 1-0 1
M. Dioritia 83 5 91.5636 5 5-5 8
Silif. 89 5 110.904 6 5-6 9
Arg. 12.8 1 0.10286 0 1-0 1
-
37
El resultado final es la definicin de 9 unidades geomecnicas adems de una unidad que
considera a los materiales inconsolidados (suelos):
Tabla 23: Distribucin de las Unidades Geomecnicas obtenidas.
UNIDAD
GEOMECNICA UNIDADES INGENIERILES
RANGO
DE GSI
RANGO DE
REA
(Has.)
PORC.
(%)
0 Dep. Laguanares, Aluviales y Coluviales - - 8343.56 45.84
1 Santa, Quilquian, Celendn 3, Tual-Purhuay 2,
San Jos 1, San Jos 2, Arg. >25 0-0.25 692.25 3.80
2 Carhuaz 1, Celendn 1 >25 0.25-1 463.27 2.55
3 Rumiorco 25-35 1-5 2044.73 11.23
4 Pariatambo 1, Tual-Purhuay 3 25-35 1-5 3396.96 18.66
5 Carhuaz 2, Inca 1, Inca 2, Chlec 1, Chlec 2,
Yumagual 2, Mujarrn, Tual-Purhuay 1 35-65 1-5 263.05 1.45
6
Chim 1, Chim 2, Farrat 1, Chlec 3,
Pariatambo 2, Yumagual 1, Yumagual 3,
Cajamarca 2, Celendn 2, P. Latita
35-65 5-25 2191.02 12.04
7 Farrat 2 65-75 25-50 2.41 0.01
8 Cajamarca 1, M. Diorita >75 50-100 592.85 3.26
9 Silif. >75 100-250 209.92 1.15
A continuacin se muestra mejor la distribucin de las reas de las unidades geomecnicas
obtenidas:
Figura 13: Distribucin de las reas se las unidades geomecnicas obtenidas.
45.84
3.80 2.55
11.23
18.66
1.45 12.04
0.01 3.26 1.15
PORCENTAJE (%) 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-
38
A continuacin se realiza la descripcin de cada unidad geomecnica obtenida, adems de
consejos para posibles proyectos que se piensen desarrollar sobre ellos.
4.4.1 Unidad 0
- Se sugiere realizar mayores estudios en esta unidad para poder caracterizarla
correctamente.
- Existe la necesidad de utilizar una nomenclatura y codificacin adecuada para poder
caracterizar los suelos del valle de Cajamarca que poseen en especial muchos bloques
y cantos rodados, los cuales no se acomodan bien dentro de las clasificaciones
convencionales de los sistemas SUCS y AASHTO.
- La importancia de estudiar los depsitos inconsolidados recae en la prevencin de
desastres naturales relacionados a ellos, como: derrumbes, avalanchas, flujos, etc.
Figura 14: Flujo de detritos en un depsito coluvial en el cerro Ronquillo.
4.4.2 Unidad 1
- Comportamiento: Isotrpico-Lineal (Material Mohr-Coulomb) por lo que debe
tratrselo como si fuera un suelo, mas no como macizo rocoso en s.
- Resistencia Global: En un material con una resistencia casi nula y se debe tener
cuidado al trabajar con l.
- Tipo de Rotura: Circular a travs del macizo.
- Mtodos de anlisis sugerido: Equilibrio lmite (Dobelas).
-
39
Figura 15: Unidad Ingenieril Tual-Purhuay 2 en el cerro Rosario Horco, ejemplo de la Unidad
Geomecncia 1.
4.4.3 Unidad 2
- Comportamiento: Isotrpico-Lineal (Material Mohr-Coulomb) por lo que debe
tratrselo como si fuera un suelo, mas no como macizo rocoso en s.
- Resistencia Global: En un material con una resistencia extremadamente dbil y se
debe tener cuidado al trabajar con l.
- Tipo de Rotura: Circular a travs del macizo.
- Mtodos de anlisis sugerido: Equilibrio lmite (Dobelas).
Figura 16: Unidad Ingenieril Carhuaz 1 en la quebrada Arenas, ejemplo de la Unidad
Geomecnica 2.
-
40
4.4.3 Unidad 3
- Comportamiento: Isotrpico-Lineal (Material Mohr-Coulomb) por lo que debe
tratrselo como si fuera un suelo, mas no como macizo rocoso en s.
- Resistencia Global: En un material con una resistencia muy dbil y se debe tener
cuidado al trabajar con l.
- Tipo de Rotura: Circular a travs del macizo.
- Mtodos de anlisis sugerido: Equilibrio lmite (Dobelas).
Figura 17: Unidad Ingenieril Rumiorco 3 en la carretera Cajamarca-Cumbemayo, nica unidad
de la Unidad Geomecnica 3.
4.4.3 Unidad 4
- Comportamiento: Transicin de Isotrpico-Lineal a Isotrpico Parablico (Material
Mohr-Coulomb/Hoek-Brown) por lo que se debe considerar tratarlo como ambos.
- Resistencia Global: En un material con una resistencia dbil y se debe tener cuidado al
trabajar con l.
- Tipo de Rotura: Circular a travs del macizo.
- Mtodos de anlisis sugerido: Equilibrio lmite (Dobelas) y Matemticos (Elementos
finitos, elementos de contorno).
-
41
Figura 18: Unidad Ingenieril Pariatambo 1 en el cerro Mojarrn, ejemplo de la Unidad
Geomecnica 4.
4.4.3 Unidad 5
- Comportamiento: Isotrpico Parablico (Material Hoek-Brown) por lo que se debe
tratarlo como un macizo rocosos muy blocoso.
- Resistencia Global: En un material con una resistencia muy dbil.
- Tipo de Rotura: Circular a travs de las discontinuidades del macizo.
- Mtodos de anlisis sugerido: Matemticos (Elementos finitos, elementos discretos).
Figura 19: Unidad Ingenieril Chlec 2 en la carretera Baos del Inca-La Encaada, ejemplo de la
Unidad Geomecnica 5.
-
42
4.4.3 Unidad 6
- Comportamiento: Isotrpico Parablico (Material Hoek-Brown) por lo que se debe
tratarlo como un macizo rocosos muy blocoso.
- Resistencia Global: En un material con una resistencia dbil.
- Tipo de Rotura: Circular a travs de las discontinuidades del macizo.
- Mtodos de anlisis sugerido: Matemticos (Elementos finitos, elementos de
contorno).
Figura 20: Unidad Ingenieril Pariatambo 2 en el Ro Urubamba, ejemplo de la Unidad
Geomecnica 6.
4.4.3 Unidad 7
- Comportamiento: Isotrpico Parablico-Anisotrpico (Material Hoek-
Brown/Anisotrpico), por lo que se debe tratarlo como un macizo rocosos blocoso.
- Resistencia Global: En un material con una moderada resistencia.
- Tipo de Rotura: Circular a travs de las discontinuidades, complejo a travs de las
discontinuidades.
- Mtodos de anlisis sugerido: Matemticos (Elementos Finitos, Elementos Discretos
Hbridos).
-
43
Figura 21: Unidad Ingenieril Farrat 2 en el cerro Condorpuuna, nico miembro de la Unidad
Geomecnica 7.
4.4.3 Unidad 8
- Comportamiento: Anisotrpico, por lo que se debe tratarlo como un macizo rocosos
masivo.
- Resistencia Global: En un macizo resistente.
- Tipo de Rotura: Planar, en cua y complejo a travs de las discontinuidades
- Mtodos de anlisis sugerido: Estereogrfico, Cinemtico, Matemticos (Elementos
discretos, Hbridos).
Figura 22: Unidad Ingenieril Cajamarca 1 en el cerro Lluspicaga, ejemplo de la Unidad
Geomecnica 8.
-
44
4.4.3 Unidad 9
- Comportamiento: Anisotrpico, por lo que se debe tratarlo como un macizo rocosos
masivo.
- Resistencia Global: En un macizo muy resistente.
- Tipo de Rotura: Planar, en cua y complejo a travs de las discontinuidades
- Mtodos de anlisis sugerido: Estereogrfico, Cinemtico, Matemticos (Elementos
discretos, Hbridos).
Figura 23: Unidad Ingenieril Silif. en el cerro Rumi Rumi, nica de la Unidad Geomecnica 9
-
45
CAPTULO V. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS
5.1 TRATAMIENTO ESTADSTICO
Las propiedades de la roca intacta de los 186 datos: Unidad Ingenieril, ( ), mi, GSI
(Directo, Cuantificacado y Promedio), RQD, Condiciones de las Discontinuidades
(Jcond.);