proyecto investigación geotecnia i- 2014 - ii

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA

GEOLÓGICA

“Análisis de Inestabilidad de Taludes en la Carretera Cajamarca – Celendín Tramo Km 32-

Km 52”Curso

GEOTECNIA IDocente

Ing. Reinaldo Rodríguez CruzadoPresentado por

ACEIJAS PÉREZ, Jean PaulGARAY VERA, Henry EdinsonREQUEJO ILATOMA, Nilton

Cajamarca-Perú

2014

Resumen

El presente trabajo de investigación corresponde al diagnóstico de inestabilidad de taludes en la carretera Cajamarca - Celendín tramo km 32 - km 52, donde uno de los objetivos fue identificar zonas inestables y encontrar su factor de seguridad mediante el software informático Slide v6.0, por diferentes métodos de cálculo de estabilidad de taludes, bajo condiciones estáticas y pseudoestáticas. Para este último caso, se consideraron un coeficiente de carga sísmica (Seismic load coefficient) horizontal de 0.4 que corresponde a la franja 3 del zonamiento sísmico nacional y sin presencia de agua. La obtención del factor de seguridad se ha realizado con las variables medidas en campo, considerando los casos más desfavorables y empleando los modelos propuestos por Fellenius, Bishop y Janbú (método de las dovelas) y Morgenstern Price. Como resultado, se ha podido identificar 4 zonas inestables o zonas que se encuentran en condiciones críticas (FS <=1).

Palabras claves: Inestabilidad, Talud, Factor de seguridad, falla.

Abstract

This research is for the diagnosis of unstable slopes in Cajamarca road - Celendín section km 32 - km 52, where one of the objectives was to identify unstable areas and find their safety factor by computer software v6.0 Slide by different methods of calculation of slope stability under static and pseudoestáticas conditions. In the latter case, a coefficient of seismic load (Seismic load coefficient) Horizontal 0.4 corresponding to the strip 3 national seismic zoning without the presence of water were considered. Obtaining the safety factor has been performed with vaviables field measurements, considering the worst case and using the models proposed by Fellenius, Bishop and Janbu (method of slices) and Morgenstern Price. As a result, it was possible to identify three unstable areas or areas that are in critical condition (FS <=1).

Keywords: Instability, Slope, Safety Factor, fault.

Introducción

El presente proyecto de investigación nace de la problemática de la inestabilidad de los taludes llevado a cabo en la carretera Cajamarca – Celendín tramo Km 32 – Km 52. El principal objetivo ha sido determinar los taludes con características de inestabilidad que se encuentran en este tramo

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para prevenir accidentes por caída de rocas. Para el desarrollo de esta investigación se ha utilizado algunos antecedentes, bases teóricas como clasificación de suelos y rocas, los criterios de rotura lo cual presentamos en el capítulo II.

En el capítulo III se presenta la hipótesis y objetivos del proyecto así como también la identificación y Operacionalización de variables.

La metodología de investigación donde se selecciona el método a seguir en la investigación, identificar el universo, unidad de análisis y muestra se presenta en el capítulo IV.

En el capítulo V se da a conocer algunas características generales del área de estudio: ubicación, clima, accesibilidad.

En el capítulo VI donde se presenta el marco geológico, geomorfológico, marco estructural, geología Histórica, seguido con el capítulo VII titulado Geotecnia en donde se identifican, describen, caracterizamos los macizos rocosos en los taludes inestables y también se calculan los factores de seguridad mediante el uso del software Slide v6.0.

En el capítulo VIII se presentan los resultados obtenidos por el método de Bishop simplificado y una breve discusión del mismo y finalmente en el capítulo IX se presentan las conclusiones y recomendaciones del proyecto.

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Índice

TítuloCapítulo I

EL Problema1.1. Planteamiento del Problema............................................................101.2. Formulación del Problema...............................................................101.3. Justificación del Problema................................................................101.4. Limitaciones.....................................................................................10

Capítulo IIMarco Teórico

4.1. Antecedentes...................................................................................124.2. Bases Teóricas.................................................................................124.3. Definición de términos.....................................................................16

Capítulo IIIHipótesis y Objetivos

3.1. Hipótesis..........................................................................................163.2. Objetivos..........................................................................................163.3. Identificación de variables...............................................................163.4. Operacionalización de variables......................................................17

Capítulo IVMetodología de la Investigación

4.4. Método.............................................................................................184.5. Alcance de la investigación..............................................................184.6. Universo...........................................................................................184.7. Unidad de análisis............................................................................184.8. Muestra............................................................................................184.9. Etapas..............................................................................................184.10. Cronograma de actividades.............................................................194.11. Equipos............................................................................................19

Capítulo VCaracterísticas Generales de la Zona de Estudio

5.1. Ubicación política.............................................................................205.2. Ubicación geográfica.......................................................................205.3. Extensión.........................................................................................215.4. Accesibilidad....................................................................................215.5. Clima................................................................................................215.6. Vegetación.......................................................................................22

Capítulo VIGeología

6.1. Geología local..................................................................................236.2. Geomorfología.................................................................................266.3. Geología Histórica............................................................................28

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6.4. Geología Estructural........................................................................29Capítulo VIIGeotecnia

7.1. Análisis Geotécnico..........................................................................34Capítulo VIII

Análisis y Discusión de Resultados8.1. Resultados.......................................................................................518.2. Análisis de resultados......................................................................52

Capítulo IXConclusiones y Recomendaciones

9.1. Conclusiones....................................................................................539.2. Recomendaciones............................................................................54

Bibliografía.................................................................................................55Apéndice I..................................................................................................58Apéndice II..................................................................................................59Apéndice III.................................................................................................60Apéndice IV................................................................................................61Apéndice V.................................................................................................63ANEXOS......................................................................................................65

Página IV

Índice de figuras

Figura 1: Ubicación de la zona de estudio imágenes de Google Hearth...........21Figura 2: Proyección estereográfica de fallas normales afectando a estratos..33Figura 3: Dirección del desplazamiento de bloques colgados, zona inestable 01......................................................................................................................... 35Figura 4: Interpretación de zona inestable 01 mediante software geotécnico. 37Figura 5: Zona Inestable 02: Km 35 + 960 – Km 36 + 200, bloques colgados en la Formación Yumagual....................................................................................38Figura 6: Dirección del desplazamiento de bloques colgados, zona inestable 02......................................................................................................................... 39Figura 7: Interpretación de zona inestable 02 mediante software geotécnico. 40Figura 8: Zona Inestable 03 Km 36 + 200 – Km 36 + 500, estratos de la formación yumagual........................................................................................41Figura 9: Proyección estereográfica: zona inestable 03: Km 36 + 360............42Figura 10: Interpretación de zona inestable 03 mediante software geotécnico.......................................................................................................................... 44Figura 11: Zona Inestable 04 Km 36 + 960 – Km 37 + 180, estratos de la formación yumagual........................................................................................45Figura 12: Proyección estereográfica de familia de discontinuidades, zona inestable 04.....................................................................................................45Figura 13: Interpretación de zona inestable 04 mediante software geotécnico.......................................................................................................................... 47Figura 14: Zona Inestable 05 Km 37 + 560 – Km 37 + 600, estratos de la formación yumagual........................................................................................48Figura 15: Proyección estereográfica de familia de discontinuidades, zona inestable 05.....................................................................................................48Figura 16: Interpretación de zona inestable 05 mediante software geotécnico.......................................................................................................................... 50

Página

Índice de fotos

Foto 1: Vegetación típica de la zona de investigación.....................................22Foto 2: Pliegue tipo chevron y correspondiente proyección estereográfica.....30Foto 3: Vista de las configuracion de las familias principales afectando al maciso rocoso y su proyeccion estereografica de las familias de discontinuidades..............................................................................................32Foto 4: Izq. Fallas normales en la Formación Yumagual...................................32Foto 5: Talud Km 23 + 200, muestra la presencia de oxidación (hematita como patina), presencia de infiltración en época lluviosa.........................................35

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Índice de tablas

Tabla 1. Operacionalización de variables.........................................................17Tabla 2: Coordenada UTM (WGS 84) de la zona en estudio.............................20Tabla 3: Vía de acceso.....................................................................................21Tabla 4: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 01......................................................................................................................... 35Tabla 5: Asignación de valores para el macizo rocoso (Clasificación geomecánica de Bieniawski, 1989. & SMR, 1985)............................................35Tabla 6: Caracterización del macizo rocoso para taludes según Romana, 1985.......................................................................................................................... 36Tabla 7: Factores de seguridad obtenidos por diferentes métodos..................37Tabla 8: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 02......................................................................................................................... 38Tabla 9: Asignación de valores para el macizo rocoso (Clasificación geomecánica de Bieniawski, 1989. & SMR, 1985)............................................39Tabla 10: Caracterización del macizo rocoso para taludes según Romana, 1985.................................................................................................................39Tabla 11: Factores de seguridad obtenidos por diferentes métodos, zona inestable 02.....................................................................................................40Tabla 12: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 02.....................................................................................................................41Tabla 13: Asignación de valores para el macizo rocoso (Clasificación geomecánica de Bieniawski, 1989. & SMR, 1985)............................................42Tabla 14: Factores de seguridad obtenidos por diferentes métodos, zona inestable 03.....................................................................................................44Tabla 15: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 04.....................................................................................................................45Tabla 16: Asignación de valores para el macizo rocoso (Clasificación geomecánica de Bieniawski, 1989. & SMR, 1985)............................................46Tabla 17: Caracterización del macizo rocoso para taludes según Romana, 1985.................................................................................................................46Tabla 18: Factores de seguridad obtenidos por diferentes métodos, zona inestable 04.....................................................................................................47Tabla 19: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 05.....................................................................................................................48

Página

Tabla 20: Asignación de valores para el macizo rocoso (Clasificación geomecánica de Bieniawski, 1989. & SMR, 1985)............................................49Tabla 21: Caracterización del macizo rocoso para taludes según Romana, 1985.................................................................................................................49Tabla 22: Factores de seguridad obtenidos por diferentes métodos, zona inestable 04.....................................................................................................50Tabla 23: Caracterización del macizo rocoso en las zonas inestables..............53Tabla 24: Factores de Seguridad......................................................................53Tabla 25. Sistema unificado de clasificación de suelos SUCS, incluyendo descripción.......................................................................................................58Tabla 26. Índice de resistencia geológica (GSI) para macizos rocosos fracturados (Hoek y Marinos)...........................................................................59Tabla 27. Estimación aproximada y clasificación de la resistencia a compresión simple de suelos y rocas a partir de índices de campo (ISRM, 1981. Recuperado de Gonzales de Vallejo, 2002. Pág. 131)......................................61Tabla 28. Parámetros de clasificación geomecánica RMR (Bieniawski, 1989).62

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Título

“Diagnóstico de Inestabilidad de Taludes en la Carretera Cajamarca - Celendín Tramo Km 32-

Km 52”

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Diagnóstico de Inestabilidad de Taludes en la Carretera Cajamarca - Celendín Tramo Km 32 - Km 52

Capítulo I

EL Problema

1.1. Planteamiento del ProblemaEl área de investigación se ubica en la carretera Cajamarca – Celendín, tramo Km 32 (ciudad de La Encañada) hasta el Km 52 (La Toma); las unidades estratigráficas son Formación Chulec, Formación Pariatambo, Formación Yumagual, Formación Quilquiñán - Mujarrúm del Periodo Cretáceo y depósitos del periodo cuaternario. En este tramo los taludes evidencian zonas inestables, con posibles caídas de rocas y deslizamientos, influenciados por la infiltración del agua durante la estación de lluvias. En vista de ello es necesario realizar una zonificación de las áreas más inestables y plantear soluciones.

1.2. Formulación del Problema¿Existe taludes inestables en la carretera Cajamarca - Celendín tramo Km 32-Km 52?

1.3. Justificación del ProblemaEl estudio se ha realizado en los taludes de la carretera Cajamarca - Celendín Tramo Km 32 - Km 52 permitiendo diagnosticar, a partir de observaciones y análisis de los datos de campo, la inestabilidad en algunas zonas del tramo mencionado. La caída de rocas y los deslizamientos en estos taludes inestables conforman riesgos para las personas que utilizan esta vía por ello es importante determinar las zonas críticas y plantear soluciones.

1.4. LimitacionesLas limitaciones que se presentaron en la elaboración de este proyecto son:

1.4.1. AccesoLos pobladores locales no nos permiten acceder a sus propiedades inmobiliarias para realizar los estudios geológicos.

1.4.2. Falta de recursos económicosNo se puede realizar ensayos de laboratorio, ni prospección geofísica para determinar las estructuras geológicas.

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Capítulo II

Marco Teórico

4.1. Antecedentes Boletín Nº 31, Geología de los Cuadrángulos de Cajamarca, San Marcos

y Cajabamba; editado por el Instituto Geológico Minero y Metalúrgico (INGEMMET). Describen las unidades litoestratigráficas y alcances de tectónica de los cuadrángulos mencionados.

Mercado, F (2014) “Análisis de inestabilidad de taludes en zonas críticas en la carretera Cajamarca-Celendín en el tramo km. 52+000-km 94+400”. En esta tesis se evalúa zonas críticas para la estabilidad de los taludes en la carretera Cajamarca –Celendín tramo Km 52 al Km 94.

4.2. Bases Teóricas

2.2.1. Clasificación de suelosLos suelos se clasifican de acuerdo a su granulometría y plasticidad el sistema unificado de clasificación de suelos SUCS propuesto por Casagrande en 1942 se usa actualmente en problemas de geotecnia.1 La clasificación SUCS separa al suelo en dos grandes categorías suelos granulares y suelos finos que depende del porcentaje de finos que pasa la malla número 200, si más del 50 % en peso pasa esta malla el suelo es fino, de lo contrario el suelo es considerado de grano grueso. La tabla de clasificación de suelos se presenta en al apéndice I.

2.2.2. Clasificación de rocasPara poder ver las propiedades geotécnicas de las rocas en los taludes se utiliza las siguientes clasificaciones: GSI, RQD, RMR Y SMR.

2.2.2.1.Clasificación GSI (Geological Strength Index). La clasificación GSI se basa en una observación cuidadosa del macizo rocoso y, por consiguiente, es esencialmente cualitativa. Este índice incorpora la estructura del mismo y las características geomecánicas de las superficies de discontinuidad existentes en él y se obtiene a partir de un examen visual del macizo rocoso en afloramientos y sondeos. El GSI combina los dos

1 Braja M, Das. Fundamentos de ingeniería geotécnica (México: International Thomson Editores, S. A. de C. V.,una división de Thomson Learning, Inc. , 2001), 39

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aspectos fundamentales del comportamiento de los macizos rocosos, es decir: su fracturación, o sea, el tamaño y la forma de los bloques, y la resistencia al corte de las discontinuidades.2

Para realizar la estimación del GSI se utiliza la tabla del apéndice II.

2.2.2.2.Clasificación RQD. Es un índice que indica la calidad de la roca, en campo se obtiene del número de discontinuidades en una longitud determinada, las ecuaciones para obtener este índice se prestan en el apéndice III.2.2.2.3.Clasificación geotécnica RMR. Este sistema de clasificación utiliza seis parámetros que constituyen el RMR de Bieniawski 1989, para nuestros fines solo utilizaremos los cinco primeros que constituyen el RMR básico los cuales son: Resistencia uniaxial de la matriz rocosa, Grado de fracturamiento RQD. Espaciado de las discontinuidades. Condición de las discontinuidades. Condiciones hidrogeológicas. El RMR tiene puntuaciones que varía de 0 a 100, de los datos obtenidos en campo se suma cada uno de los factores según la tabla del apéndice IV.2.2.2.4. Clasificación SMR. Esta clasificación es un método rápido y sencillo para estudiar la estabilidad de un talud en un macizo rocoso en la etapa inicial de un proyecto. El índice SMR está basado en el RMR de Bieniawski (1973, 1976 y 1989).3 Esta clasificación mejora la interpretación de Bieniawski, quien en su sexto parámetro hace correcciones para túneles, cimentaciones y taludes, para túneles dio una tabla, pero para cimentaciones y taludes era impreciso. La clasificación SMR depende de la orientación y buzamiento de las discontinuidades y del factor de voladura. Las fórmulas para obtener este indicador están en el apéndice V.

2.2.3. Criterios de rotura2.2.3.1. Criterio de falla de Mohr-CoulombMohr (1900) presentó una teoría sobre la ruptura de los materiales. Esta teoría afirma que un material falla debido a una combinación crítica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante, y no sólo por la presencia de un esfuerzo máximo

2 Ramírez Oyanguren, Pedro, y Leandro Alejano Monge. Mecánica de Rocas: Fundamentos e Ingeniería de Taludes. (Madrid, 2009), 165.

3 Ramírez y Alejano, Mecánica de Rocas: Fundamentos e Ingeniería de Taludes, 168.Página 12


normal o bien de un esfuerzo máximo cortante.[ énfasis añadido ].4 Desarrolla junto a Coulomb la ecuación siguiente.

τ f=c+σ∗tan∅ .Donde:

c=Cohesión

∅=Ángulo de fricciónintera .

σ '=Esfuerzo normal efectivo sobre la superficie potencialde falla .

2.2.3.2. Criterios de rotura de macizos rocosos (teoría de Hoek-Brown).5

Desarrollado por E. Hoek y E. T. Brown en 1980, para determinar la resistencia al esfuerzo, en macizos rocosos, teniendo en cuenta el tamaño de la muestra, influencia del agua, propiedades de roca intacta, índice geológico de resistencia y módulo de deformación (Hoek-Brown, 2002). Está expresada por:

σ ´1=σ ´3+σ ci(mbσ ´ 3

σ ci+s)

a

Dónde: σ=[ KNm2 ];mb es una constante del material mi (roca intacta en

laboratorio) y está dada por:

mb=mi exp( GSI−10028−14 D )

Además s y a son constantes del macizo rocoso, dada por las relaciones siguientes:

s=exp( GSI−1009−3 D ) ; a=1

2+ 1

6(e

−GSI15 −e

−203 )

También D es un factor que depende del grado de alteración a la que ha sido sometido el macizo rocoso, es decir daño por explosión provocando

4 Braja, Fundamentos de ingeniería geotécnica, 207.

5 Mercado Moreno, Franco Fernando. «Análisis de inestabilidad de taludes en zonas críticas en la carretera Cajamarca-Celendín en el tramo Km. 52+000-Km. 94+400.» Tesis, Ingeniería Geológica, Universidad Nacional de Cajamarca, Cajamarca, 2014, 15.

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compresión y relajación de las tensiones. Varía desde 0 cuando no hay perturbación o no existen problemas producto de la explosión en el macizo rocoso in situ a 1 para macizos rocosos muy perturbados.

2.2.4. Análisis de estabilidad de taludes.Una superficie de terreno expuesta situada a un ángulo con la horizontal se llama talud o pendiente no restringida, y puede ser natural o construido. Si la superficie del terreno no es horizontal, una componente de la gravedad ocasionará que el suelo se mueva hacia abajo. Si la componente de la gravedad es suficientemente grande ocurrirá la falla del talud.6

2.2.4.1. Factor de seguridad con respecto a la resistencia.

FS s=τ f

τd

Donde:

FS s=Factor de seguridad conrespecto a laresistencia

τ f=Resistencia cortante del suelo .

τ d=Esfuerzo cortante promedio a lolargode lasuperficie de falla .

4.3. Definición de términos Clasificación de roca. Tipificar la roca de acuerdo a los parámetros propuestos pos Bieniawski y ajustado por Romana para taludes.

Criterio de rotura. El criterio utilizado para rocas es el de Hoek y Brown.

Inestabilidad de taludes. Posibilidad de desprendimientos o caídas de rocas.

Capítulo III

Hipótesis y Objetivos

3.1. HipótesisLa carretera Cajamarca – Celendín tramo Km 32 al Km 52 tiene taludes inestables.

6 Braja, Fundamentos de ingeniería geotécnica, 339.

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3.2. Objetivos

3.2.1. Objetivo General Determinar los taludes inestables de la carretera Cajamarca - Celendín

en el tramo Km 32 – Km 52.

3.2.2. Objetivos Específicos Realizar el cartografiado geológico. Caracterizar el macizo rocoso de los taludes inestables. Analizar con la ayuda de software el comportamiento geotécnico de los

taludes. Encontrar el factor de seguridad.

3.3. Identificación de variables

3.3.1. Variables independientes Factores geométricos, geológicos, geohidrológicos, geotécnicos. Diseño de talud. Procesos de depositación. Esfuerzos tectónicos.

3.3.2. Variables dependientes Inestabilidad de taludes. Altura y ángulo de talud. Litología. Agua en los taludes. Discontinuidades.

3.4. Operacionalización de variablesTabla 1. Operacionalización de variables.

Variables dependient

esDefinición Variables

independientes

Indicadores

Inestabilidad de taludes.

Posible caída o deslizamiento de un talud.

Factores geométricos, geológicos, geohidrológicos, geotécnicos.

SMR, Factor de seguridad.

Altura y ángulo de talud.

Diseño de talud.

Litología.Estudio de las rocas composición, textura, tipo de transporte, mineralogía, cemento.

Procesos de depositación.

Tipo, forma, tamaño de grano; tipo de cemento.

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Agua en los taludes.

Precipitación, infiltración.

Discontinuidades.

Planos de debilidad causados por los esfuerzos tectónicos compresivos y traccionales.

Esfuerzos tectónicos.

D, DD, separación, persistencia, abertura, rugosidad, relleno y agua en las discontinuidades.

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Capítulo IV

Metodología de la Investigación

4.4. MétodoEn este trabajo se utiliza el método de investigación inductivo, donde a partir de datos particulares de la matriz rocosa se generaliza el comportamiento del macizo rocoso.

4.5. Alcance de la investigación

4.2.1. Descriptiva-CorrelacionalDescribimos las variables de las rocas y suelos observados en campo. También se interpreta la relación que existe entre variables geológicas, hidrogeológicas y geotécnicas.

4.6. UniversoTaludes de la carretera Cajamarca - Celendín tramo Km 32 – Km 52.

4.7. Unidad de análisisZonas de inestables de la carretera Cajamarca-Celendín tramo Km 32 – Km 52.

4.8. MuestraRocas de las estaciones Geotécnicas de taludes que presentan inestabilidad en la carretera Cajamarca – Celendín tramo Km 32 – Km 52.

4.9. Etapas

4.6.1. Preliminar de gabinete En esta etapa se realizó la revisión bibliográfica, referente a Geología Estructural, Mecánica de Rocas, análisis de imágenes satelitales, informes y trabajos anteriores. Además ver las rutas de acceso y realizar el cronograma de actividades.

4.6.2. Etapa de campoSe desarrolló cartografiado geológico, descripción del macizo rocoso y toma de datos para la caracterización geotécnica de las rocas.

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4.6.3. Etapa de gabineteProcesamiento de datos obtenidos en campo, análisis de imágenes satelitales, caracterización de rocas, análisis con software, redacción del informe, realización de los planos.

4.10. Cronograma de actividades

Actividad Setiembre Octubre Noviembre DiciembreSem 1Sem 2Sem 3Sem 4Sem 1Sem 2Sem 3Sem 4Sem 1Sem 2Sem 3Sem 4Sem 1Sem 2Sem 3

Revision bibliográficaSalidas a campo y toma de datosElaboracion de Avance del 50 %Presentación al 50 %Elaboracion del informe finalPresentación y Sustentación

4.11. EquiposSe utilizaron los siguientes equipos:

Rayador Ácido clorhídrico Libreta De Campo Picota

Lupa Colores Brújula Geotécnica GPS

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Capítulo V

Características Generales de la Zona de Estudio

5.1. Ubicación política La zona de estudio se ubica al sur del continente americano en Perú, en la región Cajamarca, Provincia Cajamarca y distrito la Encañada; entre los 3105 m.s.n.m. y 3754 m.s.n.m. El área de estudios forma parte del cuadrángulo de San Marcos, correspondiente a la hoja 15 – g.

Región : Cajamarca Provincia : Cajamarca Distrito : La Encañada

5.2. Ubicación geográficaEsta zona se ubica con 2 vértices con las siguientes coordenadas UTM:

Tabla 2: Coordenada UTM (WGS 84) de la zona en estudio.

Lugar Coordenadas Km (vía 8B)Este Norte Cota (msnm)

La Encañada 793640 9216242 3105 32Micuypampa

toma801674 9220172 3630 52

Figura 1: Ubicación de la zona de estudio imágenes de Google Earth.

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5.3. Extensión20 Km de la carretera Cajamarca-Celendín correspondiente al tramo Km 32 + 000 – Km 52 + 000.

5.4. AccesibilidadComo se muestra en el siguiente cuadro:

Tabla 3: Vía de accesoTramo Tipo de vía Distancia Km Tiempo

Cajamarca – La Encañada Asfaltada 32 40 min5.5. ClimaSegún ADEFOR Cajamarca tiene un clima tropical de montaña, con temperaturas templadas. Las temperaturas promedio mínimas y máximas no varían mucho durante el año. La diferencia de temperatura diurna es alrededor de 10ºC. Las temperaturas absolutas mínimas varían más durante el año. El enfriamiento es fuerte durante las noches claras, lo que ocurre sobre todo en los meses secos, en los cuales aumenta la incidencia de heladas.

Los Andes Cajamarquinos son semi-áridos. Cajamarca es el punto inicial entre los Andes secos del sur y los Andes húmedos de Ecuador y Colombia. Hay una estación de lluvias que se presenta desde setiembre/octubre hasta abril.

5.6. VegetaciónEn la zona de estudio se encuentra diferentes tipos de vegetación que depende de la altitud, pendiente y tipo de suelo.

Encontramos árboles en los valles y quebradas donde hay suficiente humedad, arbustos en las laderas y vegetación herbácea en toda el área.

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Foto 1: Vegetación típica de la zona de investigación


Capítulo VI

Geología

6.1. Geología localVer columna estratigráfica en anexos.

6.1.1. Formación ChulecConstituida por calizas arenosas, lutitas calcáreas y margas interestratificadas con presencia de nódulos.La formación Chulec es muy fosilífera amonites, gasterópodos, ostreas, entre otros.“Las margas y calizas caracterizan variaciones de profundidad en una rampa carbonatada, de medio abierto de baja energía (ausencia de barrera) y relativamente profundo (infra- a circalitoral)7”.

6.1.2. Formación PariatamboSe presenta en una alternancia de lutitas con delgados bancos de calizas bituminosas, la característica más importante para reconocerla es el olor fétido al fracturarlos.

6.1.3. Formación YumagualConsta de calizas masivas, con algunos nódulos y calizas margosas, son de grano fino, medio y grueso de color gris claro a gris amarillento. Además presentan venillas de calcita y aragonito. Se intercalan bancos calcáreos con abundantes fósiles.

7 Emmanuel Robert, Etienne Jaillard, Bernard Peybernés & Luc Georges Bulot. «La transgresión albiana en la cuenca andina (Perú Central - Ecuador): modelo general y diacronismo de los depósitos marinos» Boletín de la Sociedad Geológica del Perú 94 (2002): 7 - 12.

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6.1.4. Formación Quilquinañ – MujarrúmSecuencia de calizas nodulares macizas, intercalaciones de margas, seguido de lechos de calizas nodulares con margas pardas – amarillentas fosilíferas, y hacia el techo calizas claras con lutitas arenosas y margas delgadas con fósiles.

6.1.5. Intrusión DaciticaEste cuerpo ígnea intruye a la Formación Chulec en el flanco derecho del anticlinal tipo chevrón (E 794267 – N 9215887). Posee cristales de cuarzo y plagioclasas; además contienes bloques redondeados de composición andesítica. Esta unidad está expuesta a los procesos exógenos, por lo tanto, se encuentra muy alterada.

6.1.6. Depósitos EluvialesSobreyacen a las rocas del periodo cretácico y generalmente cubren las laderas empinadas. Depósitos constituidos a base de arcillas y limolitas calcáreas que son productos de la meteorización de rocas carbonatadas de las rocas prexistentes. Son poco competentes y favorecen la ocurrencia de deslizamientos.

6.1.7. Depósitos DeluvialesEstos depósitos, se encuentran con mayor continuidad y predominancia en las laderas inferiores y medios del valle del río la Encañada, tapizan a las rocas en las laderas con pendientes moderadas, con espesores muy variables; están constituidas por limos arenosos o arenas limosas y/o arcillosas con diferente porcentaje de gravas y fragmentos

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de rocas de formas subangulosas a angulosas; en general yacen con moderada compacidad; en algunas laderas de pendiente media a suave alcanzan varios metros de espesor; la coloración del material es predominantemente marrón grisáceo a marrón ligeramente anaranjado.

6.1.8. Depósitos ColuvialesConstituidos por una mezcla de rocas heterométricas con gravas, arenas y arcillas, ubicados en zonas de pie de ladera, generalmente están sueltos y no consolidados.

Son el producto transportado por gravedad debido al desprendimiento, vuelcos, flujos,

corrimientos laterales.

6.1.9. Depósitos Aluviales y FluvialesSon sedimentos acumulados en los causes de los ríos, el valle de la encañada se encuentran expuestos en ancho promedio de 25 m y se extienden en forma longitudinal siguiendo al rio la encañada.

6.2. GeomorfologíaLas geoformas que se encuentran en el área de influencia del proyecto son las siguientes.

6.2.1. Pendientes del terrenoClasificación por pendientes según (Rodríguez, 2014)8

6.2.1.1. Planicies (0° a 8°)En el trayecto de la carretera solo podemos encontrar dos áreas con estas características y deben su conformación a los remanentes topográficos de la superficie de erosión. Presentan una cobertura de depósitos fluvio – aluviales y deluvio – coluviales, que cubren las rocas del substrato rocoso de la cuenca del 8 Reinaldo Rodríguez (2014) citado por Mercado Moreno, Franco Fernando. «Análisis de inestabilidad de

taludes en zonas críticas en la carretera Cajamarca-Celendín en el tramo Km. 52+000-Km. 94+400.» Tesis de pregrado, Ingeniería Geológica, Universidad Nacional de Cajamarca, Cajamarca, 2014, 35.

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cretáceo, tienen el aspecto de paisajes llanos abiertos, además terminan en bordes que ascienden de manera abrupta hacia las partes altas de la cordillera, debido al microclima que generan son aprovechados por poblaciones para el asiento de sus zonas de cultivo y pueblos, están directamente relacionadas con la disolución de rocas carbonatadas pues están ubicadas en el centro de fondos de valles ciegos. En dirección de sur a norte, la primera es la planicie de la Encañada, situada a la altura del km. 32 + 000 en el distrito de la encañada, comprende un aprox. De 1 km2 y está emplazada sobre estratos de las formaciones Chulec – Pariatambo y Yumagual. La segunda planicie se encuentra en la progresiva 39 + 000 aquí encontramos a la comunidad de Quinuamayo, con promedio de 3 km2 y se encuentra Sobreyaciendo a la Formación Chulec.

Todos estos relieves conforman medios estables, casi sin procesos erosivos visibles, y por lo general los taludes de sus laderas no presentan inestabilidad.9

6.2.1.2. Lomadas (8° a 25°)Constituye aproximadamente el 65% del área de estudio y se distribuyen por toda el área del proyecto. Se encuentran bordeando valles, planicies. La configuración de lomas depende de la litología se asocia a la Formación Inca especialmente por su baja resistencia a la erosión.

6.2.1.3. Laderas (25° a 50°)Estas unidades representan aproximadamente un 10 % del área de estudio siendo una unidad geomorfológica generadora de inestabilidad y se encuentran cubriendo estratos de las Formaciones Pariatambo y Yumagual que en algunos sectores se encuentran con un alto grado de fracturamiento y meteorización. Sus características dependen de la historia geológica y del comportamiento tectónico del mesozoico y cenozoico, relacionado con la conformación de la deflexión de Cajamarca.

6.2.1.4. Escarpas (50° a más)Este tipo de pendientes lo encontramos en las Formaciones Pariatambo y Yumagual a la altura del Km 36 hasta Km 38. Frente a Michiquillay podemos ver la acción erosiva del rio La Encañada.

9 Mercado Moreno «Análisis de inestabilidad de taludes en zonas críticas en la carretera Cajamarca-Celendín en el tramo Km. 52+000-Km. 94+400.» 37.

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6.2.2. Unidades geomorfológicas Se presenta las siguientes unidades geomorfológicas.

6.2.2.1. VallesEl más representativo del ámbito del proyecto, se ubica en el río la encañada abarcando desde la Encañada hasta Quinuamayo, además de otros valles menores emplazados como ramales del valle principal y otro en el eje del sinclinal.

6.2.2.2. RíosDentro de esta unidad se encuentran los diversos ríos afluentes del rio La Encañada, los ríos son los principales agentes modeladores de las geoformas de esta zona de estudio se encuentra en la etapa juvenil de acuerdo a su perfil transversal; sin embargo a la altura de Quinuamayo se presenta un perfil en forma de U dando evidencia de la mayor agradación en esta parte de la zona.

6.2.2.3. LaderasSon las unidades geomorfológicas más importantes para la inestabilidad de los taludes, se considera las pendientes comprendidas entre 25° a 50°, lo cual constituyen un 10 % (ver plano de pendientes) condicionados por la litología.

6.3. Geología Histórica10

A fines del Aptiano y comienzos del Albiano, la transgresión marina avanzó hacia el Geoanticlinal del Marañón, llegando a cubrirlo totalmente durante el intervalo comprendido entre el Albiano y Senoniano, dejando una cobertura calcárea más gruesa en la cuenca. Los cambios litológicos coinciden con el

10 INGEMMET. «Carta geológica nacional-Geología del Perú.» Boletín n° 55 (Firmat S. A. Editores e Impresores), octubre 1995: 177.

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cambio de pendiente cuenca – plataforma y en estas condiciones se produjo el primer movimiento deformatorio dentro del ciclo andino.

Finalizando el ciclo de secuencia sedimentaria marina en el Senoniano, cuando aún el mar cubría la zona andina y parte de la amazonia, en el Santoniano temprano, toda la cuenca y Geoanticlinal del Marañón fueron afectados por movimientos epirogenético levantándose grandes regiones de la cuenca y algunas plataforma, iniciándose así una acumulación en las partes bajas.

6.4. Geología EstructuralLas dislocaciones (o perturbaciones) tectónicas se dividen en dos grandes grupos: dislocaciones coherentes y dislocaciones disyuntivas.11 Los plegamientos de orden regional (anticlinal y sinclinal) junto con la acción erosiva del rio la encañada han determinado la configuración actual del relieve de esta zona. Se presenta fallas transversales al eje del sinclinal que determina la presencia de quebradas y también influye en la calidad de la roca. (Ver plano de estructuras en anexos)

En el anticlinal cuyo eje pasa por la ciudad de la encañada se plegamientos menores importantes como monoclinales y se evidencia la presencia de una falla mayor por la presencia de un intrusivo en este eje.

6.4.1. Dislocaciones coherentes6.4.1.1. AnticlinalSe presenta un anticlinal de orden regional cuyo eje pasa por la ciudad de La Encañada con dirección SE-NW originados por los esfuerzos compresivos del ciclo andino– fase peruana. En la fotografía se aprecia el eje del anticlinal con estructura plegada tipo Chevrón, y del análisis con el Dips podemos apreciar que se trata de un anticlinal simétrico.

11 V. Belousov, Geología estructural, Traducido por V. Llanos Mas (Moscu: Editorial Mir., 1979), 304

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Foto 2: Pliegue tipo chevrón y correspondiente proyección estereográficaCoordenadas: E794292; N9215895; cota 3246

6.4.1.2. SinclinalSe presenta un sinclinal importante con dirección SE – NW cuyo eje pasa en el Km 35 de la carretera Cajamarca-Celendín en la formación Yumagual. En la fotografía podemos observar el eje del sinclinal ubicado a 3 Km al SUR de Quinuamayo. Coordenadas: E798643; N9217960; cota 3585.

6.4.1.3. MonoclinalPlegamiento monoclinal en la Formación Yumagual, se puede apreciar la mayor deformación que tienen las lutitas

Coordenadas: E796682; N9219453; cota 3455;

Km 37 + 080

6.4.1.4. Pliegue sinclinal asimétrico

Ubicado en la Formación Chulec – Carretera Encañada Celendín progresiva Km 32 + 130.

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Coordenadas: E793681; N9216306; cota 3132

Anticlinal y sinclinal asimétricos en la carretera Encañada – Celendín progresiva Km 32 + 120.

Coordenadas: E793602; N9216198; cota 3130

6.4.2. Dislocaciones disyuntivas

6.4.2.1. DiaclasasLas rocas presentas familias de diaclasas formadas en respuesta a la fatiga producida por los esfuerzos tectónicos, algunas diaclasas indican la presencia de fallas. En la imagen siguiente se presenta diaclasas en la Formación Yumagual.

Foto 3: Vista de las configuracion de las familias principales afectando al maciso rocoso y su proyeccion estereografica de las familias de discontinuidades.

6.4.2.2. Fallas tectónicasEn la zona de estudio se ha determinado fallas transversales al eje del sinclinal predominando fallas normales, la detección de se ha hecho mediante análisis

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de imágenes satelitales y en campo por la presencia de slickenside (Izquierda) y estratos guía (derecha).

Foto 4: Izq. Fallas normales en la Formación Yumagual.Coordenadas: (foto Izq.) E7973342, N9219215, cota 3481; (foto Der.) E796727, N9219438, cota 3457

Figura 2: Proyección estereográfica de fallas normales afectando a estratos.6.4.2.3. Fallas no tectónicas (deslizamientos)

Deslizamiento rotacional en suelos blandos – progresiva Km 37 + 620 de la carretera Cajamarca – Celendín constituidos por arcillas y limos con algunos fragmentos angulosos de roca caliza. Se puede apreciar el escarpe principal, los flancos y los escarpes secundarios.

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Capítulo VII

Geotecnia

En campo se ha realizado la exploración geotécnica para buscar indicios de los taludes inestables por indicadores tales como ángulo de talud, grado de fracturamiento y meteorización; una vez identificado los taludes inestables se realizó la toma de datos en lo que constituyen las estaciones geotécnicas que se describen a continuación.

7.1. Análisis Geotécnico

7.1.1. Zona Inestable 01 Km 32 + 650 – Km 33 + 210A. Descripción del taludTalud con características de inestabilidad conformado por caliza y margas intercaladas con estratos delgados de lutitas, altamente fracturados sin infiltración de agua, y con desarrollo de escarpe de falla de deslizamiento, la litología pertenece a la Formación Pariatambo ubicado estructuralmente en uno de los flancos de un anticlinal tipo chevrón y la exposición de la estratificación corta perpendicularmente a la carretera.

Foto 5: Talud Km 23 + 200, muestra la presencia de oxidación (hematita como patina), presencia de infiltración en época lluviosa.E 794108 - N 9216943

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B. Análisis de discontinuidadesTabla 4: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 01

Dirección (Az) Buzamiento (Bz)

Talud N 45° 85° SE

Estrato N 115° 45° NE

Diaclasa 1 N 165° 78° NE

Diaclasa 2 N 195° 68° SE

Figura 3: Dirección del desplazamiento de bloques colgados, zona inestable 01En la proyección estereográfica nos muestra que la discontinuidad crítica está relacionada a la diaclasa 2 (D2), siendo corroborado en campo.

C. Caracterización del macizo rocosoTabla 5: Asignación de valores para el macizo rocoso (Clasificación geomecánica de Bieniawski, 1989. & SMR, 1985)N° Parámetros Valoraci

ón1 Resistencia a la compresión simple 72 RQD (%) 63 Espaciado 104 Estado de las discontinuidades

4.1. Persistencia 24.2. Abertura (mm) 14.3. Rugosidad 14.4. Relleno 24.5. Alteración 5

9 Agua 1510

Corrección para taludes (SMR) -11.75

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Total (SMR) 37.25

Tabla 6: Caracterización del macizo rocoso para taludes según Romana, 1985.Clase SMR Soporte

IV a 37.25Anclaje, hormigón lanzado

sistemático, muro de pie y/o Concreto

D. Interpretación Slide v6Se tienen las medidas del talud y su entorno, además hemos considerado dos clases de materiales, en color azul gris una roca caliza y en verde gris una lutita, sin presencia de flujo de agua el criterio de Hoek y Brown generalizado (2002).

Parámetros de resistencia (Strength Parameters) consideramos una resistencia a la compresión uniaxial no confinada (UCSintact) igual a 60 000 KPa, para rocas que no puede ser fracturada por dos golpes de martillo de geólogo. Para el GSI debemos tener en cuenta que estamos evaluando una intercalación de calizas y lutitas, consideramos un GSI igual a 35, que es un valor intermedio asumidas para intercalaciones de calizas y lutitas. El factor de disturbación es igual a 0.7 (Poor Blasting) porque en la construcción hay un control regular control de la voladura debido a que la banqueta se encontraba con alto grado de fracturamiento y meteorización, además los estratos se encuentran en posición favorable para la estabilidad del talud. De esta manera se computo factor de seguridad de 0.835 – Método de Bishop simplificado lo que nos indica que el talud es inestable.

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Figura 4: Interpretación de zona inestable 01 mediante software geotécnico.

Tabla 7: Factores de seguridad obtenidos por diferentes métodos.

Método Factor de Seguridad

Bishop Simplificado 0.835Fellenius 0.726Jambu Simplificado 0.676Morgenstern Price 1.187

7.1.2. Zona Inestable 02: Km 35 + 960 - Km 36 + 200A. Descripción del taludTalud en rocas no clásticas de plataforma carbonatada con fracturamiento moderado emplazado en la Formación Yumagual con características de inestabilidad conformado por calizas y lutitas, cuenta con dos banquetas o niveles de talud, por lo que se existen bloques colgados determinada por existencia de diaclasas que coaccionan para formar cuñas permitiendo ceder los bloques, que en su efecto representa un peligro constante para las personas que trafican.

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Figura 5: Zona Inestable 02: Km 35 + 960 – Km 36 + 200, bloques colgados en la Formación Yumagual

B. Análisis de discontinuidadesTabla 8: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 02

Dirección (Az) Buzamiento (Bz)Talud N 70° 85°NWEstrato N 125° 30°SWDiaclasa 1 N 7° 88°NWDiaclasa 2 N 300° 70°NE

Figura 6: Dirección del desplazamiento de bloques colgados, zona inestable 02

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El análisis estereográfico se puede identificar la diaclasa 2 como la diaclasa critica, la cual es la que provoca la caída de bloques colgados.

C. Caracterización de macizo rocosoTabla 9: Asignación de valores para el macizo rocoso (Clasificación geomecánica de Bieniawski, 1989. & SMR, 1985)N° Parámetros Valoraci



9 Agua 1510

Corrección para taludes (SMR) -17Total (SMR) 46


III b 46Cunetas al pie del talud y/o malla, pernos sistemáticos y/o anclaje, muro de pie.

D. Interpretación Slide v6Con las dimensiones del talud y también se ha considerado un solo tipo de material: roca caliza cubierto con material suelto producto de la meteorización y fracturamiento del macizo; además se tiene dos banquetas de talud.

En el software geotécnico se ha recreado un modelo 2D, teniendo como parámetros de resistencia la resistencia a la compresión uniaxial de 55000 kPa, para rocas que no se rompen con dos golpes de martillo de geólogo, el valor de GSI se tomado teniendo en cuenta el grado de fracturamiento asumiendo un valor de 43, el factor de voladura de 0.5 debido a que hay un control regular. Sin presencia de agua pero si se ha considerado un coeficiente sísmico de 0.4 valor estimado según la ubicación de la región Cajamarca en la zona 3 de la zonación sísmica del Perú. Obteniendo un FS de 1.692 lo que nos indica que el talud es estable.

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Tabla 11: Factores de seguridad obtenidos por diferentes métodos, zona inestable 02.



7.1.3. Zona Inestable 03: Km 36 + 200 – Km 36 + 500A. Descripción del taludSe tiene un talud moderadamente alterado constituido de rocas carbonatadas perteneciente a la Formación Yumagual, con bloques colgados los que son un peligro eminente tanto para los transportistas como para los peatones. En el talud no se evidencia presencia de agua las coloraciones son producto de la intemperización y reacción de las aguas de lluvia con elementos iones de hierro, formándose de esta manera hematita en forma de patina.

Figura 8: Zona Inestable 03 Km 36 + 200 – Km 36 + 500, estratos de la formación yumagual.B. Análisis de discontinuidadesTabla 12: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 02

Dirección (Az) Buzamiento (Bz)Talud N 110° 80° NEEstrato N 280° 20° SW

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Diaclasa 1 N 252° 80° NWDiaclasa 2 N 155° 87° NEDiaclasa 3 N 75° 46° SE

Figura 9: Proyección estereográfica: zona inestable 03: Km 36 + 360

Las discontinuidades determinan las condiciones críticas como los bloques colgados al interactuar cada una de ellas generan un disturbamiento en confrontación de las condiciones del macizo rocoso. Por lo tanto la discontinuidad crítica es la diaclasa 2.

C. Caracterización del macizoTabla 13: Asignación de valores para el macizo rocoso (Clasificación geomecánica de Bieniawski, 1989. & SMR, 1985)N° Parámetros Valoraci



9 Agua 1510

Corrección para taludes (SMR) -8.43Total (SMR) 60.57

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Clase SMR Soporte

III a 60.57Malla, pernos puntuales o

sistemáticos, hormigón lanzado localizado.

Según la clasificación (Romana, 1985) al obtenerse un SMR de 60.57 el mismo que define como un macizo rocoso de clase II b de calidad buena con condiciones estables. Pero recomienda algunos soportes como cunetas al pie de talud y pernos puntuales.

D. Interpretación Slide v6El talud constituido de roca caliza de la Formación Yumagual, de esta manera se considera un slo tipo de material dispuesto en banqueta única.

En el software geotécnico se ha recreado un modelo 2D, teniendo como parámetros de resistencia de 68000 kPa, para rocas que se rompen con 3 golpes de martillo de geólogo, el valor de GSI se tomado teniendo en cuenta el grado de fracturamiento asumiendo un valor de 40, el factor de voladura de 0.8 debido a que hay un control regular. Sin presencia de agua pero si se ha considerado un coeficiente sísmico de 0.8 valor estimado según la ubicación de la región Cajamarca en la zona 3 de la zonación sísmica del Perú. Obteniendo un FS por el método de Bishop Simplificado es 1.120 lo que nos indica que el talud es estable.

Tabla 14: Factores de seguridad obtenidos por diferentes métodos, zona inestable 03.Método Factor de

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SeguridadBishop Simplificado 1.045Fellenius 1.120Jambu Simplificado 0.980Morgenstern Price 1.187

7.1.4. Zona Inestable 04: Km 36 + 960 – Km 37 + 180A. Descripción del taludSe tiene un talud moderadamente alterado constituido de rocas calizas y niveles de lutitas perteneciente a la Formación Yumagual, los que son un peligro eminente tanto para los transportistas como para los peatones. En el talud no se evidencia presencia de agua, pero si por acción meteórica se encuentra óxidos de hierro (hematita) además este talud se encuentra en plegamiento monoclinal.

Figura 11: Zona Inestable 04 Km 36 + 960 – Km 37 + 180, estratos de la formación yumagual.B. Análisis de discontinuidadesTabla 15: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 04

Dirección (Az) Buzamiento (Bz)Talud N 100° 80° NEEstrato N 107° 40° SWDiaclasa 1 N 45° 82° NWDiaclasa 2 N 128° 60° NE

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Figura 12: Proyección estereográfica de familia de discontinuidades, zona inestable 04.

Discontinuidad critica diaclasa 2




9 Agua 1510



III a 59Cuneta y/o malla - pernos puntuales o sistemáticos y hormigón lanzado

localizado.D. Interpretación Slide v6El talud en la Formación Yumagual, se considera dos tipos de material roca caliza y lutita dispuesto en banqueta única.

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En el software geotécnico se ha recreado un modelo 2D, teniendo como parámetros de resistencia de 65 000 kPa, para rocas que se rompen con 2 golpes de martillo de geólogo, el valor de GSI se tomado teniendo en cuenta el grado de fracturamiento asumiendo un valor de 42, el factor de voladura de 0.7 debido a que hay un control regular. Sin presencia de agua pero si se ha considerado un coeficiente sísmico de 0.4 valor estimado según la ubicación de la región Cajamarca en la zona 3 de la zonación sísmica del Perú. Obteniendo un FS de 0.532 – método de Bishop simplificado lo que nos indica que el talud es inestable.





7.1.5. Zona Inestable 05 Km 37 + 560 – Km 37 + 600A. Descripción del taludTalud con características inestables con dos tipos de litología: roca caliza y lutita dispuestos en tres bancos de taludes continuos, cuya unidad estratigráfica es la Formación Yumagual, además no se evidencia presencia de agua.

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Figura 14: Zona Inestable 05 Km 37 + 560 – Km 37 + 600, estratos de la formación yumagual.B. Análisis de las discontinuidadesTabla 19: Dirección y buzamiento de las familias de discontinuidades – Talud 05

Dirección (Az) Buzamiento (Bz)Talud N 118° 82° NEEstrato N 110° 22° SWDiaclasa 1 N 30° 82° SEDiaclasa 2 N 80° 65° NW

Figura 15: Proyección estereográfica de familia de discontinuidades, zona inestable 05.Donde la discontinuidad critica es D2

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9 Agua 1510



II b 63Cunetas al pie de talud /o malla, pernos puntuales o sistemáticos.

D. Interpretación Slide v6El talud se encuentra en un flanco de sinclinal, en la Formación Yumagual y está constituido por dos tipos de material lutita y caliza, distribuidos en 3 bancos continuos de taludes.

En el software geotécnico se ha recreado un modelo 2D, teniendo como parámetros de resistencia de 70 000 kPa, para rocas que se rompen con 3 golpes de martillo de geólogo, el valor de GSI se tomado teniendo en cuenta el grado de fracturamiento asumiendo un valor de 38, el factor de voladura de 0.7 debido a que hay un control regular. Sin presencia de agua pero si se ha considerado un coeficiente sísmico de 0.4 valor estimado según la ubicación de la región Cajamarca en la zona 3 de la zonación sísmica del Perú. Obteniendo un FS de 0.938 – método de Bishop lo que nos indica que el talud es inestable.

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Capítulo VIII

Análisis y Discusión de Resultados

8.1. ResultadosZona inestable Clase SMR Soportes posibles

01 IV a 37.25Anclaje, hormigón

lanzado sistemático, muro de pie y/o

Concreto

02 III b 46Cunetas al pie del talud y/o malla, pernos sistemáticos y/o anclaje, muro de pie.

03 III a 60.57Malla, pernos puntuales

o sistemáticos, hormigón lanzado

localizado.

04 III a 59Cuneta y/o malla - pernos puntuales o

sistemáticos y hormigón lanzado localizado.

05 II b 63Cunetas al pie de talud /o malla, pernos puntuales o sistemáticos.

Zonas Inestables Progresiva FS

01 32 + 650 – 33 + 210 0.83502 35 + 960 - 36 + 200 1.66603 36 + 200 – 36 + 500 1.04504 36 + 960 – 37 + 180 0.70705 37 + 560 – 37 + 600 0.938

8.2. Análisis de resultadosZ.I. Progresiva FS Descripción01 32 + 650 – 33 +

2100.835

En este talud se puede apreciar que los estratos buzan a favor del talud con menor ángulo por los que los estratos se

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encuentran colgados reflejado en el factor de seguridad que indica un peligro constante, se recomienda construir un muro de pie de talud.

02 35 + 960 - 36 + 200

1.666

Si bien en campo se aprecia que los taludes están con alto ángulo pero la calidad de la roca permite que se encuentre estable, el factor de seguridad de 1.66 asegura la estabilidad de este talud.

03 36 + 200 – 36 + 500

1.045

En este talud se aprecia que el factor de seguridad se encuentra muy cercano al equilibrio crítico, por lo que lo consideramos como inestable además posee un ángulo de talud de 87° por lo que se debe realizar el soporte de hormigón lanzado localizado para asegurar su estabilidad.

04 36 + 960 – 37 + 180

0.532

Se puede apreciar la influencia de las fallas transversales en la inestabilidad de este talud donde se ha fracturado y meteorizado bajando la calidad de la roca, se recomienda colocar un soporte de malla para estabilizar el talud.

05 37 + 560 – 37 + 600

0.938

Este talud se ubica entre dos fallas transversales lo que ha permitido que por estas zonas de debilidad ingrese el agua y meteorice a la roca disminuyendo la calidad de esta. Se recomienda la instalación de mallas para mejorar su estabilidad.

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Capítulo IX

Conclusiones y Recomendaciones

9.1. Conclusiones Las unidades estratigráficas cartografiadas son del Periodo Cretáceo:

Formación Chulec, Formación Pariatambo, Formación Yumagual, Formación Quilquiñán - Mujarrúm, del periodo cuaternario: Depósitos Fluviales.

La caracterización de los macizos rocosos de los taludes obtenidos según Bieniawski, 1989 y ajustada por Romana, 1985; son:

Tabla 23: Caracterización del macizo rocoso en las zonas inestablesZona Inestable Progresiva SMR Clase

01 32 + 650 – 33 + 210 37.25 IV a

02 35 + 960 – 36 + 200 46 III b

03 36 + 200 – 36 + 500 60.57 II b

04 36 + 960 – 37 + 180 59 III a

05 37 + 560 – 37 + 600 63 II b

Los factores de seguridad de las zonas inestables obtenidas con el software por el método de Bishop Simplificado son:

Tabla 24: Factores de SeguridadZona Inestable Progresiva FS

01 32 + 650 – 33 + 210 0.83502 35 + 960 – 36 + 200 1.66603 36 + 200 – 36 + 500 1.04504 36 + 960 – 37 + 180 0.53205 37 + 560 – 37 + 600 0.938

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9.2. Recomendaciones Se debe monitorear los taludes en estaciones de lluvia, de esta forma

tener un mejor control de inestabilidad de taludes, ya que esta variable ha creado incertidumbre durante el desarrollo de la presente investigación.

Los taludes identificados como inestables representan un alto grado de riesgo para los transportistas de esta vía, por ello se recomienda a las autoridades competentes realicen trabajos para lograr estabilizar con el fin de proteger y salvaguardar la vida de las personas.

Se recomienda realizar perforaciones y/o estudios geofísicos con el fin de determinar el nivel freático, puesto que, en el km 36 + 020 existe una surgencia de agua.

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Bibliografía

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Página 50


Página 51


Apéndice I

Tabla 25. Sistema unificado de clasificación de suelos SUCS, incluyendo descripción.

Página 52


Apéndice II

Tabla 26. Índice de resistencia geológica (GSI) para macizos rocosos fracturados (Hoek y Marinos).

Página 53


Apéndice III

RQD=∑ fragmentos>a 10 cmlongitud total deltestigo

∗100 %

En el trabajo de campo se realizó la estimación del RQD a partir de la frecuencia de discontinuidades λ que se calcula contando el número total de discontinuidades que intercepta una longitud L.

λ=númerode discontinuidadesL(m)

Y luego aplicamos la ecuación:

RQD=100 e−0.1λ(0.1 λ+1 )

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

50

100

𝑅𝑄𝐷=100 (−0.𝑒1 (0.1 +1))𝜆 𝜆

λ=número de discontinuidades/longitud del

macizo (m)

RQD

%

Ilustración 1. Relación entre la frecuencia de discontinuidades y el índice RQD (Gonzales de Vallejo, 2002).


Apéndice IV

Tabla 27. Estimación aproximada y clasificación de la resistencia a compresión simple de suelos y rocas a partir de índices de campo (ISRM, 1981. Recuperado de Gonzales de Vallejo, 2002. Pág. 131).

Página 55


Tabla 28. Parámetros de clasificación geomecánica RMR (Bieniawski, 1989)

1

Resistencia de la matriz rocosa (Mpa)

Ensayo puntual ¿10 10-4 4-2 2-1 Compresión simple

(Mpa)Compresión

simple ¿250 250-100 100-50 50-25 25-5 5-1 ¿1

Puntuación 15 12 7 4 2 1 0

2 RQD (%) 90-100 75-90 50-75 25-50 ¿25Puntuación 20 17 13 6 3

3Separación entre

diaclasas (m) ¿2 0.6-2 0.2-0.6 0.06-0.2 ¿0.06

Puntuación 20 15 10 8 5

4

Esta

do d

e la

s disc

ontin

uida

des

Longitud de la

discontinuidad (m)

¿1 1-3 3-10 10-20 ¿20

Puntuación 6 4 2 1 0Abertura

(mm) Nada ¿0.1 0.1-1.0 1-5 ¿5Puntuación 6 5 3 1 0Rugosidad Muy

rugosa Rugosa Ligeramente rugosa

Ondulada suave


Relleno NingunoRelleno duro ¿5mm

Relleno duro ¿5 mm

Relleno blando ¿5mm

Relleno blando ¿5mm


Alteración Inalterada

Ligeramente

alteradaModeradamente alterada

Muy alterad

aDescompuesta


5Agua

freática

Caudal por 10 m de

túnelNulo ¿10 l/min 10-25 l/min 25-125

l/min ¿125l/min

Relación presión de agua/Tensión principal

mayor

0 0-0.1 0.1-0.2 0.2-0.5 ¿0.5

Estado general Seco

Ligeramente

húmedoHúmedo Gotean

do Agua fluyendo


Apéndice V

SMR=RMR+( F 1∗F 2∗F 3 )+F 4

Donde:

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RMR: RMR básico.

F1: depende del paralelismo entre el rumbo de las discontinuidades y el de la cara talud, se le asigna 1 cuando estos rumbos son paralelos y 0.15 cuando difieren más de 30°; Romana (1985) lo calcula:

F 1=¿¿

Siendo: α j :Dirección de buzamiento de la discontinuidad.

α s :Dirección de buzamiento del talud.

F2: depende del buzamiento de la discontinuidad critica para la falla, cuando el buzamiento es mayor de 45° se le asigna el valor de 1; pero cuando es menor de 20° se le asigna 0.15. Romana (1985) propone la ecuación para calcularlo.

F 2=tg2(B j)

B j :Es el buzamiento de la discontinuidad.

Si la rotura por vuelco es el mecanismo más probable, se adopta el valor 1 para F2

F3: evalúa el buzamiento de la junta y del talud. Si el buzamiento de la cara de talud es 10° mayor se considera muy desfavorable. Y se busca el valor en la tabla:

ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES

VALOR DEL PARÁMETRO DE AJUSTE

Muy Favorable 0Favorable -5Normal -25Desfavorable -50Muy Desfavorable -60

F4: depende del método de excavación.

MÉTODO

TALUD NATURAL

PRECORTE

VOLADURA SUAVE

VOLADURA O MECÁNICO

VOLADURA

DEFICIENTE

F4 + 15 + 10 + 8 0 -8

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En resumen se tiene:

Página 58


ANEXOS

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Página 60

Fich

a de

reco

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proyecto investigación geotecnia i- 2014 - ii

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