geomecánica
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UNIVERSIDAD NACIONAL
“SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS
GEOLOGIA Y METALURGIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
ANALISIS DE LA ESTABILIDAD DE TALUDES DE
LA CARRETERA HUARAZ – CASMA EN EL TRAMO
CHACCHAN YUPASH, APLICANDO LOS
PRINCIPIOS GEOTECNICOS. 2011
TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO
PROFESIONAL INGENIERO DE MINAS
PRESENTADO POR:
BACH. SEGUNDO GIL SILVA MAGUIÑA
HUARAZ – PERU
2013
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Dedico la presente Tesis, con el recuerdo póstumo al
quien me dio la vida, a Teresita Maguiña Alegre. A mi
padre Augusto Gil Silva Sánchez, hermanas:
Rosario, Miriam Liz. A mis hijos y Esposa.
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AGRADECIMIENTO
Agradezco al ser más sublime del mundo, que me dio la vida, cuido de mí,
me alimento, orientó, guio y aconsejó. Que hoy se encuentra al lado del Señor.
Con el agradecimiento por siempre ha Teresita Maguiña Alegre. A mi señor padre
por sus consejos y sostenimiento para mis estudios: a Augusto Gil Silva Sánchez,
conduciéndome por el camino del bien y haberme apoyado en la concreción
como ingeniero de Minas.
Me pongo al servicio de la sociedad para contribuir a su bienestar y
desarrollo. Del mismo modo va mi agradecimiento al alma mater del saber y del
conocimiento, a nuestra Universidad: Santiago Antúnez de Mayolo de la Ciudad
de Huaraz, por haberme dado la oportunidad y la posibilidad de ampliar mis
conocimientos como a la formación profesional, para retribuirle al pueblo con
nuestro trabajo y dedicación en los planes de proyectos y obras de ingeniería.
Como, la construcción de la carretera asfaltada Casma – Huaraz, “Anhelo
ancashino por más de cincuenta años”, el reasfaltado Pativilca, Conococha,
Huaraz, Caraz, Molino Pampa; preparación de las minas Pierina y Antamina en
las secciones de movimiento de tierra, asfaltado, concreto, estructuras de acero,
montaje de equipos metalúrgicos y otros. Como en la estabilidad de taludes.
Del mismo modo el agradecimiento a las empresas constructoras con
acreditación internacional y estándares internacionales ISO 14,000, que me
brindaron realizar mis prácticas profesionales como de ingeniero. A la Empresa
Constructora Graña y Montero G y M, a la Empresa Constructora Industrial
Famía, a la Empresa Constructora Cosapì S.A. que me dieron la oportunidad de
afianzarme en la ingeniería.
Segundo Silva Maguiña
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RESUMEN
La presente investigación, tiene el propósito de analizar geotécnicamente la
estabilidad de taludes en rocas, del tramo de la carretera comprendido entre
Chacchán – Yupash, de la vía central Casma – Huaraz, con el objetivo de ubicar y
determinar las zonas críticas de inestabilidad inminente para prevenir incidentes o
interrupciones en el tráfico vehicular del circuito vial aludido.
La metodología utilizada se inicia con el muestreo de datos de campo,
análisis de los mismos, caracterización de los parámetros geomecánicos, para la
determinación del grado de inestabilidad aplicando el Factor de Seguridad.
Habiéndose obtenido como resultado que la mayor parte del tramo estudiado,
presente serios problemas de inestabilidad, mereciéndose la atención oportuna;
por lo expuesto sugerir recomendaciones y medidas de remediación o protección
de los taludes.
ABSTRACT
This research aims to analyze slope stability geotechnically on rocks, on a
stretc of road Casma Huaraz (Chacchán – Yupash), in order to locate the critical
areas of instability or imminent to prevent incidents or disruption vehicular traffic
alluded road circuit.
The methodology begins with field data sampling, analysis thereof
geomechanical characterization parameter, for determining the degree of instability
in the factor of safety. Having obtained the result that most of the studied section,
present serious problems of instability, eaming foregoing recommendation by
suggesting remediation or protection of slopes for each case.
Palabras Claves (Key words): Geotecnia de taludes. Inestabilidad de taludes.
Taludes. Geomecánica de excavaciones.
5
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de investigación se realiza, en el tramo de carretera
Chacchán – Yupash, correspondiente a la carretera de penetración de la ciudad
de Casma a la ciudad de Huaraz, comprendiendo una longitud aproximada de 20
kilómetros; porque en la actualidad, viene causando serios problemas de
deslizamiento debido a la inestabilidad de los taludes, derivando como
consecuencia de las mismas, en interrupciones del tráfico entre ambas ciudades,
por lo que es necesario realizar una investigación de las causas, dado a la
importancia que ofrece la mencionada vía.
En la metodología empleada, se ha iniciado con la toma de datos de campo
de las características geológicas, geotécnicas del tramo de carretera en estudio,
así como la toma de datos ingenieriles. Utilizando ambos factores se han hecho
los análisis y los cálculos correspondientes a sus Factores de Seguridad,
detectándose zonas con bajos valores de estabilidad, por tanto, considerándolas
estas como inestables o críticas, evaluando su incidencia en porcentajes, para
luego proponer las correcciones correspondientes.
El trabajo en sí, para su ejecución ha tenido numerosas limitaciones,
especialmente en la toma de datos de campo, por ser una zona agreste con fuerte
pendiente, disponibilidad de la movilidad a la respectiva zona, superándose
parcialmente estos inconvenientes.
El trabajo consta de los siguientes capítulos. Capítulo I, corresponde a las
generalidades del estudio, especialmente dedicado al entorno físico y geológico
donde se desarrolló el proyecto. El Capítulo II, corresponde a los planteamientos
teóricos o revisión bibliográfica que necesita basarse el estudio correspondiente.
El Capítulo III, a la metodología utilizada para llevar adelante la investigación. El
Capítulo IV, corresponde a los resultados obtenido de los análisis de los datos de
campo, los diversos procedimientos de cálculo. Finalmente, las conclusiones y
recomendaciones que emana del análisis de la investigación.
El Autor
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Agradecimiento
Resumen
Introducción
Índice
CAPITULO I
ASPECTOS DEL AREA EN ESTUDIO
GENERALIDADES 1.1. Entorno Físico:
1.1.1. Ubicación:
1.1.2. Topografía:
1.2. Entorno geológico
1.2.1. Geología Regional:
1.2.2. Estratigrafía
1.2.3. Geología del tramo de estudio
CAPITULO II
METODOLOGIA
2.1. El Problema:
2.1.1. Descripción de la Realidad problemática de taludes tramo
Chacchán Yupash:
2.1.2. Planteamiento y Formulación del Problema:
2.1.3. Objetivos:
2.1.4. Justificación de la Investigación:
2.1.5. Limitaciones:
2.2. Hipótesis:
2.3. Variables:
2.4. Diseño de la Investigación:
2.4.1. Tipo de Investigación:
2.4.2. Técnicas, instrumentación de recolección de datos
2.4.3. Población y muestreo
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CAPITULO III
MARCO TEORICO
3.1. Conceptos Básicos
3.2. Fundamentos teóricos
3.2.1. Propiedades físicas de las rocas que influyen en la estabilidad de
taludes
3.2.2. Propiedades mecánicas de las rocas que influyen en la estabilidad de
taludes
3.2.3. Diferentes tipos de falla de taludes en masas rocosas
3.2.4. Falla Plana en taludes rocosos
3.2.5. Falla en cuñas en taludes rocosos
3.2.6. Algunos Factores que controlan la estabilidad en macizos rocosos
3.2.7. Remediación y protección de taludes en carreteras
CAPITULO IV
RESULTADOS
4.1. Descripción, análisis y tratamiento de los datos de taludes.
4.1.1. Fallamiento Planar
4.1.2. Fallamiento en cuñas
CAPITULO V
ANALISIS Y DISCUSIÓN
5.1. Análisis y Discusión de los Resultados.
5.1.1. Falla Planar.
5.1.2. Falla en cuña
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFICAAS;
ANEXOS:
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CAPITULO I
ASPECTOS DE LA ZONA EN ESTUDIO
GENERALIDADES
1.1. ENTORNO FÍSICO:
1.1.1. Ubicación:
La carretera Huaraz – Casma, se encuentra en la ruta 14A de vías Nacionales
por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones; en Casma en el kilómetro
Cero (0) y en Huaraz, puente San Gerónimo, en el kilómetro 141, en su
trayecto atraviesa la Cordillera Negra, cuya dirección de eje vial, es Oeste -
Este, uniendo las Ciudades de Casma y Huaraz. Siendo el tramo de estudio
Chacchan – Yupash kilómetro 51 + 654 y kilómetro 71+ 823. Con
Coordenadas: 77045”W - 9033”S y 77043”W. - 9032”S (ver plano anexo N° 1)
1.1.2. Topografía:
La carretera Casma Huaraz, en el tramo Chacchan – Yupash se desarrolla en
taludes naturales en forma transversal al eje vial que varía entre 50% a 70%.
El eje vial es de pendiente del orden del 18% teniéndose la cota en Chacchan
a 2010 m.s.n.m. y en Yupash a 3230 m.s.n.m. Siendo su longitud de eje vial
de 20 + 169 kilómetros. El desnivel que existe entra Chacchan y Yupash es
de 1220 metros, por lo que la vía serpentea el tramo para alcanzar el
desnivel correspondiente.
1.2. ENTORNO GEOLÓGICO:
1.2.1. Geología Regional:
Yace en la formación geológica del grupo Goyllarisquizga, perteneciente al
periodo Mesozoico, así como del grupo Calipuy del periodo del Cenozoico,
sedimentos del Mesozoico, plegados, con una cobertura volcánica ondulada a
lo largo de la cordillera Negra, donde afloran rocas de andesitas, Filitas y
Esquistos grises. Así como por material cuaternario.
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1.2.2. Estratigrafía:
En la zona encontramos estratificaciones, correspondiente a las siguientes
formaciones geológicas y en plegados.
La Formación Calipuy, que data del cretáceo terciario inferior; lavas
ande siticas y piro clástico
La Formación Jumasha, que data del cretáceo superior, caliza masiva;
La Formación Pariahuanca, del cretáceo inferior, caliza masiva gris;
Formación Goyllarisquizga, que data del cretáceo inferior, compuesto
de cuarcita, lutitas y areniscas de grano fino.
Para tener mayor información de la estratificación de la zona se recurrió a la
situación geológica estructural como del historial geológico de la región. Por lo
que los tipos de roca, pliegues, fallas y fracturas encontrados en campo en la
construcción de plataformas y taludes al desbroce realizado por las máquinas
fueron extraídas las muestras representativas y analizadas en gabinete.
1.2.3. Geología del tramo de estudio:
Se han encontrado rocas fracturadas y diaclasas de andesitas silícicas, como
areniscas de grano grueso de color amarillento, las cuales se presentan en
estratificación de potencia media a gruesa con estratos de forma intercaladas
con areniscas conglomerados de color amarillo con presencia de óxidos de
hierro
Esta observación fue posible en la excavación sobre el macizo a medida que
se iba profundizando en la construcción de la plataforma de la vía. En estas
circunstancias, la roca que se manifestaba en la superficie es lo que nos
proporcionó la información sobre los tipos de roca y sobre las características
estructurales del macizo que fueron sometidos a estudio geotécnicos
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CAPITULO II
METODOLOGÍA
2.1. EL PROBLEMA:
2.1.1. Descripción de la Realidad problemática de taludes tramo
Chacchán Yupash:
En el tramo Pariacoto – Yupash, Sector Chacchan – Yupash, se
encuentra en la vía Casma - Huaraz, en una zona con mucha pendiente
de talud natural que superan los 500 en un terreno por lo general
deleznable. Los cambios climáticos como de calor frieron extremos y de
lluvia han hecho de un terreno erosionado por lo que es necesario su
estudio y tratamiento para la estabilidad de taludes.
La carretera Casma - Huaraz, descuidada por muchos años, ha tenido como
consecuencia el incremento de accidentes vehiculares, consecuentemente la
pérdida de vidas humanas y la pérdida de interés como vía alterna para
trasladarse al norte del país. Encontrándose una vía calamitosa con
derrumbes y huecos, con mayor incidencia en el tramo en estudio. Por lo que
fue necesaria su intervención por el ministerio de Transportes y
Comunicaciones para su mejoramiento, en el ensanche y asfaltado de la vía
que conllevo el estudio de estabilidad de taludes.
Considerando este tramo crítico, se realizaron los estudios geológicos y
geotécnicos. Dentro de los taludes naturales para establecer las
consideraciones de la realización de los cortes y terraplenes para el
mejoramiento de vía, en la que constituyan una estructura relativamente
controlado.
Otro aspecto que genera el problema en “estabilidad de taludes” analizado en
el tramo propuesto es la “falla en talud de rocas”.
Las fallas en taludes definido en términos de derrumbes o colapso de toda
índole, que no dejan duda en pensar, que ocurre una incompatibilidad entre la
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estructura de un talud diseñada y la función a la que fue propuesta, dando
lugar a movimientos o fallas, comprometiendo su grado de estabilidad, en este
caso de una carretera que es de uso público.
Por lo general, esto radica en la gran variedad de fenómenos que se
involucran en el concepto, una falla de deslizamiento de rocas a través de sus
estructuras, como la falla planar, en cuñas, de volteo o de rotación, que afecta
la estabilidad de taludes, incluso a su cimentación. Por lo que hay que
diferenciar los múltiples modos por los que los taludes pueden llegar a no
cumplir la función que se les hayan asignado.
En el presente trabajo, como en otras similares, el propósito es analizar estos
problemas tratando de aplicar los conocimientos generales para poder
establecer un modelo matemático, de manera que garantice el
comportamiento de los taludes para prevenir eventualidades y de dar simple
solución.
Por lo visto, no existe un método general de análisis aplicable a todos los
taludes, esto se debe:
En primer lugar, porque el método tradicional, no es aplicable a taludes por la
simple razón que no existe ningún procedimiento manejable en la práctica
para determinar el estado de esfuerzos internos en los puntos de la masa
rocosa ni de suelos, a partir de las cargas exteriores que actúan. Todos los
métodos de cálculo están ligados a un mecanismo cinemático de falla
específica, por lo que sólo serán aplicables a aquellos problemas de
estabilidad en que la falla sea del tipo que se considera
En segundo lugar, por lo que no se puede tenerse un método general de
análisis aplicable a todos los casos.; en efecto, la aplicación de cualquier
método teórico de análisis implica que se pueden utilizar los parámetros de
resistencia del suelo y de la roca adecuados al caso.
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Lo que establece que, no es factible la aplicación de un solo tipo de falla en
la estabilidad de taludes en las vías terrestres, sea por razones de falta de
homogeneidad de los materiales constructivos, que hacen poco representativo
los resultados de cualquier muestreo y estudio de laboratorio, o bien por las
razones que emanan del número de estructuras que se estudien, pero se
insiste en la necesidad de detectar desde la etapa de estudio previo aquellos
casos por alguna razón especial que sean merecedoras de estudios
detallados, dentro de estos de construcción de taludes fallados.
Este detalle en general se pudo observar en:
o Taludes naturales.
o Cortes: sobre rocas, suelos (fallas en planar, cuñas, volteo,
circulares)
o Talud de terraplenes.
Las fallas más comunes en taludes que se distinguieron por los factores
geomorfológicas, por la topografía de los alrededores del talud y la distribución
de las discontinuidades y estratificaciones. Fueron generalmente las fallas del
tipo planar, y en cuñas, en el que desestabilizan el talud, sean estos de la
realidad del terreno o por la construcción de las plataformas, en el movimiento
de tierra.
Fotografía N° 1: derrumbe de carretera
Fuente: el autor
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2.1.2. Planteamiento y Formulación del Problema:
Por lo descrito, en el tramo de estudio de la carretera Chacchan – Yupash
(Casma Huaráz), se nota la presencia de inestabilidad en gran parte de los
taludes, que dificultan y perjudican el tránsito normal de los vehículos en la
zona. Esto se debe a que no se han tenido en cuenta en el momento de su
construcción, las características geológicas y geotécnicas del terreno. Así
mismo no se han considerado oportunamente los trabaos de remediación y
protección de las mismas, cuando se construyó la vía afirmada de la
carretera Casma – Huaraz en los años sesenta del siglo pasado.
Formulación interrogativa del problema:
¿Por qué, No se ha determinado la estabilidad o inestabilidad de taludes en
el tramo de la carretera Chacchán Yupash (Casma - Huaraz) al no aplicarse
adecuadamente los conocimientos de las características geotécnicas del
terreno?
¿Por qué, ¿No se han considerado la compatibilidad entre los factores
ingenieriles y geomecánicos, que determinan el Factor de Seguridad?
¿Por qué, No se han considerado para evitar estas inestabilidades la
construcción de trabajos de remediación y protección de los taludes?
2.1.3. Objetivos:
Objetivo General:
En el presente trabajo de investigación, se analizará la estabilidad o
inestabilidad de los taludes de la vía Casma Huaraz del tramo Chacchan -
Yupash en los sectores críticos utilizando las características ingenieriles, los
principios geotécnicos, utilizando cuantitativamente los datos de campo,
mediante programas computarizados, para solucionar problemas y dar
recomendaciones.
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Objetivos específicos
a) Analizar la estabilidad o inestabilidad de los taludes de la vía Casma –
Huaraz del tramo, Chacchan - Yupash en los sectores críticos, utilizando
las características ingenieriles de taludes para solucionar problemas y
dar recomendaciones.
b) Analizar la estabilidad o inestabilidad de los taludes de la vía Casma –
Huaraz del tramo Chacchan - Yupash en los sectores críticos, utilizando
los principios geotécnicos de taludes, para solucionar problemas y dar
recomendaciones.
c) Analizar la estabilidad o inestabilidad de los taludes del tramo de la vía
Casma – Huaraz del tramo Chacchan - Yupash en los sectores críticos,
utilizando cuantitativamente los datos de campo, mediante programas
computarizados, para solucionar problemas y dar recomendaciones.
2.1.4: Justificación de la Investigación:
Se justifica el desarrollo del presente trabajo de investigación, se
justifica, porque se necesita la prevención de los deslizamientos de los
taludes en la carretera de Casma Huaraz (Chacchán – Yupash) para su
transitabilidad.
Se justifica, porque, es necesario la prevención de accidentes en los
transportistas como la pérdida de vidas humanas.
Se justifica, para evitar cualquier tipo de accidentes que pudieran ocurrir
como consecuencia de los derrumbes que pongan en peligro la
integridad de las personas, propiedades y sus efectos económicos, etc.
2.1.5: Limitaciones
El desarrollo del presente trabajo de investigación se limita a un tramo
de la carretera Casma - Huaraz, Chacchán Yupash (Kilómetro 51+654
al 71+ 654), situado en la cuenca del río Casma.
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El desarrollo del presente trabajo ha tenido restricciones respecto a la
disponibilidad de tiempo, equipos y otras facilidades que se debería
contar para este tipo de investigaciones.
En la presente investigación se ha ceñido hacer una investigación y
análisis de la estabilidad de taludes en rocas solamente en dos tipos de
falla como es Planar y en Cuñas y de proponer algunas
recomendaciones de solución al problema.
2.2. HIPOTESIS
Dando la formalidad en la aplicación de los principios geotécnico para obtener los
Factores de Seguridad, nos permitirán dar solución a los problemas de
inestabilidad de taludes en rocas del tipo de falla planar y en cuñas. En el
mejoramiento del tramo de carretera Chacchan – Yupash (Casma Huaraz).
2.3: VARIABLES
Variable Independiente:
Dando la formalidad en la aplicación de los principios geotécnico para
obtener los Factores de Seguridad.
Variable Dependiente:
Nos permitirán dar solución a los problemas de inestabilidad de
taludes en rocas del tipo de falla planar y en cuñas.
Variable Circunstancial:
En el mejoramiento del tramo de carretera Chacchan – Yupash (Casma
Huaraz).
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2.4: DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
2.4.1: Tipo de investigación 1
No experimental: Porque los datos ingenieriles y geomecánicos de
campo obtenidos directamente del tramo de carretera Chacchán –
Yupash, van a ser considerados como tal, sin manipuleo artificial.
Es transversal: Porque la recolección de los datos aludidos se ha
realizado en una sola oportunidad, con el propósito de describir las
variables en un momento determinado de la investigación.
2.4.2: Técnicas, instrumentación de recolección de datos
La técnica de muestreo que se utilizó fue la “Observación de campo
directa”, utilizando como instrumento de recolección de datos “Los cuadros
o guías de observación de campo”, tanto para los datos geométricos del
talud (ingenieril) y los datos geomecánicos de la masa rocosa.
Estas guías fueron rellenadas con los datos, teniendo en cuenta los tipos de
fallamiento de taludes planas y fallamiento en cuñas sobre el macizo rocoso,
especificando numéricamente las zonas críticas para su evaluación.
2.4.3: Población y muestras
Los datos fueron tomados directamente de la fuente primaria o campo, es
decir a través del contacto directo con el terreno al ser observado, descrito y
registrado en los instrumentos o “Guías de observación”, previamente
elaborados.
1 Hernández Sampieri R. et.al. Página149
17
Fotografía N° 2: Una de las zonas de muestreo
Fuente: El autor
Las muestras fueron cogidas de cuatro sectores considerados críticos que
corresponden a la zona de estudio. Para registrar los datos, se tuvo que
tener en cuenta en primer lugar la inspección del eje de vía por donde se
tenía que construir el terraplén de carretera. En cada sector, se recolectaron
datos medidos directamente del talud, tanto geométricos o ingenieriles, así
como muestras para los ensayos de laboratorio para obtener los parámetros
geomecánicos de resistencia al corte como son la cohesión y el ángulo de
fricción, utilizando como instrumentos las guías o formatos de recolección
de datos (ver anexo N° 2). En total los cuatro sectores corresponden a:
Tabla N° 1: Zonas de muestreo
Sector Nº de muestras
Lugar Distancia
1 10 Chacchàn - Llanca 51 + 654/ 56 + 654
2 10 Llanca – Curva Roso 56 + 654/ 61 + 654
3 10 Curva Roso - Hirac 61 + 654/67 + 654
4 10 Hirac - Yupash 67 + 654/ 71+ 654
Fuente: El autor
18
Las diferentes nomenclaturas que corresponden a cada parámetro de cada
muestra, tanto para fallas planar como en cuña corresponden a las siguientes:
fricciòndeAngulo
CCohesiòn
aguadelespecificoPeso
rocaladeespecificoPeso
falladeplanodelAngulo
taluddelcaraladeAngulo
mZtracciòndefracturalaenaguadeAltura
mZtracciòndefracturadeofundidad
mHbancodeAltura
w
r
p
f
w )(
)(Pr
)(
Los datos se registran en los siguientes cuadros:
Tabla N° 1: Lugar Chacchán: Kilómetro 51+654/ 56+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 12.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 14.00 6.00 4.20 50 30 25.14 9.81 47.88 30
3 15.00 7.00 5.50 60 45 25.14 9.81 47.88 30
4 14.00 11.00 6.70 48 25 25.14 9.81 47.88 30
5 12.00 8.00 6.20 78 60 25.14 9.81 47.88 30
6 8.00 5.00 3.10 60 30 25.14 9.81 47.88 30
7 11.00 6.00 5.10 70 45 25.14 9.81 47.88 30
8 6.00 4.00 2.20 75 60 25.14 9.81 47.88 30
9 7.00 5.00 3.40 80 65 25.14 9.81 47.88 30
10 10.00 7.00 4.50 68 40 25.14 9.81 47.88 30
Tabla N° 2: Lugar Llanca: Kilómetro 56+654/ 61+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 12.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 20.00 5.00 2.00 30 15 25.14 9.81 47.88 30
3 14.00 5.00 3.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
4 10.00 6.00 3.00 40 30 25.14 9.81 47.88 30
5 9.00 4.00 2.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
6 10.00 5.00 3.00 50 40 25.14 9.81 47.88 30
7 8.00 4.00 1.00 30 25 25.14 9.81 47.88 30
8 7.00 2.00 2.00 30 25 25.14 9.81 47.88 30
9 6.00 3.00 2.00 60 50 25.14 9.81 47.88 30
10 5.00 2.00 1.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
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Tabla N° 3: Lugar Curva Roso: Kilómetro 56+654/ 61+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 12.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 8.00 2.00 1.00 45 30 20.15 9.81 40.75 45
3 10.00 1.50 0.50 45 30 20.15 9.81 40.75 45
4 12.00 2.00 1.00 45 30 20.15 9.81 40.75 45
5 7.00 2.50 1.50 45 30 20.15 9.81 40.75 45
6 6.00 2.00 0.80 50 45 20.15 9.81 40.75 45
7 5.00 1.00 0.40 50 45 20.15 9.81 40.75 45
8 4.00 0.50 0.40 50 45 20.15 9.81 40.75 45
9 7.00 1.50 0.50 30 25 20.15 9.81 40.75 45
10 5.00 2.00 0.70 30 20 20.15 9.81 40.75 45
Tabla N° 4: Lugar Curva Hirac: Kilómetro 65+654/ 67+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 18.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 17.00 11.00 7.00 70 60 25.14 9.81 47.88 30
3 15.00 8.00 4.00 80 70 25.14 9.81 47.88 30
4 14.00 7.00 5.00 75 70 25.14 9.81 47.88 30
5 14.00 6.00 6.00 70 60 25.14 9.81 47.88 30
6 13.00 5.00 3.00 60 45 25.14 9.81 47.88 30
7 12.00 6.00 5.00 50 40 25.14 9.81 47.88 30
8 11.00 4.00 2.00 40 30 25.14 9.81 47.88 30
9 9.00 6.00 3.00 30 10 25.14 9.81 47.88 30
10 5.00 2.00 1.00 20 15 25.14 9.81 47.88 30
Tabla N° 5: Lugar Curva Yupash: Kilómetro 67+654/ 71+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 18.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 20.00 10.00 4.00 45 40 25.14 9.81 47.88 30
3 25.00 15.00 7.00 45 40 25.14 9.81 47.88 30
4 27.00 12.00 6.00 45 40 25.14 9.81 47.88 30
5 28.00 8.00 4.00 50 45 25.14 9.81 47.88 30
6 30.00 10.00 5.00 50 45 25.14 9.81 47.88 30
7 26.00 8.00 3.00 40 30 25.14 9.81 47.88 30
8 14.00 6.00 2.00 40 30 25.14 9.81 47.88 30
9 15.00 7.00 3.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
10 12.00 4.00 1.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
20
CAPITULO III
MARCO TEÓRICO
3.1. CONCEPTOS BÁSICOS:
Falla Planar: Cuando la superficie de la discontinuidad por donde se
desliza el bloque de rocas, tiene un rumbo más o menos paralelo al
rumbo de la carretera, con un margen de ±20°.
Falla en cuña: El deslizamiento se produce a través de la línea de
intersección de los dos planos de discontinuidades que forman la cuña.
La línea de intersección tiene una dirección y plunge que intersecta la
cara del talud.
Dayligth envelope: Cuando las diferentes líneas de intersección de
cada par de planos de discontinuidades afloran en la cara del talud, son
cinemáticamente inestables.
Factor de Seguridad. Se aplica en las condiciones de Equilibrio límite,
es decir: cuando las fuerzas que inducen al deslizamiento del bloque,
son exactamente balanceadas a aquellas que tienden a resistir a ese
deslizamiento. La comparación de ambas fuerzas es lo que denomina
Factor de Seguridad (FS).
Cementación: Es concreto de cemento que se utiliza para fijar el ancha
de acero con la roca dentro de un taladro, de manera que el conjunto
forme parte de la masa rocosa y aumente su competencia o estabilidad.
Malla utilizada en soporte: Consiste en un tejido de alambre, que
puede ser galvanizado para protegerlo de la corrosión, y por la misma
forma de tejerse es bastante flexible y resistencia para evitar que las
piedras que se sueltan puedan deslizarse y quedan atrapadas en las
mismas.
Plunge de la línea de intersección: Inclinación o buzamiento de la
línea de intersección de dos discontinuidades
21
Grietas de Tracción: Son aberturas de rumbo casi paralelo a la cara del
talud, que se originan por esfuerzos de tracción, pueden ser verticales y
que generalmente se ubican detrás de la cresta del talud.
3.2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS:
3.2.1. Propiedades físicas de las rocas que Influyen en la Estabilidad de
Taludes:
Las propiedades físicas de las rocas son el resultado de: composición
mineralógica, densidad, estructura, textura, fábrica, porosidad,
permeabilidad, alterabilidad, dureza, historia geológica, meteorización, etc.
La variabilidad de estas propiedades, refleja el comportamiento mecánico
diferente, es decir estas propiedades controlan las características de
resistencia y deformación de la roca, en este caso de los taludes. (2)
a) Porosidad de la roca (n):
Por definición es la relación de los espacios vacíos con respecto al
volumen total del espécimen de roca intacta, dado en porcentajes.
)1........(....................)(
)(
t
v
VTotalVolumen
VvacíosdeVolumenn
Entre todas las características físicas de la roca, el que más afecta su
comportamiento mecánico es la presencia de vacíos o espacios porosos.
Todo material poli cristalino esencialmente es poroso, todas las a rocas,
en mayor o menor grado son porosos. El grado de porosidad depende
mayormente del tipo de origen, así tenemos: 3
2 Luís Gonzáles pag. 119
3 Jumikis pag. 131, Farmer 15, Judo 53
22
Rocas intrusivas: Por el lento enfriamiento del magma son de muy
baja porosidad.
Rocas volcánicas: Por el rápido enfriamiento del magma son muy
porosas. Tienen vacíos dejados por el entrampamiento de los gases.
Rocas sedimentarias: Depende del grado de consolidación y del tipo
del mineral cementante, tamaño de sus partículas.
Las rocas menos porosas tienen mayor resistencia al corte, cohesión,
ángulo de fricción, etc. La porosidad en rocas acentúa su
heterogeneidad
b) Peso Específico ():
“El estudio de los pesos específicos en minería estriba especialmente en
la estabilidad de taludes por su importancia, dado a que las rocas con
pesos específicos altos, generalmente son mucho más competentes,
más resistentes, incrementa el grado de estabilidad de las paredes de
los taludes”, en comparación con las menos densas. (4). Por definición,
es la relación entre el peso de la roca y su respectivo volumen. Las
nomenclaturas de los pesos específicos se expresan ()
)2.......(..........)(
)(
t
t
VtotalVolumen
WsueloorocaladetotalPeso
4 Hansey
23
Tabla N0 02: Propiedades físicas de algunos tipos de roca
Tipo de Roca
Peso Específico Seco Porosidad (n)
(%) (t / m3) (KN / m3)
Ígneas
Basalto 2.21 – 2.77 21.66 – 27.15 0.22 – 22.06
Diabasa 2.82 – 2.95 27,64 – 28.91 9.17 – 1.00
Gabro 2.72 – 3.0 26.66 – 28.40 0.00 – 3.57
Granito 2.53 – 2.62 24.79 – 25.68 1.02 – 2.87
Metamórficas
Cuarcita 2.61 – 2.67 25.58 – 26.17 0.40 – 0.65
Esquisto 2.60 – 2.85 25.48 – 27.93 10.00 – 30.00
Gneis 2.61 – 3.12 25.58 – 30.58 0.32 – 1.16
Mármol 2.51 – 2.86 24.60 – 28.03 0.65 – 0.81
Pizarra 2.71 – 2.78 26.56 – 27.24 1.84 – 3.61
Sedimentarias
Arenisca 1.91 – 2.58 18.72 – 25.28 1.62 – 26.40
Caliza 2.67 – 2.72 26.17 – 26.66 0.27 – 4.10
Dolomita 2.67 – 2.72 26.17 – 26.66 0.27 – 4.10
Lutita 2.0 – 2.40 19.60 -23.52 20.00 – 50.00
Fuente: El autor
3.2.2. Propiedades mecánicas de la roca que Influyen en la Estabilidad de Taludes:
a) Resistencia compresiva simple de la roca intacta (sc)
La resistencia compresiva simple, se obtiene directamente en ensayos
de laboratorio, y en ensayos de campo. Los ensayos permiten
determinar en laboratorio la resistencia a compresión simple, las
constantes elásticas entre otros.
24
Una de las razones por el cual se necesita conocer el valor de la
resistencia compresiva simple de las rocas es para, la clasificación
geotécnica de la roca, para determinar su deformabilidad y por tanto
conocer el grado de estabilidad de labores subterráneas, comparando
ésta con los esfuerzos inducidos que se generan alrededor de las
aberturas y verificar su condición de estabilidad.
Esta hipótesis se basa en que la resistencia obtenida de muestras en
laboratorio sea representativa de la masa rocosa que circundan a la
excavación, lamentablemente las características estructurales de la
masa rocosa invalidan esta hipótesis.
Otra de las importancias el porqué es necesario conocer la resistencia
compresiva simple, porque a partir de ella, y simultáneamente se pueden
obtener:
Resistencia a la Tracción de la Roca
Resistencia al Corte
Deformabilidad
Cohesión y el ángulo de fricción interna
.
En resumen, es uno de los ensayos más importantes en la mecánica
de rocas. Su importancia es tal que para tener idea sobre el
comportamiento mecánico de un determinado tipo de roca. Bastaría con
obtener e valor de la resistencia compresiva.
El valor está dado por la siguiente formula:
cilindricoespecimendelDiámetrod
roturadeaCP
Donde
d
Pc
arg
:
.
42
25
b) Índice de Rebote del martillo Schmidt (R)
Este ensayo permite estimar de forma aproximada la resistencia a
compresión simple, mediante una sencilla correlación, Siendo aplicable
fundamentalmente a la matriz rocosa, también a discontinuidades. Su uso
está muy extendido por su rapidez, facilidad y costos.
Llamado también dureza por rebote, se determina mediante el
esclerómetro de Shore. Se basa en la medida del índice de rebote, o
altura de rebote de un pequeño dispositivo situado dentro de un tubo de
forma cilíndrica graduado arbitrariamente y que rebota por la acción de un
resorte cuando el martillo golpea con una cierta presión a la superficie de la
roca.
Debido a la pequeña área de golpeo del martillo y a la naturaleza
heterogénea de la roca, es necesario realizar un gran número de ensayos
de rebote afín de obtener un promedio para un determinado tipo de roca.
En el caso del martillo de impacto Schmidt, consiste esencialmente en un
émbolo, un resorte de una determinada rigidez y un pistón. El émbolo se
presiona hacia el interior del martillo al ejercer un empuje contra la
superficie de la roca. La energía se almacena en el resorte el cual libera
automáticamente a un nivel determinado e impacta el pistón contra el
émbolo.
El uso del índice de rebote en rocas tiene sus limitaciones, en rocas muy
suaves y muy duras, ya que varía de acuerdo con su resistencia
compresiva, sus usos permisibles para obtener mejores resultados están
dentro de los límites: 5
20 MPa < c < 150 MPa
Cuando se trata de rocas muy suaves (<20 Mpa), el índice de rebote
decrece, o la energía de rebote se reduce, debido a que la roca absorbe
5 Oyanguren pag. 118
26
esta energía, y se puede obtener lecturas falsas “ruido instrumental”. Se
hacen ensayos sistemáticos con el martillo Schmidt, aunque el método
presenta una dispersión muy alta.
Cuando se trata de rocas duras (>150 Mpa), sucede lo contrario, la roca,
no absorbe o no almacena energía de rebote, lo suelta, es por eso que el
índice de rebote se eleva, pero solamente hasta ciertos límites aceptables.
Los valores de los índices de rebote se pueden obtener directamente de la
siguiente gráfica:
Gráfico N° 1: Relación Dureza, peso específico y resistencia
Fuente: Gonzáles de vallejo
c) Índice de Carga Puntual (PTL)
Son métodos indirectos para obtener resistencias con gran
aproximación, son rápidos, baratos y sencillos de realizar y son muy
útiles para la clasificación de las rocas, diseños, etc.
El Índice de carga Puntual de franklin, se realizan en máquinas portátiles
de “carga puntual”. El espécimen constituye un fragmento irregular de
roca o mejor un testigo diamantino de más o menos L./D = 1.5, y se
coloca horizontalmente entre las 2 puntas de la máquina. La muestra no
necesita refrentar y así se obtiene el “índice de carga puntual” de
Franklin (Is).
27
muestraladeespesoroDiametroD
roturadeaCP
Donde
D
PI s
arg
2
Diámetro del espécimen o distancia de las 2 puntas cónicas en el
momento de rotura. El diámetro recomendado del espécimen es 54 mm.
La resistencia comprensiva en estas condiciones está dada por:
sc ID175.014
El paréntesis, el valor de D en mm, arroja un valor de 23 cuando los
testigos son de 54 mm, como muestra la siguiente figura:
c = 23 Is
Gráfico N° 2: Resistencia Compresiva Vs Índice de Carga Puntual
Fuente. El autor
28
Cuando las muestras tienen diámetros diferentes de 2 pulgadas, este
índice se corrige mediante la ayuda de un ábaco. El ensayo PTL, no
está indicado para rocas blandas o con marcada anisotropía, pierde su
validez, cuando son menores de 10 Kgr / cm2
Los ensayos deben de realizarse lo antes posible, para que no afecten
las condiciones de humedad. De cada tipo de roca existente se realizan
varios ensayos, normalmente de 6 a 10 veces, y se toman el promedio
de los 4 valores centrales obtenidos. 6
Tabla N0 03: Resistencia compresiva uniaxial de rocas
Fuente: El autor
6 Revista Tecniterrae pag. 30
ROCA RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN UNIAXIAL (MPA)
ROCA RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN UNIAXIAL (MPA)
Andesita 40 – 320 Gabro 150 – 280
Anfibolita 210- 520 Gneis 42 – 250
Anhidrita 42 Granito 10 – 300
Arcilla Esquistosa 39 – 54 Granodiorita 100 – 280
Arenisca 4 – 320 Grauwaca 27 – 61
Basalto 15 – 420 Marga 3 – 197
Caliza 4 – 330 Mármol 47 – 240
Comeana 34 – 120 Micaesquisto 20 – 65
Cuarcita 90 – 470 Pedernal 120 -150
Dacita 80 – 160 Pizarra 27 – 320
Diabasa 120 – 500 Pórfido 140 – 250
Diorita 86 – 340 Piolita 80 – 160
Dolomía 36 – 560 Sal 21 – 35
Esquisto 12 – 230 Yeso 1.50 – 45
29
d) Características de las discontinuidades
Las discontinuidades son características planas de muy baja
resistencia, alta deformabilidad y permeabilidad en comparación con
la roca intacta. Las rocas fracturadas se comportan distintamente que
las rocas sanas. Aunque sus características: espaciado, orientación,
tamaño, rugosidad, etc, no son distribuidos uniformemente. La
resistencia como su deformabilidad se obtiene en laboratorio.
La “orientación relativa” de las discontinuidades respecto a la
dirección de los taludes es una de sus características que influyen en
el grado de estabilidad de las mismas. La importancia de la
orientación aumenta si se dan otras características, como el número
de familias, extensión, espaciamiento, etc. Otra característica de las
discontinuidades geológicas, es su “resistencia al corte”, que
finalmente es la que determina la resistencia del macizo rocoso.
Características de las discontinuidades: Para cada familia deben de
definirse las siguientes características, previa toma de datos de
campo:
Tabla N° 3: Características de las discontinuidades
Parámetros geométricos Parámetros de resistencia
Orientación (α/β) Resistencia al corte de las paredes
Espaciado Tipo de relleno
Apertura Presencia de agua
Continuidad
Rugosidad
Fuente: El autor
30
Modelos de Resistencia al corte de discontinuidades:
El estudio del comportamiento mecánico de las discontinuidades se
basa en la resistencia al corte de sus paredes, consecuencia de los
esfuerzos de corte y los desplazamientos tangenciales producidos.
Esta relación “esfuerzos/ desplazamiento”, es la medida de su
rigidez. La rotura se produce a través de los planos y los gráficos del
comportamiento son similares a los de la roca intacta, con la
diferencia que en las discontinuidades se rompen a favor de los
planos preexistentes. (7)
La resistencia al corte de los planos de discontinuidades depende
fundamentalmente de la fricción entre los planos de las
discontinuidades, y en menor cuantía de la cohesión. La rugosidad de
las paredes es otro de los factores que más influyen en la resistencia
al corte, especialmente cuando están sometidas a bajos esfuerzos
normales.
El modelo de resistencia al corte de la discontinuidad según el
modelo de Mohr Coulomb está dado por la siguiente ecuación:
caraslasdefriccióndeAngulo
idadesdiscontinulasdecaraslaspresentaqueCohesiónc
Donde
Tanc n
:
7 Gonzáles de Vallejo Página 183
31
Gráfico N° 3: Resistencia al corte en discontinuidades
Fuente: Gonzáles de Vallejo
La siguiente tabla muestra valores delos parámetros de resistencia al
corte de discontinuidades pertenecientes a diferentes tipos de rocas
Tabla N° 4: Cohesión y ángulo de fricción de discontinuidades
Tipo de roca Cohesión (c) Kgr/cm2 Angulo de fricción (∅)
Andesita 280 45
Arenisca 80 - 350 30 - 50
Basalto 200 - 600 48 - 55
Caliza 50 - 400 35 - 50
Cuarcita 250 - 700 40 - 55
Diabasa 900 - 1200 40 - 50
Diorita 150 50 - 55
Dolomia 220 - 600 25 - 35
Esquisto 250 25 - 30
Gabro 300 35
Gneis 150 - 400 30 - 40
Granito 150 - 500 45 - 58
Pizarra 100 - 150 40 - 55
Fuente: El autor
32
3.2.3: Diferentes tipos de fallas en taludes en masas rocosas
En el análisis de estabilidad de taludes en macizos rocosos fracturados es
parte de dos procesos o etapas:
1. Se analiza la fábrica estructural geológica del lugar de estudio,
determinado la orientación de las discontinuidades que podrían resultar
inestables comparándolas con la orientación de la cara del talud. Este
trabajo se realiza por medio de un análisis estereográfico de las
discontinuidades y la posición u orientación del talud. A esto se llama
análisis cinemático.
2. Después de ser detectado la inestabilidad del talud, si fuera el caso, se
realiza los cálculos de inestabilidad utilizando el método de equilibrio
límite, métodos estereográficos, analíticos, etc. para comparar las
fuerzas que tienden a resistir el deslizamiento con las fuerzas causantes
del deslizamiento, por medio del Factor de Seguridad.
La evaluación de fallas potenciales de cuñas o bloques rocosos en taludes por
métodos estereográficos, se inician con el muestreo de datos de las
discontinuidades geológicas. El tamaño de muestreo debe ser lo suficiente como
para definir las características geotécnicas de la masa rocosa. Sobre estos
conocimientos y las características geométricas de la superficie del talud, se
pueden analizar y prever los diferentes modelos de falla asociados al tipo de masa
rocosa.
El análisis cinemático de inestabilidad potencial, precisamente se realiza para
diferenciar zonas inestables o predecir el tipo potencial de falla. Una vez
identificada las zonas peligrosas, posteriormente se realizan el análisis de
estabilidad más detallado, usando otros métodos como por ejemplo el “equilibrio
límite”.
33
Evaluación de problemas potenciales de falla. 8
Los diferentes tipos de fallas de taludes en rocas están asociados con diferentes
estructuras geológicas. Es muy importante para el profesional encargado de
diseñar taludes, quien tiene que ser capaz de reconocer los problemas de falla
potencial o inestabilidad incipiente de los taludes y diferenciarlas de aquellos
estables, primordialmente durante las primeras etapas de una investigación de
estabilidad de taludes. Una selección incorrecta del tipo de falla, invalidará por
completo el trabajo, aún en la realidad los modos de falla siempre se presentan en
forma combinada.
En el gráfico N° 4, se muestra cuatro tipos o modelos principales de falla
representados estereográficamente. Para la evaluación de la estabilidad, debe
incluirse en el estereograma el corte de la cara del talud y que el “deslizamiento
del bloque ocurrirá únicamente como resultado del movimiento hacia la cara
libre del talud”. Obviamente el diagrama ha sido simplificado para mejor claridad,
aunque en la realidad se presentan en forma más compleja.
Inicialmente, John, Panel y Mc Mahan, discutieron métodos para identificar los
tipos y modos potenciales de falla en cuña. Sin embargo, Hoek y Bray prefirieron
el método desarrollado por Markland.
8 Hoek E. y Bray J. 1974 Rock Slope Engineering. Páginas 49, 50
34
Gráfico N° 4: Diferentes tipos de falla de taludes en rocas
Fuente: Hoek Bray
3.2.4: Falla planar en taludes rocosos
35
Parámetros del factor de seguridad:
a) Peso del bloque deslizante (W). - Se calcula teniendo en cuenta la
geometría del talud y la geometría de la falla.
b) Presión normal del agua en la superficie de falla (U). - Que actúa
normalmente a la superficie de falla, y puede obtenerse de un modelo o
perfil de distribución (triangular)
c) Presión del agua en la fractura de tracción (V). - Se calcula de acuerdo
a la altura del agua dentro de la fractura de tracción. Actúa en dirección
horizontal.
d) Fuerzas de soporte artificial (T). - Si se tienen soporte artificial como
sistemas de anclajes, etc.
Fotografía N° 3: Falla Plana en carretera
Fuente: El autor
Influencia del agua sobre la estabilidad del talud
36
Si consideramos la presencia del agua, en las fracturas de tracción y en las
superficies de deslizamiento del bloque en las fallas planas, se asume que
el resto de la masa rocosa del talud permanece prácticamente
impermeable, lo que en la realidad ello no es cierto.
Lamentablemente en este tipo de estudios no permite conocer con mucha
precisión, los flujos de aguas subterráneas. En el análisis de taludes donde
se considera la presencia del agua, para hacer más realista es
recomendable evaluar las variaciones entre los extremos, es decir evaluar
su sensibilidad respecto al factor de seguridad.
Agua en la fractura de tracción (V): Una fuerte lluvia después de un largo
periodo de sequía, puede dar como resultado que se acumule agua en la
fractura de tracción y consecuentemente ejercer presión en esta fractura.
Asumiendo que aún no hay ingreso de agua a la superficie de
deslizamiento por la presencia de arcillas en el fondo de la fractura de
tracción, por ejemplo, y el resto de la masa rocosa se considera
relativamente impermeable, es decir (V = 0).
Agua en la superficie de deslizamiento (U): La distribución de la presión de
agua en la superficie de deslizamiento se asume que decrece linealmente
desde la base de la fractura de tracción hasta hacerse mínimo o cero en la
cara o pié del talud. Esta distribución de la presión de agua en la superficie
de deslizamiento probablemente sea la más simple y razonable, desde que
la distribución real es desconocida.
Es posible que puedan existir distribuciones de presiones de agua bastante
peligrosas en la cara del talud, especialmente en los periodos de
congelamiento del agua en invierno. Sin embargo, para casos reales de
diseño, el modelo triangular es suficiente.
Factor de Seguridad de Falla Plana con grieta de tracción detrás de la
cresta del talud. -
37
Las fracturas de tracción pueden ocurrir en la cara superior o detrás del
talud o en la cara frontal. La cara superior detrás de la cresta del talud, no
necesariamente tiene que ser horizontal, puede tener una inclinación. Así
mismo las fracturas de tracción no necesariamente tienen que ser
verticales, pueden ser inclinadas y situarse incluso en la cresta del talud.
Gráfico N° 5: Perfil de falla plana con fractura de tracción
Fuente: El autor
Asunciones para el análisis con grieta de tracción:
La grieta de tracción y el plano de deslizamiento tienen el mismo
rumbo o casi parecido a la cara del talud.
La grieta de tracción es vertical y se encuentra llena de agua hasta
una altura (Zw)
El agua ingresa por la fractura de tracción y desde el fondo se filtra
hacia el plano de deslizamiento y sale a la presión atmosférica por el
pié del talud.
La fuerza (W) debido al peso del bloque deslizante, la fuerza (V) del
agua en la fractura de tracción, la fuerza (U) del agua en el plano de
38
deslizamiento, todas actúan en el centro de gravedad del bloque
deslizante. No van a producir momentos. En realidad, esta sunción
no es válida para muchos taludes reales.
La resistencia al corte de la superficie de deslizamiento es definida
por la siguiente ecuación: TanC
Se asume para el análisis, una rebanada de espesor unitario, no hay
resistencia de las superficies laterales.
El factor de Seguridad deducido de la fórmula general es:
pp
pp
CosVSenW
TanSenVUCosWCAFS
)(
3.2.5: Falla en cuña en taludes rocosos
En este tipo de fallas, el mecanismo básico de rotura involucra el
deslizamiento de un bloque de forma de cuña a través de la línea de
intersección de dos planos de discontinuidades, en un ángulo oblicuo a
la superficie del talud. La formación de una falla en cuña depende
principalmente, de la litología y de la masa rocosa. De acuerdo a las
experiencias entre el 85 a 90% de todas las fallas sobre discontinuidades
representan en forma de cuñas.
Gráfico N° 6: Diagrama de una falla en cuña
Fuente. Gonzáles de Vallejo
La posibilidad de falla de la cuña por deslizamiento a lo largo de la línea de
intersección de los dos planos de discontinuidades como se muestra en el
39
gráfico N° 5. Esta línea de intersección debe ser visible o aflorar en la cara
del talud “dayligth”. Es también cubierto por este test como caso especial
de una cuña.
Los datos de las discontinuidades geológicas que se plotean en el
estereograma (DIPs), son:
Los grandes círculos que representan a las familias de cada
discontinuidad.
Los puntos de intersección de cada par de planos,
La superficie de la cara del talud.
El ángulo de fricción
Fotografía N° 4: Vista de una falla en cuña
Fuente: El autor
40
El análisis consiste en la posibilidad de deslizamiento del bloque de cuña
hacia el espacio libre del talud, bajo los siguientes conceptos:
Primero. -
“Una cuña potencialmente inestable en la cara de un talud, se deslizará a
través de la línea de intersección de los dos planos de discontinuidades, es
decir cuando el bloque descansa sobre ambos planos, i.e: cuando el
“plunge” de esta línea de intersección (ψi) sea menor que el buzamiento de
la cara del talud (ψf), medidos en la dirección de la línea de intersección”:
if
Gráfico N° 7: Falla en cuña, diagrama estereográfico
Fuente: Hoek & Bray
Segundo:
“El deslizamiento ocurrirá cuando el plunge (ψi) de la línea de intersección
sea mayor que el ángulo de fricción (ϕ), cumpliéndose: rif
41
Gráfico N° 8: Falla en cuña, diagrama estereográfico
Fuente: Hoek & Bray
Tercero:
Cuando se conoce el ángulo de fricción promedio de ambos planos (∅) El
deslizamiento del bloque ocurrirá cuando el punto o línea de intersección
de ambos planos de discontinuidades “plotea en la zona comprendida entre
los grandes círculos de la cara del talud y el círculo de fricción”, i, e: el
deslizamiento ocurrirá cuando el buzamiento de la línea de intersección es
mayor que el ángulo de fricción (∅r)
Factor de Seguridad: Método General de Hoek Bray:
Este método considera la presencia de agua, la cohesión, el ángulo de
fricción de ambos planos de discontinuidades, por eso lo llamaremos
método general, de las cuales se pueden hacer las simplificaciones
correspondientes. Para ello recurrimos al siguiente gráfico donde se
considera la inclinación de la cara superior del talud.
42
La numeración de las líneas de intersección de los dos planos que
involucran la cuña son las siguientes:
Gráfico N° 9: Nomenclatura de una falla en cuña
Fuente: Hoek & Bray
1. Intersección del plano A con la cara del talud
2. Intersección del plano B con la cara del talud
3. Intersección del plano A con la cara superior del talud
4. Intersección del plano B con la cara superior del talud
5. Intersección de los planos A y B
La vista de perfil de la cuña, muestra la altura total del talud y la distribución
de la presión del agua (9)
9 Hoek Bray Página 186
43
Gráfico N° 10: Perfil de un talud de falla en cuña
Fuente: Hoek & Bray
Asumimos que el deslizamiento de la cuña será a través de la línea de
intersección (5)
En estas condiciones el Factor de Seguridad para estos casos derivados
por Hoek y Bray, tiene la siguiente fórmula general: (10)
BABA
r
TanBTanXAYCXCH
FS
)
2().
2()(
3
Dónde.
CA, CB = Cohesión en los planos (A) y (B) de discontinuidades
BAplanoslosdefricciòndeAnguloBA ,,
aguadelyrocaladeespecìficoPesowr ,
)( antecuñadesliztaluddelAlturaH
10 Hoek & Bray página 189
44
X, Y, A, B = Factores a dimensionales que dependen de la geometría de la
cuña.
ciónerdelínealadeplungeoBuzamiento
BplanodelBuzamiento
AplanodelBuzamiento
Donde
SenSen
CosCosCosB
SenSen
CosCosCosA
CosSen
SenY
CosSen
SenX
b
a
nanb
nbnaab
nbna
nbnaba
nb
na
secint
:
.
5
2
5
.
.
2
5
.
135
13
245
24
.
Los ángulos definidos en la ecuación anterior pueden ser obtenidos de las
mediciones de las proyecciones estereográficas. Estará definida por la
siguiente figura:
Gráfico N° 11: Diagrama estereográfico de falla en cuña
45
En la realidad las soluciones de estas ecuaciones pueden ser muy tediosas
para su solución. Por ello se proponen algunas simplificaciones.
3.2.6: Algunos Factores que controlan la estabilidad de taludes en
macizos rocosos
a) Factores geométricos
El análisis de estabilidad de taludes en rocas se hace basándose en las
propiedades geométricas y físicas de las discontinuidades, relacionándolas
con las propiedades geométricas del talud. Entre los parámetros
geométricos del talud, podemos mencionar:
Cara del talud
Altura del talud
Plano de falla o deslizamiento
Cara superior o cresta, horizontal a inclinada
Volumen del bloque deslizante
Distancia de la fractura de tracción a la cresta del talud.
Fractura de tracción, vertical o inclinada
b) Factores litológicos
Depende del tipo de roca o litología, presencia de zonas de debilitamiento,
orientación de las discontinuidades, grado de roturas, grado de alteración o
meteorización. Cuando se trata de rocas competentes los factores
controladores son el grado de fracturas, y cuando se trata de rocas
incompetentes sus controladores es el grado de meteorización.
Los mapeos superficiales se facilitan cuando la roca queda expuesta en
sus afloramientos, pueden tomarse los siguientes datos:
Tipo de litología
Tipos de discontinuidades
Orientación de las discontinuidades
Continuidad
46
Rugosidad
Espaciamiento
Tipo de relleno
Espesor de las discontinuidades
Gráfico N° 12 Influencia de la orientación de las discontinuidades
Fuente: Gonzáles de Vallejo
c) Fatores hidro geológicos:
La mayor parte de la rotura de los taludes o inestabilidad, se producen por
la acción del agua, generando presiones intersticiales. El agua disminuye la
estabilidad del talud disminuyendo su resistencia al corte en los planos de
discontinuidades.
La forma de la superficie de la capa freática, que dependerá de la
permeabilidad del terreno, geometría del talud y topografía del contorno
adyacente, se tendrán terrenos secos, saturados, etc. La disminución de la
resistencia al corte de acuerdo con el modelo de resistencia de corte de
Mohr – Coulomb.
Las consecuencias más comunes de la presencia del agua en los taludes
tenemos:
47
Reduce la resistencia al corte
La presión ejercida sobre las grietas de tracción aumenta la fuerza
deslizante
Aumenta el peso del bloque rocoso por saturación (suelos)
Erosión interna en rocas y discontinuidades, alterando y limpiando el
relleno de las fracturas.
Meteorización de la roca, cambia de composición química
Aumento de las aberturas de las discontinuidades por congelación
del agua
Cambio o variaciones de la posición de la napa freática.
d) Factores de esfuerzos in situ e inducidos:
Dentro de la masa rocosa existen esfuerzos in situ de diferentes
magnitudes, direcciones, y de diferentes orígenes. Estos esfuerzos sufren
una perturbación al hacerse una excavación de un talud, bien aumentado o
disminuyendo sus valores que dependerá de la forma, tamaño del talud,
llamados esfuerzos inducidos. Estos esfuerzos tienden a concentrarse en
determinado punto del talud (pie del talud), constituyendo zonas de altas
concentraciones de esfuerzos, volviendo a mantenerse el equilibrio a costa
del grado de estabilidad de los taludes.
Si, además, el talud se encuentra en una zona altamente tectónica, al
realizar la excavación del talud en cierto punto del talud puede haber
liberación de esfuerzos y redistribución de los mismos, contribuyendo así a
la pérdida de resistencia del macizo rocoso.
48
Gráfico N° 13: Perfil de distribución de esfuerzos en un talud
Fuente: El autor
e) Factores climáticos y precipitaciones
Estos factores influyen en la estabilidad de los taludes, al modificar el
contenido de agua del terreno, la alternancia de periodos de sequía y de
lluvia, producen cambios en la estructura de suelos que dan lugar a
pérdidas de su resistencia y cambios del nivel freático. En rocas aumentan
el flujo de agua a través de sus discontinuidades, disminuyendo su
resistencia al corte en los planos de discontinuidades.
Gráfico N° 14: Perfil de distribución de agua dentro de un talus
Fuente: Hoek & Bray
49
3.2.7: Remediación y protección de taludes en carreteras
En los taludes de carreteras o en cualquiera clase de excavación artificial
superficial, donde se ha detectado un tipo de inestabilidad, se corre el
riesgo de que ocurran desprendimientos superficiales de fragmentos
rocosos que se hallan en desequilibrio o son inestables, que puede ir desde
una simple erosión de material rocosos hasta pequeñas perturbaciones
sísmicas, pasando por fenómenos de reptación del terreno, provocados por
la presencia de agua.
Existen diversas medidas de protección de carreteras, y su implementación
del sistema adecuado dependerá de las condiciones del entorno, la calidad
de la masa rocosa y del tipo de uso, como las siguientes:
Bermas y cunetas: Los taludes de gran altura con
desprendimientos ocasionales pueden escalonarse, para lo cual se
construyen diversas bermas, cuyo objetivo es amortiguar la caída de
rocas procedentes de la corona o cresta del talud, reduciendo de
esa forma su energía y velocidad, impidiendo la acumulación en la
calzada. Esto se resuelve construyendo una amplia cuneta de
recepción y almacenamiento en el pie del talud y una barrera de
protección situada entre dicha cuneta y la carretera.
Muros de contención: Se construyen en el pie del talud siguiendo
el eje de la carretera. Generalmente son de hormigón armado,
haciéndolos resistentes a cualquier impacto, y permiten la
acumulación de rocas en la cuneta de almacenamiento.
Mallas de triple torsión: Este material cubren la totalidad del
terreno sujeto a inestabilidad o desprendimientos, impidiendo el
desprendimiento de cualquier fragmento rocosos. La malla se sujeta
firmemente en la cresta del terraplén o talud mediante cables de
anclaje lastrándose hasta el pie del talud empleándose barras de
acero o gaviones relleno de material pétreo. Así mismo es
50
recomendable disponer punto de anclaje cada dos o tres metros a lo
largo del talud, para fijar la malla al terreno.
Barras dinámicas: Prácticamente es el mejoramiento de los tipos
anteriores, supone un complemento de las mismas cuando se tratan
de detener bloques de gran tamaño. El sistema se funda en la
absorción de impactos mediante la progresiva disipación de la
energía cinética, convirtiéndolas en trabajo de frenado. Para ello se
dispone de una malla de alambres de acero montada sobre postes
metálicos fijados en su base, a los que se unen cables de disipación
de energía.
Fotografía N° 5: Carretera tramo Chacchan -Yupash Fuente: El autor
51
CAPITULO IV
RESULTADOS
4.1: DESCRIPCIÓN, ANÁLISIS Y TRATAMIENTO DE LOS DATOS
En esta parte, se trata de verificar o cumplir el segundo objetivo específico
“Toma de datos ingenieriles y geomecànicas de la zona de estudio, haciendo
una descripción general de los mismos”
4.1.1: Fallamiento Planar
De los datos recolectados y resumidos en el capítulo anterior, serán tratados
para determinar el Factor de Seguridad, de acuerdo a las siguientes fórmulas:
pSen
ZHA
fp
rTanTan
H
Z
HW
1
1
2
1 2
2
2
p
wwSen
ZHZU
.
2
1
2.
2
1ww ZV
pp
pp
CosVSenW
TanSenVUCosWCAFS
Que corresponden a la siguiente nomenclatura de falla plana:
SeguridaddeFactorSF
mkNtracciòndefracturalaenaguadelesiònV
mkNntodeslizamiedeerficielaenaguadelesiònU
mkNdeslizantebloquedelPesoW
mmntodeslizamiedePlanodelAreaA
.
)/(Pr
)/(supPr
)/(
)/( 2
Teniendo en cuenta los cuatro sectores donde se ha tomado los datos,
tenemos los siguientes resultados del factor de Seguridad:
52
Toma de datos de campo
Tabla N° 1: Lugar Chacchán: Kilómetro 51+654/ 56+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 12.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 14.00 6.00 4.20 50 30 25.14 9.81 47.88 30
3 15.00 7.00 5.50 60 45 25.14 9.81 47.88 30
4 14.00 11.00 6.70 48 25 25.14 9.81 47.88 30
5 12.00 8.00 6.20 78 60 25.14 9.81 47.88 30
6 8.00 5.00 3.10 60 30 25.14 9.81 47.88 30
7 11.00 6.00 5.10 70 45 25.14 9.81 47.88 30
8 6.00 4.00 2.20 75 60 25.14 9.81 47.88 30
9 7.00 5.00 3.40 80 65 25.14 9.81 47.88 30
10 10.00 7.00 4.50 68 40 25.14 9.81 47.88 30
ANÁLISIS:
Tabla Nª 2: Lugar Chacchán: Kilómetro 51+654/ 56+654
N° Muestra
A m2/m
U kN/m
V kN/m
W kN/m
F. S
1 11.70 304.18 137.78 1451.38 1.83
2 16.01 329.77 86.52 2538.05 1.35
3 11.32 305.34 148.38 2444.87 0.71
4 7.10 233.40 220.19 13853.67 1.22
5 4.62 140.51 188.55 701.93 0.31
6 6.00 91.27 47.14 850.42 1.39
7 7.07 176.96 127.58 1240.78 0.71
8 2.31 24.93 23.74 173.52 0.25
9 2.21 36.81 56.70 829.59 0.33
10 6.00 132.50 99.30 1808.80 0.79
Fuente: El Autor
Resultado N0 01
En el lugar de CHACCHÀN, solamente cuatro lugares corresponden a Factores
de Seguridad mayor que UNO, es decir el 40% puede considerar estable.
53
Toma de datos de campo
Tabla N° 3: Lugar Llanca: Kilómetro 56+654/ 61+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 12.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 20.00 5.00 2.00 30 15 25.14 9.81 47.88 30
3 14.00 5.00 3.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
4 10.00 6.00 3.00 40 30 25.14 9.81 47.88 30
5 9.00 4.00 2.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
6 10.00 5.00 3.00 50 40 25.14 9.81 47.88 30
7 8.00 4.00 1.00 30 25 25.14 9.81 47.88 30
8 7.00 2.00 2.00 30 25 25.14 9.81 47.88 30
9 6.00 3.00 2.00 60 50 25.14 9.81 47.88 30
10 5.00 2.00 1.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
ANÁLISIS:
Tabla N° 4: Lugar Llanca: Kilómetro 56+654/ 61+654
N° Muestra
A m2/m
U kN/m
V kN/m
W kN/m
F. S
1 11.70 304.18 137.78 1451.38 1.83
2 57.98 568.83 19.62 5395.27 4.91
3 26.36 387.40 44.15 2323.41 3.30
4 8.00 117.77 44.15 1328.54 1.75
5 14.63 143.48 19.62 928.43 3.89
6 7.78 114.51 44.15 1541.96 1.21
7 9.47 46.45 4.91 2310.86 2.21
8 11.84 116.12 19.62 992.64 2.78
9 3.92 38.43 19.62 865.47 0.90
10 8.78 43.04 4.91 291.93 5.87
Resultado N0 02
En el lugar de LLANCA, nueve muestras o lugares corresponden a Factores de
Seguridad mayor que UNO, es decir el 90% puede considerar estable
54
Toma de datos de campo
Tabla N° 5: Lugar Curva Roso: Kilómetro 56+654/ 61+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 12.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 8.00 2.00 1.00 45 30 20.15 9.81 40.75 45
3 10.00 1.50 0.50 45 30 20.15 9.81 40.75 45
4 12.00 2.00 1.00 45 30 20.15 9.81 40.75 45
5 7.00 2.50 1.50 45 30 20.15 9.81 40.75 45
6 6.00 2.00 0.80 50 45 20.15 9.81 40.75 45
7 5.00 1.00 0.40 50 45 20.15 9.81 40.75 45
8 4.00 0.50 0.40 50 45 20.15 9.81 40.75 45
9 7.00 1.50 0.50 30 25 20.15 9.81 40.75 45
10 5.00 2.00 0.70 30 20 20.15 9.81 40.75 45
ANÁLISIS:
Tabla N° 6: Lugar Curva Roso: Kilómetro 61+654/ 65+654
N° Muestra
A m2/m
U kN/m
V kN/m
W kN/m
F. S
1 11.70 304.18 137.78 1451.38 1.83
2 12.01 58.89 4.91 650.47 3.01
3 17.01 41.71 1.23 1010.42 3.01
4 20.01 98.15 4.91 1456.47 2.70
5 9.00 66.25 11.04 502.89 2.80
6 5.66 22.21 3.14 341.50 1.84
7 5.66 11.10 0.78 249.33 2.24
8 4.95 9.72 0.78 163.32 2.65
9 13.02 31.93 1.23 663.60 3.91
10 8.78 30.13 2.40 234.02 6.64
Resultado N0 03
En el lugar de CURVA ROSO, las diez muestras o lugares corresponden a
Factores de Seguridad mayor que UNO, es decir el 100% de la zona se
considera estable, que no presenta inestabilidad.
55
Toma de datos de campo
Tabla N° 7: Lugar Curva Hirac: Kilómetro 65+654/ 67+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 18.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 17.00 11.00 7.00 70 60 25.14 9.81 47.88 30
3 15.00 8.00 4.00 80 70 25.14 9.81 47.88 30
4 14.00 7.00 5.00 75 70 25.14 9.81 47.88 30
5 14.00 6.00 6.00 70 60 25.14 9.81 47.88 30
6 13.00 5.00 3.00 60 45 25.14 9.81 47.88 30
7 12.00 6.00 5.00 50 40 25.14 9.81 47.88 30
8 11.00 4.00 2.00 40 30 25.14 9.81 47.88 30
9 9.00 6.00 3.00 30 10 25.14 9.81 47.88 30
10 5.00 2.00 1.00 20 15 25.14 9.81 47.88 30
ANÁLISIS:
Tabla N° 8: Lugar Hirac: Kilómetro 65+654/ 67+654
N° Muestra
A m2/m
U kN/m
V kN/m
W kN/m
F. S
1 29.25 760.46 137.78 3713.98 2.11
2 6.93 237.95 240.35 1122.52 0.29
3 7.45 146.19 78.48 2169.79 0.32
4 7.45 182.73 122.63 1962.05 0.30
5 9.24 271.95 176.58 1048.96 0.50
6 11.32 166.55 44.15 1927.20 o.87
7 9.34 229.02 122.63 2218.80 0.82
8 14.01 137.40 19.62 1553.26 1.72
9 8.78 129.13 44.15 816.05 2.43
10 11.60 56.88 4.91 372.54 7.21
Resultado N0 04 En el lugar de HIRAC, solamente cuatro lugares de muestreo corresponden a
Factores de Seguridad mayor que UNO, es decir el 40% de la zona se
considera estable, o que no presenta inestabilidad.
56
Toma de datos de campo
Tabla N° 9: Lugar Curva Yupash: Kilómetro 67+654/ 71+654
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1 18.00 8.00 5.30 40 20 25.14 9.81 47.88 30
2 20.00 10.00 4.00 45 40 25.14 9.81 47.88 30
3 25.00 15.00 7.00 45 40 25.14 9.81 47.88 30
4 27.00 12.00 6.00 45 40 25.14 9.81 47.88 30
5 28.00 8.00 4.00 50 45 25.14 9.81 47.88 30
6 30.00 10.00 5.00 50 45 25.14 9.81 47.88 30
7 26.00 8.00 3.00 40 30 25.14 9.81 47.88 30
8 14.00 6.00 2.00 40 30 25.14 9.81 47.88 30
9 15.00 7.00 3.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
10 12.00 4.00 1.00 30 20 25.14 9.81 47.88 30
ANÁLISIS:
Tabla N° 10: Lugar Yupash: Kilómetro 67+654/ 71+654
N° Muestra
A m2/m
U kN/m
V kN/m
W kN/m
F. S
1 29.25 760.46 137.78 3719.98 2.11
2 15.56 305.36 78.48 6152.50 0.81
3 15.56 534.38 20.35 10387.15 0.72
4 23.35 687.06 176.58 10783.08 0.77
5 28.30 555.16 78.48 93.61.90 0.72
6 28.30 693.95 122.63 10540.64 0.69
7 36.02 529.98 44.15 8623.81 1.31
8 36.02 353.32 19.62 7311.86 1.41
9 23.40 344.36 44.15 2553.09 2.51
10 23.40 114.79 4.91 1720.34 3.35
Resultado N0 05
En el lugar de YUPASH, cinco lugares de muestreo corresponden a Factores
de Seguridad mayor que UNO, es decir el 50% de la zona se considera estable,
o que no presenta inestabilidad.
57
En resumen, de las apreciaciones de seguridad, descritas en cada sector es la
siguiente:
Tabla Nª 11: Resumen del sector con taludes estables e inestables
Sector Lugar Grado de estabilidad: Falla Planar
% Estable % Inestable
1 Chacchàn – Llanca 40 60
2 Llanca – Curva Roso 90 10
3 Curva Roso – Hirac 100 00
4 Hirac- Yupash 50 50
Fuente: El autor
4.1.2: Fallamiento en cuñas
De los datos recolectados y resumidos en el capítulo anterior, serán tratados
para determinar el Factor de Seguridad para fallas en cuñas de acuerdo a las
siguientes fórmulas, como se refirió en el capítulo II:
El Factor de seguridad está dado por la Fórmula General:
B
r
w
A
r
w
BA
r
TanYBTanXAYCXCH
FS
)
2().
2()(
3..
Dónde:
cuñaladegeometríaladedependenqueensionalesafactoresSonBAYX
cuñaladetotalraAltuH
aguadelDensidad
rocaladeDensidad
planosambosdefriccióndeÄnguloy
ByAplanoslosdecohesivasistenciaCyC
w
r
BA
BA
dim,,,
Re
58
Además:
nbna
nbnaab
nbna
nbnaba
nb
na
SenSen
CosCosCosB
SenSen
CosCosCosA
CosSen
SenY
CosSen
SenX
.
2
5
.
.
2
5
.
.135
13
.245
24
.
.
.
.
.
.
Dónde:
)5(secint
,,
5 rectaladeociónerdelínealadeBuzamiento
menterespectivaByAplanoslosdeBuzamientoba
Para determinar los parámetros que encierra la fórmula general, se ha utilizado el
Programa computarizado DIPS, especialmente para la medida de los diversos
ángulos que involucra la fórmula general.
Los ángulos requeridos para la solución de esta ecuación utilizando el DIPS, se
han realizado para cada cuña, es decir para cada par de planos tomando su
punto de intersección, que nos permitirá obtener los resultados requeridos para el
análisis correspondiente, como se muestra en la siguiente figura.
59
Gráfico N° 15: Diagrama estereográfico falla en cuña
Fuente: Hoek y Bray
Para ello, sea establecido diversos y cuadros para realizar los cálculos por
etapas utilizando los diferentes parámetros que incluye la fórmula general.
1: Lugar Chacchan: Kilómetro 51+654/56+654 Tabla Nª 12: Determinación de los parámetros A, B Nº a b 5 nanb Cos 5 Cos b Sen 5 Cos nanb Sennanb A B
1 45 70 31 101 0.71 0.34 0.51 - 0.19 0.96 1.56 0.96
2 50 60 50 107 0.64 0.50 0.77 - 0.29 0.92 1.13 0.98
3 45 50 60 109 0.71 0.64 0.87 - 0.32 0.89 1.18 1.13
4 60 55 45 110 0.50 0.57 0.71 - 0.34 0.88 1.11 1.10
5 40 65 43 100 0.77 0.42 0.68 - 0.17 0.97 1.27 0.84
6 50 70 45 099 0.64 0.34 0.71 - 0.16 0.98 1.01 0.64
7 54 50 50 103 0.59 064 0.77 - 0.22 0.95 1.01 1.07
8 72 45 60 105 0.31 0.71 0.87 - 0.26 0.93 0.61 0.97
9 80 50 70 108 0.17 0.64 0.94 - 0.31 0.91 0.44 0.82
10 45 50 80 108 0.71 0.64 0.98 - 0.31 0.91 1.02 0.97
60
Tabla Nª 13: Determinación de los parámetros X, Y Nº 24 45 2na Sen24 Sen45 Cos2na X 13 35 1nb Sen13 Sen35 Cos1nb Y
1 65 25 50 0.91 0.42 0.64 3.34 62 31 60 0.88 0.51 0.50 3.4
2 60 30 50 0.87 0.50 0.84 2.69 65 35 80 0.91 0.57 0.17 9.1
3 50 30 45 0.77 0.50 0.71 2.17 50 40 60 0.77 0.64 0.50 2.4
4 45 40 40 0.71 0.64 0.77 1.44 45 45 70 0.71 0.71 0.34 2.9
5 55 45 50 0.82 0.71 0.64 1.80 50 50 57 0.77 0.77 0.55 1.6
6 65 50 50 0.91 0.77 0.64 1.84 60 50 60 0.87 0.77 0.50 2.3
7 70 60 45 0.94 0.87 0.71 1.53 65 45 50 9.91 0.71 0.64 2.0
8 80 70 60 0.98 0.94 0.50 2.09 70 50 70 0.94 0.77 0.34 3.6
9 50 45 50 0.77 0.71 0.64 1.68 47 45 80 0.73 0.71 0.17 5.9
10 60 50 50 0.87 0.77 0.64 1.76 50 60 98 0.77 0.87 -0.14 6.4
Tabla Nª 14: Determinación de los factores Intermedios
Nº A TanA B TanB r
kN/m3
w
kN/m3
w/2r CA
kN/m2
CB
kN/m2
H (m)
3CA/rH (m)
3CB/rH (m)
1 50 0.58 20 0.36 25.14 9.81 0.20 23.94 47.88 40 0.07 0.14
2 40 0.84 30 0.58 25.14 9.81 0.20 23.94 47.88 45 0.06 0.13
3 45 1.00 35 0.70 25.14 9.81 0.20 23.94 46 43 0.07 0.13
4 30 0.58 40 0.84 25.14 9.81 0.20 23.94 47 37 0.08 0.15
5 35 0.70 45 1.00 25.14 9.81 0.20 23.94 47 32 0.09 0.18
6 37 0.75 50 1.19 25.14 9.81 0.20 23.94 50 48 0.06 0.12
7 45 1.00 36 0.73 25.14 9.81 0.20 23.94 50 60 0.05 0.10
8 46 1.03 35 0.70 25.14 9.81 0.20 23.94 50 70 0.04 0.09
9 50 1.19 34 0.67 25.14 9.81 0.20 23.94 50 48 0.06 0.12
10 60 1.73 30 0.58 25.14 9.81 0.20 23.94 60 36 0.08 0.20
Tabla Nª 15: Determinación del Factor de Seguridad
Nº 3CA/rH (m)
3CB/rH (m)
X Y A B w r TanA TanB F. S
1 0.07 0.14 3.34 3.4 1.56 0.96 9.81 25.14 0.58 0.58 1.34
2 0.06 0.13 2.69 9.1 1.13 0.98 9.81 25.14 0.84 0.84 1.39
3 0.07 0.13 2.17 2.4 1.18 1.13 9.81 25.14 1.00 1.00 1.68
4 0.08 0.15 1.44 2.9 1.11 1.10 9.81 25.14 0.58 0.58 1.56
5 0.09 0.18 1.80 1.6 1.27 0.84 9.81 25.14 0.70 0.70 1.62
6 0.06 0.12 1.84 2.3 1.01 0.64 9.81 25.14 0.75 0.75 1.10
7 0.05 0.10 1.53 2.0 1.01 1.07 9.81 25.14 1.00 1.00 1.48
8 0.04 0.09 2.09 3.6 0.61 0.97 9.81 25.14 1.03 1.03 0.80
9 0.06 0.12 1.68 5.9 0.44 0.82 9.81 25.14 1.19 1.19 0.72
10 0.08 0.20 1.76 6.4 1.02 0.97 9.81 25.14 1.73 1.73 1.32
En el lugar CHACCHAN, ocho puntos de muestreo por falla en cuñas el Factor
de Seguridad es mayor que UNO, que es el 80% estable.
2: Lugar Llanca: Kilómetro 56+654/61+654 Tabla Nª 16: Determinación de los parámetros A, B
Nº a b 5 nanb Cos a Cos b Sen 5 Cos nanb Sennanb A B
1 45 50 80 108 0.53 0.96 -0.99 0.38 0.93 3.11 -1.13
2 50 55 75 106 0.96 0.02 -0.39 0.69 -0.73 1.05 -0.11
3 60 60 70 105 - 0.95 -0.95 0.77 -0.24 -0.97 -6.06 -1.31
4 65 65 72 104 -056 -056 0.25 -0.95 -0.32 -2.90 -21.42
5 67 66 65 102 -0.52 -1.00 0.83 0.10 0.99 11.38 -1.22
6 70 67 65 103 0.63 -0.52 0.83 -0.78 0.62 -0.17 -1.61
7 50 55 50 104 0.96 0.02 -0.26 -0.95 -0.32 0.88 -0.82
8 45 40 40 105 0-53 -0.67 0.75 -0.24 -0.97 -3.19 -0.95
9 40 36 36 106 -0.67 -0.13 -0.99 0.69 -0.73 -0.85 0.24
10 30 28 32 107 0.15 -0.96 0.55 0.98 0.18 1.93 -51.13
61
Tabla Nª 17: Determinación de los parámetros X, Y
Nº 24 45 2na Sen24 Sen45 Cos2na X 13 35 1nb Sen13 Sen35 Cos1nb Y
1 65 25 50 0.91 0.42 0.64 3.34 62 31 60 0.88 0.51 0.50 3.43
2 70 35 53 0.94 0.57 0.60 2.72 60 30 63 0.87 0.50 0.45 3.51
3 65 36 48 0.91 0.59 0.67 2.30 58 29 64 0.85 0.48 0.44 3.99
4 57 44 46 0.84 0.69 0.69 1.74 56 28 66 0.83 0.47 0.41 4.34
5 54 47 52 0.81 0.73 0.62 1.80 54 34 68 0.81 0.56 0.38 3.86
6 60 52 53 0.87 0.79 0.60 1.83 50 38 70 0.77 0.62 0.34 3.63
7 68 58 48 0.93 0.85 0.67 1.63 49 43 66 0.75 0.68 0.41 2.72
8 75 62 55 0.97 0.88 0.57 1.91 46 46 64 0.72 0.72 0.44 2.28
9 68 56 51 0.93 0.83 0.63 1.78 45 48 60 0.71 0.74 0.50 1.90
10 64 54 52 0.90 0.81 0.60 1.85 44 51 56 0.69 0.76 0.56 1.60
Tabla Nª 18: Determinación de los factores Intermedios
Nº A TanA B TanB r
kN/m3
w
kN/m3
w/2r CA
kN/m2
CB
kN/m2
H (m)
3CA/rH (m)
3CB/rH (m)
1 30 0.577 20 0.36 20.17 9.81 0.24 20.34 43.57 52 0.06 0.12
2 35 0.670 25 0.47 20.17 9.81 0.24 20.34 47.88 44 0.07 0.16
3 37 0.753 28 0.53 20.17 9.81 0.24 20.34 47.88 42 0.07 0.17
4 45 1.000 30 0,58 20.17 9.81 0.24 20.34 47.88 42 0.07 0.17
5 50 1.191 32 0.62 20.17 9.81 0.24 20.34 47.88 38 0.08 0.19
6 54 1.375 36 0.73 20.17 9.81 0.24 20.34 47.88 36 0.08 0.20
7 60 1.730 40 0.84 20.17 9.81 0.24 20.34 43.57 41 0.07 0.16
8 62 1.878 42 0.90 20.17 9.81 0.24 20.34 43.57 53 0.06 0.12
9 65 2.141 43 0.93 20.17 9.81 0.24 20.34 43.57 47 0.06 0.14
10 70 2.742 45 1.00 20.17 9.81 0.24 20.34 43.57 36 0.08 0.18
Tabla Nª 19: Determinación del Factor de Seguridad
Nº 3CA/rH (m)
3CB/rH (m)
X Y A B w/2w TanA TanB F. S
1 0.06 0.12 3.34 3.4 3.11 -1.13 0.24 0.577 0.36 1.24
2 0.07 0.16 2.72 3.8 1.05 -0.11 0.24 0.700 0.47 0.60
3 0.07 0.17 2.30 4.0 -6.06 -1.31 0.24 0.753 0.53 -5.34
4 0.07 0.17 1.74 4.3 -2.90 -21.42 0.24 1.000 0.58 -15.48
5 0.08 0.19 1.80 3.9 11.38 -1.22 0.24 1.191 0.62 12.69
6 0.08 0.20 1.83 3.6 -0.17 -1.61 0.24 1.375 0.73 -1.78
7 0.07 0.16 1.63 2.7 0.88 -0.82 0.24 1.730 0.84 0.16
8 0.06 0.12 1.91 2.3 -3.19 -0.95 0.24 1.878 0.90 -7.81
9 0.06 0.14 1.78 1.9 -0.85 0.24 0.24 2.141 0.93 -2.56
10 0.08 0.18 1.85 1.6 1.93 -51-13 0.24 2.742 1.00 -47.00
En el lugar de LLANCA, dos puntos de muestreo por falla en cuñas
corresponden a Factores de Seguridad mayor que UNO, es decir el 20% de la
zona se considera estable, o que no presenta inestabilidad.
62
3: Lugar Hirac: Kilómetro 65+654/67+654
Tabla Nª 20: Determinación de los parámetros A, B Nº a b 5 nanb Cos a Cos b Sen 5 Cos nanb Sennanb A B
1 30 28 80 67 0.87 0.88 0.98 0.39 0.92 0.62 0.65
2 45 30 75 70 0.71 0.87 0.97 0.34 0.94 0.48 0.73
3 50 35 70 88 0.64 0.82 0.94 0.04 1.00 0.65 0.85
4 52 40 72 94 0.62 0.77 0.95 -0.07 1.00 0.71 0.85
5 55 45 65 102 0.57 0.71 0.91 -0.21 0.98 0.83 0.95
6 57 50 65 100 0.55 0.64 0.91 -0.17 0.98 0.75 0.84
7 60 55 50 95 0.50 0.57 0.77 -0.09 1.00 0.72 0.81
8 57 45 40 86 0.55 0.71 0.64 0.07 1.00 0.77 1.05
9 54 40 36 81 0.59 0.77 0.59 0.16 0.99 0.82 1.18
10 50 35 32 75 0.64 0.82 0.53 0.26 0.97 0.87 1.32
Tabla Nª 21: Determinación de los parámetros X, Y
Nº 24 45 2na Sen24 Sen45 Cos2na X 13 35 1nb Sen13 Sen35 Cos1nb Y
1 25 25 30 0.42 0.42 0.87 1.15 41 31 60 0.66 0.51 0.50 2.55
2 28 35 35 0.47 0.57 0.82 1.00 43 33 63 0.68 0.54 0.45 2.76
3 30 36 40 0.50 0.59 0.77 1.11 45 35 64 0.71 0.57 0.44 2.81
4 35 44 45 0.57 0.69 0.71 1.17 47 38 66 0.73 0.62 0.41 2.02
5 43 47 50 0.68 0.73 0.64 1.45 49 40 68 0.75 0.64 0.38 3.13
6 41 52 48 0.66 0.79 0.67 1.24 50 38 70 0.77 0.62 0.34 3.63
7 38 48 45 0.62 0.74 0.71 1.17 48 35 66 0.74 0.57 0.41 3.18
8 35 45 42 0.57 0.71 0.74 1.09 46 33 64 0.72 0.54 0.44 3.01
9 30 40 38 0.50 0.64 0.79 0.99 45 30 60 0.71 0.50 0.50 2.83
10 25 35 35 0.42 0.57 0.82 0.90 44 28 56 0.69 0.47 0.56 2.64
Tabla Nª 22: Determinación de los factores Intermedios
Nº A TanA B TanB r
kN/m3
w
kN/m3
w/2r CA
kN/m2
CB
kN/m2
H (m)
3CA/rH (m)
3CB/rH (m)
1 30 0.58 28 0.53 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 36 0.08 0.10
2 35 0.70 30 0.58 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 35 0.08 0.10
3 36 0.73 32 0.62 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 39 0.08 0.09
4 40 0.84 34 0.67 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 36 0.08 0.10
5 42 0.90 37 0.75 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 35 0.08 0.10
6 45 1.00 39 0.81 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 33 0.09 0.11
7 43 0.93 35 0.70 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 30 0.10 0.12
8 40 0.84 31 0.60 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 26 0.12 0.14
9 36 0.73 29 0.55 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 20 0.15 0.18
10 32 0.62 25 0.47 20.17 9.81 0.24 19.85 23.57 15 0.20 0.23
63
Tabla Nª 23: Determinación del Factor de Seguridad
Nº 3CA/rH (m)
3CB/rH (m)
X Y A B w/2r TanA TanB F. S
1 0.08 0.10 1.15 2.55 0.62 0.65 0.24 0.58 0.53 0.57
2 0.08 0.10 1.00 2.76 0.48 0.73 0.24 0.70 0.58 0.56
3 0.08 0.09 1.11 2.81 0.65 0.85 0.24 0.73 0.62 0.73
4 0.08 0.10 1.17 2.92 0.71 0.85 0.24 0.84 0.67 0.85
5 0.08 0.10 1.45 3.13 0.83 0.95 0.24 0.90 0.75 1.01
6 0.09 0.11 1.24 3.63 0.75 0.84 0.24 1.00 0.81 0.94
7 0.10 0.12 1.17 3.18 0.72 0.81 0.24 0.93 0.70 0.94
8 0.12 0.14 1.09 3.01 0.77 1.05 0.24 0.84 0.60 1.18
9 0.16 0.18 0.99 2.83 0.82 1.18 0.24 0.73 0.55 1.36
10 0.20 0.23 0.90 2.64 0.87 1.32 0.24 0.62 0.47 1.52
En el lugar de HIRAC, cuatro puntos de muestreo por falla en cuñas
corresponden a Factores de Seguridad mayor que UNO, es decir el 40% de la
zona se considera estable, o que no presenta inestabilidad.
4: Lugar Yupash: Kilómetro 67+654/71+654
Tabla Nª 24: Determinación de los parámetros A, B
Nº a b 5 nanb Cos 5 Cosb Sen 5 Cos nanb Sennanb A B
1 50 35 32 67 0.64 0.82 0.53 0.39 0.92 0.72 1.27
2 54 40 36 70 0.59 0.77 0.59 0.34 0.94 0.63 1.09
3 57 45 40 74 0.55 0.71 0.84 0.28 0.96 0.69 0.94
4 50 55 45 78 0.50 0.57 0.71 0.21 0.98 0.56 0.69
5 58 53 50 80 0.53 0.60 0.77 0.17 0.98 0.57 0.69
6 57 50 65 94 0.55 0.64 0.91 -0.07 1.00 0.65 0.75
7 55 45 72 90 0.57 0.71 0.96 0.00 1.00 0.60 0.74
8 52 40 70 84 0.62 0.77 0.94 0.11 0.99 0.68 0.75
9 50 35 75 74 0.64 0.82 0.97 0.28 0.96 0.47 0.72
10 45 30 80 60 0.71 0.87 0.98 0.50 0.87 0.37 0.69
Tabla Nª 25: Determinación de los parámetros X, Y
Nº 24 45 2na Sen24 Sen45 Cos2na X 13 35 1nb Sen13 Sen35 Cos1nb Y
1 25 35 30 0.42 0.57 0.87 0.85 44 28 56 0.69 0.47 0.56 2.64
2 28 40 35 0.47 0.64 0.82 0.89 45 30 60 0.71 0.50 0.50 2.83
3 30 45 40 0.50 0.71 0.77 0.92 46 33 64 0.72 0.54 0.44 3.01
4 35 48 45 0.57 0.74 0.71 1.09 47 38 66 0.73 0.62 0.41 2.92
5 43 52 50 0.68 0.79 0.64 1.35 49 40 68 0.75 0.64 0.38 3.13
6 41 47 48 0.66 0.73 0.67 1.34 50 38 70 0.77 0.62 0.34 3.63
7 38 44 45 0.62 0.69 0.71 1.25 48 35 66 0.74 0.57 0.41 3.18
8 35 36 42 0.57 0.59 0.74 1.31 45 35 64 0.71 0.57 0.44 2.81
9 30 35 38 0.50 0.57 0.79 1.11 43 33 63 0.68 0.54 0.45 2.76
10 25 25 35 0.32 0.42 0.82 1.22 41 31 60 0.66 0.51 0.50 2.55
64
Tabla Nª 25: Determinación de los factores Intermedios
Nº A TanA B TanB r
kN/m3
w
kN/m3
w/2r CA
kN/m2
CB
kN/m2
H (m)
3CA/rH (m)
3CB/rH (m)
1 32 0.62 28 0.53 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 36 0.10 0.08
2 36 0.73 30 0.58 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 35 0.10 0.08
3 40 0.84 32 0.62 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 39 0.09 0.08
4 42 0.90 34 0.67 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 36 0.10 0.08
5 43 0.93 37 0.75 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 35 0.10 0.08
6 45 1.00 39 0.81 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 33 0.11 0.09
7 40 0.84 35 0.70 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 30 0.12 0.10
8 36 0.73 31 0.60 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 25 0.14 0.12
9 35 0.70 29 0.55 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 20 0.18 0.15
10 30 0.55 25 0.47 20.17 9.81 0.24 23.57 19.85 15 0.23 0.20
Tabla Nª 27: Determinación del Factor de Seguridad
Nº 3CA/rH (m)
3CB/rH (m)
X Y A B w/2r TanA TanB F. S
1 0.10 0.08 0.85 2.64 0.72 1.27 0.24 0.62 0.53 0.95
2 0.10 0.08 0.89 2.83 0.63 1.09 0.24 0.73 0.58 0.86
3 0.09 0.08 0.92 3.01 0.59 0.94 0.24 0.84 0.62 0.77
4 0.10 0.08 1.09 2.92 0.56 0.69 0.24 0.90 0.67 0.60
5 0.10 0.08 1.35 3.13 0.57 0.69 0.24 0.93 0.75 0.57
6 0.11 0.09 1.34 3.63 0.65 0.75 0.24 1.00 0.81 0.70
7 0.12 0.10 1.25 3.18 0.60 0.74 0.24 0.84 0.70 0.70
8 0.14 0.12 1.31 2.81 0.58 0.75 0.24 0.73 0.60 0.76
9 0.18 0.15 1.11 2.76 0.37 0.72 0.24 0.70 0.55 0.79
10 0.23 0.20 1.22 2.55 0.47 0.69 0.24 0.58 0.47 0.87
En el lugar de YUPASH, todos los puntos de muestreo por falla en cuñas
corresponden a Factores de Seguridad menores que UNO, es decir el 100% de
los taludes de la zona se considera inestable.
De las apreciaciones y descripciones de los cuadros anteriores, se desprende
que la formación de cuñas, en los diferentes sectores analizados, tomando en
cuenta su grado de estabilidad, podemos resumirlos de la siguiente manera:
Tabla Nª 28: Resumen del sector con taludes estables e inestables
Sector
Lugar
Grado de estabilidad: Falla en cuñas
% Estables % Inestables
1 Chacchàn – Llanca 80 20
2 Llanca – Curva Roso 20 80
3 Curva Roso – Hirac 40 60
4 Hirac- Yupash 00 100
Fuente: El autor
65
CAPITULO V
ANALISIS Y DISCUSIÓN
5.1. ANALISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
De las informaciones obtenidas del ítem anterior, que han sido previamente
tabuladas, el Factor de Seguridad que es el parámetro fundamental para medir
el grado de estabilidad de los taludes por el método de Equilibrio Límite, se ha
considerado separadamente tanto para falla planar como falla en cuñas.
5.1.1. Falla Planar
El tipo de falla plana, como hemos anotado anteriormente se produce
cuando el rumbo de la discontinuidad presente es aproximadamente paralelo
al rumbo de la superficie del talud, considerando una variación del orden de
± 20°. Además, se ha observado que el Factor de Seguridad en todos los
sectores muestreados, los considerados seguros, tienen valores mayores
que la UNIDAD, en estos casos FS >1.3, hasta 1.5, pueden considerar
seguros para taludes permanentes o estables, como en este caso para
carreteras. Los tramos considerados inestables, con Factores de Seguridad
menores que la UNIDAD, veremos en el siguiente análisis:
En la parte superior de las áreas denominadas zonas de arranque o
raíz, se notan grietas de tracción y asentamientos, en la parte central
constituidos por las superficies de deslizamientos, observándose
material bastante fracturado, en la parte inferior llamadas zonas de
acumulación o lengua la cual se levantan con grietas radiales
Este deslizamiento se debió a la falta de soporte en la base o pie del
talud. Así como por la sobresaturación de agua, desintegración
gradual del afloramiento rocoso (erosión), actividad gravitacional y
otros.
66
Los derrumbes y los desplazamientos violentos pendientes abajo, de
masas de rocosa son producidos por la acción de la gravedad,
socavamiento, modificación o corte de un talud natural, expansión
violenta de las masas rocosas y sobresaturación de agua.
En todos ellos el proceso mecánico de falla empezó con la aparición
de grietas de tracción o fracturas en la parte alta de la pendiente,
sobre las cuales actúa; el agua también incrementando el peso del
material, originando la perdida de la cohesión del material en sí,
originándose mayor peso que por los efectos de peso o de gravedad
se producen los desplazamiento pendiente abajo en forma lenta o
rápida, originándose de este modo los derrumbes del terreno, en que
las taludes se traducen en inestables por estos considerandos .
Los diferentes cuadros del factor de Seguridad analizados por falla planar, el
60% de la ruta presenta inestabilidad, podríamos decir, que todo el tramo
analizado mediante el Factor de Seguridad (Chacchan – Yupash), se puede
verificar en el siguiente gráfico:
Tabla Nª 29: Resultado de estabilidad de la trama Chacchan - Yupash
Analizado por falla planar
Sector Lugar Grado de estabilidad: Falla Planar
% Estable % Inestable
1 Chacchàn – Llanca 40 60
2 Llanca – Curva Roso 90 10
3 Curva Roso – Hirac 100 00
4 Hirac- Yupash 50 50
Resultado o promedio 70 % 30 %
Fuente: El autor
Resultando que el tramo de la carretera Chacchan – Yupash (Casma -
Huaraz) materia de estudio de la presente tesis, demuestra una alta
inseguridad y peligrosidad para el tránsito de vehículos (70%), esto es
analizado mediante la falla planar de taludes en rocas, es decir que urge
algún sistema de refuerzo a utilizarse para evitar futuros accidentes.
67
5.1.2. Falla en cuña
El fallamiento de taludes en cuñas, es debido a la presencia de dos familias de
diaclasas, cuya intersección y su respectiva inclinación (Plunge) se produce en el
mismo sentido del buzamiento de la cara del talud. Todo esto se puede verificar
anticipadamente mediante un análisis cinemático de la cuña deslizante.
. Del mismo modo, esta forma, de anomalías geológicas presentadas en las
excavaciones para el diseño de plataforma, son riesgosas, porque los derrumbes
eran inminentes en el que se tenía que dar las precauciones del caso. Los
factores de seguridad aun cuando sean mayores de uno no garantizaban su
estabilidad definitiva del talud, sino por un tiempo acorde a las características de
fallas y dureza de la roca.
Los resultados obtenidos del análisis de estabilidad por fallas en cuñas, a través
de todo el tramo de estudio (Chacchán – Yupash), se obtuvo en el siguiente
cuadro:
Tabla Nª 30: Resultado de la estabilidad de taludes del tramo
Chacchan – Yupash, analizado por falla en cuñas
Sector
Lugar
Grado de estabilidad: Falla en cuñas
% Estables % Inestables
1 Chacchàn – Llanca 80 20
2 Llanca – Curva Roso 20 80
3 Curva Roso – Hirac 40 60
4 Hirac- Yupash 00 100
Resultado o promedio 35 65
Fuente: El autor
Resultando que el tramo de la carretera Chacchan – Yupash (Casma -
Huaraz) materia de estudio de la presente tesis, demuestra inseguridad y
peligrosidad para el tránsito de vehículos (65%), esto es analizado mediante
la falla en cuña de taludes en rocas, solamente es seguro un 35% del total
del tramo, es decir que urge también como en el caso de la falla planar,
algún sistema de refuerzo a utilizarse para evitar accidentes.
68
CONCLUSIONES
1) Se ha comprobado en la siguiente investigación, después de haber
realizado el muestreo correspondiente a los datos geomecánicos e
ingenieriles de cada tramo estudiado, que el mayor porcentaje de la
longitud de carretera estudiado, adolecen de una inestabilidad, después
de haber calculado el correspondiente Factor de Seguridad, tanto para falla
planar como falla en cuñas (equilibrio Límite), que podemos apreciar en el
siguiente cuadro resumen:
Tabla N° 31: Resultados de taludes inestables
Tramo Falla Plana % Inestabilidad
Falla en cuña % Inestabilidad
Observaciones
Chacchán - Llanca 60 20 (a)
Llanca – Curva Roso 10 80 (b)
Curva Roso - Hirac 00 60 (c)
Hirac - Yupash 50 100 (d)
Promedios 30 65
Fuente: El autor
a) En el tramo Chacchán – Llanca: De las muestras tomadas en los
cinco kilómetros analizados, la zona presenta 60% de inestabilidad
planar contra el 20% de falla en cuña, debido a la mayor incidencia
de presencia de discontinuidades de una familia preponderante.
Esto significa que hay que mejorar y asegurar prioritariamente las
fallas de tipo planar.
b) Tramo Llanca - Curva Roso: En la misma longitud recorrida, aquí
ocurre lo contrario al caso anterior, 10% de inestabilidad planar
contra 80% de inestabilidad en cuñas, lo que indica que la presencia
de más de dos sistemas de familias de discontinuidades versus la
orientación de la carretera son los causantes de esta inestabilidad.
c) Tramo Curva Roso – Hirac: Al igual que en los casos anteriores,
aquí prácticamente no se han detectado estabilidad del tipo planar
00%, contra 60% de falla en cuña. Debiendo tomar mayor atención a
este tipo de falla.
69
d) Tramo Hirac – Yupash: Finalmente este tramo presenta 50% de falla
del tipo planar y 100% de falla tipo cuñas, es necesario tomar las
mismas precauciones como para el caso (b)
e) En todos los sectores inestables o críticos analizados, en la parte
superior y detrás de las crestas del talud, se notan grietas de
tracción y asentamientos. En la parte central constituidos por las
superficies de deslizamientos, se observan material suelto, y en la
parte inferior o pie del talud, hay zonas de acumulación de este
material.
f) Finalmente podemos concluir, el proceso de falla empezó con la
aparición de grietas tracción, en la parte alta de la pendiente, sobre
las cuales actúa: el agua, incrementando el peso del material,
originando la disminución de la cohesión y la fricción en las
discontinuidades y por ende su resistencia al corte, originándose de
este modo los derrumbes del terreno, en que los taludes se traducen
en inestables por estos considerandos.
2) En los cuatro tramos estudiados, efectivamente no se han realizado
ningún trabajo de remediación o de mejoramiento de la estabilidad de los
taludes, con lo que se pudo aumentar los diferentes Factores de Seguridad
de los diferentes tipos de inestabilidad analizado, debido precisamente a
que no se han tomado en cuenta los planteamientos teóricos e ingenieriles
en el proyecto. En todo caso habrá mejorar este Factor, y no debe ser
menor de 1.3.
En otras palabras, estos deslizamientos se debieron a la falta de soporte en
la base del talud, así como por la sobresaturación de agua, desintegración
gradual del afloramiento rocoso (erosión), actividad gravitacional y otros.
RECOMENDACIONES:
70
A: Con el objeto de mejorar la estabilidad de los taludes en los tramos analizados,
se recomienda realizar los siguientes trabajos preliminares:
a) Realizar el reconocimiento del área de deslizamiento.
b) Realizar el mapeo geológico de los taludes y deslazamientos.
c) Ubicar los aforos hidrológicos si lo hubieran.
d) Determinar la forma de la superficie de los deslizamientos.
e) Realizar la medición de la forma residual horizontal y el volumen del
material desplazado.
B: Para controlar y corregir las diversas inestabilidades se recomienda instalar los
refuerzos, de ser posible los descrito en la parte de los planteamientos teóricos.
1) Drenar la superficie de los flujos de agua dentro del área de
deslizamiento, mediante cunetas de coronación.
2) Realizar las cortinas de vegetación.
3) Construir los muros de contención o estructuras similares. Construcción
de gaviones.
4) Realizar el empernado o anclajes en cuñas especialmente para
estabilizar el terreno. Si estas no ocasionan peligro, caso contrario
realizar el des quinche correspondiente.
5) Realizar hincas de pilotes de concreto simple o armado en talud para su
estabilidad.
6) Impermeabilización o endurecimiento de las rocas sueltas por inyección
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
71
Constructora Ginesta (1992) “Estabilidad de taludes”. Madrid España.
Gavilanes Hernán (1992) “Parámetros de Geotecnia y Estabilidad de
taludes”. Madrid España. [email protected]
Gonzáles de Vallejo et. Al. 2002. “Ingeniería geológica” Printice Hall.
Primera Edición España.
Hoek E. Brown E.T. 1985. “Excavaciones Subterráneas en rocas” Mc Graw
Hill. México.
Hoek & Bray. 1974. “Rock Slope Engineering” The Institution of Mining and
Metallurgy. Londres.
Inaccés Geotécnica Vertical SL 2005 Buenos Aires 'Argentina,
Juices Alfred R. 1983. “Rock Mechanics” 2º Edition. Gulf Publishing
Company. Houston. USA.
Tecno suelo SA de C.V. 1999. Copyright. [email protected].
Derechos Reservados
73
ANEXOS
74
ANEXO N° 1: Ubicación de la zona de estudio
ANEXO N° 2: Modelo o Instrumento de Recolección de Datos de campo
Lugar en estudio: Kilómetro:
N° Muestra
Datos geométricos del talud Datos geotécnicos del talud
H (m)
Z (m)
Zw
(m)
Ψf
Grados
ψp
Grados
γr
kN/m3
γw
kN/m3
C kPa
Grados
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
75
ANEXO N° 3. Diversas Fotografías de la zona de estudio