exploraciÓn geotÉcnica en el caserÍo de chamis
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C a j a m a r c a , M a r z o d e 2 0 1 3
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN
EL CASERÍO DE CHAMIS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA
ALUMNOS:
CERDÁN MUÑOZ, José Idonil
JARA VÁSQUEZ, Gilmer
MERLO PALOMINO, Richard
IZQUIERDO TANTA, Tony Jans
VALIENTE BRIONES, Freddy
ASESORADO POR:
ORLANDO BAZÁN SANTA CRUZ
GE
OT
EC
NIA
I
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA
GEOLÓGICA
GEOTECNIA I
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL
CASERÍO DE CHAMIS
ALUMNOS:
CERDÁN MUÑOZ, José Idonil
JARA VÁSQUEZ, Gilmer
MERLO PALOMINO, Richard
IZQUIERDO TANTA, Tony Jans
VALIENTE BRIONES, Freddy
ASESORADO POR:
ORLANDO BAZÁN SANTA CRUZ
Cajamarca, Marzo de 2013
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
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RESUMEN
El área de estudio se encuentra en el caserío de Chamis, distrito de Cajamarca, provincia de
Cajamarca, con una extensión de 8 km2 (800 ha). La zona de estudio presenta un relieve variado,
disectada por el río Manzanas, el río Cuschunga y el río Balconcillo. Está constituida
litológicamente por rocas clásticas de las Formaciones Inca y Farrat, por rocas no clásticas de las
Formaciones Chúlec, Pariatambo, Yumagual y el grupo Quilquiñan – Mujarrum, también se
encuentra rocas intrusivas del Intrusivo Chamis que están afectadas de alteración argílica a argílica
intermedia, y depósitos cuaternarios aluviales. La zona se encuentra influenciada por estructuras
geológicas como fallas regionales y locales a demás forma parte del sinclinal Chamis.
De acuerdo a sus propiedades geomecánicas la zona se ha diferenciado en cinco tipos de macizos, el
MACIZO I formado por materiales cuaternarios principalmente gravas, arenas y limos; el MACIZO
II formado por rocas clásticas de las Formaciones Farrat e Inca, presenta un RMR = 67 y GSI = 60
clasificándose como un macizo de buena calidad, el MACIZO III formado por rocas intrusivas,
dioritas, del intrusivo Chamis, presenta un RMR = 52 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de
regular calidad, el MACIZO IV formado por rocas no clásticas de las Formaciones Chimú,
Yumagual y el grupo Quilquiñan – Mujarrum, presenta un RMR = 69 y GSI = 65 clasificándose
como un macizo de buena calidad, y finalmente el MACIZO V formado por rocas no clásticas de la
Formación Pariatambo, presenta un RMR = 58 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de
regular calidad.
En la zona de estudio se ha identificado tres zonas con diferente inestabilidad tomando en cuenta, el
tipo de macizo rocoso según su calidad; la pendiente de la superficie; y la presencia de zonas de
debilidad, una zona de inestabilidad alta, caracterizada por depósitos cuaternarios y macizos rocosos
con baja a regular calidad donde se ha identificado hundimientos, deslizamientos y remociones de
masa. Otra zona de inestabilidad media, en macizos rocosos de buena calidad pero la pendiente de la
superficie muy inclinada que lo hace ser susceptible a remociones de masa. Y una zona de
inestabilidad baja principalmente por presentar bajas pendientes.
Se analizó la estabilidad de estructuras geotécnicas como: un talud de carretera en un macizo rocoso
obteniendo un factor de seguridad de 2.7 en condiciones normales y 1.2 en condiciones no drenadas
lo que indica un talud estable esto es por que dicho talud se encuentra en un macizo de buena
calidad y además los planos de estratificación buzan en dirección opuesta a la inclinación del talud.
Un talud de carretera en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 0.9 en
condiciones normales, una de las razones de inestabilidad es que el talud presenta una inclinación
muy empinada. Un muro de contención en el borde de la carretera, este muro es estable con un
factor de seguridad de 2.8. y finalmente se analizó la estabilidad en un muro de un puente construido
en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 1.7 sin considerar cargas
externas, y considerándolas el factor de seguridad es critico soportando tan solo 10 Kg/cm2.
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ABSTRACT
The study area is located in the hamlet of Chamis district Cajamarca, province Cajamarca, with an
area of 8 km2 (800 ha). The study area has a varied relief, dissected by the Manzanas river, the
Balconcillo river and the Cuschunga river. Lithologically consists of clastic rocks of the Formations
Inca and Farrat, not clastic rocks of the formations Chulec, Pariatambo, and Yumagual, and the
group Quilquiñan - Mujarrum, is also intrusive rocks of Intrusive Chamis are affected argillic
alteration to intermediate argillic, and Quaternary alluvial deposits. The area is influenced by
geological structures as local and regional faults also form part of the syncline Chamis.
According to their geomechanical properties area has differentiated into five types of solid, Mass I
mainly formed by Quaternary gravels, sands and silts, the Mass II composed of clastic rocks of
Formations Inca and Farrat presents a RMR = 67 and GSI = 60 classified as a mass good quality,
Mass III consisting intrusive rocks, diorite, the intrusive Chamis presents a RMR = 52 and GSI = 50
ranking as a mass of fair quality, Mass IV consists of rocks not clastic of the Formations Chimu,
Yumagual and the group Quilquiñan - Mujarrum presents a RMR = 69 and GSI = 65 classified as a
mass good quality, and finally the Mass V formed by not clastic rocks of Formation Pariatambo
presents a RMR = 58 and GSI= 50 classified as a mass regular quality.
In the study area has identified three areas with different instability taking into account the type of
rock mass by quality, the slope of the surface, and the presence of areas of weakness, an area of high
instability, characterized by Quaternary deposits and rock masses with low to medium quality
where the identified subsidence, landslides and mass removals. Another area of half instability in
good quality rock masses but the slope of the steep surface that makes it susceptible to mass
removals. And an area of low instability presents mainly low slopes.
We analyzed the stability of geotechnical structures such as a slope of road in a rock mass to obtain
a safety factor of 2.7 in normal and 1.2 in undrained conditions indicating a stable slope that is that
the slope is in a solid good quality and in addition dipping bedding planes in a direction opposite to
the inclination of the slope. A road slope quaternary material was obtained in which a safety factor
of 0.9 in normal conditions, one of the reasons for instability is that the batter has a very steep slope.
A retaining wall at the edge of the road, this wall is stable with a safety factor of 2.8. And finally
analyzed the stability of a wall of a bridge built in quaternary materials which scored a safety factor
of 1.7 without considering external loads, and considering the safety factor is critical supporting
only 10 Kg/cm2.
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INTRODUCCIÓN
Para desarrollar proyectos geotécnicos es indispensable tener conocimiento claro y preciso sobre las
disciplinas geológicas e ingenieriles y la integración de éstas dentro del área de estudio, además es
indispensable tener conocimiento previo de las características del terreno, su geología, estratigrafía,
geomorfología, geología estructural, etc.; y la tipología de las estructuras construidas o por
construir. Un Estudio Geotécnico deberá considerar todos los aspectos que aseguren una excelente
justificación del desarrollo del proyecto y puede tener los diferentes niveles del proyecto a ejecutar,
todas las fases un estudio Geotécnico son necesarias, la Recopilación de Información, la
Planificación de Actividades, el Reconocimiento del Terreno, y la Elaboración del Estudio
Geotécnico, pero esta última es la que mostrará el nivel y la calidad del trabajo realizado.
En este proyecto realizaremos un estudio geotécnico de una zona del caserío de Chamis, este
estudio es de carácter educativo y está encausado a mostrar las diferentes etapas y factores a tener en
cuenta en la realización de una exploración geotécnica de una determinada zona.
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CONTENIDO
RESUMEN .......................................................................................................................................... 2
ABSTRACT ........................................................................................................................................ 3
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 4
CONTENIDO ..................................................................................................................................... 5
CAPÍTULO I: METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN ............................................................ 8
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 8
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................................ 8
1.3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................ 8
1.4. OBJETIVOS ......................................................................................................................... 9
1.4.1. OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................... 9
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................. 9
1.5. METODOLOGÍA ................................................................................................................ 9
1.5.1. CAMPO ................................................................................................................................. 9
1.5.2. GABINETE .......................................................................................................................... 10
1.5.3. HERRAMIENTAS DE TRABAJO ..................................................................................... 10
CAPITULO II: MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 11
2.1. ROCK MASS RATING (RMR). ....................................................................................... 11
2.2. GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (GSI). .................................................................. 13
2.3. TALUD Y LADERAS ........................................................................................................ 14
2.4. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ............................................................ 14
2.4.1. MÉTODOS DE CÁLCULO EN DEFORMACIONES ........................................................ 14
2.4.2. MÉTODOS DE EQUILIBRIO LÍMITE .............................................................................. 14
2.4.2.1. Métodos exactos ................................................................................................................. 14
2.4.2.2. Métodos no exactos ............................................................................................................ 15
2.5. MODELOS DE ROTURA DE ROCAS ............................................................................ 16
2.5.1. ROTURA PLANAR ............................................................................................................ 16
2.5.1.1. Análisis de estabilidad en rotura planar .............................................................................. 17
2.5.2. ROTURA POR CUÑAS ...................................................................................................... 18
2.5.2.1. Geometría de la rotura por cuñas ........................................................................................ 18
CAPITULO III: ASPECTOS GENERALES ................................................................................ 19
3.1. UBICACIÓN ...................................................................................................................... 19
3.1.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA. ............................................................................................ 19
3.1.2. UBICACIÓN POLÍTICA. ................................................................................................... 19
3.2. ACCESIBILIDAD ............................................................................................................. 21
3.3. CLIMA Y VEGETACIÓN ................................................................................................ 22
3.3.1. CLIMA ................................................................................................................................. 22
3.3.2. PRECIPITACIÓN ................................................................................................................ 23
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6
3.3.3. TEMPERATURA ................................................................................................................ 23
3.3.4. HUMEDAD RELATIVA .................................................................................................... 25
3.3.5. VEGETACIÓN .................................................................................................................... 25
3.4. TRABAJOS PREVIOS ...................................................................................................... 25
CAPITULO IV: DESCRIPTORES GEOLÓGICOS ................................................................... 26
4.1. GEOMORFOLOGÍA ........................................................................................................ 26
4.1.1. TOPOGRAFÍA .................................................................................................................... 26
4.1.2. ELEMENTOS DEL RELIEVE ............................................................................................ 27
4.1.2.1. Drenaje ................................................................................................................................ 27
4.1.2.2. Superficies de erosión ......................................................................................................... 28
4.1.2.3. Valles .................................................................................................................................. 28
4.1.2.4. Terrazas .............................................................................................................................. 29
4.1.2.5. Colinas ................................................................................................................................ 29
4.1.2.6. Laderas ................................................................................................................................ 30
4.1.3. PROCESOS MORFOLÓGICOS ......................................................................................... 30
4.1.3.1. Cárcavas .............................................................................................................................. 30
4.1.3.2. Remoción de masas ............................................................................................................ 31
4.2. HIDROLOGÍA E HIDROGEOLOGÍA ........................................................................... 32
4.3. LITOLOGÍA ...................................................................................................................... 33
4.3.1. FORMACIÓN FARRAT ..................................................................................................... 33
4.3.2. FORMACIÓN INCA ........................................................................................................... 35
4.3.3. FORMACIÓN CHÚLEC ..................................................................................................... 37
4.3.4. FORMACIÓN PARIATAMBO .......................................................................................... 39
4.3.5. FORMACIÓN YUMAGUAL.............................................................................................. 41
4.3.6. GRUPO QUILQUIÑAN – MUJARRUM ............................................................................ 41
4.3.7. INTRUSIVO CHAMIS ........................................................................................................ 42
4.3.8. DEPÓSITOS CUATERNARIOS ........................................................................................ 42
4.4. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL ........................................................................................ 43
4.4.1. SINCLINAL ......................................................................................................................... 43
4.4.2. MICROPLIEGUES .............................................................................................................. 44
4.4.3. FALLAS ............................................................................................................................... 45
4.4.3.1. Fallas normales ................................................................................................................... 45
4.4.3.2. Falla de dirección ................................................................................................................ 45
4.4.3.3. Fracturas en cuña ................................................................................................................ 46
4.4.4. DIACLASAS ....................................................................................................................... 46
CAPITULO V: DESCRIPTORES GEOTÉCNICOS ................................................................... 50
5.1. CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS ...................................................... 50
5.1.1. MACIZO I ............................................................................................................................ 50
5.1.2. MACIZO II .......................................................................................................................... 53
5.1.2.1. Caracterización de la matriz rocosa .................................................................................... 53
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5.1.2.2. Descripción de las discontinuidades ................................................................................... 54
5.1.2.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso ................................................................... 61
5.1.2.4. Determinación de propiedades geomecánicas .................................................................... 63
5.1.3. MACIZO III ......................................................................................................................... 64
5.1.3.1. Caracterización de la matriz rocosa .................................................................................... 64
5.1.3.2. Descripción de las discontinuidades ................................................................................... 65
5.1.3.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso ................................................................... 72
5.1.3.4. Determinación de propiedades geomecánicas .................................................................... 74
5.1.4. MACIZO IV ......................................................................................................................... 75
5.1.4.1. Caracterización de la matriz rocosa .................................................................................... 75
5.1.4.2. Descripción de las discontinuidades ................................................................................... 76
5.1.4.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso ................................................................... 83
5.1.4.4. Determinación de propiedades geomecánicas .................................................................... 85
5.1.5. MACIZO V .......................................................................................................................... 86
5.1.5.1. Caracterización de la matriz rocosa .................................................................................... 86
5.1.5.2. Descripción de las discontinuidades ................................................................................... 87
5.1.5.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso ................................................................... 94
5.1.5.4. Determinación de propiedades geomecánicas .................................................................... 96
5.2. IDENTIFICACIÓN DE ÁREAS INESTABLES ............................................................. 97
5.2.1. ZONAS CON INESTABILIDAD ALTA ............................................................................ 97
5.2.2. ZONAS CON INESTABILIDAD MEDIA .......................................................................... 98
5.2.3. ZONAS CON INESTABILIDAD BAJA ............................................................................. 99
5.3. ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS GEOTÉCNICAS........................................................ 99
5.3.1. TALUD DE CARRETERA EN MACIZO ROCOSO ........................................................ 100
5.3.2. TALUD DE CARRETERA EN MATERIAL CUATERNARIO ...................................... 101
5.3.3. MURO DE CONTENCIÓN ............................................................................................... 103
5.3.4. MUROS DE UN PUENTE ................................................................................................. 104
CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 106
RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 108
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 109
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
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CAPÍTULO I: METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El caserío de Chamis presenta problemas de inestabilidad, mostrando erosión de las laderas,
deslizamientos y paleodeslizamientos en los flancos de la microcuenca del río manzanas, principal
dren de la zona, además se observan escarpes de falla y gritas de tracción que indican actividad
geodinámica resiente, los deslizamientos en esas zonas ponen en peligro constante a la población,
afectado tanto terrenos de cultivo, viviendas y las vías de acceso, vulnerando de esta manera la
productividad y calidad de vida. Realizar una exploración geotécnica en la zona nos permitirá
identificar y analizar la inestabilidad tanto del terreno, taludes, laderas en diferentes condiciones
como de las estructuras construidas, mediante descriptores geológicos y geotécnicos; y poder
definir los factores condicionantes de dicha inestabilidad, con lo que se podrá sugerir algunas
medidas de solución.
1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cuáles son las características geotécnicas que presenta el caserío de Chamis y cuales son los
factores que fomentan la inestabilidad en dicha zona?
1.3. JUSTIFICACIÓN
El estudio abarca realizar el cartografiado geológico, geomorfológico y geomecánico, la
caracterización del macizo rocoso y analizar los factores condicionantes de la inestabilidad que
presenta la zona, de allí su importancia ya que ayuda a calificar las zonas que presentan riesgos
geológicos; los que pueden afectar a la población del área de estudio y las zonas de influencia.
Además el estudio puede contribuir como antecedente para posteriores estudios de mayor
envergadura, en los que se requiera analizar el macizo rocoso y las condiciones de inestabilidad.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
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1.4. OBJETIVOS
1.4.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar las características geotécnicas que presenta el caserío de Chamis mediante
descriptores geológicos y geotécnicos y definir los factores que fomentan la inestabilidad en
dicha zona.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Identificar descriptores geológicos como: unidades geomorfológicas, hidrológicas e
hidrogeológicas.
Realizar el cartografiado geológico, reconociendo las unidades litoestratigráficas y las
estructuras geológicas.
Identificar los descriptores geotécnicos y realizar la caracterización geomecánica teniendo en
cuenta los parámetros del RMR de Bieniawski y GSI de Hoek y Brown
Determinar las propiedades geomecánicas utilizando el software RocLab
Realizar el análisis de estabilidad de los taludes y laderas calculando el factor de seguridad
mediante el software Slide
Realizar el análisis de las estructuras construidas en la zona utilizando el paquete Geostru.
1.5. METODOLOGÍA
El trabajo consistió en dos etapas cíclicas, una etapa de campo en la que se realizó la toma de datos
y una de gabinete para el procesamiento de dichos datos.
1.5.1. CAMPO
Cartografiado geológico y estructural, usando brújula, determinando el Dip y DD de las
estructuras y formaciones presentes en la zona de estudio.
Recolección de datos geomecánicos utilizando un formato establecido.
Caracterización geomecánica en campo mediante el GSI.
Descripción de los taludes tomado su propiedades geométricas.
Descripción de estructuras construidas midiendo sus dimensiones.
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1.5.2. GABINETE
Elaboración de los planos Geológico, Geomecánico y Geodinámico
Evaluación geomecánica en base a los resultados.
- Rock Mass Rating ( Bieniawski 1989)
- Geological Strength Index (Hoek & Brown 2002)
Determinación de las propiedades geomecánicas utilizando el software RocLab.
Evaluación de estabilidad y determinación del factor de seguridad en taludes utilizando el
software Slide.
Evaluación de estabilidad de las estructuras construidas en la zona utilizando el paquete
Geostru.
1.5.3. HERRAMIENTAS DE TRABAJO
Se ha utilizado las herramientas necesarias para un estudio geológico y geotécnico.
Picota
Brújula brunton
Plano topográfico y geológico de la zona
Lupa de 20x
Acido clorhídrico al 20%
Libreta de campo
Protactor
Colores
GPS
Cámara fotográfica
Formato para la recopilación de datos geomecánicos
Otros
Materiales para Campo Para Gabinete y Laboratorio
Tablero
Libreta de Campo
Colores, lápiz y borrador
GPS
Picota
Protactor ( 1: 10 000)
Cámara fotográfica
Lupa de 10X y 20X
Flexómetro ( 3–5 m)
Wincha ( 50 m)
Plumón indeleble.
Laptop HP
Microsoft Word 2007
Microsoft Excel 2007
ArcGIS 9.3
Google Earth
Internet Explorer
Impresora
Plotter HP
Papel Bond
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
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CAPITULO II: MARCO TEÓRICO
2.1. ROCK MASS RATING (RMR).
El RMR, introducido por Bieniawski 1976, es posiblemente la clasificación geomecánica más usada,
inicialmente pensado para valorar la estabilidad y los soportes requeridos en túneles, ha resultado ser
apto también para la valoración de la estabilidad en taludes. El RMR es una clasificación
geomecánica, en la que se tienen en cuenta los siguientes parámetros del macizo rocoso:
(1) Resistencia del material intacto que se obtiene mediante ensayo de carga puntual o compresión
simple.
(2) RQD.
(3) Espaciado de las discontinuidades, hace referencia a la longitud entre discontinuidades dentro de
la zona a estudio.
(4) Condición de las discontinuidades, que incluye:
i. Longitud de la discontinuidad
ii. Abertura
iii. Rugosidad
iv. Relleno
v. Alteración
(5) Presencia de agua subterránea
A cada uno de los parámetros anteriores se le asigna un valor, el RMR se obtiene como la suma de
todos ellos.
RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5)
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
12
Tabla 1. Parámetros de calificación para determinar el RMR (Bieniawski 1989)
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
13
2.2. GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (GSI).
El GSI es un sistema para la estimación de las propiedades geomecánicas del macizo rocoso a partir
de observaciones geológicas de campo.
Las observaciones se basan en la apariencia del macizo a nivel de estructura y a nivel de condición
de la superficie. A nivel de estructura se tiene en cuenta el nivel de alteración que sufren las rocas, la
unión que existe entre ellas, que viene dada por las formas y aristas que presentan, así como de su
cohesión. Para las condiciones de la superficie, se tiene en cuenta si ésta está alterada, si ha sufrido
erosión o que tipo de textura presenta, y el tipo de recubrimiento existente.
Una vez realizadas las observaciones se escoge en la siguiente tabla la situación que más se acerca a
la realidad del macizo a estudio, obteniendo de esta forma, el valor del GSI
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
14
2.3. TALUD Y LADERAS
Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto de la horizontal que hayan de adoptar
permanentemente las estructuras de tierra. No hay duda que el talud constituye una estructura
compleja de analizar debido a que en su estudio coinciden los problemas de mecánica de suelos y de
mecánica de rocas, sin olvidar el papel básico que la geología aplicada desempeña en la formulación
de cualquier criterio aceptable.
Cuando el talud se produce en forma natural, sin intervención humana, se denomina ladera natural o
simplemente ladera. Cuando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes
artificiales, según sea la génesis de su formación; en el corte, se realiza una excavación en una
formación térrea natural (desmontes), en tanto que los taludes artificiales son los lados inclinados de
los terraplenes.
2.4. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD
Los métodos de cálculo para analizar la estabilidad de un talud se pueden clasificar en dos grandes
grupos:
2.4.1. MÉTODOS DE CÁLCULO EN DEFORMACIONES
Consideran en el cálculo las deformaciones del terreno además de las leyes de la estática. Su
aplicación práctica es de gran complejidad y el problema debe estudiarse aplicando el
método de los elementos finitos u otros métodos numéricos.
2.4.2. MÉTODOS DE EQUILIBRIO LÍMITE
Se basan exclusivamente en las leyes de la estática para determinar el estado de equilibrio de
una masa de terreno potencialmente inestable. No tienen en cuenta las deformaciones del
terreno. Suponen que la resistencia al corte se moviliza total y simultáneamente a lo largo de
la superficie de corte.
Se pueden clasificar a su vez en dos grupos:
2.4.2.1. Métodos exactos
La aplicación de las leyes de la estática proporciona una solución exacta del problema con la
única salvedad de las simplificaciones propias de todos los métodos de equilibrio límite
(ausencia de deformaciones, factor de seguridad constante en toda la superficie de rotura,
etc.). Esto sólo es posible en taludes de geometría sencilla, como por ejemplo la rotura planar
y la rotura por cuñas.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
15
2.4.2.2. Métodos no exactos
En la mayor parte de los casos la geometría de la superficie de rotura no permite obtener una
solución exacta del problema mediante la única aplicación de las leyes de la estática. El
problema es hiperestático y ha de hacerse alguna simplificación o hipótesis previa que
permita su resolución.
Se pueden considerar así los métodos que consideran el equilibrio global de la masa
deslizante, hoy en desuso, y los métodos de las dovelas o rebanadas, que consideran a la
masa deslizante dividida en una serie de fajas verticales.
Los métodos de las dovelas o rebanas pueden clasificarse en dos grupos:
· Métodos aproximados: no cumplen todas las ecuaciones de la estática. Se pueden
citar por ejemplo los métodos de Fellenius, Janbu y Bishop simplificado.
· Métodos precisos o completos: cumplen todas las ecuaciones de la estática. Los más
conocidos son los de Morgenstern-Price, Spercer y Bishop riguroso.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
16
2.5. MODELOS DE ROTURA DE ROCAS
2.5.1. ROTURA PLANAR
Se llama rotura planar o plana a aquella en la que el deslizamiento se produce a través de una
única superficie plana.
Es la más sencilla de las formas de rotura posibles y se produce cuando existe una
fracturación dominante en la roca y convenientemente orientada respecto al talud.
Frecuentemente se trata de fallas que interceptan al talud.
También puede producirse en terrenos granulares en los que, entre dos terrenos de buenas
características resistentes, se intercala un estrato de poco espesor de material con menos
resistencia.
Este tipo de rotura no es muy frecuente, ya que deben darse las dos condiciones siguientes:
· Los rumbos o trazas horizontales del plano del talud y del plano de deslizamiento deben
ser paralelos o casi paralelos, formando entre sí un ángulo máximo de 20º.
· Los límites laterales de la masa deslizante han de producir una resistencia al deslizamiento
despreciable.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
17
2.5.1.1. Análisis de estabilidad en rotura planar
En el caso de rotura planar el factor de seguridad FS se obtiene de forma directa como cociente entre
las fuerzas que tienden a producir el movimiento y las fuerzas resistentes del terreno que se oponen
al mismo, proyectadas todas según la dirección del plano de rotura. Al calcular FS de esta manera,
se supone implícitamente constante a lo largo de toda la superficie de rotura, lo cual se acepta a
pesar de no ser estrictamente cierto.
En el caso más general, se considera que el plano de deslizamiento se encuentra limitado en su parte
superior por una grieta de tracción, que se puede suponer plana, total o parcialmente llena de agua.
En el plano de rotura aparecen unas presiones intersticiales que dependen de la situación de la línea
de saturación y de las características del terreno.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
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2.5.2. ROTURA POR CUÑAS
Se denomina rotura por cuña, aquella que se produce a través de dos discontinuidades
oblicuamente a la superficie del talud, con la línea de intersección de ambas aflorando en la
superficie del mismo y buzando en sentido desfavorable.
Este tipo de rotura se origina preferentemente en macizos rocosos en los que se da una
disposición adecuada, en orientación y buzamiento de las diaclasas.
2.5.2.1. Geometría de la rotura por cuñas
Si proyectamos el plano del talud y las discontinuidades en una proyección semiesférica
equiareal de Schmidt, la disposición típica de los casos en que es posible este tipo de rotura,
es como el que aparece en la figura adjunta. En ella se aprecian dos familias de
discontinuidades de rumbos oblicuos respecto al del talud, quedando el rumbo de éste
comprendido entre los de las familias de discontinuidades.
La dirección de deslizamiento es la de la intersección de las dos familias de discontinuidades
y ha de tener menos inclinación que el talud.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
19
CAPITULO III: ASPECTOS GENERALES
3.1. UBICACIÓN
3.1.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA.
Geográficamente La presente zona de estudio se encuentra localizada en la parte Nor-
Occidental de los andes peruanos.
Figura 1. Imagen satelital de la zona de estudio
3.1.2. UBICACIÓN POLÍTICA.
Departamento: Cajamarca
Provincia: Cajamarca
Distrito: Cajamarca.
Caserío: Chamis
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
20
El área de estudio se encuentra en el caserío de Chamis, con una extensión de 8 km2 (800 ha),
ubicada en la zona 17S, de coordenadas UTM (WGS 84):
Tabla: Vértices del área de estudio.
VERTICE NORTE ESTE
V1 9 212000 770 000
V2 9 208 000 770 000
V3 9 208 000 768 000
V4 9 212 000 768 000
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21
3.2. ACCESIBILIDAD
El acceso principal hacia la zona de estudio es la carretera afirmada Cajamarca – Chamis la cual
cruza prácticamente toda el área con una dirección NW.; de dicha carretera parten caminos de
herradura dirigidos a los diferentes lugares de la zona, los cuales utilizamos para recorrer la zona
durante el estudio.
Figura 2. Carretera sin asfaltar a Chamis
Caminos de herradura
Podemos citar los diferentes caminos de herradura y pequeños caminos que son utilizados por los
pobladores del lugar, para desplazarse de un lugar a otro, que van tanto al caserío de Chamis como
a Cajamarca, los cuales al igual que las diferentes carreteras, han sido de mucha utilidad para
efectuar de manera aceptable el trabajo de campo respectivo.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
22
3.3. CLIMA Y VEGETACIÓN
3.3.1. CLIMA
En la ciudad de Cajamarca y alrededores el clima es seco, templado y soleado durante el día,
refrigerando en la noche.
Temperatura media anual: 13.5ºC (máxima media: 20.4º C y mínima media: 6.6ºC).Estación
de lluvias intensas: diciembre a marzo. Las lluvias determinan durante el año dos estaciones:
La seca, que corresponde al otoño e invierno en el hemisferio sur y en la costa peruana, de
intenso sol, bastante templado durante el día y refrigerado en las noches, se presenta durante
los meses de mayo a septiembre; mientras que la temporada de lluvias, pertenece al verano
costeño y del mismo hemisferio, se da en los meses de julio y agosto.
Tabla 2. El Clima En Cajamarca
Figura 3. Clima en Chamis
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
23
3.3.2. PRECIPITACIÓN
La parte alta de la microcuenca del río manzanas, está ubicado entre los 3,000 y 3,900
m.s.n.m., y aun cuando no existe una estación meteorológica en estos lugares, podemos
estimar una precipitación similar a la zona de Porcón que tiene una precipitación entre 1000
a 1280 milímetros al año, diferenciándose una época seca (junio – octubre) y lluviosa
(noviembre – abril).
Figura 4. Precipitaciones durante el año
Fuente: www.clima.geocdel.com
3.3.3. TEMPERATURA
La temperatura de estas áreas, está alrededor de los 10 ºC. En promedio, aun cuando en
épocas secas la temperatura desciende a menos 4 ºC. Sobre todo en las madrugadas; las
temperaturas máximas pueden llegar de 14º a 16 ºC.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
24
Figura 5. Rangos de temperatura en Cajamarca
Fuente: www.clima.geocdel.com
Figura 6. temperatura en el mes de febrero-2013
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
25
3.3.4. HUMEDAD RELATIVA
En la época de lluvia (octubre a marzo), generalmente están cubiertas de neblina a partir de
las 3 a 4 de la tarde, sobre todo en la parte de Sexemayo, Cushunga y Carhuaquero. La
humedad relativa es muy baja en la época de sequía (Junio a Setiembre), pudiendo ser en
algunos casos menos del 30 % y muy alta en la época de lluvia, que puede llagar hasta 98 %
cuando la neblina es permanente.
3.3.5. VEGETACIÓN
Con una vegetación de plantas silvestres, árboles y arbustos, eucaliptos, pinos, entre otros. El
uso de la tierra se desarrolla una agricultura temporal (en época de lluvia), en donde se
suelen sembrar maíz, papa, legumbres, principales en la alimentación de la población, entre
otros, se encuentran también el sembrío de alfalfa y forraje, esenciales en la alimentación del
ganado, etc.
Figura 7. Vegetación en Chamis
3.4. TRABAJOS PREVIOS
La zona ha sido estudiada anteriormente por:
Luis Reyes Rivera, 1980; Boletín Nº 31 – serie A ”Geología de los cuadrángulos de
Cajamarca, San Marcos y Cajabamba” – INGEMMET
Recursos Hídricos y Manuales Jequetepeque INVENTARIO DE FUENTES DE AGUAS
SUBTERRÁNEAS EN EL VALLE JEQUETEPEQUE – CHAMÁN.
http//:www.inrena.gob.pe
Gilberto Cruzado Vásquez, 2009; “Gestión del riesgo frente a la amenaza de deslizamientos
(zona de urubamba, corisorgona y ronquillo)” - CARE
Alumnos de la escuela académica profesional de Ingeniería Geológica.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
26
CAPITULO IV: DESCRIPTORES GEOLÓGICOS
4.1. GEOMORFOLOGÍA
La zona de estudio presenta un relieve variado, con pendiente bajas al norte y mayores
pendientes al sur.
Se distinguen valles en V, con laderas empinadas, y cubriendo el basamento rocoso la presencia
de suelos orgánicos, es decir recubiertos por depósitos cuaternarios principalmente aluviales,
productos de la erosión.
Figura 8. Geomorfología del área de estudio (amarillo: pendientes bajas, rojo : pendientes altas)
4.1.1. TOPOGRAFÍA
La zona de estudio presenta un relieve muy accidentado que es correspondiente a la cordillera
occidental de los andes peruanos, consta al Norte y Noroeste con una pendiente de 0-20º y en
las partes bajas (Sureste) con una pendiente más empinada de 15-40º al flanco derecho del rio
Cuschunga aguas abajo, donde se observa la mayor concentración de depósitos cuaternarios
como son eluviales y Coluviales, indicando que los procesos de meteorización y erosión tienen
un efecto medianamente importante en la zona.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
27
4.1.2. ELEMENTOS DEL RELIEVE
4.1.2.1. Drenaje
En esta área predomina el drenaje de tipo dendrítico especialmente en el material
sedimentario. Estos drenajes cuentan con agua en la mayoría de los casos, en épocas de
lluvia, por lo que el resto del año sucede lo contrario. Estos pequeños drenajes son afluentes
de los ríos antes mencionados los cuales llevan sus aguas al río Marañón.
En la zona es común encontrar drenajes en formación (Cárcavas) y quebradas que ayudan a
drenar el curso del agua en época de lluvias. Predominando la erosión de fondo provocando
deslizamientos y desplomes de algunas zonas frágiles.
Dentro de la zona de estudio se localizan 3 ríos principales: Río Manzanas (con dirección W-
E), el río Cuschunga (con dirección WNW-ESE), y el río Balconsillo (con dirección SW-
NE).
El comportamiento del Río Manzanas tienen mayormente una dinámica fluvial representada
por la sedimentación de materiales gruesos hasta arenas finas dentro de sus cauces .En
cambio los ríos Cuschunga y Balconcillo son mayormente erosivos tanto de fondo como
lateral, transportando materiales gruesos y finos en temporadas de lluvias, transportando el
material con gran velocidad hasta la unión con el río Manzanas.
Figura 9. Depositación de gravas del cauce del rio Balconsillo y la formación de la terraza fluvial.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
28
4.1.2.2. Superficies de erosión
Se considera la existencia de una sola superficie de erosión siguiendo los niveles
topográficos comprendidos entre los 3200-3400 msnm, generada por procesos de flujo de las
aguas de escorrentía y a su vez controlado principalmente por la composición litológica.
Figura 10. Superficie de erosión 3200 - 3400 msnm
4.1.2.3. Valles
La zona presenta principalmente valles con perfil transversal en V, originados por los ríos
Manzanas, Cuschunga y Balconsillo. Estos valles son típicos de una zona con evolución
geomorfológica joven.
Figura 11. Laderas con una pendiente promedio de 40° y valle joven tipo V
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
29
4.1.2.4. Terrazas
Las terrazas encontradas en la zona de estudio son del tipo aluviales y fluviales,
principalmente como producto de la acción fluvial del rio Manzanas y el río Balconsillo.
Figura 12. Terraza aluvial en la zona de estudio
4.1.2.5. Colinas
En la zona de estudio encontramos colinas subredondeadas con una pendiente de 10-40°.
Figura 13. Colina con superficie redondeada, debido a la escorrentía superficial.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
30
4.1.2.6. Laderas
La zona presenta laderas desde moderadamente inclinadas hasta laderas empinadas.
Figura 14. Laderas en la zona de estudio, en amarillo laderas moderadamente inclinadas, en rojo laderas empinadas
4.1.3. PROCESOS MORFOLÓGICOS
La erosión y meteorización en la zona de estudio se presenta de manera anisotrópica, en la
parte sur se presenta con mayor intensidad produciendo pendientes mas abruptas mientras que
hacia el norte no es muy intensa produciendo pendientes mas homogéneas y medos
inclinadas.
4.1.3.1. Cárcavas
Estructura reconocida por que permite el paso del agua y ésta por su poder erosivo va
socavando la superficie del terreno, pero en grandes dimensiones; solo presenta flujo de agua
en época lluviosa.
Figura 15. Cárcavas en la zona de estudio
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
31
4.1.3.2. Remoción de masas
Dentro del área de estudio se evidenciaron deslizamientos a lo largo principalmente de las
formaciones Chúlec y Pariatambo, y en depósitos cuaternarios, Lo que nos indica que la zona
de estudio se encuentra en un alto riesgo geológico.
Figura 16. Remoción de masas producido recientemente en la zona de estudio
Figura 17. Deslizamiento en la zona de estudio
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
32
4.2. HIDROLOGÍA E HIDROGEOLOGÍA
La zona evaluada pertenece a la cuenca del río Tres río, incluye tres importantes sub-cuencas, el río
Manzanas, el río Cuschunga y el río Balconcillo, que son de segundo orden según el sistema de
Horton, cuyos afluentes son quebradas que en épocas de estiaje permanecen secas. Estos ríos son
afluentes de la cuenca del río Tres Ríos.
La influencia hidrogeológica depende la precipitación, en el mes de febrero de este año la
precipitación máxima en la zona llegó hasta 3.5 mm.
En la zona se cuenta con una laguna, “Laguna Mataracocha”, que es una superficie libre e influye en
la evapotranspiración que se presenta.
Figura 18. Precipitación del mes de febrero de 2013
Figura 19. Laguna Mataracocha, influye en la evapotranspiración de la zona.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
33
4.3. LITOLOGÍA
La diferente litología que se presenta en la zona interviene en el comportamiento geotécnico, puesto
que se encuentra rocas clásticas de la Formación Farrat y la Formación Inca, y rocas no clásticas de
las Formaciones Chulec, Pariatambo, Yumagual y Quilquiñan-mujarrum.
4.3.1. FORMACIÓN FARRAT
Se diferencia por su alta resistencia a la erosión, esta formada por estratos de gran espesor de
areniscas blancas y algunos paquetes finos de lutitas en su base y algunos horizontes de
limolitas en el centro. Esta formación es de edad Aptiana – Cretáceo inferior. Presentan un
rumbo y buzamiento promedio de S70°W-30°SW.
Su alta resistencia le permite ser más estable frente a procesos geodinámicos. Y su alta
porosidad y permeabilidad le dan característica de una unidad geológica propicia para
comportarse como acuífero.
Figura 20. Areniscas blancas de la Formación Farrat.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
34
Tabla 3. Columna Estratigráfica de la Formación Farrat
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
35
4.3.2. FORMACIÓN INCA
Esta unidad es basal de la trasgresión albiana. Está ampliamente distribuida en el área de
Cajamarca, teniendo su localidad típica en los Baños del Inca donde tiene 75m de grosor
aproximadamente. En el área de estudio presenta 50m de espesor. Consiste en lutitas
ferruginosas, generalmente gris pardo con intercalaciones de limolitas, también pardo
amarillentas, y algunos horizontes de areniscas calcáreas. Hidrogeológicamente puede
comportarse como acuitado por la poca permeabilidad que presentan.
Figura 21. Formación Inca, color rojizo característico para su reconocimiento en campo
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
36
Tabla 4. Columna Estratigráfica de la Formación Inca
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
37
4.3.3. FORMACIÓN CHÚLEC
Esta formación se distingue claramente por su constitución litológica de calizas, calizas
arenosas, que ocurren en estratos gruesos de 20 cm a 1 m de espesor y margas beigs,
usualmente están intercaladas con capas de lutitas pardas y en ocasiones con lutitas grises
oscuras. La formación chúlec es diferenciable por su coloración crema en superficie y por su
menor resistencia a la erosión, se estima su espesor entre 600-800 m.
En la zona encontramos a la la Fm. Chúlec conformada por intercalación de calizas con lutitas
pardo amarillentas. Cerca del contacto con el intrusivo Chamis se encuentra marmolizada.
Es una unidad muy fosilífera, conteniendo ejemplares de. Knemiceras, Parangonceras.
Exogyras y bivalvos muy abundantes.
Figura 22. Calizas nodulares de la Formación Chulec.
Figura 23. Caliza marmolizada, serca al contacto con el intrusivo Chamis
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
38
Tabla 5. Columna estratigráfica de la Formación Chulec
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
39
4.3.4. FORMACIÓN PARIATAMBO
El área consiste de una alternancia de lutitas con lechos delgados de calizas bituminosas
negruzcas, es- tratos calcáreos con nódulos silíceos y dolomíticos, con un característico olor
fétido al fracturarlas.
La formación Pariatambo yace concordantemente sobre la formación Chúlec e infrayace, con
suave discordancia a la formación Yumagual.
En el techo de esta Formación se encuentra un horizonte de chert, que ayuda a diferenciarla
en campo.
Pariatambo es muy fosilífera, conteniendo ejemplares de Brancoceras. Lyelliceras,
Oxytropidoceras, además de bivalvos y crinoides. Su edad ha sido determinada como del
Albiano medio. Su espesor promedio en la zona de estudio es de 250m presentándose una
intercalación de lutitas, margas y calizas en estratos delgados.
Figura 24. Lutitas grises intercaladas con Calizas de la Formación Pariatambo
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
40
Figura 25. Horizonte de Chert, en el tope de la Formacion Pariatambo
Tabla 6. Columna Estratigráfica de la Formación Pariatambo.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
41
4.3.5. FORMACIÓN YUMAGUAL
Suprayace con leve discordancia a la formación Pariatambo con un ángulo entre 8° - 12°. Está
conformada por una secuencia de 3 facies diferenciadas litológicamente.
Debido a las características litológicas identificadas; conformada básicamente por calizas y
algunas facies fosilíferas nos permite relacionar su ambiente de sedimentación que
correspondiendo a una plataforma marina.
Figura 26. Calizas intercaladas con lutitas de la Formación Yumagual
4.3.6. GRUPO QUILQUIÑAN – MUJARRUM
Presenta un espesor variable de 300 – 350 m, consiste calizas pardas masivas tipo de gran
dureza, en estratos potentes de 0.70 – 2 m.
Figura 27. Calizas del Grupo Quilquiñan – Mujarrum
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
42
4.3.7. INTRUSIVO CHAMIS
Es un intrusivo dioritico, en la zona de estudio se encuentra alterado, con una alteración argílica a
argílica intermedia, presentando principalmente, caolinita y montmorillonita, que se sobreimpone a
una alteración potásica. En zonas de Stockwork se pueden identificar hasta tres familias de venillas,
venillas primarias del tipo A que Son irregulares, discontinuas y sinuosas rellenadas con magnetita,
cuarzo y pirita. Venillas del tipo B Son continuas, planares, con caras paralelas y normalmente con
algún bandeamiento interno, Constituidas por cuarzo de grano grueso, sulfatos se presentan en el
eje (centro) de estas venillas y en bandas irregulares paralelas a las paredes. Y finalmente venillas
del tipo D, son más tardías y más gruesas rellenadas por sílice.
Figura 28. Afloramiento de Dioritas con alteración argílica
4.3.8. DEPÓSITOS CUATERNARIOS
Son principalmente depósitos aluviales que cubren la zona, compuestos por gravas subredondeas en
una matriz de arena y limos.
Figura 29. Depósito aluvial
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
43
4.4. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL
El área estudiada pertenece a una zona paratectónica; como estructura principal tenemos al sinclinal
Chamis, que representa la deformación dúctil, además se presenta deformación frágil evidenciada
por la presencia de fallas de dirección que han sido utilizados por los agentes meteóricos para
formar los causes de los ríos. A continuación describimos las estructuras encontradas:
4.4.1. SINCLINAL
La zona es intersectada por el eje del sinclinal Chamis con una dirección SE-NW cuya
formación se le atribuye al segundo movimiento del Ciclo Andino que se habría dado en el
Terciario Superior caracterizado por un régimen compresivo controlado por esfuerzos con
dirección SW-NE, además como se observa en la proyección estereográfica utilizando el
software Dips, el eje de éste sinclinal posee un plunge de 12° en dirección NW lo que nos
muestra que habría sido afectado por un levantamiento epirogenético que sería el cuarto
movimiento del Ciclo Andino producido en el Mio-Plioceno.
De todos los datos tomados en campo, utilizando la proyección estereográfica, se ha
determinado los planos mayores, con lo que se obtuvo la inclinación y dirección de inclinación
promedio de los flancos: flanco izquierdo 59/22, flanco derecho 32/230; dirección del eje 299
y plunge 12. Con estos datos se afirma que es un sinclinal asimétrico que, como veremos más
adelante en el análisis de diaclasas, presenta deformación en la charnela.
Figura 30. Proyección estereográfica de los planos mayores de los flancos del sinclinal
Chamis
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
44
Figura 31. Sinclinal Chamis y su influencia en la zona de estudio
4.4.2. MICROPLIEGUES
El macizo rocoso en su totalidad no es continuo, homogéneo, isotrópico y linealmente
elástico; por lo tanto sus componentes responden con diferente deformación frente a los
mismos esfuerzos, así, en una estratificación rítmica de lutitas y calizas como se muestra en la
imagen los estratos responden de una manera diferente a los esfuerzos, deformándose
individualmente, formando estructuras menores como el caso de los micropliegues; esto se
evidencia en que las lutitas por se menos competentes tienden a sufrir mayor deformación, a
diferencia de las calizas que son más competentes.
Figura 32. Micropliegues en una estratificación rítmica de calizas y lutitas.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
45
4.4.3. FALLAS
Producto de deformación frágil, en la zona se encuentran fallas normales y de dirección que a
continuación se describen:
4.4.3.1. Fallas normales
En la zona estudiada existe un mayor porcentaje de fallas normales, las cuales están
asociadas a fuerzas de tracción.
En la zona encontramos sistemas de fallas normales que se habrían formado por esfuerzos
tensionales producto de la relajación de los esfuerzos que formaron el plegamiento.
Figura 33. Falla normal en calizas de la Formación Chúlec
4.4.3.2. Falla de dirección
En la zona se ha identificado sistemas de fallas de dirección las cuales han sido utilizadas
como zonas de debilidad para formar los causes de drenaje. También se observan fallas de
dirección de carácter local.
Figura 34. Falla dextral en la Formación Pariatambo.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
46
4.4.3.3. Fracturas en cuña
Como se aprecia en la siguiente imagen, esto se produce por la existencia de dos familias de
diaclasas de rumbos oblicuos respecto a una tercera, quedando el rumbo de ésta comprendido
entre los de las familias anteriores.
En la proyección estereográfica se puede observar que el punto de intersección de los
círculos máximos de las dos familias de diaclasas es exterior al círculo máximo que
representa la tercera.
Figura 35. Fracturas en Cuña en la Formación Yumagual
4.4.4. DIACLASAS
Están asociadas a las estructuras principales, producto del comportamiento frágil del macizo rocoso
frente a los esfuerzos. Cuando la curva Esfuerzo/Deformación llega al punto de rotura, sólo se
requiere de un Δσ para producir que el material responda fracturándose, si este Δσ es lo
suficientemente grande puede producir un fallamiento. En la figura 36 se puede observar la
deformación de un macizo frente a esfuerzos, así el segmento OA representa la deformación de un
material linealmente elástico, al incrementar el esfuerzo, la deformación empieza a aumentar más
rápidamente para cada incremento en esfuerzo con lo que la curva de esfuerzo deformación asume
luego una pendiente cada vez más pequeña hasta que en el punto B de la curva se vuelve horizontal.
Este fenómeno se conoce como fluencia del material, y el esfuerzo en el punto B se denomina
esfuerzo de fluencia. En la región de B hasta C, el material se vuelve perfectamente plástico, lo que
significa que puede deformarse sin un incremento en el esfuerzo, es en este momento donde se
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
47
produce los plegamientos en un macizo rocoso. Después de sufrir las grandes deformaciones que se
presentan durante la fluencia en la región BC el material empieza a mostrar un endurecimiento por
deformación. Durante este proceso, el material sufre cambios en sus estructuras cristalina y atómica,
lo que origina un incremento en la resistencia del material a futuras deformaciones. Por tanto, una
deformación adicional requiere de un incremento en el esfuerzo, y la curva Esfuerzo/Deformación
toma una pendiente positiva desde C hasta D. Finalmente el esfuerzo alcanza su valor máximo, es a
partir de este momento en el que se produce el fracturamiento del macizo. Cuando existe una
reducción en la carga, relajamiento de esfuerzo, el material responde deformándose dúctilmente
hasta el punto E donde se produce una segunda rotura del material.
Cuando el esfuerzo inicial era compresivo, hasta el punto D, se habrá producido la formación de un
pliegue y como el material geológico no es homogéneo asociado al plegamiento se producen
diaclasas de tensión en la charnela y diaclasas de compresión en el seno, un incremento en el
esfuerzo provocará la formación de fallas inversas o como en nuestro caso fallas de dirección al
actuar una cupla de estos esfuerzos; luego, en la etapa de relajación de esfuerzos se produce una
estricción en el macizo hasta llegar a la rotura (punto E) generando fallas normales. Junto con estos
fallamientos también se generan diaclasas producto de la liberación de esfuerzos que se distribuyen
en todo el macizo rocoso.
Figura 36. Curva Esfuerzo/Deformación
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
48
Figura 37. Diaclasas en la Formación Ymagual
Como se aprecia en la proyección estereográfica en esta estación se ha identificado tres familias de
diaclasas, D1 que representa la cara del talud, D2 que presenta cierta ortogonalidad con el plano de
estratificación lo que nos permite concluir que el plegamiento que ha formado el sinclinal Chamis se
a dado por esfuerzos perpendiculares a los flancos produciendo una máxima deformación en la
chanela; y una tercera familia D3 oblicua a las dos anteriores que define una blocosidad irregular.
Figura 38. Proyección estereográfica de las familias de diaclasas y el plano es estratificación
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
49
Figura 39. Diaclasas en la Formación Chúlec
Esta estación está ubicada en el flanco derecho del sinclinal Chamis, como se puede apreciar en la
proyección estereográfica, se han identificado dos familias de diaclasas y un irregular D1, la cara del
talud, D2 perpendicular al plano de estratificación y DI la diaclasa irregular.
Figura 40. Proyección estereográfica de las familias de diaclasas y el plano es estratificación
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
50
CAPITULO V: DESCRIPTORES GEOTÉCNICOS
5.1. CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS
Se han realizado estaciones geomecánicas en diferentes afloramientos, pudiendo clasificarlos en
cinco tipos de macizos rocosos, que se diferencian por su composición litológica, propiedades de la
matriz rocosa, condiciones de las discontinuidades y clasificación de la calidad de roca.
5.1.1. MACIZO I
En esta denominación agrupamos a los depósitos cuaternarios, que en la zona son
principalmente aluviales, están compuestos por gravas subredondeadas con matriz de arenas,
limos, consideramos su peso especifico 19 kN/m3, ángulo de fricción interna 36° y cohesión
2 kN/m2. Estos depósitos son inestables a pesar que se encuentran en áreas de baja pendiente,
su inestabilidad se refleja por desarrollarse remociones en masa y deslizamientos. La baja
cohesión que poseen hace que al infiltrase el agua pluvial, erosione el material provocando
hundimientos y posteriormente el deslizamiento.
Figura 41. Hundimientos en materiales cuaternarios
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
51
Se realizó una sección geomecánica (sección AA’) para determinar la estabilidad de la ladera
utilizando el software Slide 5, obteniéndose un factor de seguridad de 3.9 en condiciones normales
y en condiciones saturadas un factor de seguridad de 0, lo que nos muestra la inestabilidad frente a
la acción de la presión de poros que aumenta cuando el agua pluvial se infiltra, esto explicaría el
porqué de los asentamientos y deslizamientos que se encuentran en depósitos cuaternarios de la
zona, que se producirían en épocas de lluvia. La solución para este problema es disminuir la presión
de poros para lo cual se puede realizar canales de coronación para drenar el agua de lluvia y
disminuir su infiltración.
Figura 42. Izquierda: sección AA’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 3.9 en condiciones
normales.
Figura 43. Izquierda: sección AA’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 0 en condiciones
de saturación, no drenada.
Como se observa en la figura 43, en condiciones no drenadas, el esfuerzo cortante se anula, esto
sucede porque la presión de poros aumenta de tal forma que sobrepasa el coeficiente de fricción
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
52
interna. Lo que conllevaría a que se produzca la falla en el terreno, pero la superficie de falla
graficada en las figuras 42 y 43 (cóncava hacia arriba) no se produciría en la realidad, sino que se
produciría un hundimiento en la cabecera, y el material reptaría sobre el substrato rocoso. Así como
se muestra en la figura 41. Como ya se dijo el principal causante de esta inestabilidad en el agua
pluvial que aumenta la presión de poros, como se muestra en la figura 44, en condiciones normales
del talud que estamos analizando, el esfuerzo normal efectivo está por debajo de 1400 kPa, pero el
esfuerzo normal total supera los 2200 kPa, lo que indica una presión de poros de hasta 800 kPa.
Figura 44. Línea verde: esfuerzo normal total, línea magenta: esfuerzo normal efectivo, la diferencia de éstas es la presión de
poros.
La solución es obviamente eliminar esta presión de poros, con lo que el factor de seguridad
aumentaría a 4.5 como se observa en la figura 45. Esto se puede lograr realizando un canal de
coronación para drenar el agua de lluvia y evitar que se infiltre.
Figura 45. Izquierda: sección AA’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 4.5 en condiciones
drenadas. El esfuerzo normal total y el esfuerzo normal efectivo coinciden puesto que ya no se tiene presión de poros.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
53
5.1.2. MACIZO II
5.1.2.1. Caracterización de la matriz rocosa
Identificación
Dentro de este macizo se encuentran las Formaciones Farrat e Inca, compuestas por areniscas
y lutitas, principalmente, las areniscas poseen un peso específico de 25 kN/m3 y las lutitas 27
kN/m3, promediando el peso especifico utilizado en este macizo rocoso será de 26 kN/m
3.
Figura 46. Areniscas cuarzosas intercaladas con lutitas de la formación Farrat
Meteorización
Las areniscas generalmente se presentan decoloradas, rojizas, la roca fresca es de color
blaquesino, mientras que las lutitas por ser menos resistentes a la meteorización a veces se lo
encuentra desintegrada.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
54
Resistencia
Para romper las areniscas se requieren varios golpes con el martillo de geólogo,
clasificándose como una roca dura, pero las lutitas son muy débiles, por lo que se puede
considerar un valor promedio de: σci = 50 MPa
5.1.2.2. Descripción de las discontinuidades
Tipos de discontinuidades
En este macizo se han identificado tres familias de discontinuidades y algunas fracturas
irregulares.
Figura 47. Discontinuidades en el macizo rocoso II
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
55
Descripción de las discontinuidades
Orientación
De 161 datos obtenidos y procesados en el software Dips, se determina la orientación
preferente de las tres familias de discontinuidades que, como se aprecia en la imagen de las
proyecciones estereográficas, son:
DISCONTINUIDAD ORIENTACIÓN
DIP DD
Plano de estratificación 82 217
Familia 1 83 258
Familia 2 53 65
Figura 48. Proyección estereográfica de las discontinuidades en el macizo rocoso II
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
56
Espaciado
Como se aprecia en el histograma el espaciado predominante que se presenta en esta macizo
es de 0.2 a 0.6 m:
DESIGNACIÓN ESPACIADO (m)
1 > 2
2 0.6 – 2
3 0.2 – 0.6
4 0.06 – 0.2
5 < 0.06
Figura 49. Histograma de frecuencias según el espaciado de las discontinuidades en el macizo rocoso II
Persistencia
La persistencia predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es < 1 m.
DESIGNACIÓN PERSISTENCIA (m)
1 < 1
2 1 – 3
3 3 – 10
4 10 – 20
5 > 20
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
57
Figura 50. Histograma de frecuencias según la persistencia de las discontinuidades en el macizo rocoso II
Abertura
Según el histograma de frecuencias la abertura predominante en este macizo rocoso es de 1
a 5 mm.
DESIGNACIÓN ABERTURA (mm)
1 Nada
2 < 0.1
3 0.1 – 1.0
4 1.0 – 5.0
5 > 5
Figura 51. Histograma de frecuencias según la abertura de las discontinuidades del macizo rocoso II
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
58
Rugosidad
La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso va desde suave a
rugosa predominando el tipo ligeramente rugosa.
DESIGNACIÓN RUGOSIDAD
1 Muy Rugosa
2 Rugosa
3 Ligeramente Rugosa
4 Ondulada - Suave
5 Lisa - pulida
Figura 52. Histograma de frecuencias según la rugosidad de las discontinuidades del macizo rocoso II
Relleno
En este macizo rocoso la mayoría de discontinuidades no poseen relleno.
DESIGNACIÓN RELLENO
1 Ninguno
2 Duro < 5mm
3 Duro > 5mm
4 Suave < 5mm
5 Suave > 5mm
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
59
Figura 53. Histograma de frecuencias según el relleno de las discontinuidades del macizo rocoso II
Meteorización
Las discontinuidades en este macizo rocoso presentan ligera a moderada meteorización,
predominando la primera.
DESIGNACIÓN METEORIZACIÓN
1 Inalterada
2 Ligeramente Alterada
3 Moderadamente Alterada
4 Muy Alterada
5 Descompuesta
Figura 54. Histograma de frecuencias según la meteorización de las discontinuidades en el macizo rocoso II
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
60
Filtraciones
Dependen de la estación climática, en nuestro caso, las discontinuidades están
predominantemente secas por que la toma de datos se realizo en una época seca.
DESIGNACIÓN FILTRACIÓN
1 Seco
2 Húmedo
3 Mojado
4 Goteo
5 Flujo
Figura 55. Histograma de frecuencias según las filtraciones en las discontinuidades del macizo rocoso II
Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso II pueden resumirse en la siguiente tabla.
PARÁMETRO VALOR
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (MPa) 50
ESPACIADO (m) 0.2 – 0.6
PERSISTENCIA (m) < 1
ABERTURA (mm) 1 – 5
RUGOSIDAD Ligeramente Rugosa
RELLENO Ninguno
METEORIZACIÓN Ligeramente alterada
FILTRACIÓN Seco
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
61
5.1.2.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso
Clasificación RQD
Utilizando la ecuación de Priest & Hudson (1976):
( )
: Número de fracturas identificadas en el macizo rocoso por metro lineal
En este macizo roco se han identificado 7 fracturas por metro lineal
Entonces:
= 7
R.Q.D (%) CALIDAD DE LA ROCA
< 25 Muy mala
25 – 50 Mala
50 – 75 Regular
75 – 90 Buena
90 – 100 Excelente
Clasificación RMR
CALCULO RMR UTILIZANDO LA TABLA DE BIENIAWSKI (1989)
PARÁMETROS VALOR PUNTAJE
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (Mpa) 50 4
RQD (%) 84.42 17
ESPACIADO (m) 0.2 – 0.6 10
CONDICIÓN DE LAS
DISCONTINUIDADES
PERSISTENCIA
(m) < 1 6
ABERTURA (mm) 1 - 5 1
RUGOSIDAD Ligeramente Rugosa 3
RELLENO Ninguno 6
METEORIZACIÓN Ligeramente alterada 5
FILTRACIONES Seco 15
RMR 67
TIPO DE MACIZO ROCOSO II
CALIDAD BUENA
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
62
Clasificación GSI
GSI = 60
CALIDAD = REGULAR A BUENA
RMR = GSI + 5
RMR = 65
El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 2 unidades del valor calculado utilizando los
parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es el mínimo.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
63
5.1.2.4. Determinación de propiedades geomecánicas
Utilizando del software RocLab determinamos las propiedades geomecánicas del macizo
rocoso.
Figura 56. Curva de rotura de Hoek & Brown para el macizo II
Estas propiedades las utilizamos para determinar el comportamiento del macizo rocoso, para
lo cual realizamos el análisis de estabilidad de una ladera (sección BB’) en el software Slide
5. Como se observa en la figura siguiente es una ladera estable con un factor de seguridad
mínimo igual a 1.9
Figura 57. Izquierda: sección BB’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 1.9
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
64
5.1.3. MACIZO III
5.1.3.1. Caracterización de la matriz rocosa
Identificación
Este macizo rocoso está compuesto de rocas intrusivas, del pórfido Chamis, por ser de un
origen ígneo, merece un tratamiento individual. Es un pórfido diorítico que presenta
alteración argílica su peso específico promedio es de 28 kN/m3.
Figura 58. Matriz rocosa del macizo rocoso III
Meteorización y alteración
Es importante diferenciar estos dos términos y en este macizo podemos diferenciarlos, la
meteorización se produce por la influencia de los agentes atmosféricos, desintegrando y
descomponiendo la roca. Y la alteración se produce por la influencia de fluidos magmáticos,
los cuales reaccionan con la roca cambiándolo su composición química y propiedades físicas.
Así la matriz rocosa de este macizo que inicialmente era una diorita ahora lo encontramos
como arcillas, montmorillonita, caolinita.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
65
Resistencia
La roca diorita en sí es resistente, pero como lo encontramos argilizada, su resistencia ha
disminuido, para este macizo consideraremos una resistencia de: σci = 25 MPa
5.1.3.2. Descripción de las discontinuidades
Tipos de discontinuidades
En este macizo podemos encontrar varios sistemas de fracturas que están rellenadas de
minerales como, magnetita, cuarzo, pirita, y algunos otros minerales, formando Stock Works.
Figura 59. Discontinuidades rellenas con minerales (Stock Works) en el macizo rocoso III
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
66
Descripción de las discontinuidades
Orientación
De 211 datos obtenidos y procesados en el software Dips, se ha determinado la presencia de
cinco familias de diaclasas que pertenecen a un sistema de cizalla con orientación NW – SE,
las mismas que son rellenadas por fluidos mineralizantes.
DISCONTINUIDAD ORIENTACIÓN
DIP DD
Familia 1 53 215
Familia 2 51 166
Familia 3 36 15
Familia 4 39 78
Familia 5 64 253
Figura 60. Proyección estereográfica de las discontinuidades en el macizo rocoso III
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
67
Espaciado
Como se aprecia en el histograma el espaciado predominante que se presenta en esta macizo
es de 0.06 a 0.2 m:
DESIGNACIÓN ESPACIADO (m)
1 > 2
2 0.6 – 2
3 0.2 – 0.6
4 0.06 – 0.2
5 < 0.06
Figura 61. Histograma de frecuencias según el espaciado de las discontinuidades
Persistencia
La persistencia predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es de 1 a 3 m.
DESIGNACIÓN PERSISTENCIA (m)
1 < 1
2 1 – 3
3 3 – 10
4 10 – 20
5 > 20
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
68
Figura 62. Histograma de frecuencias según la persistencia de las discontinuidades en el macizo rocoso III
Abertura
Según el histograma de frecuencias la abertura predominante en este macizo rocoso es > 5
mm.
DESIGNACIÓN ABERTURA (mm)
1 Nada
2 < 0.1
3 0.1 – 1.0
4 1.0 – 5.0
5 > 5
Figura 63. Histograma de frecuencias según la abertura de las discontinuidades del macizo rocoso III
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
69
Rugosidad
La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es rugosa.
DESIGNACIÓN RUGOSIDAD
1 Muy Rugosa
2 Rugosa
3 Ligeramente Rugosa
4 Ondulada - Suave
5 Lisa - pulida
Figura 64. Histograma de frecuencias según la rugosidad de las discontinuidades del macizo rocoso III
Relleno
A diferencia de los demás macizos rocosos, en éste en particular, las discontinuidades están
rellenas de minerales como óxidos de hierro, cuarzo, pirita, etc., predominando un relleno
duro mayor de cinco milímetros de espesor.
DESIGNACIÓN RELLENO
1 Ninguno
2 Duro < 5mm
3 Duro > 5mm
4 Suave < 5mm
5 Suave > 5mm
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
70
Figura 65. Histograma de frecuencias según el relleno de las discontinuidades del macizo rocoso III
Meteorización
Dado que el macizo rocoso está alterado por fluidos hidrotermales, esto influye en las
paredes de las discontinuidades por lo que se clasifica como muy alterada.
DESIGNACIÓN METEORIZACIÓN
1 Inalterada
2 Ligeramente Alterada
3 Moderadamente Alterada
4 Muy Alterada
5 Descompuesta
Figura 66. Histograma de frecuencias según la meteorización de las discontinuidades en el macizo rocoso III
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
71
Filtraciones
Dependen de la estación climática, en nuestro caso, las discontinuidades están
predominantemente secas por que la toma de datos se realizo en una época seca.
DESIGNACIÓN FILTRACIÓN
1 Seco
2 Húmedo
3 Mojado
4 Goteo
5 Flujo
Figura 67. Histograma de frecuencias según las filtraciones en las discontinuidades del macizo rocoso III
Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso III pueden resumirse en la siguiente
tabla.
PARÁMETRO VALOR
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (MPa) 25
ESPACIADO (m) 0.06 – 0.2
PERSISTENCIA (m) 1 – 3
ABERTURA (mm) > 5
RUGOSIDAD Rugosa
RELLENO Duro > 5 mm
METEORIZACIÓN Muy Alterada
FILTRACIÓN Seco
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
72
5.1.3.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso
Clasificación RQD
Utilizando la ecuación de Priest & Hudson (1976):
( )
: Número de fracturas identificadas en el macizo rocoso por metro lineal
En este macizo roco se han identificado 12 fracturas por metro lineal
Entonces:
= 12
R.Q.D (%) CALIDAD DE LA ROCA
< 25 Muy mala
25 – 50 Mala
50 – 75 Regular
75 – 90 Buena
90 – 100 Excelente
Clasificación RMR
CALCULO RMR UTILIZANDO LA TABLA DE BIENIAWSKI (1989)
PARÁMETROS VALOR PUNTAJE
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (Mpa) 25 4
RQD (%) 66.26 13
ESPACIADO (m) 0.06 – 0.2 8
CONDICIÓN DE LAS
DISCONTINUIDADES
PERSISTENCIA
(m) 1 – 3 4
ABERTURA (mm) > 5 0
RUGOSIDAD Rugosa 5
RELLENO Duro > 5 mm 2
METEORIZACIÓN Muy Alterada 1
FILTRACIONES Seco 15
RMR 52
TIPO DE MACIZO ROCOSO III
CALIDAD REGULAR
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
73
Clasificación GSI
GSI = 50
CALIDAD = REGULAR
RMR = GSI + 5
RMR = 55
El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 3 unidades del valor calculado utilizando los
parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es bajo.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
74
5.1.3.4. Determinación de propiedades geomecánicas
Utilizando del software RocLab determinamos las propiedades geomecánicas del macizo
rocoso.
Figura 68. Curva de rotura de Hoek & Brown para el macizo III
Con estas propiedades realizamos el análisis de estabilidad en la sección CC’, obteniendo un factor
de seguridad de 5.7, esta estabilidad tal ves esté dada por la poca pendiente que tiene la superficie.
Figura 69. Izquierda: sección CC’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 5.7
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
75
5.1.4. MACIZO IV
5.1.4.1. Caracterización de la matriz rocosa
Identificación
En este macizo se agrupan a las rocas calcáreas de las Formaciones Chulec, Yumagual y el
Grupo Quilquiñan-Mujarrum, son calizas masivas con algunas intercalaciones de lutitas, el
peso específico promedio que se considera para este macizo es de 27 kN/m3.
Figura 70. Matriz rocosa del macizo rocoso IV
Meteorización
La superficie de la roca presenta una coloración gris amarillenta mientras que la roca fresca
es de color gris oscuro. Cerca del contacto con el intrusivo la roca ha sufrido una alteración
metamórfica por aumento de temperatura, convirtiéndose en mármol.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
76
Resistencia
Para romper la roca se requieren hasta cuatro golpes con el martillo de geólogo,
clasificándose como una roca dura, por sus propiedades e intercalaciones con lutitas se puede
considerar el valor de: σci = 75 MPa
5.1.4.2. Descripción de las discontinuidades
Tipos de discontinuidades
Se ha identificado tres familias de discontinuidades, el plano de estratificación y dos familias
de diaclasas, además de algunas irregulares
Figura 71. Discontinuidades en el macizo rocoso IV
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
77
Descripción de las discontinuidades
Orientación
De 250 datos obtenidos y procesados en el software Dips, se determina la orientación
preferente de las tres familias de discontinuidades que, como se aprecia en la imagen de las
proyecciones estereográficas, son:
DISCONTINUIDAD ORIENTACIÓN
DIP DD
Plano de estratificación 63 351
Familia 1 81 283
Familia 2 57 78
Figura 72. Proyección estereográfica de las discontinuidades en el macizo rocoso IV
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
78
Espaciado
Como se aprecia en el histograma el espaciado predominante que se presenta en esta macizo
es de 0.2 a 0.6 m:
DESIGNACIÓN ESPACIADO (m)
1 > 2
2 0.6 – 2
3 0.2 – 0.6
4 0.06 – 0.2
5 < 0.06
Figura 73. Histograma de frecuencias según el espaciado de las discontinuidades
Persistencia
La persistencia predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es < 1 m.
DESIGNACIÓN PERSISTENCIA (m)
1 < 1
2 1 – 3
3 3 – 10
4 10 – 20
5 > 20
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
79
Figura 74. Histograma de frecuencias según la persistencia de las discontinuidades en el macizo rocoso IV
Abertura
Según el histograma de frecuencias la abertura predominante en este macizo rocoso es > 5
mm.
DESIGNACIÓN ABERTURA (mm)
1 Nada
2 < 0.1
3 0.1 – 1.0
4 1.0 – 5.0
5 > 5
Figura 75. Histograma de frecuencias según la abertura de las discontinuidades del macizo rocoso IV
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
80
Rugosidad
La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es ligeramente
rugosa.
DESIGNACIÓN RUGOSIDAD
1 Muy Rugosa
2 Rugosa
3 Ligeramente Rugosa
4 Ondulada - Suave
5 Lisa - pulida
Figura 76. Histograma de frecuencias según la rugosidad de las discontinuidades del macizo rocoso IV
Relleno
En este macizo rocoso la mayoría de discontinuidades no poseen relleno.
DESIGNACIÓN RELLENO
1 Ninguno
2 Duro < 5mm
3 Duro > 5mm
4 Suave < 5mm
5 Suave > 5mm
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
81
Figura 77. Histograma de frecuencias según el relleno de las discontinuidades del macizo rocoso IV
Meteorización
Las discontinuidades en este macizo rocoso presentan ligera a moderada meteorización,
predominando la primera.
DESIGNACIÓN METEORIZACIÓN
1 Inalterada
2 Ligeramente Alterada
3 Moderadamente Alterada
4 Muy Alterada
5 Descompuesta
Figura 78. Histograma de frecuencias según la meteorización de las discontinuidades en el macizo rocoso IV
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
82
Filtraciones
Dependen de la estación climática, en nuestro caso, las discontinuidades están
predominantemente secas por que la toma de datos se realizo en una época seca.
DESIGNACIÓN FILTRACIÓN
1 Seco
2 Húmedo
3 Mojado
4 Goteo
5 Flujo
Figura 79. Histograma de frecuencias según las filtraciones en las discontinuidades del macizo rocoso IV
Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso IV pueden resumirse en la siguiente
tabla.
PARÁMETRO VALOR
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (MPa) 75
ESPACIADO (m) 0.2 – 0.6
PERSISTENCIA (m) < 1
ABERTURA (mm) > 5
RUGOSIDAD Ligeramente Rugosa
RELLENO Ninguno
METEORIZACIÓN Ligeramente alterada
FILTRACIÓN Seco
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
83
5.1.4.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso
Clasificación RQD
Utilizando la ecuación de Priest & Hudson (1976):
( )
: Número de fracturas identificadas en el macizo rocoso por metro lineal
En este macizo roco se han identificado 6 fracturas por metro lineal
Entonces:
= 6
R.Q.D (%) CALIDAD DE LA ROCA
< 25 Muy mala
25 – 50 Mala
50 – 75 Regular
75 – 90 Buena
90 – 100 Excelente
Clasificación RMR
CALCULO RMR UTILIZANDO LA TABLA DE BIENIAWSKI (1989)
PARÁMETROS VALOR PUNTAJE
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (Mpa) 75 7
RQD (%) 87.81 17
ESPACIADO (m) 0.2 – 0.6 10
CONDICIÓN DE LAS
DISCONTINUIDADES
PERSISTENCIA
(m) < 1 6
ABERTURA (mm) > 5 0
RUGOSIDAD Ligeramente Rugosa 3
RELLENO Ninguno 6
METEORIZACIÓN Ligeramente alterada 5
FILTRACIONES Seco 15
RMR 69
TIPO DE MACIZO ROCOSO II
CALIDAD BUENA
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
84
Clasificación GSI
GSI = 65
CALIDAD = BUENA
RMR = GSI + 5
RMR = 70
El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 1 unidad del valor calculado utilizando los
parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es casi nulo.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
85
5.1.4.4. Determinación de propiedades geomecánicas
Utilizando del software RocLab determinamos las propiedades geomecánicas del macizo
rocoso.
Figura 80. Curva de rotura de Hoek & Brown para el macizo IV
Con las propiedades geomecánicas obtenidas para este macizo, analizamos la estabilidad de una
ladera, en la sección DD’, en la que se observa que es relativamente estable, con un factor de
seguridad mínimo de 1.5
Figura 81. Izquierda: sección DD’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 1.5
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
86
5.1.5. MACIZO V
5.1.5.1. Caracterización de la matriz rocosa
Identificación
En este macizo se ha separado a rocas calcáreas de la Formación Pariatambo, por
comportarse diferente a las rocas calcáreas de las otras formaciones, puesto que posee mayor
contendido de lutitas, lo que hace que presente mayor deformabilidad plástica, y a demás
dentro de su composición posee mayor contenido orgánico por su origen euxínico. Se
considera, para este macizo, un peso específico promedio de 25 kN/m3.
Figura 82. Matriz rocosa en la Formación Pariatambo
Meteorización
Su alto contenido en materia orgánica lo hace más susceptible a la meteorización, y las
lutitas que presenta son fisilmente erosionables. En algunas áreas se encuentra
completamente desintegrada.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
87
Resistencia
Su estructura laminada hace que posea baja resistencia, de tal manera que con un golpe del
martillo de geólogo se puede fracturar fácilmente, las lutitas se desmenuzan con la punta del
martillo. Por lo que se puede considerar un valor promedio de: σci = 35 MPa
5.1.5.2. Descripción de las discontinuidades
Tipos de discontinuidades
En esta macizo se puede diferenciar tres familias de discontinuidades, una de ellas es el
plano de estratificación.
Figura 83. Discontinuidades en el macizo rocoso V
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
88
Descripción de las discontinuidades
Orientación
De 208 datos obtenidos y procesados en el software Dips, se determina la orientación
preferente de las tres familias de discontinuidades que, como se aprecia en la imagen de las
proyecciones estereográficas, son:
DISCONTINUIDAD ORIENTACIÓN
DIP DD
Plano de estratificación 38 227
Familia 1 62 341
Familia 2 79 109
Figura 84. Proyección estereográfica de las discontinuidades en el macizo rocoso V
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
89
Espaciado
Como se aprecia en el histograma el espaciado predominante que se presenta en esta macizo
es de 0.06 a 0.2 y de 0.2 a 0.6 m con mayor predominancia del primero.
DESIGNACIÓN ESPACIADO (m)
1 > 2
2 0.6 – 2
3 0.2 – 0.6
4 0.06 – 0.2
5 < 0.06
Figura 85. Histograma de frecuencias según el espaciado de las discontinuidades
Persistencia
La persistencia predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es < 1 m, aunque
también se presentan discontinuidades de 1 a 3 m
DESIGNACIÓN PERSISTENCIA (m)
1 < 1
2 1 – 3
3 3 – 10
4 10 – 20
5 > 20
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
90
Figura 86. Histograma de frecuencias según la persistencia de las discontinuidades en el macizo rocoso V
Abertura
Según el histograma de frecuencias la abertura predominante en este macizo rocoso es > 5
mm.
DESIGNACIÓN ABERTURA (mm)
1 Nada
2 < 0.1
3 0.1 – 1.0
4 1.0 – 5.0
5 > 5
Figura 87. Histograma de frecuencias según la abertura de las discontinuidades del macizo rocoso V
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
91
Rugosidad
La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es ligeramente
rugosa.
DESIGNACIÓN RUGOSIDAD
1 Muy Rugosa
2 Rugosa
3 Ligeramente Rugosa
4 Ondulada - Suave
5 Lisa - pulida
Figura 88. Histograma de frecuencias según la rugosidad de las discontinuidades del macizo rocoso V
Relleno
En este macizo rocoso la mayoría de discontinuidades no poseen relleno.
DESIGNACIÓN RELLENO
1 Ninguno
2 Duro < 5mm
3 Duro > 5mm
4 Suave < 5mm
5 Suave > 5mm
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
92
Figura 89. Histograma de frecuencias según el relleno de las discontinuidades del macizo rocoso V
Meteorización
Las discontinuidades en este macizo rocoso presentan ligera a muy meteorización,
predominando una meteorización moderada.
DESIGNACIÓN METEORIZACIÓN
1 Inalterada
2 Ligeramente Alterada
3 Moderadamente Alterada
4 Muy Alterada
5 Descompuesta
Figura 90. Histograma de frecuencias según la meteorización de las discontinuidades en el macizo rocoso V
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
93
Filtraciones
Dependen de la estación climática, en nuestro caso, las discontinuidades están
predominantemente secas por que la toma de datos se realizo en una época seca.
DESIGNACIÓN FILTRACIÓN
1 Seco
2 Húmedo
3 Mojado
4 Goteo
5 Flujo
Figura 91. Histograma de frecuencias según las filtraciones en las discontinuidades del macizo rocoso V
Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso V pueden resumirse en la siguiente tabla.
PARÁMETRO VALOR
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (MPa) 35
ESPACIADO (m) 0.06 – 0.2
PERSISTENCIA (m) < 1
ABERTURA (mm) > 5
RUGOSIDAD Ligeramente Rugosa
RELLENO Ninguno
METEORIZACIÓN Moderadamente alterada
FILTRACIÓN Seco
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
94
5.1.5.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso
Clasificación RQD
Utilizando la ecuación de Priest & Hudson (1976):
( )
: Número de fracturas identificadas en el macizo rocoso por metro lineal
En este macizo roco se han identificado 15 fracturas por metro lineal
Entonces:
= 15
R.Q.D (%) CALIDAD DE LA ROCA
< 25 Muy mala
25 – 50 Mala
50 – 75 Regular
75 – 90 Buena
90 – 100 Excelente
Clasificación RMR
CALCULO RMR UTILIZANDO LA TABLA DE BIENIAWSKI (1989)
PARÁMETROS VALOR PUNTAJE
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN
UNIAXIAL (Mpa) 35 4
RQD (%) 55.78 13
ESPACIADO (m) 0.06 – 0.2 8
CONDICIÓN DE LAS
DISCONTINUIDADES
PERSISTENCIA
(m) < 1 6
ABERTURA (mm) > 5 0
RUGOSIDAD Ligeramente Rugosa 3
RELLENO Ninguno 6
METEORIZACIÓN Moderadamente
alterada 3
FILTRACIONES Seco 15
RMR 58
TIPO DE MACIZO ROCOSO III
CALIDAD REGULAR
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
95
Clasificación GSI
GSI = 50
CALIDAD = REGULAR
RMR = GSI + 5
RMR = 55
El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 3 unidades del valor calculado utilizando los
parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es bajo.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
96
5.1.5.4. Determinación de propiedades geomecánicas
Utilizando del software RocLab determinamos las propiedades geomecánicas del macizo
rocoso.
Figura 92. Curva de rotura de Hoek & Brown para el macizo V
Con los valores de las propiedades del macizo rocoso, analizamos la estabilidad de la sección EE’
obteniendo un factor de seguridad de 6, lo que indica una buena estabilidad.
Figura 93. Izquierda: sección EE’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 6
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
97
5.2. IDENTIFICACIÓN DE ÁREAS INESTABLES
Para tipificar la estabilidad de la zona se tomado en cuenta tres factores principales, el tipo de
macizo rocoso según se clasifico en el ítem anterior; la geomorfología, poniendo énfasis en la
pendiente de la superficie; y por último la presencia de zonas de debilidad como estructuras
geologicas, y presencia de deslizamientos o paleodeslizamientos.
Teniendo en cuenta estas variables, se ha clasificado en 3 áreas con diferente estabilidad.
5.2.1. ZONAS CON INESTABILIDAD ALTA
En esta zona se encuentran las áreas donde se ha identificado hundimientos, deslizamientos y
remociones de masa, que son principalmente depósitos cuaternarios y macizos rocosos con
baja a regular calidad y están afectadas por estructuras geológicas como fallas.
Figura 94. Deslizamiento en material cuaternario
Figura 95. Inestabilidad en talud de carretera
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
98
5.2.2. ZONAS CON INESTABILIDAD MEDIA
Estas zonas se ubican en macizos rocosos de buena calidad pero la pendiente de la superficie
muy inclinada, estos escarpes son susceptibles de deslizamientos, caídas de rocas y otras
formas de remociones de masa. Aunque no es muy evidente por la cobertera vegetal.
Figura 96. Pendientes escarpadas, susceptibles a remociones de masa
Figura 97. Paleo deslizamiento recubierto por vegetación
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
99
5.2.3. ZONAS CON INESTABILIDAD BAJA
Estas zonas lo encontramos al Norte y Sur oeste del área de estudio, se caracteriza
principalmente por presentar bajas pendientes, menores a 10°, aunque pueden formarse
algunos hundimientos en épocas de lluvia, pero son ocasionales.
Figura 98. Áreas de baja pendiente, presentan baja inestabilidad
5.3. ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS GEOTÉCNICAS
En el área de estudio se encuentran diferentes estructuras geotecnicas como taludes de carretera,
puentes, muros de contención. A continuación realizaremos el análisis geotécnico de algunas de
ellas, para ello se ha tenido que medir sus dimensiones en campo con las cuales obtendremos el
factor de seguridad en diferentes condiciones utilizando para el caso de taludes el software Slide y
para el caso de puentes y muros utilizaremos el paquete Geoestru.
Las condiciones que se toman en cuenta para el análisis de estabilidad son dos, en condiciones
normales teniendo en cuenta la cohesión y fricción del material y en condiciones de saturación, no
drenadas, en las que se anula la fricción, esto para determinar la susceptibilidad de la estructura a
fallar en épocas de lluvia o eventuales fenómenos climáticos.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
100
5.3.1. TALUD DE CARRETERA EN MACIZO ROCOSO
Este talud se midió en la Formación Yumagual cuyos planos de estratificación buzan en
sentido opuesto al talud, sus dimensiones son:
Altura 5 m, inclinación 65° al NE, ancho de carretera 6.5 m, pendiente de ladera en la
cabecera 20°, pendiente de ladera en el pie 45.
Es un talud estable con factor de seguridad de 2.7 en condiciones normales y 1.2 en
condiciones no drenadas.
Figura 99. Talud de carretera en macizo rocoso de la Formación Yumagual
Figura 100. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en macizo rocoso, y equilibrio de fuerzas en una dovela, en
condiciones normales. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
101
Figura 101. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en macizo rocoso, y equilibrio de fuerzas en una dovela, en
condiciones no drenadas. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.
5.3.2. TALUD DE CARRETERA EN MATERIAL CUATERNARIO
Este talud se midió en depósitos aluviales, sus dimensiones son:
Altura 2.3 m, inclinación 82° al NE, ancho de carretera 4 m, pendiente de ladera en la
cabecera 20°, pendiente de ladera en el pie 50.
Es un talud inestable como se aprecia en las siguientes figuras, en condiciones normales el
factor de seguridad es 0.9, es por esta razón que el talud está fallando como se muestra en las
fotografías, y en condiciones no drenadas el factor de seguridad es 0.2 lo que significaría un
colapso inminente de toda la ladera. Este problema se solucionaría drenando la zona con
canales de coronación y disminuyendo el talud hasta 60° con lo que el factor de seguridad
aumentaría a 1.6
Figura 102. Talud de carretera en material cuaternario
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
102
Figura 103. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en material cuaternario, y equilibrio de fuerzas en una
dovela, en condiciones normales. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.
Figura 104. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en material cuaternario, y equilibrio de fuerzas en una
dovela, en condiciones no drenadas. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.
Figura 105. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en material cuaternario, en condiciones normales y
disminuyendo la inclinación del talud a 60°. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
103
5.3.3. MURO DE CONTENCIÓN
Es un muro de concreto que está soportando el material utilizado para afirmar la carretera, para
realizar su análisis sólo se pudo medir las dimensiones externas, dado que no conocemos su
cimentación, se ha asumido ciertos valores.
Figura 106. Muro de contención en la zona de estudio
Figura 107. Dimensiones consideradas en el análisis de estabilidad
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
104
Figura 108. Análisis de estabilidad del muro de contención
Con los datos asignados se verifica que el muro posee un factor de seguridad de 2.8 lo que indica
que es un muro estable.
5.3.4. MUROS DE UN PUENTE
estabilidad es un muro inestable que con tan solo 10 Kg/cm2 de cargas externas su factor de
seguridad es critico. Y eso se evidencia en las fallas que presenta la precaria construcción.
Figura 109. Puente construido en materiales cuaternarios
Este puente se ha construido en un deposito aluvial, está formado por dos muros que le sirven de
zapata, por cuestiones académicas solo analizaremos uno de los muros de la misma manera como lo
realizamos en el muro de contención con la diferencia que sobre el muro aplicaremos una fuerza que
sería el peso del puente y los pesos externos de los transeúntes. Como se observa en el análisis de
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
105
Figura 110. Dimensiones consideradas en el análisis de estabilidad
Figura 111. Análisis de estabilidad sin considerar cargas externas
Figura 112. Análisis de estabilidad considerando una carga externa distribuida sobre el muro de 10 Kg/cm2
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
106
CONCLUSIONES
La zona se encuentra influenciada por estructuras geológicas como fallas regionales y locales
a demás forma parte del sinclinal Chamis, un pliegue una dirección SE-NW cuya formación
se le atribuye al segundo movimiento del Ciclo Andino que se habría dado en el Terciario
Superior caracterizado por un régimen compresivo controlado por esfuerzos con dirección
SW-NE, estos esfuerzos son los que producen el fracturamiento de los macizos rocoso
haciendo que disminuya su calidad.
La zona se ha diferenciado en cinco tipos de macizos de acuerdo a sus propiedades
geomecánicas, el MACIZO I formado por materiales cuaternarios principalmente gravas,
arenas y limos; el MACIZO II formado por rocas clásticas de las Formaciones Farrat e Inca,
presenta un RMR = 67 y GSI = 60 clasificándose como un macizo de buena calidad, el
MACIZO III formado por rocas intrusivas, dioritas, del intrusivo Chamis, presenta un RMR
= 52 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de regular calidad, el MACIZO IV formado
por rocas no clásticas de las Formaciones Chimú, Yumagual y el grupo Quilquiñan –
Mujarrum, presenta un RMR = 69 y GSI = 65 clasificándose como un macizo de buena
calidad, y finalmente el MACIZO V formado por rocas no clásticas de la Formación
Pariatambo, presenta un RMR = 58 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de regular
calidad.
En la zona de estudio se ha identificado tres zonas con diferente inestabilidad tomando en
cuenta tres factores principales, el tipo de macizo rocoso según su calidad; la pendiente de la
superficie; y por último la presencia de zonas de debilidad, una zona de inestabilidad alta,
caracterizada por depósitos cuaternarios y macizos rocosos con baja a regular calidad donde
se ha identificado hundimientos, deslizamientos y remociones de masa. Otra zona de
inestabilidad media, en macizos rocosos de buena calidad pero la pendiente de la superficie
muy inclinada que lo hace ser susceptible a remociones de masa. Y una zona de
inestabilidad baja principalmente por presentar bajas pendientes.
La zona de investigación esta constituida litológicamente por rocas clásticas de las
Formaciones Inca y Farrat, por calizas arenosas de la Formación Chúlec, calizas
bituminosas arcillosas de la Formación Pariatambo, y calizas micríticas de la Formación
Yumagual y del grupo Quilquiñan – Mujarrum, también se encuentra rocas intrusivas del
Intrusivo Chamis que están afectadas de alteración argílica y argílica intermedia, y depósitos
cuaternarios aluviales. Esta diferente litología le da la connotación anisotrópica y
heterogénea por lo que no es posible tratarlo como un solo macizo rocoso.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
107
El análisis de estabilidad en estructuras geotécnicas construidas en la zona de estudio reveló
algunas condiciones que inestabilizan dichas estructuras, así, se analizó un talud de carretera
en un macizo rocoso obteniendo un factor de seguridad de 2.7 en condiciones normales y 1.2
en condiciones no drenadas lo que indica un talud estable esto es por que dicho talud se
encuentra en un macizo de buena calidad y además los planos de estratificación buzan en
dirección opuesta a la inclinación del talud. Se analizo también un talud de carretera en
materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 0.9 en condiciones
normales, es por esta razón que el talud está fallando, una de las razones es que el talud
presenta una inclinación muy empinada, y en condiciones no drenadas el factor de seguridad
es 0.2 lo que significaría el colapso de toda la ladera en un eventual fenómeno de lluvia. Otra
estructura que se tomo en cuenta fue un muro de contención en el borde de la carretera, este
muro es estable con un factor de seguridad de 2.8. y finalmente se analizó la estabilidad en
un muro de un puente construido en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de
seguridad de 1.7 sin considerar cargas externas, y considerándolas el factor de seguridad es
critico soportando tan solo 10 Kg/cm2.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
108
RECOMENDACIONES
Se recomienda reconstruir el puente construido en materiales cuaternarios, profundizando la
cimentación y aumentando su altura, a demás de aumentar la base de la cimentación y el
ancho de coronación con lo que se aumentaría su capacidad de carga.
Se recomienda realizar drenes en la cabecera del área de inestabilidad alta, principalmente de
los depósitos aluviales ya que la infiltración de agua pluvial es uno de los factores mas
influyentes en la inestabilidad de éstas áreas. Canales de coronación serian los mas indicados
y de menor costo con lo que se disminuiría la infiltración y por ende la presión de poros en
el macizo.
En los taludes de carretera construidos en materiales cuaternarios se recomienda disminuir la
inclinación del talud al menos hasta 60° ya que este es uno de los factor de su
inestabilidad. Los canales de coronación también son propicios en estos casos por las
mismas razones antes expuestas.
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
109
BIBLIOGRAFÍA
Luis I. Gonzales de Vallejo (2004), INGENIERIA GEOLOGICA, Prentice Hill, Madrid-
España.
CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS, M. FERRER y L. GONZÁLEZ DE
VALLEJO (1999). Manual de campo para la descripción y caracterización de macizos
rocosos en afloramientos. IGME, Madrid, 107 p. 2.- L. GONZÁLEZ DE VALLEJO, M.
FERRER, L. ORTUÑO y C. OTEO (2002). Ingeniería geológica. Prentice Hall. Madrid, 715
p.
Análisis de Estabilidad en Macizos Rocosos Aplicando el Criterio el Criterio de Rotura de
Hoek y Brown - Prof. ROJAS G., Silvio H. - Universidad de Los Andes – Facultad de
Ingeniería – Escuela de Civil
Rueda, Madrid-España, 1981.
BRAJA M. DAS, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, California State University-
Sacramento-USA, Thomas L. Inc. 2001.
DELGADO V. MANUEL, Ingeniería de Cimentaciones, México, Ed. Alfa-omega Grupo
Editor, 1999.
JIMENEZ SALAS/ JUSTO ALPAÑEZ, Geotecnia de Cimentaciones, Tomo II, Ed. La
EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS
110
ANEXOS
Mataracocha
3300 m3200 m
3100 m
3400 m
3500 m3000 m
3400
m
3100 m
3400 m
3500 m
Rio Cuschunga
Rio ManzanasRio B
alc
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768000
768000
768500
768500
769000
769000
769500
769500
770000
7700009208
000
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500
9208
500
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500
9209
500
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000
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000
9210
500
9210
500
9211
000
9211
000
9211
500
9211
500
9212
000
9212
000
0 250 500 750 1,000125m
1/12500ESCALA: Sistema de coordenadas proyectadas:WGS_1984_UTM_Zone_17S
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ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA
PLANO TOPOGRÁFICOGEOTECNIA I
DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES Cajamarca, marzo de 2013
PLANO N°
01GRUPO I
µ
SIMBOLOGIACurvas mayoresCurvas menoresAccesosDrenajeLaguna
CHAMIS
M
Q-al
Ks-yu
Ks-qm
Ki-pa
T-di
Ki-chu
Q-al
Ki-chu
Ki-f
Ki-in
Ki-f
Ki-chu
Mataracocha
3300 m3200 m
3100 m
3400 m
3500 m3000 m
3400
m
3100 m
3400 m
3500 m
Rio Cuschunga
Rio ManzanasRio B
alc
onsillo
768000
768000
768500
768500
769000
769000
769500
769500
770000
7700009208
000
9208
500
9208
500
9209
000
9209
000
9209
500
9209
500
9210
000
9210
000
9210
500
9210
500
9211
000
9211
000
9211
500
9211
500
9212
000
9212
000
0 250 500 750 1,000125m
1/12500ESCALA: Sistema de coordenadas proyectadas:WGS_1984_UTM_Zone_17S
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PLANO GEOLOGICOGEOTECNIA I
DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES Cajamarca, marzo de 2013
PLANO N°
02GRUPO I
µSIMBOLOGIA
Curvas de nivelDrenajeLagunaAccesos
EstructurasFallaFalla inferida
M Sinclinal
LEYENDALitología
Q-alT-diKs-qmKs-yuKi-paKi-chuKi-inKi-f
AA'
3000
3200
3400
2800
msnmA
A'
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ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA
PERFIL GEOLÓGICOGEOTECNIA I
DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES Cajamarca, marzo de 2013
PERFIL N°
01GRUPO I0 300 600 900 1,200150m
1/12500ESCALA:LEYENDAQ-al T-diKs-qmKs-yu
Ki-paKi-chu
Mataracocha
3300 m3200 m
3100 m
3400 m
3500 m3000 m
3400
m
3100 m
3400 m
3500 m
Rio Cuschunga
Rio ManzanasRio B
alc
onsillo
768000
768000
768500
768500
769000
769000
769500
769500
770000
7700009208
000
9208
500
9208
500
9209
000
9209
000
9209
500
9209
500
9210
000
9210
000
9210
500
9210
500
9211
000
9211
000
9211
500
9211
500
9212
000
9212
000
0 250 500 750 1,000125m
1/12500ESCALA: Sistema de coordenadas proyectadas:WGS_1984_UTM_Zone_17S
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IMAGEN SATELITALGEOTECNIA I
DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES Cajamarca, marzo de 2013
PLANO N°
03GRUPO I
µ
SIMBOLOGIACurvas de nivelAccesosDrenajeLaguna
CHAMIS
Mataracocha
Rio Cuschunga
Rio ManzanasRio B
alc
onsillo
768000
768000
768500
768500
769000
769000
769500
769500
770000
7700009208
000
9208
500
9208
500
9209
000
9209
000
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500
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500
9210
000
9210
000
9210
500
9210
500
9211
000
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000
9211
500
9211
500
9212
000
9212
000
0 250 500 750 1,000125m
1/12500ESCALA: Sistema de coordenadas proyectadas:WGS_1984_UTM_Zone_17S
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PLANO DE ELEVACIONESGEOTECNIA I
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PLANO N°
04GRUPO I
µSIMBOLOGIA
DrenajeAccesosLaguna
Elevación msnm
3450 - 35203400 - 34503350 - 34003300 - 33503250 - 33003200 - 32503150 - 32003100 - 31503000 - 3100
CHAMIS
Mataracocha
Rio Cuschunga
Rio ManzanasRio B
alc
onsillo
768000
768000
768500
768500
769000
769000
769500
769500
770000
7700009208
000
9208
500
9208
500
9209
000
9209
000
9209
500
9209
500
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000
9210
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500
9210
500
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000
9211
000
9211
500
9211
500
9212
000
9212
000
0 250 500 750 1,000125m
1/12500ESCALA: Sistema de coordenadas proyectadas:WGS_1984_UTM_Zone_17S
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PLANO DE PENDIENTESGEOTECNIA I
DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES Cajamarca, marzo de 2013
PLANO N°
05GRUPO I
µ
SIMBOLOGIADrenajeAccesosLaguna
Pendiente Grados
0.000.00 - 10.0010.00 - 15.0015.00 - 25.0025.00 - 35.0035.00 - 90.00
CHAMIS
Mataracocha
Rio Cuschunga
Rio ManzanasRio B
alc
onsillo
768000
768000
768500
768500
769000
769000
769500
769500
770000
7700009208
000
9208
500
9208
500
9209
000
9209
000
9209
500
9209
500
9210
000
9210
000
9210
500
9210
500
9211
000
9211
000
9211
500
9211
500
9212
000
9212
000
0 250 500 750 1,000125m
1/12500ESCALA: Sistema de coordenadas proyectadas:WGS_1984_UTM_Zone_17S
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PLANO GEOMORFOLÓGICOGEOTECNIA I
DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES Cajamarca, marzo de 2013
PLANO N°
06GRUPO I
µ
SIMBOLOGIADrenajeAccesosLaguna
GeoformasPlanicieLaderaEscarpeValle
CHAMIS
0 250 500 750 1,000125m
1/12500ESCALA: Sistema de coordenadas proyectadas:WGS_1984_UTM_Zone_17S
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA
PLANO GEOMECÁNICOGEOTECNIA I
DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES Cajamarca, marzo de 2013
PLANO N°
07GRUPO I
µSIMBOLOGÍACurvas de nivelAccesosDrenajeLaguna
é
é Secciones Geomecánicas
LEYENDAMacizos rocosos
Macizo IMacizo IIMacizo IIIMacizo IVMacizo V
MACIZO LITOLOGIA RMR GSIMacizo I Gravas, arenas, limosMacizo II Areniscas, luttas 67 60Macizo III Diorita 52 50Macizo IV Calizas, luttas 69 65Macizo V Luttas, Cal izas 58 50
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Mataracocha
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Rio Cuschunga
Rio ManzanasRio B
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0 250 500 750 1,000125m
1/12500ESCALA: Sistema de coordenadas proyectadas:WGS_1984_UTM_Zone_17S
UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA
PLANO DE INESTABILIDADESGEOTECNIA I
DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES Cajamarca, marzo de 2013
PLANO N°
08GRUPO I
µSIMBOLOGÍA
DrenajeCurvas de nivelAccesosLaguna
LEYENDAInestabilidad
ALTAMEDIABAJA
Mataracocha
3300 m3200 m
3100 m
3400 m
3500 m3000 m
3400
m
3100 m
3400 m
3500 m
Rio Cuschunga
Rio Manzanas
Rio B
alc
onsillo
768000
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