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8/15/2019 Proyecto-InvestigaciónGEOTECNIa (1).pdf

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA

GEOLÓGICA

Curso:

GEOTECNIA I

“Análisis del Empuje de Tierras en las zonas críticas de la carretera Cruz Blanca – El

Gavilán. Cajamarca, 2014”

Presentado por:

ALVARADO HUACCHA, Angela Roxana.

LOZANO LAMADRID, Luis Gonzalo.

PÉREZ BRICEÑO, Darwin Heynner.

Docente:

ING. REINALDO RODRIGUEZ CRUZADO

Cajamarca - Perú

Noviembre de 2014


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INDICE


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RESUMEN

Este trabajo de investigación se efectuó a lo largo de la carretera Cruz Blanca – El Gavilán,

en donde se realizó como primer paso una evaluación geotécnica, en donde se identificó

algunos deslizamientos; los cuales se cualificaron y se cuantificaron; así mismo se hizo los

estudios respectivos, apoyándonos en la mecánica de suelos, para para poder averiguar las

zonas de mayor inestabilidad en suelos (zonas críticas). Una vez definidas estas zonas, se

prosiguió con el análisis del empuje de Tierras, para el cual se utilizó la teoría de Rankine,

estudiando las reacciones del material y la estructura por cimentar, en sus estados activos y

pasivo.

Para suponer que en una estructura de contención se va a desarrollar el empuje activo como pasivo, hay que comprobar primero que las deformaciones son admisibles. Para ellos

avaluamos los esfuerzos que pueden hacer que el muro ceda (falle). Dichas fuerzas deben

ser controladas si el muro comenzara a fallar, es decir a girar o a deslizarse hacia el exterior

o al interior.

En este trabajo de investigación, también se realizó una investigación geológica, en la cual

identificamos formación, litología, estructuras, para al fin de poder ayudarnos en nuestra

investigación.


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INTRODUCCIÓN

El hombre siempre ha buscado dominar todos los lugares de nuestro planeta, para ello ha

tenido que abrirse paso por inhóspitos lugares, construyendo carreteras; o también

almacenando agua en presas, para poder tener agua en estación de seca, o construyendo Pitt

en minerías, en otras cosas más. Con esto el hombre altera el estado tensional, con lo genera

inestabilidad.

Para manejar esta inestabilidad, se construyen taludes con características que puedan

manejar dicho problema, pero muchos de estos taludes no pueden sostenerse por sí solos, y

necesitan de estructuras que los ayuden a estabilizarse; estas son llamadas estructuras de

retención. Antes de cimentar estas estructuras, se debe de realizar un análisis de las presioneslaterales, para que así se pueda tener un conocimiento de las fuerzas laterales que actúan

entre las estructuras de retención y las masas de tierras. Para así tener un correcto diseño y

construcción de estas estructuras.


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ANÁLISIS DEL EMPUJE DE TIERRAS EN LAS ZONASCRÍTICAS DE LA CARRETERA CRUZ BLANCA – EL GAVILÁN.

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CAPÍTULO I: PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la carretera Cruz Blanca – El Gavilán, se divisa a lo largo de ella, depósitos de edad

cuaternaria, del tipo aluvial, coluvial a mezcla de estos (coluvio-aluvial); distinguiéndose

estos por sus características texturales (la redondez, esfericidad, tipo de matriz, etc.) y

composición litológica (heterogeneidad u homogeneidad de clastos).

Los depósitos poseen bloques y clastos angulosos y subangulosos, con matrices arenosas y

limo – arenosas; además estos depósitos cuaternarios presentan evidencias de procesos de

meteorización y erosión; esto sumado a las fracturas de tensión encontradas en algunos

taludes, a los ángulos de talud hallados y a la época lluviosa en que estamos entrando, hacen

cuestionarnos acerca de la estabilidad de estos depósitos. Ante ello es necesario evaluar

geotécnicamente este tramo, haciendo un Análisis del Empuje de Tierras en las diferentes

zonas críticas de la carretera.

1.2. TÍTULO

“Análisis del Empuje de Tierras en las zonas críticas de la carretera Cruz Blanca – El

Gavilán. Cajamarca, 2014”

1.3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cuál sería el estado de las presiones laterales actuantes entre estructuras de retención y las

masas de suelos que son retenidas, según el Análisis del Empujes de Tierra en las zonas

críticas de la carretera Cruz Blanca – El Gavilán?

1.4. DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA

En este trabajo de investigación se hará evaluación geotécnica de los depósitos cuaternarios

existentes en la carretera Cruz Blanca – El Gavilán, luego se procederá a análisis de

inestabilidad de taludes, con el fin de identificar las zonas críticas existentes en la zona de

estudio; para que en estas podamos realizar el Análisis del Empuje de Tierras respectivo.

Con esto se podrá definir el tipo adecuado de estructura que debería colocarse con el fin de


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estabilizar a las taludes; y que sean tales que resistan o neutralicen los efectos de los empujes

ya sean estos activos y que no generen empujes pasivos.

1.5. OBJETIVOS

1.5.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar el estado de las presiones laterales actuantes entre estructuras de retención

y las masas de suelos que son retenidas; según el Análisis del Empujes de Tierra en

las zonas críticas de la carretera Cruz Blanca – El Gavilán.

1.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Generar el modelo geológico.

Determinar las propiedades geomecánicas de los depósitos cuaternarios. Calcular los factores de seguridad de los deslizamientos críticos mediante el software

Slide.

Definir el comportamiento de las presiones laterales actuantes en las estructuras de

retención.

Calcular los Empujes de Tierra activo y pasivo.

Generar los planos: satelital, topográfico, geológico y geotécnico de la zona de estudio.

1.6. HIPÓTESIS

En esta época del año, en que empieza las lluvias, los empujes activos serán mayores que

los empujes pasivos, produciendo deslizamientos sobre los muros de retención; si no se los

colocan correctamente estas estructuras.

1.7.

JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Las obras de ingeniería aceleran determinados procesos geológicos, que de forma natural

demorarían cientos o miles de años en producirse, como por ejemplo la meteorización de

superficies rocosas escavadas, liberación de tensiones naturales, modificación de flujos de

gua, etc. Esto sumado a la acción de los agentes geológicos, da lugar a la disminución de la

resistencia de los depósitos de los macizos rocosos en periodos de tiempo muy cortos;

pudiéndose presentar zonas de inestabilidad.


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CAPÍTULO II: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

2.1.

TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓNEl tipo de investigación empleada en el trabajo de investigación es exploratoria, descriptiva

y explicativa. Exploratoria porque si bien es cierto que ya hay estudios realizados en la zona,

debemos de hacer una nueva exploración para descubrir nuevos indicios afines a la

investigación. Descriptiva, porque nos basamos en observaciones de taludes de la carretera,

toma de data y todo lo escribimos con la mayor objetividad posible. Y explicativa porque se

analizará geológica y geotécnicamente los datos recogidos en campo y los resultados

obtenidos en gabinete, para encontrar respuesta a nuestro problema de investigación.

2.2. PROCEDIMIENTO Y TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

2.2.1. Etapa de gabinete.

Esta etapa se realizó antes de comenzar el trabajo de campo, consiste en una planificación

de tareas a realizar, además de la recopilación de información y varios análisis de imágenes

satelitales para un mejor estudio de estructuras y geoformas.

2.2.2. Etapa de campo.

Se realizó la identificación de las posibles zonas de debilidad y el cartografiado geológico

de las formaciones encontradas a lo largo de la carretera Cruz Blanca – El Gavilán, la toma

de data de las propiedades geológicas, geomecánicas y geotécnicas para la caracterización

geotécnica de los taludes de las zonas de debilidad encontradas en esta carretera a escala 1:

2 000

2.2.3. Etapa de gabinete.

Con la data obtenida en campo se a una segunda etapa de gabinete donde se calcularon los

empujes de tierras y se calcularon los factores de seguridad; aquí también se modelaron

mapas temáticos. Todo esto se realizaos gracias al algunos softwares como: SAS. Planet,

ArcGis 10.1, Slide V6, AutoCad 2014, Global Mapper 14, DIPs, Rock Lab; con los cuales

se logró obtener los mapas temáticos y finales. Se culminó con la redacción del informe.


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2.3. EQUIPO E INSTRUMENTACIÓN

El equipo utilizado para la toma de datos son: El

registro geológico – geotécnico, brújula Brunton,

brújula geotécnica, GPS Etrex 10, protactor, lupa de

20x, rayador, picota, ácido clorhídrico 20%, plano

geológico, plano tográfico, imágenes satelitales,

picota de geológo, wincha, flexómetro, cámara

fotográfica y libreta de campo.

2.4.

TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOSSe utilizaron computadora de escritorio y Laptops para procesar los datos de campo y

gabinete mediante los softwares indicados anteriormente, lográndose el análisis de los datos

para obtener los planos que demuestren el comportamiento de los taludes.

Los resultados tuvieron la consistencia y validez necesaria, debido a que las técnicas y

análisis de datos fueron verificados adecuadamente, para que los planos temáticos, cuadros

y gráficos muestren la realidad de la información de los taludes en todo el trayecto de la

carretera Cruz Blanca – El Gavilán.

2.5. CONTROL DE CALIDAD DE DATOS

La calidad de datos es un aspecto muy importante a considerar, en todo trabajo de

investigación; debido a que se pueden cometer errores en la toma de datos con los equipos

de campo, como pueden ser GPS, la brújula geotécnica, etc.; lo que nos podría llevar a

resultados incorrectos y por ende a conclusiones o interpretaciones erróneas. Es por ello que

es muy importante un previo análisis instrumental tanto de los propios equipos y su

calibración, para minimizar los errores generados por el descuido de los equipos.

Figura 1. Equipo básico de campo.


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Figura 2. Distribución de la presión de tierra en reposo para un suelo parcialmente sumergido.

3.3.2. Teoría de Rankine sobre las presiones de Tierra

El Rankine hace referencia a las variaciones de tensiones que se producen en una masa de

suelos, cuando se produce un relajamiento o un aumento de la tensión horizontal; considera

esos dos casos extremos e impone ciertas condiciones de borde para un prisma elemental

que se encuentra dentro de una masa semi-infinita.

Figura 3. Estado de tensiones naturales.

Las condiciones de borde impuestas por Rankine para determinar la relación entre tensiones

principales en cada estado, fundamentalmente son:

- Masa semi infinita y homogénea.

- Superficie horizontal del terreno.

-

Superficie vertical del borde que admite desplazamiento.


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- Tensiones de corte nulas en el contacto entre la superficie que se desplaza y el suelo.

3.3.2.1. Estado activo de Rank ine.

Se considera un suelo ideal de suelo una profundidad determinada, sometido a un estado de

cargas que descomponemos en una v y una h . Si se le permite expandirse, se

descomprime lateralmente; al permitirle el movimiento hacia afuera de sus paredes laterales,

el empuje sobre las paredes verticales va disminuyendo, en tanto que la presión sobre el

fondo ( v ), se mantiene constante. O sea, h disminuye hasta un valor límite, en el que se

produce la rotura. Esta tensión horizontal sobre pared vertical, que es la tensión principal,

ha tomado el valor límite mínimo3

'h . Si se desplazara algo más originaría plasticidad,

no un cambio de tensiones. Se dice entonces que este suelo está en estado activo de mínimo.

3.3.2.2. Estado pasivo de Rankine.

Análogamente, si se comprime aumentando el empuje horizontal y sigue constante la tensión

vertical sobre el fondo hasta alcanzar una relación máxima entre v y h , se dice que el

suelo está en el estado pasivo.

Es decir, si aumenta la tensión horizontal, el terreno va resistiendo hasta que, si aumenta

mucho esa tensión, superando la tensión vertical 1'h y 3'v , llega un momento

en se rompe. En ese instante inmediato de la rotura. En ese instante inmediato a la rotura, se

dice que el muro está en resistencia pasiva, o es estado de equilibrio limite pasivo o superior

o máximo.

Figura 4. Estado activo (izquierda) y pasivo (derecha) de Rankine.

3.3.3. Teoría de la presión de Tierra de Coulomb

3.3.3.1. Planteamiento básico.

Coulomb plantea que los movimientos del muro son los suficientes para que se forme en el

terreno una cuña de empuje que está limitada por una superficie de deslizamiento plana


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Debido a la cohesión puede ocurrir que aparezcan fisuras de tracción en la parte más superiordel terreno del trasdós debido a posibles tensiones negativas que en realidad no se

desarrollan ya que se separa el terreno. La cohesión es, pues, un factor de mejora del

comportamiento del terreno, pero si al final no se acaba desarrollando nos deja del lado de

la inseguridad. Dado que con frecuencia es difícil estimar su efecto de forma adecuada, es

habitual despreciarla, quedando del lado de la seguridad.

3.4. MOVIMIENTOS DE MASA

En la superficie terrestre, la gravedad empuja continuamente materiales hacia nivelesinferiores, esto sumado a la acción de los agentes detonantes (agua por ejemplo), conllevan

a un estado de inestabilidad, que pueden desencadenar movimientos de masas.

3.4.1. Influencia del tipo de material

La naturaleza intrínseca del material del material mantiene una estrecha relación con el tipo

de inestabilidad, que puede producirse, condicionando y pudiendo estimarse de antemano la

susceptibilidad de cada material, para un movimiento determinado. Los terrenos en los que

se producen los movimientos, pueden dividirse en tres grupos.

3.4.1.1. Macizos rocosos

Un macizo rocoso es la unión de la matriz rocosa con las discontinuidades de diverso tipo y

es considerado como un medio discontinuo, heterogéneo y anisótropo. El comportamiento

de este depende de estas discontinuidades, así como de la litología de la matriz rocosa y de

su historia evolutiva. Para el análisis del comportamiento de las discontinuidades ha de

considerarse el tipo, origen, distribución espacial, tamaño, continuidad, espaciado,

Figura 7. Efecto de la cohesión.


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rugosidad, naturaleza de relleno meteorización y la presencia de agua. De la matriz rocosa

ha de conocerse su naturaleza, resistencia a la compresión, alterabilidad, etc.

Generalmente los diferentes tipos de rotura que se producen en los medios rocosos siguen

superficies preexistentes, aunque cuando los macizos están fuertemente fracturados pueden

desarrollarse nuevas superficies de corte, similares a las producidas en suelos (J. C. Muñoz

Estela, 2004).

3.4.1.2. Suelos

Las diferencias de comportamiento que presentan estos materiales frente a los rocosos, se

deducen de su definición, como: agregado de partículas sólidas, sueltas o poco cementadas,

más o menos consolidadas, de naturaleza mineral, fragmentos de roca, etc.

El comportamiento de estos materiales se asemeja al de un medio continuo y homogéneo.

Las superficies de rotura se desarrollan en su interior sin seguir dirección preexistente. Desde

el punto de vista de la resistencia a esfuerzo cortante, se puede considerar tres aspectos:

Suelos cohesivos y suelos no cohesivos:

En aquellos materiales en los que gracias a sus características físico – químicas, es necesario

aplicar alguna fuerza para separar los propios granos del suelo, se dice que son sueloscohesivos o coherentes; estos por lo general son arcillosos, plásticos e impermeables. Por el

contrario, los granos de un suelo no cohesivo o incoherente solamente se pegan cuando están

ligeramente húmedos, estos son suelos ni plásticos e impermeables (J. C. Muñoz Estela,

2004).

Suelos normalmente consolidados y preconsolidados

A efectos de resistencia al corte, se puede decir que un suelo es normalmente consolidado,

cuando las presiones verticales efectivas existentes “in situ” son las máximas que ha sufrido

a lo largo de su historia geológica. El caso contrario es el suelo preconsolidado (J. C. Muñoz

Estela, 2004).

Suelos f inos y suelos con partícul as gruesas

Esta clasificación es según la proporción el tamaño de las partículas que conforman un suelo,

y siguiendo la clasificación SUCS; la cual dice que si el porcentaje de finos es mayor del

50% es suelos de finos, caso contrario el suelos de partículas gruesas.


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3.4.1.3. Materi al de rell eno

Se agrupan bajo esta denominación todos aquellos depósitos artificiales, realizados por la

demanda de ciertas actividades, como construcción de obra civil (terraplenes, presas de

tierra, etc.) o bien como cúmulo de materiales desecho, sobrantes, estériles, etc.

El comportamiento de estos rellenos tiene una gran semejanza con el de los suelos. Los

movimientos que se producen siguen una pauta de los que tienen lugar en los suelos,

desarrollándose a través del material, según una superficie no determinada previamente.

3.4.2. Tipos de movimientos

Cuando se estudia un fenómeno complejo, como las roturas de ladera, es necesario

identificar y caracterizar los distintos tipos de comportamiento y clasificarlosadecuadamente. Las clasificaciones de movimientos de ladera más aceptadas se basan en las

características cinemáticas de los movimientos, es decir, en los mecanismos de propagación.

En la literatura científica y técnica existen numerosas clasificaciones de los movimientos de

ladera. La primera clasificación de amplia aceptación fue la de Sharpe (1938). Con

posterioridad aparecieron las de Varnes (1958, 1978), Nemcok et al. (1972), Hutchinson

(1988), Sassa (1989) y más recientemente, las de Dikau et al. (1996) y Cruden y Varnes

(1996). Todas las clasificaciones coinciden en la existencia de, al menos, cinco mecanismos principales que son: caídas, vuelcos, deslizamientos, expansiones laterales y flujos; las

cuales se expondrán a continuación.

3.4.2.1. Desprendimientos o caídas (F al ls)

Un desprendimiento es una masa rocosa, o de tierra, que se separa de una vertiente o casi

vertical y cae libremente a través del aire. La masa inestabilizada impacta en el terreno

fragmentándose en porciones más pequeñas que siguen una trayectoria particular (R.

Copons Llorens & A. Tallada Masquef, 2009). El desprendimiento es muy rápido y se

origina por el despegue de una masa de suelo o roca de una pared empinada o acantilado.

Frecuentemente estas inestabilidades afectan a bloques aislados, aunque también a masas

rocosas, originando es este caso movimientos de terrenos con resultados catastróficos. Estos

fenómenos suelen producirse en zonas constituidas geológicamente por alternancia de capas

sedimentarias de caspas resistentes y débiles (J. C. Muñoz Estela, 2004).


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Figura 8. Esquema de un desprendimiento en donde se define: la zona de salida de la masa rocosa, la posterior

fragmentación a lo largo de la zona de trayecto y su acumulación en la zona de llegada. (Esquema obtenido

de Copons Llorens & A. Tallada Masquef, 2009).

La propagación de los desprendimientos en laderas con pendientes superiores a los 76° se

produce preferentemente por caída libre, por debajo de este ángulo los impactos contra el

terreno son frecuentes mientras que en laderas de menos de 45° la propagación se realiza

por rodadura y, eventualmente, por deslizamiento (Jordi Corominas, 1998).

Las caídas con una trayectoria básicamente vertical de abrigos desarrollados en acantilados

por la socavación efectuada por un río, el oleaje o la meteorización y disgregación de las

rocas a su pie son consideradas colapsos (García Yagüe y García Álvarez, 1988).

Figura 9. Mecanismos de desprendimiento y colapso (Jordi Corominas, 1998).

3.4.2.2. Vuelcos (Topple)

Los vuelcos son columnas rocosas, o de tierras, que muestran un movimiento de rotación

hacia delante y hacia el exterior de una ladera alrededor de un eje situado por debajo de su

centro de gravedad. Los vuelcos se producen principalmente en escarpes en donde existen


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deslizamientos rotacionales y translacionales es importante en lo que se refiere a los análisis

de estabilidad y el diseño de medidas de control y estabilización:

Desli zamiento rotacional

Tiene lugar a lo largo de una superficie de rotura plana u ondulada. La masa deslizada puede

proseguir por la ladera. Los componentes de la masa desplazada se mueven a la misma

velocidad y siguen trayectorias paralelas. A medida que un deslizamiento traslacional

progresa puede romperse, en particular si aumenta la velocidad. Entonces, la masa

disgregada deviene un flujo.

Desli zamiento traslacional

La rotura se produce a lo largo de una superficie curvilínea y cóncava. El terreno

experimenta un giro según un eje situado por encima del centro de gravedad de la masa

deslizada. El material de cabecera efectúa una inclinación contra ladera, generando

depresiones donde se acumula el agua e induce nuevas reactivaciones. Este tipo de

mecanismo es característico de suelos cohesivos homogéneos y de macizos rocosos

intensamente fracturados.

Figura 11. Esquema de deslizamiento rotacional (A) y traslacional (B), donde se observa el desplazamiento

de la masa inestabiliada a través de una superficie de rotura. (Esquema obtenido de Copons Llorens & A.

Tallada Masquef, 2009).

3.4.2.4. Flujos

Son movimientos espacialmente continuos en los que las superficies de cizalla tienen corta

vida, se encuentran muy próximas y generalmente no se conservan. La distribución de

velocidades en la masa desplazada se parece a la que se presenta en un fluido viscoso. Por

este motivo, la masa movida no conserva la forma en su movimiento descendente, adoptando


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a menudo, formas lobuladas cuando interesan a materiales cohesivos y desparramándose por

la ladera o formando conos de deyección cuando afectan a materiales granulares (Jordi

Corominas, 1998).

Figura 12. Movimientos de flujo (Jordi Corominas, 1998).

Reptación (Creep)

La reptación es un movimiento extremadamente lento que es imperceptible excepto para

largos períodos de tiempo (Sharpe, 1938). No muestra superficies de cizalla definidas (Jordi

Corominas, 1998).

Unas formas atribuidas a los fenómenos de reptación son las terracillas que aparecen en las

vertientes de alta montaña en ambientes periglaciares. La velocidad de desplazamiento delsuelo es lo suficientemente lenta para que la vegetación de los prados alpinos resista y crezca

al mismo tiempo que el avance de las partículas, dando lugar a guirnaldas herbáceas

paralelas a las curvas de nivel (Corominas, 1989).

Solif luxión (Solif luction)

Término utilizado a menudo para describir deformaciones de pequeñas dimensiones en

suelos cohesivos y de poco espesor, que dan lugar a formas lobuladas. Contienen superficies

de cizalla de poca extensión. La solifluxión abunda en ambientes periglaciares donde la


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como el flujo granular turbulento, el desplazamiento sobre colchones de aire o la

transferencia de momentos entre las partículas en movimiento (Corominas, 1989).

3.4.2.5.

Movimientos complejos.Son el resultado de la combinación de más de un tipo de los diferentes tipos de movimientos

descritos anteriormente. Se puede incluir la combinación múltiple de un mismo tipo de

rotura y también aquellos movimientos en la distribución interna de las velocidades de la

masa que se desliza, pueda o no asemejarse a un fluido viscoso (J. Carlos Muñoz Estela,

2004).

3.5. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS

Estructuras de retención: Coeficiente de presión de tierra: Es la relación del esfuerzo efectivo horizontal

respecto del esfuerzo vertical.

Trasdós: En un muro de contención, el trasdós es la cara del muro en contacto con

el material contenido y opuesta al intradós.

Intradós: En un muro de contención el intradós es la cara visible, opuesta al

trasdós.

Suelo: Es un conjunto de partículas inconsolidadas, formadas por la meteorización

y erosión de rocas prexistentes.

http://es.wikipedia.org/wiki/Muro_de_contenci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Intrad%C3%B3shttp://es.wikipedia.org/wiki/Intrad%C3%B3shttp://es.wikipedia.org/wiki/Muro_de_contenci%C3%B3n


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4.2. ACCESIBILIDAD

El acceso al punto de inicio del área de estudio se realiza desde la ciudad de Cajamarca por

la Av. Héroes del Cenepa la cual llega a la Av. Independencia donde en su intersección

constituye nuestro punto inicio de recorrido; luego tomando la dirección SE siguiendo la

misma carretera asfaltada hasta llegar al abra El Gavilán con que constituye nuestro punto

de final, ubicándose en la parte más alta dela zona de estudio.

Tabla 2. Accesos a la zona de estudio.

4.3. CLIMA

El área de estudio tiene un clima templado a frio, las temperaturas promedio mínima, media

y máximas no varían mucho durante el año, presentando una variación en cuanto a la

temperatura mínima varía entre 3 y 8°C en las partes más altas: El Gavilán, presentado un

enfriamiento durante las noches y por consecuencia aumentan las heladas; mientras que las

temperaturas máximas fluctúan entre 21 y 22°C en el valle de la Cajamarca y su temperatura

media fluctúa 13 y 14°C: Cruz Blanca.

Tabla 3: El clima en Cajamarca (Estación Weberbauer, 7º7'S, 78º27'W, 2621 msnm) Año 2013

Fuente: http://www.condesan.org/data/atlas_cajamarca/Clima.htm

Ruta – TerrestreDistancia

(Km)Vía Estado Tiempo

Cajamarca (Av. San Martín de

Porres) – Av. Héroes del Cenepa1.5 Asfaltada Regular 8 min

Cruz Blanca – El Gavilán 11.8 Asfaltada Regular 25 min


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4.4. VEGETACIÓN:

La vegetación encontrada son: Eucalipto (Eucaliptus glóbulos), Ciprés (Cupresus

macrocarpa L.), Penca blanca (Fourcroya andina), y algunas plantas de tallo corto.

Foto 1. Vegetación de la zona de estudio.

Coordenadas E779534 N9198807 .

NW SE SE NW


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CAPÍTULO V: GEOMORFOLOGÍA

5.1. Quebradas.

Las quebradas son lechos jóvenes con geometría en forma de V con fuertes procesos deerosión lateral y de fondo, conformando canales de descarga del tipo angosto pero profundo,

con presencia de niveles de agua tanto en tiempo de lluvias así como en estiaje. La geometría

del canal de las quebradas es poca sinuosa por su condición juvenil y debido a la variabilidad

y temporalidad en la descarga pluvial, denotándose la profundización del cauce a lo largo

de toda su longitud.

El comportamiento cinético es más notorio cuando se observa una mayor erosión de fondo

que lateral en los tiempos de altas precipitaciones y por consiguiente se acelera los procesos

de erosión de las laderas desde las partes altas y especialmente donde se encuentran las zonas

de explotación de las canteras.

5.2.

Terrazas.

Estas se ubican en el flanco noreste de la carretera, en dirección a la ciudad de Cajamarca,

estas están formadas por depósitos aluviales; que genéticamente, están asociados con

procesos erosivos relacionados con los cursos de agua de las quebradas cercanas a la zona,

que con su recorrido a lo largo del tiempo depositó sedimentos.

Foto 2. Quebrada cercana al Abra el GavilánCoordenadas E779442 N9198250

NW SE


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5.3.

Laderas.

Constituidas por las inclinaciones de los cerros ubicados en el tramo estudiado y cuyo

comportamiento que es mayormente empinado en toda el área de estudio (alcanzan los 75º

de pendiente). Presentando variaciones en su conformación morfológica, debido a los

agentes erosivos y los cambios litológicos y en especial a su comportamiento frente a las

deformaciones estructurales, los cuales han dado lugar a las geoformas actuales. Se puede

notar que no existe una homogeneidad de taludes debido a las diferencias litológicas y

estructurales, variando sensiblemente a lo largo del eje de la carretera.

Foto 3: Terraza formada por la acumulación de sedimentos aluviales

Coordenadas E779363 N9198565

Foto 4. Ladera compuesta por depósitos aluviales Coordenadas

E779228 N9198757

NW SE

SE NW


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CAPÍTULO VI: GEOLOGÍA LOCAL

Las formaciones que encontramos en la carretera Cruz Blanca – El Gavilán son Chimú,

Santa, Carhuaz y Farrat; las que constituyen el Grupo Goyllarisquizga sobre el cual

suprayacen las Formaciones: Inca, Chúlec, Pariatambo y la Formación Yumagual.

Presentando secuencias estratigráficas de areniscas, cuarcitas, lutitas calcáreas, calizas

nodulares de color gris claro hasta oscuras; variaciones de calizas arenosas y margas gris

oscuras, todas ellas con estratos muy delgados hasta estratos muy potentes.

6.1. Formación Chimú

Localmente esta Formación conforma la base sedimentaria que se depositó en un ambiente

continental deltaico, aflorando en El Abra El Gavilán con areniscas cuarzosas de grano

medio, redondeado a subredondeado, lo cual nos indica que ha tenido un largo transporte

por su granulometría y esféricas, y acercándonos más hacia la ciudad encontramos los

afloramientos con una composición más compacta de grano fino la cual indica su ambiente

de depositación es más continental. Consiste de una alternancia de areniscas, cuarcitas y

lutitas en la parte inferior y de una potente secuencia de areniscas cuarzosas en bancos.

Foto 6. Afloramientos de areniscas cuarzosas.Coordenadas E779417 N9198498

SE NW SE NW


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CAJAMARCA, 2014”

33

6.2. Formación Santa

Presenta un ambiente de depositación en

mar somero con una transgresión marina,

la cual presenta intercalaciones de lutitas,

calizas margosas y areniscas gris oscuras

evidenciándose como una franja muy

delgada que a veces es difícil su

identificación por la cobertura cuaternaria.

6.3. Formación Carhuaz

Suprayace a la Formación Santa,

constituida por intercalaciones de

areniscas cuarcíferas de grano fino a

medio con lutitas grises; en la parte

media presenta limonitas plomizas y

en el techo lutitas pardoamarillentas, fueron encontradas en

campo oxidadas presentando en el

tope bancos de cuarcitas con algo de

lutitas y areniscas.

6.4. Formación Farrat

Esta Formación ocupa el segundolugar en cuanto a su potencia,

conformado por areniscas

granocrecientes del tipo facies

deltaicas; locales después de la

Formación Chimú,

evidenciándose claramente el

cambio de facie de la Formación

Carhuaz y Farrat.

Foto 7. Afloramientos de la formación Santa

Foto 8. Afloramientos de areniscas y lutitas de la Fm. Carhuaz.Coordenadas E777762 N 9199641

S

N

SE NW

SE NW

Foto 9. Afloramientos de la Formación FarratCoordenadas E777777 N9199599


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34

6.5. Formación Inca

Constituye una secuencia

netamente transgresiva y

somera; diferenciando

claramente la intercalación de

areniscas calcáreas, lutitas

ferruginosas y lechos de

cuarcitas, con especial

coloración en una zona que va

de los rojizos hacia amarilloanaranjado el flanco izquierdo.

6.6. Formación Chúlec

Suprayace a la Formación Inca evidenciándose claramente las transiciones entre la

Formación Chulec, siendo un ambiente marino profundo. Constituida por secuencias

fosilíferas de calizas arenosas, lutitas calcáreas, margas; adquieren un color crema-

amarillento, por intemperismo, presentando aspecto terroso amarillento..

6.7. Formación Pariatambo.

Suprayace a la formación Chúlec y se aprecia al NE de la carretera en dirección a Cajamarca.

Esta formación está compuesta por calizas bituminosas y lutitas calcáreas plomizas;

siguiendo su característica secuencia rítmica (intercalación de calizas con lutitas).

Foto 10. Afloramientos Formación Inca


Foto 11. Formación Chúlec, donde se evidencia presencia de calcita


SE NW

NW SE


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36

angulosas a subangulosas distribuidas en forma regularmente caótica, sin selección ni

estratificación aparente, englobando una matriz arenosa que se distribuye irregularmente.

6.9.2. Depósitos Aluviales

Se evidencian más en la parte superior El Gavilán constituidos por gravas angulosas de

tamaños que van desde 20cm hasta gravas finas, arenas gruesas y finas y con muchos

contenidos de limos y presencia de lutitas. En su mayor parte los depósitos presentan fuerteoxidación, notándose por la coloración rojiza anaranjada hasta amarillenta.

Foto 14: Depósitos Coluviales encontrados al margen

izquierdo de la carretera. Coordenadas E779142 N9198248

Foto 15. Depósitos aluviales. Coordenadas

E779442 N9198250

NW SE

NW SE


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37

CAPÍTULO VII: GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

La carretera Cruz Blanca – El Gavilán, se encuentra ubicada sobre un sistema de plegamientos (sinclinal - anticlinal) de dirección SE – NW y fallas de dirección NE-SW

(hasta E-W). Se basa en el modelo uniaxial de plegamientos y un posterior fallamientos

asociados con un desarrollo de sistema de esfuerzos comprensivos con direcciones SE –

NW, el cual genera un sistema de pliegues locales y regionales y un consiguiente sistema de

esfuerzos tensionales con direcciones NE-SW.

7.1. ESTRUCTURAS DISCONTINUAS.7.1.1. Diaclasas

Estas estructuras discontinuas se encuentran, a lo largo de toda la carretera; con aberturas

que varían desde cerradas, hasta ligeramente abiertas (3 cm); estas discontinuidades están

rellenadas por óxidos, material arcilloso, calcita (en el caso de las formaciones calcáreas) y

presentan además rugosidades que varían desde ondulada rugosa hasta rugosa. Estas

estructuras se formaron debido a los esfuerzos compresivos, a los que estuvieron sometidas

las formaciones; cuyos esfuerzos principales tomaron una dirección preponderante de NW

– SE.

Foto 16. Familia de diaclasas en la Formación Farrat. Coordenadas: E 779574 N 9199031

Familia 1 (Estratificación) Familia 2 (Diaclasa 1) Familia 3 (Diaclasa 2)

SE

NW


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El análisis de las discontinuidades se realizó utilizando el software DIPS, con el cual se

muestran las direcciones principales de agrietamiento o las direcciones de las familias de

diaclasas:


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39

7.1.1. Fallas

Estas discontinuidades, surgen por la acción de los esfuerzos compresivos cuando estos

pasan el límite plástico de la roca y la llevan a la rotura: en la zona de estudio se observaron

fallas normales e inversas, las que estuvieron rellenas de material arcilloso y óxidos.

También se infirió una falla para explicar la discordancia entre las formaciones Yumagual

y Chimú.


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40

El análisis de las discontinuidades se realizó utilizando el software DIPS, con el cual se

muestran las direcciones principales de la falla y de las familias de diaclasas:

Foto 17. Falla inversa, ubicada en la Formación Farrat.Coordenadas: E 776902 N 9200396


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CAPÍTULO IX: GEOTECNIA

9.1.

EXPLORACIÓN GEOTÉCNICAPara realizar un estudio y proyecto de cualquier cimentación es necesario un conocimiento

previo de las características del terreno de apoyo, la tipología de la estructura prevista, y el

entorno donde se ubica la construcción.

En nuestra zona de estudio se logró identificar principalmente dos deslizamientos los cuales

fueron dimensionados y los datos se registran a continuación:

Este deslizamiento es un depósitos coluvial con clastos de 0.12 mm con una matriz

de suelo orgánico cuyas dimensiones se aprecian en la imagen:

SW NE

1.60m 2.30m

21.74m

2.70m

1.30m

CORONA

BASE

PENDIENTE


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9.2. INESTABILIDAD DE TALUDESZONA 1:

CALICATA: Aluvial Pms: 1.625 Gr.

Malla ϕ (mm) P.R.P. %R.P %R.A %PASA

1 1/2" 33.10 0.092 5.662 5.662 94.3381" 25.40 0.116 7.138 12.800 87.200

1/2" 12.70 0.072 4.431 17.231 82.7691/4" 6.35 0.161 9.908 27.139 72.861 N°4 4.760 0.123 7.569 34.708 65.292

N°12 1.700 0.380 23.385 58.093 41.907 N°16 1.180 0.111 6.831 64.924 35.076 N°40 0.420 0.226 13.908 78.831 21.169 N°60 0.250 0.063 3.877 82.708 17.292

N°100 0.150 0.152 9.354 92.062 7.938 N°200 0.074 0.075 4.615 96.677 3.323 N°


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TENSIONES EFECTIVAS

Ilustración 1: Método Bishop simplificado evalúa el talud con un FS = 1.45.


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TENSIONES EFECTIVAS + SISMICIDAD

Ilustración 2. Método Bishop simplificado evalúa el talud con un FS =1.104

ZONA 2:

NE SW

Foto 20: Segunda zona crítca. Coordenadas E777873 N9199484


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TENSIONES EFECTIVAS

Ilustración 3.Método Bishop simplificado evalúa el talud con un FS =0.48




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ZONA 3:


Malla ϕ (mm) P.R.P. %R.P %R.A %PASA1 1/2" 33.10 0.310 6.282 6.282 93.7181" 25.40 0.385 7.801 14.083 85.9171/2" 12.70 1.210 24.519 38.602 61.3981/4" 6.35 0.895 18.136 56.738 43.262

N°4 4.760 0.285 5.775 62.513 37.487 N°12 1.700 0.485 9.828 72.341 27.659 N°16 1.180 0.088 1.783 74.124 25.876 N°40 0.420 0.247 5.005 79.129 20.871

N°60 0.250 0.203 4.113 83.242 16.758 N°100 0.150 0.525 10.638 93.881 6.119 N°200 0.074 0.205 4.154 98.035 1.965


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TENSIONES EFECTIVAS




ZONA 4:

E W


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Malla ϕ (mm) P.R.P. %R.P %R.A %PASA1 1/2" 33.10 0.425 7.592 7.592 92.408

1" 25.40 1.385 24.741 32.333 67.6671/2" 12.70 1.215 21.704 54.037 45.9631/4" 6.35 0.595 10.629 64.666 35.334 N°4 4.760 0.191 3.412 68.078 31.922 N°12 1.700 0.326 5.824 73.901 26.099 N°16 1.180 0.044 0.786 74.687 25.313 N°40 0.420 0.316 5.645 80.332 19.668

N°60 0.250 0.360 6.431 86.763 13.237 N°100 0.150 0.515 9.200 95.963 4.037 N°200 0.074 0.191 3.412 99.375 0.625

N°


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TENSIONES EFECTIVAS



Ilustración 8.I. Método Bishop simplificado evalúa el talud con un FS =0.973


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57

MATERIAL ALUVIAL: Pms: 3.110 Gr.

Malla ϕ (mm) P.R.P. %R.P %R.A %PASA1 1/2" 33.10 0.000 0.000 0.000 100

1" 25.40 0.408 13.119 13.119 86.8811/2" 12.70 0.815 26.206 39.325 60.6751/4" 6.350 0.579 18.617 57.942 42.058

N°4 4.760 0.212 6.817 64.759 35.241 N°12 1.700 0.365 11.736 76.495 23.505 N°16 1.180 0.045 1.447 77.942 22.058 N°40 0.420 0.122 3.923 81.865 18.135 N°60 0.250 0.247 7.942 89.807 10.193

N°100 0.150 0.123 3.955 93.762 6.238 N°200 0.074 0.158 5.080 98.842 1.158

N°


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TENSIONES EFECTIVAS



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ZONA 6:

Tramo 6Litología SUCS Ws Cu Cc F.S (T.T) F.S (T.E) F.S (T.E+S)Aluvial SC 4.159 11.33 0.69 0.759 0.049 0.009Coluvial GP 5.700 19.04 2.43

Foto 24: Sexta zona crítica. Coordenadas E779417 N 9198477


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1" 12.70 0.515 9.035 11.719 88.2811/2" 6.35 1.260 22.105 33.824 66.1761/4" 4.760 1.130 19.825 53.649 46.351

N°4 4.760 0.450 7.895 61.544 38.456 N°12 1.700 0.900 15.789 77.333 22.667 N°16 1.180 0.180 3.158 80.491 19.509 N°40 0.420 0.292 5.123 85.614 14.386 N°60 0.250 0.187 3.281 88.895 11.105 N°100 0.150 0.355 6.228 95.123 4.877 N°200 0.074 0.268 4.702 99.824 0.176


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CAJAMARCA, 2014”

62

TENSIONES EFECTIVAS



Ilustración 12-Ilustración 2. Método Bishop simplificado evalúa el talud con un FS =0.327

9.3.

EMPUJE DE TIERRAS9.3.1. Zona crítica 1.

TIPO DE MATERIAL AluvialCOHESIÓN (c ) 20 kPaÁNGULO DE FRICCIÓN ( ) 8.4°

PESO ESPECÍFICO ( ) 18.9 kN/m3 ALTURA DE LA ESTRUCTURA ( H ) 3 mPROFUNDIDAD DE ANÁLISIS ( z ) 2.5 m


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CAJAMARCA, 2014”

63

9.3.1.1. Empuje en reposo. Coeficiente de Ti erras en reposo:

ho

v

K

Pero para suelos granulares, la expresión para hallar el coeficiente de Tierras en reposo,

queda determinado por:

1 1 8.4o K sen sen

0.854o K

Presión de Ti erras en Reposo para un suelo sin Ni vel F reático.

La fuerza total por longitud del muro es:

21

2o o P K H

231 0.854 18.9 32

okN P m

m

72.63o P kPa

9.3.1.2. Empuje activo.

Presión de tierra activa de Rankine.

Primero hallamos la presión vertical o , así:

' 318.9 2.5o kN z mm ' 47.25o kPa

Luego:

' ' 2

45 2 452 2a otg c tg

' 2 8.4 8.4

47.25 . 45 2(20) 452 2

a kPa tg tg

' 0.67a kPa

Coeficiente de Presión de Tierras de Rankine.

'

'

0.67

47.25

aa

o

kPa K

kPa


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64

0.014a K

9.3.1.3. Empuje pasivo. Presión de tierr a pasiva de Rankine.


' 318.9 2.5o kN z mm ' 47.25o kPa

Luego:

' ' 2 45 2 452 2

p otg c tg

' 2 8.4 8.4

47.25 45 2 20 452 2

p kPa tg tg

' 109.76 p kPa

Coeficiente de Presión de Tierras Pasiva de Rank ine.

'

'

109.76

47.25

p

p

o

kPa K

kPa

2.32 p K

9.3.2.

Zona crítica 2.


PESO ESPECÍFICO ( ) 20.55 kN/m3

ALTURA DE LA ESTRUCTURA ( H ) 10 mPROFUNDIDAD DE ANÁLISIS ( z ) 3 m

9.3.2.1. Empuje en reposo.

Coeficiente de Ti erras en reposo:


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CAJAMARCA, 2014”

65

ho

v

K



1 1 8.5o K sen sen

0.85o K



21

2o o P K H

231 0.85 20.55 102

okN P m

m

873.375o P kPa

9.3.2.2. Empuje activo. Presión de tierra activa de Rankine.


' 320.55 3o kN z mm ' 61.55o kPa

Luego:

' ' 2 45 2 452 2

a otg c tg

' 2 8.5 8.5

61.65 . 45 2(20) 452 2a kPa tg tg

' 11.23a kPa


'

'

11.23

61.55a

a

o

kPa K

kPa

0.18a K

9.3.2.3.

Empuje pasivo.


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CAJAMARCA, 2014”

66

Presión de tierr a pasiva de Rankine.


'

320.55 3o kN z mm

' 61.55o

kPa

Luego:

' ' 2 45 2 452 2

p otg c tg

' 2 8.5 8.5

61.55 45 2 20 452 2

p kPa tg tg

' 129.32 p kPa


'

'

129.32

61.55

p

p

o

kPa K

kPa

2.10 p

K

9.3.3. Zona crítica 3.

TIPO DE MATERIAL ColuvialCOHESIÓN (c ) 0 kPaÁNGULO DE FRICCIÓN ( ) 6°

PESO ESPECÍFICO ( ) 21.2 kN/m3 ALTURA DE LA ESTRUCTURA ( H ) 3.5 mPROFUNDIDAD DE ANÁLISIS ( z ) 2.5 m

9.3.3.1.

Empuje en reposo. Coeficiente de Ti erras en reposo:

ho

v

K



1 1 6o K sen sen

0.89o K


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CAJAMARCA, 2014”

67



21

2o o P K H

231 0.89 21.2 3.52

okN P m

m

115.57o P kPa



' 321.2 2.5o kN z mm ' 53o kPa

Luego:

' ' 2 45 2 452 2

a otg c tg

' 2 6 653 . 45 2(0) 452 2a kPa tg tg

' 42.97a kPa


'

'

42.97

53

aa

o

kPa K

kPa

0.81a K



' 321.2 2.5o kN z mm ' 53o kPa

Luego:


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CAJAMARCA, 2014”

68

' ' 2 45 2 452 2

p otg c tg

' 2 6 6

71.82 45 2 0 452 2 p kPa tg tg

' 65.37 p kPa


'

'

65.37

53

p

p

o

kPa K

kPa

1.23 p K

9.3.4.

Zona crítica 4.

TIPO DE MATERIAL AluvialCOHESIÓN (c ) 20 kPaÁNGULO DE FRICCIÓN ( ) 12°


ALTURA DE LA ESTRUCTURA ( H ) 4 mPROFUNDIDAD DE ANÁLISIS ( z ) 2.5 m

9.3.4.1.

Empuje en reposo. Coeficiente de Ti erras en reposo:

ho

v

K



1 1 12o K sen sen

0.79o K



21

2o o P K H

231 0.89 21.4 42

okN P m

m

152.368o P kPa


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70/76


CAJAMARCA, 2014”

70

'

'

130.98

53.5

p

p

o

kPa K

kPa

2.45 p

K




ALTURA DE LA ESTRUCTURA ( H ) 3 mPROFUNDIDAD DE ANÁLISIS ( z ) 2.5 m

9.3.5.1. Empuje en reposo. Coeficiente de Ti erras en reposo:

ho

v

K



1 1 10.5o K sen sen

0.82o K



21

2o o P K H

231 0.82 20.9 32

okN P m

m

77.121o P kPa



' 320.9 2.5o kN z m

m


71/76


CAJAMARCA, 2014”

71

' 52.25o kPa

Luego:

' ' 2 45 2 452 2

a otg c tg

' 2 10.5 10.5

52.25 . 45 2(20) 452 2

a kPa tg tg

' 3.56a kPa


'

'

3.56

52.25

aa

o

kPa K

kPa

0.068a K



' 320.9 2.5o kN z mm ' 52.25o kPa

Luego:

' ' 2 45 2 452 2

p otg c tg

' 2 10.5 10.5

52.25 45 2 20 452 2

p kPa tg tg

'

123.63 p kPa


'

'

123.63

52.25

p

p

o

kPa K

kPa

2.37 p K


TIPO DE MATERIAL ColuvialCOHESIÓN (c ) 0 kPa


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CAJAMARCA, 2014”

73


'

'

48.11

71.82a

a

o

kPa K

kPa

0.67a K



' 320.52 3.5o kN z mm ' 71.82o

kPa

Luego:

' ' 2 45 2 452 2

p otg c tg

' 2 11.4 11.4

71.82 45 2 0 452 2

p kPa tg tg

' 107.21 p kPa


'

'

107.21

71.82

p

p

o

kPa K

kPa

1.49 p

K

DISCUSIÓN


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CAJAMARCA, 2014”

74

CONCLUSIONES

Se determinó el estado de las presiones laterales actuantes entre estructuras de

retención y las masas de los suelos que son retenidas.

Se logró determinar las propiedades geomecánicas de los depósitos cuaternarios.


75/76


CAJAMARCA, 2014”

75

Se calculó los factores de seguridad de los deslizamientos críticos mediante el

software Slide.

Se calculó los Empujes de Tierra activo y pasivo.

RECOMENDACIONES

En estudios posteriores se recomienda analizarlo en condiciones drenadas o tomando

en cuenta el nivel freático.

Se recomienda hacer el análisis en la parte baja de la carretera.


76/76

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