EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA

EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS

ALUMNOS: CERDÁN MUÑOZ, José Idonil JARA VÁSQUEZ, Gilmer MERLO PALOMINO, Richard IZQUIERDO TANTA, Tony Jans VALIENTE BRIONES, Freddy ASESORADO POR: ORLANDO BAZÁN SANTA CRUZ Cajamarca, Marzo de 2013

GEOTECNIA I

ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA


UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

GEOTECNIA I EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS ALUMNOS: CERDÁN MUÑOZ, José Idonil JARA VÁSQUEZ, Gilmer MERLO PALOMINO, Richard IZQUIERDO TANTA, Tony Jans VALIENTE BRIONES, Freddy ASESORADO POR: ORLANDO BAZÁN SANTA CRUZ

Cajamarca, Marzo de 2013

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RESUMEN El área de estudio se encuentra en el caserío de Chamis, distrito de Cajamarca, provincia de Cajamarca, con una extensión de 8 km2 (800 ha). La zona de estudio presenta un relieve variado, disectada por el río Manzanas, el río Cuschunga y el río Balconcillo. Está constituida litológicamente por rocas clásticas de las Formaciones Inca y Farrat, por rocas no clásticas de las Formaciones Chúlec, Pariatambo, Yumagual y el grupo Quilquiñan – Mujarrum, también se encuentra rocas intrusivas del Intrusivo Chamis que están afectadas de alteración argílica a argílica intermedia, y depósitos cuaternarios aluviales. La zona se encuentra influenciada por estructuras geológicas como fallas regionales y locales a demás forma parte del sinclinal Chamis. De acuerdo a sus propiedades geomecánicas la zona se ha diferenciado en cinco tipos de macizos, el MACIZO I formado por materiales cuaternarios principalmente gravas, arenas y limos; el MACIZO II formado por rocas clásticas de las Formaciones Farrat e Inca, presenta un RMR = 67 y GSI = 60 clasificándose como un macizo de buena calidad, el MACIZO III formado por rocas intrusivas, dioritas, del intrusivo Chamis, presenta un RMR = 52 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de regular calidad, el MACIZO IV formado por rocas no clásticas de las Formaciones Chimú, Yumagual y el grupo Quilquiñan – Mujarrum, presenta un RMR = 69 y GSI = 65 clasificándose como un macizo de buena calidad, y finalmente el MACIZO V formado por rocas no clásticas de la Formación Pariatambo, presenta un RMR = 58 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de regular calidad. En la zona de estudio se ha identificado tres zonas con diferente inestabilidad tomando en cuenta, el tipo de macizo rocoso según su calidad; la pendiente de la superficie; y la presencia de zonas de debilidad, una zona de inestabilidad alta, caracterizada por depósitos cuaternarios y macizos rocosos con baja a regular calidad donde se ha identificado hundimientos, deslizamientos y remociones de masa. Otra zona de inestabilidad media, en macizos rocosos de buena calidad pero la pendiente de la superficie muy inclinada que lo hace ser susceptible a remociones de masa. Y una zona de inestabilidad baja principalmente por presentar bajas pendientes. Se analizó la estabilidad de estructuras geotécnicas como: un talud de carretera en un macizo rocoso obteniendo un factor de seguridad de 2.7 en condiciones normales y 1.2 en condiciones no drenadas lo que indica un talud estable esto es por que dicho talud se encuentra en un macizo de buena calidad y además los planos de estratificación buzan en dirección opuesta a la inclinación del talud. Un talud de carretera en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 0.9 en condiciones normales, una de las razones de inestabilidad es que el talud presenta una inclinación muy empinada. Un muro de contención en el borde de la carretera, este muro es estable con un factor de seguridad de 2.8. y finalmente se analizó la estabilidad en un muro de un puente construido en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 1.7 sin considerar cargas externas, y considerándolas el factor de seguridad es critico soportando tan solo 10 Kg/cm2.

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ABSTRACT The study area is located in the hamlet of Chamis district Cajamarca, province Cajamarca, with an area of 8 km2 (800 ha). The study area has a varied relief, dissected by the Manzanas river, the Balconcillo river and the Cuschunga river. Lithologically consists of clastic rocks of the Formations Inca and Farrat, not clastic rocks of the formations Chulec, Pariatambo, and Yumagual, and the group Quilquiñan - Mujarrum, is also intrusive rocks of Intrusive Chamis are affected argillic alteration to intermediate argillic, and Quaternary alluvial deposits. The area is influenced by geological structures as local and regional faults also form part of the syncline Chamis. According to their geomechanical properties area has differentiated into five types of solid, Mass I mainly formed by Quaternary gravels, sands and silts, the Mass II composed of clastic rocks of Formations Inca and Farrat presents a RMR = 67 and GSI = 60 classified as a mass good quality, Mass III consisting intrusive rocks, diorite, the intrusive Chamis presents a RMR = 52 and GSI = 50 ranking as a mass of fair quality, Mass IV consists of rocks not clastic of the Formations Chimu, Yumagual and the group Quilquiñan - Mujarrum presents a RMR = 69 and GSI = 65 classified as a mass good quality, and finally the Mass V formed by not clastic rocks of Formation Pariatambo presents a RMR = 58 and GSI= 50 classified as a mass regular quality. In the study area has identified three areas with different instability taking into account the type of rock mass by quality, the slope of the surface, and the presence of areas of weakness, an area of high instability, characterized by Quaternary deposits and rock masses with low to medium quality where the identified subsidence, landslides and mass removals. Another area of half instability in good quality rock masses but the slope of the steep surface that makes it susceptible to mass removals. And an area of low instability presents mainly low slopes. We analyzed the stability of geotechnical structures such as a slope of road in a rock mass to obtain a safety factor of 2.7 in normal and 1.2 in undrained conditions indicating a stable slope that is that the slope is in a solid good quality and in addition dipping bedding planes in a direction opposite to the inclination of the slope. A road slope quaternary material was obtained in which a safety factor of 0.9 in normal conditions, one of the reasons for instability is that the batter has a very steep slope. A retaining wall at the edge of the road, this wall is stable with a safety factor of 2.8. And finally analyzed the stability of a wall of a bridge built in quaternary materials which scored a safety factor of 1.7 without considering external loads, and considering the safety factor is critical supporting only 10 Kg/cm2.

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INTRODUCCIÓN Para desarrollar proyectos geotécnicos es indispensable tener conocimiento claro y preciso sobre las disciplinas geológicas e ingenieriles y la integración de éstas dentro del área de estudio, además es indispensable tener conocimiento previo de las características del terreno, su geología, estratigrafía, geomorfología, geología estructural, etc.; y la tipología de las estructuras construidas o por construir. Un Estudio Geotécnico deberá considerar todos los aspectos que aseguren una excelente justificación del desarrollo del proyecto y puede tener los diferentes niveles del proyecto a ejecutar, todas las fases un estudio Geotécnico son necesarias, la Recopilación de Información, la Planificación de Actividades, el Reconocimiento del Terreno, y la Elaboración del Estudio Geotécnico, pero esta última es la que mostrará el nivel y la calidad del trabajo realizado. En este proyecto realizaremos un estudio geotécnico de una zona del caserío de Chamis, este estudio es de carácter educativo y está encausado a mostrar las diferentes etapas y factores a tener en cuenta en la realización de una exploración geotécnica de una determinada zona.

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CONTENIDO RESUMEN .......................................................................................................................................... 2 ABSTRACT ........................................................................................................................................ 3 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 4 CONTENIDO ..................................................................................................................................... 5 CAPÍTULO I: METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN ............................................................ 8 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 8 1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................................ 8 1.3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................ 8 1.4. OBJETIVOS ......................................................................................................................... 9 1.4.1. OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................... 9 1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................. 9 1.5. METODOLOGÍA ................................................................................................................ 9 1.5.1. CAMPO ................................................................................................................................. 9 1.5.2. GABINETE .......................................................................................................................... 10 1.5.3. HERRAMIENTAS DE TRABAJO ..................................................................................... 10 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 11 2.1. ROCK MASS RATING (RMR). ....................................................................................... 11 2.2. GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (GSI). .................................................................. 13 2.3. TALUD Y LADERAS ........................................................................................................ 14 2.4. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ............................................................ 14 2.4.1. MÉTODOS DE CÁLCULO EN DEFORMACIONES ........................................................ 14 2.4.2. MÉTODOS DE EQUILIBRIO LÍMITE .............................................................................. 14 2.4.2.1. Métodos exactos ................................................................................................................. 14 2.4.2.2. Métodos no exactos ............................................................................................................ 15 2.5. MODELOS DE ROTURA DE ROCAS............................................................................ 16 2.5.1. ROTURA PLANAR ............................................................................................................ 16 2.5.1.1. Análisis de estabilidad en rotura planar .............................................................................. 17 2.5.2. ROTURA POR CUÑAS ...................................................................................................... 18 2.5.2.1. Geometría de la rotura por cuñas ........................................................................................ 18 CAPITULO III: ASPECTOS GENERALES ................................................................................ 19 3.1. UBICACIÓN ...................................................................................................................... 19 3.1.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA. ............................................................................................ 19 3.1.2. UBICACIÓN POLÍTICA. ................................................................................................... 19 3.2. ACCESIBILIDAD ............................................................................................................. 21 3.3. CLIMA Y VEGETACIÓN ................................................................................................ 22 3.3.1. CLIMA ................................................................................................................................. 22 3.3.2. PRECIPITACIÓN ................................................................................................................ 23

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3.3.3. TEMPERATURA ................................................................................................................ 23 3.3.4. HUMEDAD RELATIVA .................................................................................................... 25 3.3.5. VEGETACIÓN .................................................................................................................... 25 3.4. TRABAJOS PREVIOS ...................................................................................................... 25 CAPITULO IV: DESCRIPTORES GEOLÓGICOS ................................................................... 26 4.1. GEOMORFOLOGÍA ........................................................................................................ 26 4.1.1. TOPOGRAFÍA .................................................................................................................... 26 4.1.2. ELEMENTOS DEL RELIEVE ............................................................................................ 27 4.1.2.1. Drenaje................................................................................................................................ 27 4.1.2.2. Superficies de erosión ......................................................................................................... 28 4.1.2.3. Valles .................................................................................................................................. 28 4.1.2.4. Terrazas .............................................................................................................................. 29 4.1.2.5. Colinas ................................................................................................................................ 29 4.1.2.6. Laderas................................................................................................................................ 30 4.1.3. PROCESOS MORFOLÓGICOS ......................................................................................... 30 4.1.3.1. Cárcavas.............................................................................................................................. 30 4.1.3.2. Remoción de masas ............................................................................................................ 31 4.2. HIDROLOGÍA E HIDROGEOLOGÍA ........................................................................... 32 4.3. LITOLOGÍA ...................................................................................................................... 33 4.3.1. FORMACIÓN FARRAT ..................................................................................................... 33 4.3.2. FORMACIÓN INCA ........................................................................................................... 35 4.3.3. FORMACIÓN CHÚLEC ..................................................................................................... 37 4.3.4. FORMACIÓN PARIATAMBO .......................................................................................... 39 4.3.5. FORMACIÓN YUMAGUAL.............................................................................................. 41 4.3.6. GRUPO QUILQUIÑAN – MUJARRUM ............................................................................ 41 4.3.7. INTRUSIVO CHAMIS ........................................................................................................ 42 4.3.8. DEPÓSITOS CUATERNARIOS ........................................................................................ 42 4.4. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL ........................................................................................ 43 4.4.1. SINCLINAL......................................................................................................................... 43 4.4.2. MICROPLIEGUES .............................................................................................................. 44 4.4.3. FALLAS............................................................................................................................... 45 4.4.3.1. Fallas normales ................................................................................................................... 45 4.4.3.2. Falla de dirección................................................................................................................ 45 4.4.3.3. Fracturas en cuña ................................................................................................................ 46 4.4.4. DIACLASAS ....................................................................................................................... 46 CAPITULO V: DESCRIPTORES GEOTÉCNICOS ................................................................... 50 5.1. CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS ...................................................... 50 5.1.1. MACIZO I ............................................................................................................................ 50 5.1.2. MACIZO II .......................................................................................................................... 53 5.1.2.1. Caracterización de la matriz rocosa .................................................................................... 53

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5.1.2.2. Descripción de las discontinuidades ................................................................................... 54 5.1.2.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso ................................................................... 61 5.1.2.4. Determinación de propiedades geomecánicas .................................................................... 63 5.1.3. MACIZO III ......................................................................................................................... 64 5.1.3.1. Caracterización de la matriz rocosa .................................................................................... 64 5.1.3.2. Descripción de las discontinuidades ................................................................................... 65 5.1.3.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso ................................................................... 72 5.1.3.4. Determinación de propiedades geomecánicas .................................................................... 74 5.1.4. MACIZO IV ......................................................................................................................... 75 5.1.4.1. Caracterización de la matriz rocosa .................................................................................... 75 5.1.4.2. Descripción de las discontinuidades ................................................................................... 76 5.1.4.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso ................................................................... 83 5.1.4.4. Determinación de propiedades geomecánicas .................................................................... 85 5.1.5. MACIZO V .......................................................................................................................... 86 5.1.5.1. Caracterización de la matriz rocosa .................................................................................... 86 5.1.5.2. Descripción de las discontinuidades ................................................................................... 87 5.1.5.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso ................................................................... 94 5.1.5.4. Determinación de propiedades geomecánicas .................................................................... 96 5.2. IDENTIFICACIÓN DE ÁREAS INESTABLES............................................................. 97 5.2.1. ZONAS CON INESTABILIDAD ALTA ............................................................................ 97 5.2.2. ZONAS CON INESTABILIDAD MEDIA .......................................................................... 98 5.2.3. ZONAS CON INESTABILIDAD BAJA ............................................................................. 99 5.3. ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS GEOTÉCNICAS........................................................ 99 5.3.1. TALUD DE CARRETERA EN MACIZO ROCOSO ........................................................ 100 5.3.2. TALUD DE CARRETERA EN MATERIAL CUATERNARIO ...................................... 101 5.3.3. MURO DE CONTENCIÓN ............................................................................................... 103 5.3.4. MUROS DE UN PUENTE ................................................................................................. 104 CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 106 RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 108 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 109

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CAPÍTULO I: METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El caserío de Chamis presenta problemas de inestabilidad, mostrando erosión de las laderas, deslizamientos y paleodeslizamientos en los flancos de la microcuenca del río manzanas, principal dren de la zona, además se observan escarpes de falla y gritas de tracción que indican actividad geodinámica resiente, los deslizamientos en esas zonas ponen en peligro constante a la población, afectado tanto terrenos de cultivo, viviendas y las vías de acceso, vulnerando de esta manera la productividad y calidad de vida. Realizar una exploración geotécnica en la zona nos permitirá identificar y analizar la inestabilidad tanto del terreno, taludes, laderas en diferentes condiciones como de las estructuras construidas, mediante descriptores geológicos y geotécnicos; y poder definir los factores condicionantes de dicha inestabilidad, con lo que se podrá sugerir algunas medidas de solución.

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ¿Cuáles son las características geotécnicas que presenta el caserío de Chamis y cuales son los factores que fomentan la inestabilidad en dicha zona?

1.3. JUSTIFICACIÓN El estudio abarca realizar el cartografiado geológico, geomorfológico y geomecánico, la caracterización del macizo rocoso y analizar los factores condicionantes de la inestabilidad que presenta la zona, de allí su importancia ya que ayuda a calificar las zonas que presentan riesgos geológicos; los que pueden afectar a la población del área de estudio y las zonas de influencia. Además el estudio puede contribuir como antecedente para posteriores estudios de mayor envergadura, en los que se requiera analizar el macizo rocoso y las condiciones de inestabilidad.

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1.4. OBJETIVOS 1.4.1. OBJETIVO GENERAL Determinar las características geotécnicas que presenta el caserío de Chamis mediante descriptores geológicos y geotécnicos y definir los factores que fomentan la inestabilidad en dicha zona.

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Identificar descriptores geológicos como: unidades geomorfológicas, hidrológicas e hidrogeológicas.  Realizar el cartografiado geológico, reconociendo las unidades litoestratigráficas y las estructuras geológicas.  Identificar los descriptores geotécnicos y realizar la caracterización geomecánica teniendo en cuenta los parámetros del RMR de Bieniawski y GSI de Hoek y Brown  Determinar las propiedades geomecánicas utilizando el software RocLab  Realizar el análisis de estabilidad de los taludes y laderas calculando el factor de seguridad mediante el software Slide  Realizar el análisis de las estructuras construidas en la zona utilizando el paquete Geostru.

1.5. METODOLOGÍA El trabajo consistió en dos etapas cíclicas, una etapa de campo en la que se realizó la toma de datos y una de gabinete para el procesamiento de dichos datos.

1.5.1. CAMPO  Cartografiado geológico y estructural, usando brújula, determinando el Dip y DD de las estructuras y formaciones presentes en la zona de estudio.  Recolección de datos geomecánicos utilizando un formato establecido.  Caracterización geomecánica en campo mediante el GSI.  Descripción de los taludes tomado su propiedades geométricas.  Descripción de estructuras construidas midiendo sus dimensiones.

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1.5.2. GABINETE  Elaboración de los planos Geológico, Geomecánico y Geodinámico  Evaluación geomecánica en base a los resultados. -

Rock Mass Rating ( Bieniawski 1989)

-

Geological Strength Index (Hoek & Brown 2002)

 Determinación de las propiedades geomecánicas utilizando el software RocLab.  Evaluación de estabilidad y determinación del factor de seguridad en taludes utilizando el software Slide.  Evaluación de estabilidad de las estructuras construidas en la zona utilizando el paquete Geostru.

1.5.3. HERRAMIENTAS DE TRABAJO Se ha utilizado las herramientas necesarias para un estudio geológico y geotécnico.            

Picota Brújula brunton Plano topográfico y geológico de la zona Lupa de 20x Acido clorhídrico al 20% Libreta de campo Protactor Colores GPS Cámara fotográfica Formato para la recopilación de datos geomecánicos Otros Materiales para Campo  Tablero  Libreta de Campo  Colores, lápiz y borrador  GPS  Picota  Protactor ( 1: 10 000)  Cámara fotográfica  Lupa de 10X y 20X  Flexómetro ( 3–5 m)  Wincha ( 50 m)  Plumón indeleble.

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Para Gabinete y Laboratorio  Laptop HP  Microsoft Word 2007  Microsoft Excel 2007  ArcGIS 9.3  Google Earth  Internet Explorer  Impresora  Plotter HP  Papel Bond


CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 2.1. ROCK MASS RATING (RMR). El RMR, introducido por Bieniawski 1976, es posiblemente la clasificación geomecánica más usada, inicialmente pensado para valorar la estabilidad y los soportes requeridos en túneles, ha resultado ser apto también para la valoración de la estabilidad en taludes. El RMR es una clasificación geomecánica, en la que se tienen en cuenta los siguientes parámetros del macizo rocoso: (1) Resistencia del material intacto que se obtiene mediante ensayo de carga puntual o compresión simple. (2) RQD. (3) Espaciado de las discontinuidades, hace referencia a la longitud entre discontinuidades dentro de la zona a estudio. (4) Condición de las discontinuidades, que incluye: i. Longitud de la discontinuidad ii. Abertura iii. Rugosidad iv. Relleno v. Alteración (5) Presencia de agua subterránea A cada uno de los parámetros anteriores se le asigna un valor, el RMR se obtiene como la suma de todos ellos. RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5)

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Tabla 1. Parámetros de calificación para determinar el RMR (Bieniawski 1989)

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2.2. GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (GSI). El GSI es un sistema para la estimación de las propiedades geomecánicas del macizo rocoso a partir de observaciones geológicas de campo. Las observaciones se basan en la apariencia del macizo a nivel de estructura y a nivel de condición de la superficie. A nivel de estructura se tiene en cuenta el nivel de alteración que sufren las rocas, la unión que existe entre ellas, que viene dada por las formas y aristas que presentan, así como de su cohesión. Para las condiciones de la superficie, se tiene en cuenta si ésta está alterada, si ha sufrido erosión o que tipo de textura presenta, y el tipo de recubrimiento existente. Una vez realizadas las observaciones se escoge en la siguiente tabla la situación que más se acerca a la realidad del macizo a estudio, obteniendo de esta forma, el valor del GSI

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2.3. TALUD Y LADERAS Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto de la horizontal que hayan de adoptar permanentemente las estructuras de tierra. No hay duda que el talud constituye una estructura compleja de analizar debido a que en su estudio coinciden los problemas de mecánica de suelos y de mecánica de rocas, sin olvidar el papel básico que la geología aplicada desempeña en la formulación de cualquier criterio aceptable. Cuando el talud se produce en forma natural, sin intervención humana, se denomina ladera natural o simplemente ladera. Cuando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes artificiales, según sea la génesis de su formación; en el corte, se realiza una excavación en una formación térrea natural (desmontes), en tanto que los taludes artificiales son los lados inclinados de los terraplenes.

2.4. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD Los métodos de cálculo para analizar la estabilidad de un talud se pueden clasificar en dos grandes grupos:

2.4.1. MÉTODOS DE CÁLCULO EN DEFORMACIONES Consideran en el cálculo las deformaciones del terreno además de las leyes de la estática. Su aplicación práctica es de gran complejidad y el problema debe estudiarse aplicando el método de los elementos finitos u otros métodos numéricos.

2.4.2. MÉTODOS DE EQUILIBRIO LÍMITE Se basan exclusivamente en las leyes de la estática para determinar el estado de equilibrio de una masa de terreno potencialmente inestable. No tienen en cuenta las deformaciones del terreno. Suponen que la resistencia al corte se moviliza total y simultáneamente a lo largo de la superficie de corte. Se pueden clasificar a su vez en dos grupos: 2.4.2.1. Métodos exactos La aplicación de las leyes de la estática proporciona una solución exacta del problema con la única salvedad de las simplificaciones propias de todos los métodos de equilibrio límite (ausencia de deformaciones, factor de seguridad constante en toda la superficie de rotura, etc.). Esto sólo es posible en taludes de geometría sencilla, como por ejemplo la rotura planar y la rotura por cuñas.

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2.4.2.2. Métodos no exactos En la mayor parte de los casos la geometría de la superficie de rotura no permite obtener una solución exacta del problema mediante la única aplicación de las leyes de la estática. El problema es hiperestático y ha de hacerse alguna simplificación o hipótesis previa que permita su resolución. Se pueden considerar así los métodos que consideran el equilibrio global de la masa deslizante, hoy en desuso, y los métodos de las dovelas o rebanadas, que consideran a la masa deslizante dividida en una serie de fajas verticales. Los métodos de las dovelas o rebanas pueden clasificarse en dos grupos: · Métodos aproximados: no cumplen todas las ecuaciones de la estática. Se pueden citar por ejemplo los métodos de Fellenius, Janbu y Bishop simplificado. · Métodos precisos o completos: cumplen todas las ecuaciones de la estática. Los más conocidos son los de Morgenstern-Price, Spercer y Bishop riguroso.

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2.5. MODELOS DE ROTURA DE ROCAS 2.5.1. ROTURA PLANAR Se llama rotura planar o plana a aquella en la que el deslizamiento se produce a través de una única superficie plana. Es la más sencilla de las formas de rotura posibles y se produce cuando existe una fracturación dominante en la roca y convenientemente orientada respecto al talud. Frecuentemente se trata de fallas que interceptan al talud. También puede producirse en terrenos granulares en los que, entre dos terrenos de buenas características resistentes, se intercala un estrato de poco espesor de material con menos resistencia. Este tipo de rotura no es muy frecuente, ya que deben darse las dos condiciones siguientes: · Los rumbos o trazas horizontales del plano del talud y del plano de deslizamiento deben ser paralelos o casi paralelos, formando entre sí un ángulo máximo de 20º. · Los límites laterales de la masa deslizante han de producir una resistencia al deslizamiento despreciable.

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2.5.1.1. Análisis de estabilidad en rotura planar En el caso de rotura planar el factor de seguridad FS se obtiene de forma directa como cociente entre las fuerzas que tienden a producir el movimiento y las fuerzas resistentes del terreno que se oponen al mismo, proyectadas todas según la dirección del plano de rotura. Al calcular FS de esta manera, se supone implícitamente constante a lo largo de toda la superficie de rotura, lo cual se acepta a pesar de no ser estrictamente cierto. En el caso más general, se considera que el plano de deslizamiento se encuentra limitado en su parte superior por una grieta de tracción, que se puede suponer plana, total o parcialmente llena de agua. En el plano de rotura aparecen unas presiones intersticiales que dependen de la situación de la línea de saturación y de las características del terreno.

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2.5.2. ROTURA POR CUÑAS Se denomina rotura por cuña, aquella que se produce a través de dos discontinuidades oblicuamente a la superficie del talud, con la línea de intersección de ambas aflorando en la superficie del mismo y buzando en sentido desfavorable. Este tipo de rotura se origina preferentemente en macizos rocosos en los que se da una disposición adecuada, en orientación y buzamiento de las diaclasas.

2.5.2.1. Geometría de la rotura por cuñas Si proyectamos el plano del talud y las discontinuidades en una proyección semiesférica equiareal de Schmidt, la disposición típica de los casos en que es posible este tipo de rotura, es como el que aparece en la figura adjunta. En ella se aprecian dos familias de discontinuidades de rumbos oblicuos respecto al del talud, quedando el rumbo de éste comprendido entre los de las familias de discontinuidades. La dirección de deslizamiento es la de la intersección de las dos familias de discontinuidades y ha de tener menos inclinación que el talud.

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CAPITULO III: ASPECTOS GENERALES 3.1. UBICACIÓN 3.1.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA. Geográficamente La presente zona de estudio se encuentra localizada en la parte NorOccidental de los andes peruanos.

Figura 1. Imagen satelital de la zona de estudio

3.1.2. UBICACIÓN POLÍTICA. Departamento: Cajamarca Provincia: Cajamarca Distrito: Cajamarca. Caserío: Chamis

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El área de estudio se encuentra en el caserío de Chamis, con una extensión de 8 km2 (800 ha), ubicada en la zona 17S, de coordenadas UTM (WGS 84):

Tabla: Vértices del área de estudio.

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VERTICE

NORTE

ESTE

V1

9 212000

770 000

V2

9 208 000

770 000

V3

9 208 000

768 000

V4

9 212 000

768 000


3.2. ACCESIBILIDAD El acceso principal hacia la zona de estudio es la carretera afirmada Cajamarca – Chamis la cual cruza prácticamente toda el área con una dirección NW.; de dicha carretera parten caminos de herradura dirigidos a los diferentes lugares de la zona, los cuales utilizamos para recorrer la zona durante el estudio.

Figura 2. Carretera sin asfaltar a Chamis

Caminos de herradura Podemos citar los diferentes caminos de herradura y pequeños caminos que son utilizados por los pobladores del lugar, para desplazarse de un lugar a otro, que van tanto al caserío de Chamis como a Cajamarca, los cuales al igual que las diferentes carreteras, han sido de mucha utilidad para efectuar de manera aceptable el trabajo de campo respectivo.

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3.3. CLIMA Y VEGETACIÓN 3.3.1. CLIMA En la ciudad de Cajamarca y alrededores el clima es seco, templado y soleado durante el día, refrigerando en la noche. Temperatura media anual: 13.5ºC (máxima media: 20.4º C y mínima media: 6.6ºC).Estación de lluvias intensas: diciembre a marzo. Las lluvias determinan durante el año dos estaciones: La seca, que corresponde al otoño e invierno en el hemisferio sur y en la costa peruana, de intenso sol, bastante templado durante el día y refrigerado en las noches, se presenta durante los meses de mayo a septiembre; mientras que la temporada de lluvias, pertenece al verano costeño y del mismo hemisferio, se da en los meses de julio y agosto.

Tabla 2. El Clima En Cajamarca

Figura 3. Clima en Chamis

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3.3.2. PRECIPITACIÓN La parte alta de la microcuenca del río manzanas, está ubicado entre los 3,000 y 3,900 m.s.n.m., y aun cuando no existe una estación meteorológica en estos lugares, podemos estimar una precipitación similar a la zona de Porcón que tiene una precipitación entre 1000 a 1280 milímetros al año, diferenciándose una época seca (junio – octubre) y lluviosa (noviembre – abril).

Figura 4. Precipitaciones durante el año

Fuente: www.clima.geocdel.com

3.3.3. TEMPERATURA La temperatura de estas áreas, está alrededor de los 10 ºC. En promedio, aun cuando en épocas secas la temperatura desciende a menos 4 ºC. Sobre todo en las madrugadas; las temperaturas máximas pueden llegar de 14º a 16 ºC.

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Figura 5. Rangos de temperatura en Cajamarca

Fuente: www.clima.geocdel.com

Figura 6. temperatura en el mes de febrero-2013

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3.3.4. HUMEDAD RELATIVA En la época de lluvia (octubre a marzo), generalmente están cubiertas de neblina a partir de las 3 a 4 de la tarde, sobre todo en la parte de Sexemayo, Cushunga y Carhuaquero. La humedad relativa es muy baja en la época de sequía (Junio a Setiembre), pudiendo ser en algunos casos menos del 30 % y muy alta en la época de lluvia, que puede llagar hasta 98 % cuando la neblina es permanente.

3.3.5. VEGETACIÓN Con una vegetación de plantas silvestres, árboles y arbustos, eucaliptos, pinos, entre otros. El uso de la tierra se desarrolla una agricultura temporal (en época de lluvia), en donde se suelen sembrar maíz, papa, legumbres, principales en la alimentación de la población, entre otros, se encuentran también el sembrío de alfalfa y forraje, esenciales en la alimentación del ganado, etc.

Figura 7. Vegetación en Chamis

3.4. TRABAJOS PREVIOS La zona ha sido estudiada anteriormente por:  Luis Reyes Rivera, 1980; Boletín Nº 31 – serie A ”Geología de los cuadrángulos de Cajamarca, San Marcos y Cajabamba” – INGEMMET  Recursos Hídricos y Manuales Jequetepeque INVENTARIO DE FUENTES DE AGUAS SUBTERRÁNEAS EN EL VALLE JEQUETEPEQUE – CHAMÁN. http//:www.inrena.gob.pe  Gilberto Cruzado Vásquez, 2009; “Gestión del riesgo frente a la amenaza de deslizamientos (zona de urubamba, corisorgona y ronquillo)” - CARE  Alumnos de la escuela académica profesional de Ingeniería Geológica.

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CAPITULO IV: DESCRIPTORES GEOLÓGICOS 4.1. GEOMORFOLOGÍA La zona de estudio presenta un relieve variado, con pendiente bajas al norte y mayores pendientes al sur. Se distinguen valles en V, con laderas empinadas, y cubriendo el basamento rocoso la presencia de suelos orgánicos, es decir recubiertos por depósitos cuaternarios principalmente aluviales, productos de la erosión.

Figura 8. Geomorfología del área de estudio (amarillo: pendientes bajas, rojo : pendientes altas)

4.1.1. TOPOGRAFÍA La zona de estudio presenta un relieve muy accidentado que es correspondiente a la cordillera occidental de los andes peruanos, consta al Norte y Noroeste con una pendiente de 0-20º y en las partes bajas (Sureste) con una pendiente más empinada de 15-40º al flanco derecho del rio Cuschunga aguas abajo, donde se observa la mayor concentración de depósitos cuaternarios como son eluviales y Coluviales, indicando que los procesos de meteorización y erosión tienen un efecto medianamente importante en la zona.

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4.1.2. ELEMENTOS DEL RELIEVE 4.1.2.1. Drenaje En esta área predomina el drenaje de tipo dendrítico especialmente en el material sedimentario. Estos drenajes cuentan con agua en la mayoría de los casos, en épocas de lluvia, por lo que el resto del año sucede lo contrario. Estos pequeños drenajes son afluentes de los ríos antes mencionados los cuales llevan sus aguas al río Marañón. En la zona es común encontrar drenajes en formación (Cárcavas) y quebradas que ayudan a drenar el curso del agua en época de lluvias. Predominando la erosión de fondo provocando deslizamientos y desplomes de algunas zonas frágiles. Dentro de la zona de estudio se localizan 3 ríos principales: Río Manzanas (con dirección WE), el río Cuschunga (con dirección WNW-ESE), y el río Balconsillo (con dirección SWNE). El comportamiento del Río Manzanas tienen mayormente una dinámica fluvial representada por la sedimentación de materiales gruesos hasta arenas finas dentro de sus cauces .En cambio los ríos Cuschunga y Balconcillo son mayormente erosivos tanto de fondo como lateral, transportando materiales gruesos y finos en temporadas de lluvias, transportando el material con gran velocidad hasta la unión con el río Manzanas.

Figura 9. Depositación de gravas del cauce del rio Balconsillo y la formación de la terraza fluvial.

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4.1.2.2. Superficies de erosión Se considera la existencia de una sola superficie de erosión siguiendo los niveles topográficos comprendidos entre los 3200-3400 msnm, generada por procesos de flujo de las aguas de escorrentía y a su vez controlado principalmente por la composición litológica.

Figura 10. Superficie de erosión 3200 - 3400 msnm

4.1.2.3. Valles La zona presenta principalmente valles con perfil transversal en V, originados por los ríos Manzanas, Cuschunga y Balconsillo. Estos valles son típicos de una zona con evolución geomorfológica joven.

Figura 11. Laderas con una pendiente promedio de 40° y valle joven tipo V

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4.1.2.4. Terrazas Las terrazas encontradas en la zona de estudio son del tipo aluviales y fluviales, principalmente como producto de la acción fluvial del rio Manzanas y el río Balconsillo.

Figura 12. Terraza aluvial en la zona de estudio

4.1.2.5. Colinas En la zona de estudio encontramos colinas subredondeadas con una pendiente de 10-40°.

Figura 13. Colina con superficie redondeada, debido a la escorrentía superficial.

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4.1.2.6. Laderas La zona presenta laderas desde moderadamente inclinadas hasta laderas empinadas.

Figura 14. Laderas en la zona de estudio, en amarillo laderas moderadamente inclinadas, en rojo laderas empinadas

4.1.3. PROCESOS MORFOLÓGICOS La erosión y meteorización en la zona de estudio se presenta de manera anisotrópica, en la parte sur se presenta con mayor intensidad produciendo pendientes mas abruptas mientras que hacia el norte no es muy intensa produciendo pendientes mas homogéneas y medos inclinadas. 4.1.3.1. Cárcavas Estructura reconocida por que permite el paso del agua y ésta por su poder erosivo va socavando la superficie del terreno, pero en grandes dimensiones; solo presenta flujo de agua en época lluviosa.

Figura 15. Cárcavas en la zona de estudio

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4.1.3.2. Remoción de masas Dentro del área de estudio se evidenciaron deslizamientos a lo largo principalmente de las formaciones Chúlec y Pariatambo, y en depósitos cuaternarios, Lo que nos indica que la zona de estudio se encuentra en un alto riesgo geológico.

Figura 16. Remoción de masas producido recientemente en la zona de estudio

Figura 17. Deslizamiento en la zona de estudio

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4.2. HIDROLOGÍA E HIDROGEOLOGÍA La zona evaluada pertenece a la cuenca del río Tres río, incluye tres importantes sub-cuencas, el río Manzanas, el río Cuschunga y el río Balconcillo, que son de segundo orden según el sistema de Horton, cuyos afluentes son quebradas que en épocas de estiaje permanecen secas. Estos ríos son afluentes de la cuenca del río Tres Ríos. La influencia hidrogeológica depende la precipitación, en el mes de febrero de este año la precipitación máxima en la zona llegó hasta 3.5 mm. En la zona se cuenta con una laguna, “Laguna Mataracocha”, que es una superficie libre e influye en la evapotranspiración que se presenta.

Figura 18. Precipitación del mes de febrero de 2013

Figura 19. Laguna Mataracocha, influye en la evapotranspiración de la zona.

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4.3. LITOLOGÍA La diferente litología que se presenta en la zona interviene en el comportamiento geotécnico, puesto que se encuentra rocas clásticas de la Formación Farrat y la Formación Inca, y rocas no clásticas de las Formaciones Chulec, Pariatambo, Yumagual y Quilquiñan-mujarrum.

4.3.1. FORMACIÓN FARRAT Se diferencia por su alta resistencia a la erosión, esta formada por estratos de gran espesor de areniscas blancas y algunos paquetes finos de lutitas en su base y algunos horizontes de limolitas en el centro. Esta formación es de edad Aptiana – Cretáceo inferior. Presentan un rumbo y buzamiento promedio de S70°W-30°SW. Su alta resistencia le permite ser más estable frente a procesos geodinámicos. Y su alta porosidad y permeabilidad le dan característica de una unidad geológica propicia para comportarse como acuífero.

Figura 20. Areniscas blancas de la Formación Farrat.

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Tabla 3. Columna Estratigráfica de la Formación Farrat

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4.3.2. FORMACIÓN INCA Esta unidad es basal de la trasgresión albiana. Está ampliamente distribuida en el área de Cajamarca, teniendo su localidad típica en los Baños del Inca donde tiene 75m de grosor aproximadamente. En el área de estudio presenta 50m de espesor. Consiste en lutitas ferruginosas, generalmente gris pardo con intercalaciones de limolitas, también pardo amarillentas, y algunos horizontes de areniscas calcáreas. Hidrogeológicamente puede comportarse como acuitado por la poca permeabilidad que presentan.

Figura 21. Formación Inca, color rojizo característico para su reconocimiento en campo

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Tabla 4. Columna Estratigráfica de la Formación Inca

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4.3.3. FORMACIÓN CHÚLEC Esta formación se distingue claramente por su constitución litológica de calizas, calizas arenosas, que ocurren en estratos gruesos de 20 cm a 1 m de espesor y margas beigs, usualmente están intercaladas con capas de lutitas pardas y en ocasiones con lutitas grises oscuras. La formación chúlec es diferenciable por su coloración crema en superficie y por su menor resistencia a la erosión, se estima su espesor entre 600-800 m. En la zona encontramos a la la Fm. Chúlec conformada por intercalación de calizas con lutitas pardo amarillentas. Cerca del contacto con el intrusivo Chamis se encuentra marmolizada. Es una unidad muy fosilífera, conteniendo ejemplares de. Knemiceras, Parangonceras. Exogyras y bivalvos muy abundantes.

Figura 22. Calizas nodulares de la Formación Chulec.

Figura 23. Caliza marmolizada, serca al contacto con el intrusivo Chamis

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Tabla 5. Columna estratigráfica de la Formación Chulec

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4.3.4. FORMACIÓN PARIATAMBO El área consiste de una alternancia de lutitas con lechos delgados de calizas bituminosas negruzcas, estratos calcáreos con nódulos silíceos y dolomíticos, con un característico olor fétido al fracturarlas. La formación Pariatambo yace concordantemente sobre la formación Chúlec e infrayace, con suave discordancia a la formación Yumagual. En el techo de esta Formación se encuentra un horizonte de chert, que ayuda a diferenciarla en campo. Pariatambo es muy fosilífera, conteniendo ejemplares de Brancoceras. Lyelliceras, Oxytropidoceras, además de bivalvos y crinoides. Su edad ha sido determinada como del Albiano medio. Su espesor promedio en la zona de estudio es de 250m presentándose una intercalación de lutitas, margas y calizas en estratos delgados.

Figura 24. Lutitas grises intercaladas con Calizas de la Formación Pariatambo

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Figura 25. Horizonte de Chert, en el tope de la Formacion Pariatambo Tabla 6. Columna Estratigráfica de la Formación Pariatambo.

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4.3.5. FORMACIÓN YUMAGUAL Suprayace con leve discordancia a la formación Pariatambo con un ángulo entre 8° - 12°. Está conformada por una secuencia de 3 facies diferenciadas litológicamente. Debido a las características litológicas identificadas; conformada básicamente por calizas y algunas facies fosilíferas nos permite relacionar su ambiente de sedimentación que correspondiendo a una plataforma marina.

Figura 26. Calizas intercaladas con lutitas de la Formación Yumagual

4.3.6. GRUPO QUILQUIÑAN – MUJARRUM Presenta un espesor variable de 300 – 350 m, consiste calizas pardas masivas tipo de gran dureza, en estratos potentes de 0.70 – 2 m.

Figura 27. Calizas del Grupo Quilquiñan – Mujarrum

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4.3.7. INTRUSIVO CHAMIS Es un intrusivo dioritico, en la zona de estudio se encuentra alterado, con una alteración argílica a argílica intermedia, presentando principalmente, caolinita y montmorillonita, que se sobreimpone a una alteración potásica. En zonas de Stockwork se pueden identificar hasta tres familias de venillas, venillas primarias del tipo A que Son irregulares, discontinuas y sinuosas rellenadas con magnetita, cuarzo y pirita. Venillas del tipo B Son continuas, planares, con caras paralelas y normalmente con algún bandeamiento interno, Constituidas por cuarzo de grano grueso, sulfatos se presentan en el eje (centro) de estas venillas y en bandas irregulares paralelas a las paredes. Y finalmente venillas del tipo D, son más tardías y más gruesas rellenadas por sílice.

Figura 28. Afloramiento de Dioritas con alteración argílica

4.3.8. DEPÓSITOS CUATERNARIOS Son principalmente depósitos aluviales que cubren la zona, compuestos por gravas subredondeas en una matriz de arena y limos.

Figura 29. Depósito aluvial

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4.4. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL El área estudiada pertenece a una zona paratectónica; como estructura principal tenemos al sinclinal Chamis, que representa la deformación dúctil, además se presenta deformación frágil evidenciada por la presencia de fallas de dirección que han sido utilizados por los agentes meteóricos para formar los causes de los ríos. A continuación describimos las estructuras encontradas:

4.4.1. SINCLINAL La zona es intersectada por el eje del sinclinal Chamis con una dirección SE-NW cuya formación se le atribuye al segundo movimiento del Ciclo Andino que se habría dado en el Terciario Superior caracterizado por un régimen compresivo controlado por esfuerzos con dirección SW-NE, además como se observa en la proyección estereográfica utilizando el software Dips, el eje de éste sinclinal posee un plunge de 12° en dirección NW lo que nos muestra que habría sido afectado por un levantamiento epirogenético que sería el cuarto movimiento del Ciclo Andino producido en el Mio-Plioceno.

De todos los datos tomados en campo, utilizando la proyección estereográfica, se ha determinado los planos mayores, con lo que se obtuvo la inclinación y dirección de inclinación promedio de los flancos: flanco izquierdo 59/22, flanco derecho 32/230; dirección del eje 299 y plunge 12. Con estos datos se afirma que es un sinclinal asimétrico que, como veremos más adelante en el análisis de diaclasas, presenta deformación en la charnela.

Figura 30. Proyección estereográfica de los planos mayores de los flancos del sinclinal Chamis

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Figura 31. Sinclinal Chamis y su influencia en la zona de estudio

4.4.2. MICROPLIEGUES El macizo rocoso en su totalidad no es continuo, homogéneo, isotrópico y linealmente elástico; por lo tanto sus componentes responden con diferente deformación frente a los mismos esfuerzos, así, en una estratificación rítmica de lutitas y calizas como se muestra en la imagen los estratos responden de una manera diferente a los esfuerzos, deformándose individualmente, formando estructuras menores como el caso de los micropliegues; esto se evidencia en que las lutitas por se menos competentes tienden a sufrir mayor deformación, a diferencia de las calizas que son más competentes.

Figura 32. Micropliegues en una estratificación rítmica de calizas y lutitas.

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4.4.3. FALLAS Producto de deformación frágil, en la zona se encuentran fallas normales y de dirección que a continuación se describen: 4.4.3.1. Fallas normales En la zona estudiada existe un mayor porcentaje de fallas normales, las cuales están asociadas a fuerzas de tracción. En la zona encontramos sistemas de fallas normales que se habrían formado por esfuerzos tensionales producto de la relajación de los esfuerzos que formaron el plegamiento.

Figura 33. Falla normal en calizas de la Formación Chúlec

4.4.3.2. Falla de dirección En la zona se ha identificado sistemas de fallas de dirección las cuales han sido utilizadas como zonas de debilidad para formar los causes de drenaje. También se observan fallas de dirección de carácter local.

Figura 34. Falla dextral en la Formación Pariatambo.

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4.4.3.3. Fracturas en cuña Como se aprecia en la siguiente imagen, esto se produce por la existencia de dos familias de diaclasas de rumbos oblicuos respecto a una tercera, quedando el rumbo de ésta comprendido entre los de las familias anteriores. En la proyección estereográfica se puede observar que el punto de intersección de los círculos máximos de las dos familias de diaclasas es exterior al círculo máximo que representa la tercera.

Figura 35. Fracturas en Cuña en la Formación Yumagual

4.4.4. DIACLASAS Están asociadas a las estructuras principales, producto del comportamiento frágil del macizo rocoso frente a los esfuerzos. Cuando la curva Esfuerzo/Deformación llega al punto de rotura, sólo se requiere de un Δσ para producir que el material responda fracturándose, si este Δσ es lo suficientemente grande puede producir un fallamiento. En la figura 36 se puede observar la deformación de un macizo frente a esfuerzos, así el segmento OA representa la deformación de un material linealmente elástico, al incrementar el esfuerzo, la deformación empieza a aumentar más rápidamente para cada incremento en esfuerzo con lo que la curva de esfuerzo deformación asume luego una pendiente cada vez más pequeña hasta que en el punto B de la curva se vuelve horizontal. Este fenómeno se conoce como fluencia del material, y el esfuerzo en el punto B se denomina esfuerzo de fluencia. En la región de B hasta C, el material se vuelve perfectamente plástico, lo que significa que puede deformarse sin un incremento en el esfuerzo, es en este momento donde se

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produce los plegamientos en un macizo rocoso. Después de sufrir las grandes deformaciones que se presentan durante la fluencia en la región BC el material empieza a mostrar un endurecimiento por deformación. Durante este proceso, el material sufre cambios en sus estructuras cristalina y atómica, lo que origina un incremento en la resistencia del material a futuras deformaciones. Por tanto, una deformación adicional requiere de un incremento en el esfuerzo, y la curva Esfuerzo/Deformación toma una pendiente positiva desde C hasta D. Finalmente el esfuerzo alcanza su valor máximo, es a partir de este momento en el que se produce el fracturamiento del macizo. Cuando existe una reducción en la carga, relajamiento de esfuerzo, el material responde deformándose dúctilmente hasta el punto E donde se produce una segunda rotura del material. Cuando el esfuerzo inicial era compresivo, hasta el punto D, se habrá producido la formación de un pliegue y como el material geológico no es homogéneo asociado al plegamiento se producen diaclasas de tensión en la charnela y diaclasas de compresión en el seno, un incremento en el esfuerzo provocará la formación de fallas inversas o como en nuestro caso fallas de dirección al actuar una cupla de estos esfuerzos; luego, en la etapa de relajación de esfuerzos se produce una estricción en el macizo hasta llegar a la rotura (punto E) generando fallas normales. Junto con estos fallamientos también se generan diaclasas producto de la liberación de esfuerzos que se distribuyen en todo el macizo rocoso.

Figura 36. Curva Esfuerzo/Deformación

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Figura 37. Diaclasas en la Formación Ymagual

Como se aprecia en la proyección estereográfica en esta estación se ha identificado tres familias de diaclasas, D1 que representa la cara del talud, D2 que presenta cierta ortogonalidad con el plano de estratificación lo que nos permite concluir que el plegamiento que ha formado el sinclinal Chamis se a dado por esfuerzos perpendiculares a los flancos produciendo una máxima deformación en la chanela; y una tercera familia D3 oblicua a las dos anteriores que define una blocosidad irregular.

Figura 38. Proyección estereográfica de las familias de diaclasas y el plano es estratificación

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Figura 39. Diaclasas en la Formación Chúlec

Esta estación está ubicada en el flanco derecho del sinclinal Chamis, como se puede apreciar en la proyección estereográfica, se han identificado dos familias de diaclasas y un irregular D1, la cara del talud, D2 perpendicular al plano de estratificación y DI la diaclasa irregular.

Figura 40. Proyección estereográfica de las familias de diaclasas y el plano es estratificación

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CAPITULO V: DESCRIPTORES GEOTÉCNICOS 5.1. CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS Se han realizado estaciones geomecánicas en diferentes afloramientos, pudiendo clasificarlos en cinco tipos de macizos rocosos, que se diferencian por su composición litológica, propiedades de la matriz rocosa, condiciones de las discontinuidades y clasificación de la calidad de roca.

5.1.1. MACIZO I En esta denominación agrupamos a los depósitos cuaternarios, que en la zona son principalmente aluviales, están compuestos por gravas subredondeadas con matriz de arenas, limos, consideramos su peso especifico 19 kN/m3, ángulo de fricción interna 36° y cohesión 2 kN/m2. Estos depósitos son inestables a pesar que se encuentran en áreas de baja pendiente, su inestabilidad se refleja por desarrollarse remociones en masa y deslizamientos. La baja cohesión que poseen hace que al infiltrase el agua pluvial, erosione el material provocando hundimientos y posteriormente el deslizamiento.

Figura 41. Hundimientos en materiales cuaternarios

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Se realizó una sección geomecánica (sección AA’) para determinar la estabilidad de la ladera utilizando el software Slide 5, obteniéndose un factor de seguridad de 3.9 en condiciones normales y en condiciones saturadas un factor de seguridad de 0, lo que nos muestra la inestabilidad frente a la acción de la presión de poros que aumenta cuando el agua pluvial se infiltra, esto explicaría el porqué de los asentamientos y deslizamientos que se encuentran en depósitos cuaternarios de la zona, que se producirían en épocas de lluvia. La solución para este problema es disminuir la presión de poros para lo cual se puede realizar canales de coronación para drenar el agua de lluvia y disminuir su infiltración.

Figura 42. Izquierda: sección AA’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 3.9 en condiciones normales.

Figura 43. Izquierda: sección AA’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 0 en condiciones de saturación, no drenada.

Como se observa en la figura 43, en condiciones no drenadas, el esfuerzo cortante se anula, esto sucede porque la presión de poros aumenta de tal forma que sobrepasa el coeficiente de fricción

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interna. Lo que conllevaría a que se produzca la falla en el terreno, pero la superficie de falla graficada en las figuras 42 y 43 (cóncava hacia arriba) no se produciría en la realidad, sino que se produciría un hundimiento en la cabecera, y el material reptaría sobre el substrato rocoso. Así como se muestra en la figura 41. Como ya se dijo el principal causante de esta inestabilidad en el agua pluvial que aumenta la presión de poros, como se muestra en la figura 44, en condiciones normales del talud que estamos analizando, el esfuerzo normal efectivo está por debajo de 1400 kPa, pero el esfuerzo normal total supera los 2200 kPa, lo que indica una presión de poros de hasta 800 kPa.

Figura 44. Línea verde: esfuerzo normal total, línea magenta: esfuerzo normal efectivo, la diferencia de éstas es la presión de poros.

La solución es obviamente eliminar esta presión de poros, con lo que el factor de seguridad aumentaría a 4.5 como se observa en la figura 45. Esto se puede lograr realizando un canal de coronación para drenar el agua de lluvia y evitar que se infiltre.

Figura 45. Izquierda: sección AA’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 4.5 en condiciones drenadas. El esfuerzo normal total y el esfuerzo normal efectivo coinciden puesto que ya no se tiene presión de poros.

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5.1.2. MACIZO II 5.1.2.1.

Caracterización de la matriz rocosa

Identificación Dentro de este macizo se encuentran las Formaciones Farrat e Inca, compuestas por areniscas y lutitas, principalmente, las areniscas poseen un peso específico de 25 kN/m3 y las lutitas 27 kN/m3, promediando el peso especifico utilizado en este macizo rocoso será de 26 kN/m3.

Figura 46. Areniscas cuarzosas intercaladas con lutitas de la formación Farrat

Meteorización Las areniscas generalmente se presentan decoloradas, rojizas, la roca fresca es de color blaquesino, mientras que las lutitas por ser menos resistentes a la meteorización a veces se lo encuentra desintegrada.

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Resistencia Para romper las areniscas se requieren varios golpes con el martillo de geólogo, clasificándose como una roca dura, pero las lutitas son muy débiles, por lo que se puede considerar un valor promedio de: σci = 50 MPa

5.1.2.2.

Descripción de las discontinuidades

Tipos de discontinuidades En este macizo se han identificado tres familias de discontinuidades y algunas fracturas irregulares.

Figura 47. Discontinuidades en el macizo rocoso II

54


Descripción de las discontinuidades Orientación De 161 datos obtenidos y procesados en el software Dips, se determina la orientación preferente de las tres familias de discontinuidades que, como se aprecia en la imagen de las proyecciones estereográficas, son: DISCONTINUIDAD Plano de estratificación Familia 1 Familia 2

ORIENTACIÓN DIP DD 82 217 83 258 53 65

Figura 48. Proyección estereográfica de las discontinuidades en el macizo rocoso II

55


Espaciado Como se aprecia en el histograma el espaciado predominante que se presenta en esta macizo es de 0.2 a 0.6 m: DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

ESPACIADO (m) >2 0.6 – 2 0.2 – 0.6 0.06 – 0.2 < 0.06

Figura 49. Histograma de frecuencias según el espaciado de las discontinuidades en el macizo rocoso II

Persistencia La persistencia predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es < 1 m.

DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

56

PERSISTENCIA (m) <1 1–3 3 – 10 10 – 20 > 20


Figura 50. Histograma de frecuencias según la persistencia de las discontinuidades en el macizo rocoso II

Abertura Según el histograma de frecuencias la abertura predominante en este macizo rocoso es de 1 a 5 mm. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

ABERTURA (mm) Nada < 0.1 0.1 – 1.0 1.0 – 5.0 >5

Figura 51. Histograma de frecuencias según la abertura de las discontinuidades del macizo rocoso II

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Rugosidad La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso va desde suave a rugosa predominando el tipo ligeramente rugosa. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

RUGOSIDAD Muy Rugosa Rugosa Ligeramente Rugosa Ondulada - Suave Lisa - pulida

Figura 52. Histograma de frecuencias según la rugosidad de las discontinuidades del macizo rocoso II

Relleno En este macizo rocoso la mayoría de discontinuidades no poseen relleno. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

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RELLENO Ninguno Duro < 5mm Duro > 5mm Suave < 5mm Suave > 5mm


Figura 53. Histograma de frecuencias según el relleno de las discontinuidades del macizo rocoso II

Meteorización Las discontinuidades en este macizo rocoso presentan ligera a moderada meteorización, predominando la primera. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

METEORIZACIÓN Inalterada Ligeramente Alterada Moderadamente Alterada Muy Alterada Descompuesta

Figura 54. Histograma de frecuencias según la meteorización de las discontinuidades en el macizo rocoso II

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Filtraciones Dependen de la estación climática, en nuestro caso, las discontinuidades están predominantemente secas por que la toma de datos se realizo en una época seca. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

FILTRACIÓN Seco Húmedo Mojado Goteo Flujo

Figura 55. Histograma de frecuencias según las filtraciones en las discontinuidades del macizo rocoso II

Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso II pueden resumirse en la siguiente tabla. PARÁMETRO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (MPa) ESPACIADO (m) PERSISTENCIA (m) ABERTURA (mm) RUGOSIDAD RELLENO METEORIZACIÓN FILTRACIÓN

60

VALOR 50 0.2 – 0.6 <1 1–5 Ligeramente Rugosa Ninguno Ligeramente alterada Seco


5.1.2.3.

Clasificación geomecánica del macizo rocoso

Clasificación RQD Utilizando la ecuación de Priest & Hudson (1976): (

)

: Número de fracturas identificadas en el macizo rocoso por metro lineal En este macizo roco se han identificado 7 fracturas por metro lineal Entonces: =7

R.Q.D (%) < 25 25 – 50 50 – 75 75 – 90 90 – 100

CALIDAD DE LA ROCA Muy mala Mala Regular Buena Excelente

Clasificación RMR CALCULO RMR UTILIZANDO LA TABLA DE BIENIAWSKI (1989) PARÁMETROS RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (Mpa) RQD (%) ESPACIADO (m) PERSISTENCIA (m) CONDICIÓN DE LAS ABERTURA (mm) DISCONTINUIDADES RUGOSIDAD RELLENO METEORIZACIÓN FILTRACIONES RMR TIPO DE MACIZO ROCOSO CALIDAD

61

VALOR

PUNTAJE

50

4

84.42 0.2 – 0.6

17 10

<1

6

1-5 Ligeramente Rugosa Ninguno Ligeramente alterada Seco

1 3 6 5 15

67 II BUENA


Clasificación GSI

GSI = 60 CALIDAD = REGULAR A BUENA RMR = GSI + 5 RMR = 65 El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 2 unidades del valor calculado utilizando los parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es el mínimo.

62


5.1.2.4. Determinación de propiedades geomecánicas Utilizando del software RocLab determinamos las propiedades geomecánicas del macizo rocoso.

Figura 56. Curva de rotura de Hoek & Brown para el macizo II

Estas propiedades las utilizamos para determinar el comportamiento del macizo rocoso, para lo cual realizamos el análisis de estabilidad de una ladera (sección BB’) en el software Slide 5. Como se observa en la figura siguiente es una ladera estable con un factor de seguridad mínimo igual a 1.9

Figura 57. Izquierda: sección BB’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 1.9

63


5.1.3. MACIZO III 5.1.3.1.


Identificación Este macizo rocoso está compuesto de rocas intrusivas, del pórfido Chamis, por ser de un origen ígneo, merece un tratamiento individual. Es un pórfido diorítico que presenta alteración argílica su peso específico promedio es de 28 kN/m3.

Figura 58. Matriz rocosa del macizo rocoso III

Meteorización y alteración Es importante diferenciar estos dos términos y en este macizo podemos diferenciarlos, la meteorización se produce por la influencia de los agentes atmosféricos, desintegrando y descomponiendo la roca. Y la alteración se produce por la influencia de fluidos magmáticos, los cuales reaccionan con la roca cambiándolo su composición química y propiedades físicas. Así la matriz rocosa de este macizo que inicialmente era una diorita ahora lo encontramos como arcillas, montmorillonita, caolinita.

64


Resistencia La roca diorita en sí es resistente, pero como lo encontramos argilizada, su resistencia ha disminuido, para este macizo consideraremos una resistencia de: σci = 25 MPa

5.1.3.2.


Tipos de discontinuidades En este macizo podemos encontrar varios sistemas de fracturas que están rellenadas de minerales como, magnetita, cuarzo, pirita, y algunos otros minerales, formando Stock Works.

Figura 59. Discontinuidades rellenas con minerales (Stock Works) en el macizo rocoso III

65


Descripción de las discontinuidades Orientación De 211 datos obtenidos y procesados en el software Dips, se ha determinado la presencia de cinco familias de diaclasas que pertenecen a un sistema de cizalla con orientación NW – SE, las mismas que son rellenadas por fluidos mineralizantes. DISCONTINUIDAD Familia 1 Familia 2 Familia 3 Familia 4 Familia 5

ORIENTACIÓN DIP DD 53 215 51 166 36 15 39 78 64 253

Figura 60. Proyección estereográfica de las discontinuidades en el macizo rocoso III

66



ESPACIADO (m) >2 0.6 – 2 0.2 – 0.6 0.06 – 0.2 < 0.06

Figura 61. Histograma de frecuencias según el espaciado de las discontinuidades

Persistencia La persistencia predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es de 1 a 3 m.


67

PERSISTENCIA (m) <1 1–3 3 – 10 10 – 20 > 20


Figura 62. Histograma de frecuencias según la persistencia de las discontinuidades en el macizo rocoso III

Abertura Según el histograma de frecuencias la abertura predominante en este macizo rocoso es > 5 mm. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

ABERTURA (mm) Nada < 0.1 0.1 – 1.0 1.0 – 5.0 >5

Figura 63. Histograma de frecuencias según la abertura de las discontinuidades del macizo rocoso III

68


Rugosidad La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es rugosa. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5


Figura 64. Histograma de frecuencias según la rugosidad de las discontinuidades del macizo rocoso III

Relleno A diferencia de los demás macizos rocosos, en éste en particular, las discontinuidades están rellenas de minerales como óxidos de hierro, cuarzo, pirita, etc., predominando un relleno duro mayor de cinco milímetros de espesor. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

69



Figura 65. Histograma de frecuencias según el relleno de las discontinuidades del macizo rocoso III

Meteorización Dado que el macizo rocoso está alterado por fluidos hidrotermales, esto influye en las paredes de las discontinuidades por lo que se clasifica como muy alterada. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5


Figura 66. Histograma de frecuencias según la meteorización de las discontinuidades en el macizo rocoso III

70




Figura 67. Histograma de frecuencias según las filtraciones en las discontinuidades del macizo rocoso III

Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso III pueden resumirse en la siguiente tabla. PARÁMETRO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (MPa) ESPACIADO (m) PERSISTENCIA (m) ABERTURA (mm) RUGOSIDAD RELLENO METEORIZACIÓN FILTRACIÓN

71

VALOR 25 0.06 – 0.2 1–3 >5 Rugosa Duro > 5 mm Muy Alterada Seco


5.1.3.3.



)

: Número de fracturas identificadas en el macizo rocoso por metro lineal En este macizo roco se han identificado 12 fracturas por metro lineal Entonces: = 12

R.Q.D (%) < 25 25 – 50 50 – 75 75 – 90 90 – 100


Clasificación RMR CALCULO RMR UTILIZANDO LA TABLA DE BIENIAWSKI (1989) PARÁMETROS RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (Mpa) RQD (%) ESPACIADO (m) PERSISTENCIA (m) ABERTURA (mm) CONDICIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES RUGOSIDAD RELLENO METEORIZACIÓN FILTRACIONES RMR TIPO DE MACIZO ROCOSO CALIDAD

72

VALOR

PUNTAJE

25

4

66.26 0.06 – 0.2

13 8

1–3

4

>5 Rugosa Duro > 5 mm Muy Alterada Seco

0 5 2 1 15

52 III REGULAR


Clasificación GSI

GSI = 50 CALIDAD = REGULAR RMR = GSI + 5 RMR = 55 El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 3 unidades del valor calculado utilizando los parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es bajo.

73



Figura 68. Curva de rotura de Hoek & Brown para el macizo III

Con estas propiedades realizamos el análisis de estabilidad en la sección CC’, obteniendo un factor de seguridad de 5.7, esta estabilidad tal ves esté dada por la poca pendiente que tiene la superficie.

Figura 69. Izquierda: sección CC’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 5.7

74


5.1.4. MACIZO IV 5.1.4.1.


Identificación En este macizo se agrupan a las rocas calcáreas de las Formaciones Chulec, Yumagual y el Grupo Quilquiñan-Mujarrum, son calizas masivas con algunas intercalaciones de lutitas, el peso específico promedio que se considera para este macizo es de 27 kN/m3.

Figura 70. Matriz rocosa del macizo rocoso IV

Meteorización La superficie de la roca presenta una coloración gris amarillenta mientras que la roca fresca es de color gris oscuro. Cerca del contacto con el intrusivo la roca ha sufrido una alteración metamórfica por aumento de temperatura, convirtiéndose en mármol.

75


Resistencia Para romper la roca se requieren hasta cuatro golpes con el martillo de geólogo, clasificándose como una roca dura, por sus propiedades e intercalaciones con lutitas se puede considerar el valor de: σci = 75 MPa

5.1.4.2.


Tipos de discontinuidades Se ha identificado tres familias de discontinuidades, el plano de estratificación y dos familias de diaclasas, además de algunas irregulares

Figura 71. Discontinuidades en el macizo rocoso IV

76




Figura 72. Proyección estereográfica de las discontinuidades en el macizo rocoso IV

77



ESPACIADO (m) >2 0.6 – 2 0.2 – 0.6 0.06 – 0.2 < 0.06


Persistencia La persistencia predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es < 1 m.


78

PERSISTENCIA (m) <1 1–3 3 – 10 10 – 20 > 20


Figura 74. Histograma de frecuencias según la persistencia de las discontinuidades en el macizo rocoso IV


ABERTURA (mm) Nada < 0.1 0.1 – 1.0 1.0 – 5.0 >5

Figura 75. Histograma de frecuencias según la abertura de las discontinuidades del macizo rocoso IV

79


Rugosidad La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es ligeramente rugosa. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5


Figura 76. Histograma de frecuencias según la rugosidad de las discontinuidades del macizo rocoso IV


80



Figura 77. Histograma de frecuencias según el relleno de las discontinuidades del macizo rocoso IV

Meteorización Las discontinuidades en este macizo rocoso presentan ligera a moderada meteorización, predominando la primera. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5


Figura 78. Histograma de frecuencias según la meteorización de las discontinuidades en el macizo rocoso IV

81




Figura 79. Histograma de frecuencias según las filtraciones en las discontinuidades del macizo rocoso IV

Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso IV pueden resumirse en la siguiente tabla. PARÁMETRO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (MPa) ESPACIADO (m) PERSISTENCIA (m) ABERTURA (mm) RUGOSIDAD RELLENO METEORIZACIÓN FILTRACIÓN

82

VALOR 75 0.2 – 0.6 <1 >5 Ligeramente Rugosa Ninguno Ligeramente alterada Seco


5.1.4.3.



)

: Número de fracturas identificadas en el macizo rocoso por metro lineal En este macizo roco se han identificado 6 fracturas por metro lineal Entonces: =6

R.Q.D (%) < 25 25 – 50 50 – 75 75 – 90 90 – 100


Clasificación RMR CALCULO RMR UTILIZANDO LA TABLA DE BIENIAWSKI (1989) PARÁMETROS RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (Mpa) RQD (%) ESPACIADO (m) PERSISTENCIA (m) ABERTURA (mm) CONDICIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES RUGOSIDAD RELLENO METEORIZACIÓN FILTRACIONES RMR TIPO DE MACIZO ROCOSO CALIDAD

83

VALOR

PUNTAJE

75

7

87.81 0.2 – 0.6

17 10

<1

6

>5 Ligeramente Rugosa Ninguno Ligeramente alterada Seco

0 3 6 5 15

69 II BUENA


Clasificación GSI

GSI = 65 CALIDAD = BUENA RMR = GSI + 5 RMR = 70 El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 1 unidad del valor calculado utilizando los parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es casi nulo.

84



Figura 80. Curva de rotura de Hoek & Brown para el macizo IV

Con las propiedades geomecánicas obtenidas para este macizo, analizamos la estabilidad de una ladera, en la sección DD’, en la que se observa que es relativamente estable, con un factor de seguridad mínimo de 1.5

Figura 81. Izquierda: sección DD’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 1.5

85


5.1.5. MACIZO V 5.1.5.1.


Identificación En este macizo se ha separado a rocas calcáreas de la Formación Pariatambo, por comportarse diferente a las rocas calcáreas de las otras formaciones, puesto que posee mayor contendido de lutitas, lo que hace que presente mayor deformabilidad plástica, y a demás dentro de su composición posee mayor contenido orgánico por su origen euxínico. Se considera, para este macizo, un peso específico promedio de 25 kN/m3.

Figura 82. Matriz rocosa en la Formación Pariatambo

Meteorización Su alto contenido en materia orgánica lo hace más susceptible a la meteorización, y las lutitas que presenta son fisilmente erosionables. En algunas áreas se encuentra completamente desintegrada.

86


Resistencia Su estructura laminada hace que posea baja resistencia, de tal manera que con un golpe del martillo de geólogo se puede fracturar fácilmente, las lutitas se desmenuzan con la punta del martillo. Por lo que se puede considerar un valor promedio de: σci = 35 MPa

5.1.5.2.


Tipos de discontinuidades En esta macizo se puede diferenciar tres familias de discontinuidades, una de ellas es el plano de estratificación.

Figura 83. Discontinuidades en el macizo rocoso V

87




Figura 84. Proyección estereográfica de las discontinuidades en el macizo rocoso V

88


Espaciado Como se aprecia en el histograma el espaciado predominante que se presenta en esta macizo es de 0.06 a 0.2 y de 0.2 a 0.6 m con mayor predominancia del primero. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

ESPACIADO (m) >2 0.6 – 2 0.2 – 0.6 0.06 – 0.2 < 0.06


Persistencia La persistencia predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es < 1 m, aunque también se presentan discontinuidades de 1 a 3 m DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5

89

PERSISTENCIA (m) <1 1–3 3 – 10 10 – 20 > 20


Figura 86. Histograma de frecuencias según la persistencia de las discontinuidades en el macizo rocoso V


ABERTURA (mm) Nada < 0.1 0.1 – 1.0 1.0 – 5.0 >5

Figura 87. Histograma de frecuencias según la abertura de las discontinuidades del macizo rocoso V

90


Rugosidad La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es ligeramente rugosa. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5


Figura 88. Histograma de frecuencias según la rugosidad de las discontinuidades del macizo rocoso V


91



Figura 89. Histograma de frecuencias según el relleno de las discontinuidades del macizo rocoso V

Meteorización Las discontinuidades en este macizo rocoso presentan ligera a muy meteorización, predominando una meteorización moderada. DESIGNACIÓN 1 2 3 4 5


Figura 90. Histograma de frecuencias según la meteorización de las discontinuidades en el macizo rocoso V

92




Figura 91. Histograma de frecuencias según las filtraciones en las discontinuidades del macizo rocoso V

Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso V pueden resumirse en la siguiente tabla. PARÁMETRO RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (MPa) ESPACIADO (m) PERSISTENCIA (m) ABERTURA (mm) RUGOSIDAD RELLENO METEORIZACIÓN FILTRACIÓN

93

VALOR 35 0.06 – 0.2 <1 >5 Ligeramente Rugosa Ninguno Moderadamente alterada Seco


5.1.5.3.



)

: Número de fracturas identificadas en el macizo rocoso por metro lineal En este macizo roco se han identificado 15 fracturas por metro lineal Entonces: = 15

R.Q.D (%) < 25 25 – 50 50 – 75 75 – 90 90 – 100


Clasificación RMR CALCULO RMR UTILIZANDO LA TABLA DE BIENIAWSKI (1989) PARÁMETROS RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN UNIAXIAL (Mpa) RQD (%) ESPACIADO (m) PERSISTENCIA (m) ABERTURA (mm) CONDICIÓN DE LAS RUGOSIDAD DISCONTINUIDADES RELLENO METEORIZACIÓN FILTRACIONES RMR TIPO DE MACIZO ROCOSO CALIDAD

94

VALOR

PUNTAJE

35

4

55.78 0.06 – 0.2

13 8

<1

6

>5 Ligeramente Rugosa Ninguno Moderadamente alterada Seco

0 3 6

58 III REGULAR

3 15


Clasificación GSI

GSI = 50 CALIDAD = REGULAR RMR = GSI + 5 RMR = 55 El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 3 unidades del valor calculado utilizando los parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es bajo.

95



Figura 92. Curva de rotura de Hoek & Brown para el macizo V

Con los valores de las propiedades del macizo rocoso, analizamos la estabilidad de la sección EE’ obteniendo un factor de seguridad de 6, lo que indica una buena estabilidad.

Figura 93. Izquierda: sección EE’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 6

96


5.2. IDENTIFICACIÓN DE ÁREAS INESTABLES Para tipificar la estabilidad de la zona se tomado en cuenta tres factores principales, el tipo de macizo rocoso según se clasifico en el ítem anterior; la geomorfología, poniendo énfasis en la pendiente de la superficie; y por último la presencia de zonas de debilidad como estructuras geologicas, y presencia de deslizamientos o paleodeslizamientos. Teniendo en cuenta estas variables, se ha clasificado en 3 áreas con diferente estabilidad.

5.2.1. ZONAS CON INESTABILIDAD ALTA En esta zona se encuentran las áreas donde se ha identificado hundimientos, deslizamientos y remociones de masa, que son principalmente depósitos cuaternarios y macizos rocosos con baja a regular calidad y están afectadas por estructuras geológicas como fallas.

Figura 94. Deslizamiento en material cuaternario

Figura 95. Inestabilidad en talud de carretera

97


5.2.2. ZONAS CON INESTABILIDAD MEDIA Estas zonas se ubican en macizos rocosos de buena calidad pero la pendiente de la superficie muy inclinada, estos escarpes son susceptibles de deslizamientos, caídas de rocas y otras formas de remociones de masa. Aunque no es muy evidente por la cobertera vegetal.

Figura 96. Pendientes escarpadas, susceptibles a remociones de masa

Figura 97. Paleo deslizamiento recubierto por vegetación

98


5.2.3. ZONAS CON INESTABILIDAD BAJA Estas zonas lo encontramos al Norte y Sur oeste del área de estudio, se caracteriza principalmente por presentar bajas pendientes, menores a 10°, aunque pueden formarse algunos hundimientos en épocas de lluvia, pero son ocasionales.

Figura 98. Áreas de baja pendiente, presentan baja inestabilidad

5.3. ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS GEOTÉCNICAS En el área de estudio se encuentran diferentes estructuras geotecnicas como taludes de carretera, puentes, muros de contención. A continuación realizaremos el análisis geotécnico de algunas de ellas, para ello se ha tenido que medir sus dimensiones en campo con las cuales obtendremos el factor de seguridad en diferentes condiciones utilizando para el caso de taludes el software Slide y para el caso de puentes y muros utilizaremos el paquete Geoestru. Las condiciones que se toman en cuenta para el análisis de estabilidad son dos, en condiciones normales teniendo en cuenta la cohesión y fricción del material y en condiciones de saturación, no drenadas, en las que se anula la fricción, esto para determinar la susceptibilidad de la estructura a fallar en épocas de lluvia o eventuales fenómenos climáticos.

99


5.3.1. TALUD DE CARRETERA EN MACIZO ROCOSO Este talud se midió en la Formación Yumagual cuyos planos de estratificación buzan en sentido opuesto al talud, sus dimensiones son: Altura 5 m, inclinación 65° al NE, ancho de carretera 6.5 m, pendiente de ladera en la cabecera 20°, pendiente de ladera en el pie 45. Es un talud estable con factor de seguridad de 2.7 en condiciones normales y 1.2 en condiciones no drenadas.

Figura 99. Talud de carretera en macizo rocoso de la Formación Yumagual

Figura 100. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en macizo rocoso, y equilibrio de fuerzas en una dovela, en condiciones normales. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.

100


Figura 101. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en macizo rocoso, y equilibrio de fuerzas en una dovela, en condiciones no drenadas. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.

5.3.2. TALUD DE CARRETERA EN MATERIAL CUATERNARIO Este talud se midió en depósitos aluviales, sus dimensiones son: Altura 2.3 m, inclinación 82° al NE, ancho de carretera 4 m, pendiente de ladera en la cabecera 20°, pendiente de ladera en el pie 50. Es un talud inestable como se aprecia en las siguientes figuras, en condiciones normales el factor de seguridad es 0.9, es por esta razón que el talud está fallando como se muestra en las fotografías, y en condiciones no drenadas el factor de seguridad es 0.2 lo que significaría un colapso inminente de toda la ladera. Este problema se solucionaría drenando la zona con canales de coronación y disminuyendo el talud hasta 60° con lo que el factor de seguridad aumentaría a 1.6

Figura 102. Talud de carretera en material cuaternario

101


Figura 103. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en material cuaternario, y equilibrio de fuerzas en una dovela, en condiciones normales. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.

Figura 104. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en material cuaternario, y equilibrio de fuerzas en una dovela, en condiciones no drenadas. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.

Figura 105. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en material cuaternario, en condiciones normales y disminuyendo la inclinación del talud a 60°. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.

102


5.3.3. MURO DE CONTENCIÓN Es un muro de concreto que está soportando el material utilizado para afirmar la carretera, para realizar su análisis sólo se pudo medir las dimensiones externas, dado que no conocemos su cimentación, se ha asumido ciertos valores.

Figura 106. Muro de contención en la zona de estudio

Figura 107. Dimensiones consideradas en el análisis de estabilidad

103


Figura 108. Análisis de estabilidad del muro de contención

Con los datos asignados se verifica que el muro posee un factor de seguridad de 2.8 lo que indica que es un muro estable.

5.3.4. MUROS DE UN PUENTE Este puente se ha construido en un deposito aluvial, está formado por dos muros que le sirven de zapata, por cuestiones académicas solo analizaremos uno de los muros de la misma manera como lo realizamos en el muro de contención con la diferencia que sobre el muro aplicaremos una fuerza que sería el peso del puente y los pesos externos de los transeúntes. Como se observa en el análisis de estabilidad es un muro inestable que con tan solo 10 Kg/cm2 de cargas externas su factor de seguridad es critico. Y eso se evidencia en las fallas que presenta la precaria construcción.

Figura 109. Puente construido en materiales cuaternarios

104


Figura 110. Dimensiones consideradas en el análisis de estabilidad

Figura 111. Análisis de estabilidad sin considerar cargas externas

Figura 112. Análisis de estabilidad considerando una carga externa distribuida sobre el muro de 10 Kg/cm2

105


CONCLUSIONES  La zona de investigación esta constituida litológicamente por rocas clásticas de las Formaciones Inca y Farrat, por calizas arenosas de la Formación Chúlec, calizas bituminosas arcillosas de la Formación Pariatambo, y calizas micríticas de la Formación Yumagual y del grupo Quilquiñan – Mujarrum, también se encuentra rocas intrusivas del Intrusivo Chamis que están afectadas de alteración argílica y argílica intermedia, y depósitos cuaternarios aluviales. Esta diferente litología le da la connotación anisotrópica y heterogénea por lo que no es posible tratarlo como un solo macizo rocoso.  La zona se encuentra influenciada por estructuras geológicas como fallas regionales y locales a demás forma parte del sinclinal Chamis, un pliegue una dirección SE-NW cuya formación se le atribuye al segundo movimiento del Ciclo Andino que se habría dado en el Terciario Superior caracterizado por un régimen compresivo controlado por esfuerzos con dirección SW-NE, estos esfuerzos son los que producen el fracturamiento de los macizos rocoso haciendo que disminuya su calidad.  La zona se ha diferenciado en cinco tipos de macizos de acuerdo a sus propiedades geomecánicas, el MACIZO I formado por materiales cuaternarios principalmente gravas, arenas y limos; el MACIZO II formado por rocas clásticas de las Formaciones Farrat e Inca, presenta un RMR = 67 y GSI = 60 clasificándose como un macizo de buena calidad, el MACIZO III formado por rocas intrusivas, dioritas, del intrusivo Chamis, presenta un RMR = 52 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de regular calidad, el MACIZO IV formado por rocas no clásticas de las Formaciones Chimú, Yumagual y el grupo Quilquiñan – Mujarrum, presenta un RMR = 69 y GSI = 65 clasificándose como un macizo de buena calidad, y finalmente el MACIZO V formado por rocas no clásticas de la Formación Pariatambo, presenta un RMR = 58 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de regular calidad.  En la zona de estudio se ha identificado tres zonas con diferente inestabilidad tomando en cuenta tres factores principales, el tipo de macizo rocoso según su calidad; la pendiente de la superficie; y por último la presencia de zonas de debilidad, una zona de inestabilidad alta, caracterizada por depósitos cuaternarios y macizos rocosos con baja a regular calidad donde se ha identificado hundimientos, deslizamientos y remociones de masa. Otra zona de inestabilidad media, en macizos rocosos de buena calidad pero la pendiente de la superficie muy inclinada que lo hace ser susceptible a remociones de masa. Y una zona de inestabilidad baja principalmente por presentar bajas pendientes.

106


 El análisis de estabilidad en estructuras geotécnicas construidas en la zona de estudio reveló algunas condiciones que inestabilizan dichas estructuras, así, se analizó un talud de carretera en un macizo rocoso obteniendo un factor de seguridad de 2.7 en condiciones normales y 1.2 en condiciones no drenadas lo que indica un talud estable esto es por que dicho talud se encuentra en un macizo de buena calidad y además los planos de estratificación buzan en dirección opuesta a la inclinación del talud. Se analizo también un talud de carretera en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 0.9 en condiciones normales, es por esta razón que el talud está fallando, una de las razones es que el talud presenta una inclinación muy empinada, y en condiciones no drenadas el factor de seguridad es 0.2 lo que significaría el colapso de toda la ladera en un eventual fenómeno de lluvia. Otra estructura que se tomo en cuenta fue un muro de contención en el borde de la carretera, este muro es estable con un factor de seguridad de 2.8. y finalmente se analizó la estabilidad en un muro de un puente construido en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 1.7 sin considerar cargas externas, y considerándolas el factor de seguridad es critico soportando tan solo 10 Kg/cm2.

107


RECOMENDACIONES  Se recomienda realizar drenes en la cabecera del área de inestabilidad alta, principalmente de los depósitos aluviales ya que la infiltración de agua pluvial es uno de los factores mas influyentes en la inestabilidad de éstas áreas. Canales de coronación serian los mas indicados y de menor costo con lo que se disminuiría la infiltración y por ende la presión de poros en el macizo.  En los taludes de carretera construidos en materiales cuaternarios se recomienda disminuir la inclinación del talud al menos hasta 60° ya que este es uno de los factor de su inestabilidad. Los canales de coronación también son propicios en estos casos por las mismas razones antes expuestas.  Se recomienda reconstruir el puente construido en materiales cuaternarios, profundizando la cimentación y aumentando su altura, a demás de aumentar la base de la cimentación y el ancho de coronación con lo que se aumentaría su capacidad de carga.

108


BIBLIOGRAFÍA  Luis I. Gonzales de Vallejo (2004), INGENIERIA GEOLOGICA, Prentice Hill, MadridEspaña.  CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS, M. FERRER y L. GONZÁLEZ DE VALLEJO (1999). Manual de campo para la descripción y caracterización de macizos rocosos en afloramientos. IGME, Madrid, 107 p. 2.- L. GONZÁLEZ DE VALLEJO, M. FERRER, L. ORTUÑO y C. OTEO (2002). Ingeniería geológica. Prentice Hall. Madrid, 715 p.  Análisis de Estabilidad en Macizos Rocosos Aplicando el Criterio el Criterio de Rotura de Hoek y Brown - Prof. ROJAS G., Silvio H. - Universidad de Los Andes – Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil  JIMENEZ SALAS/ JUSTO ALPAÑEZ, Geotecnia de Cimentaciones, Tomo II, Ed. La Rueda, Madrid-España, 1981.  BRAJA M. DAS, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, California State UniversitySacramento-USA, Thomas L. Inc. 2001.  DELGADO V. MANUEL, Ingeniería de Cimentaciones, México, Ed. Alfa-omega Grupo Editor, 1999.

109


ANEXOS

110

9211500

769500

770000

9212000

769000

9211500

768500

9212000

768000

Mataracocha

µ

9211000 3400 m

9211000

CHAMIS

Rio

M a nz

na

a

9210500

9210500

s

SIMBOLOGIA 9210000

m

9210000

33 00

Curvas mayores Curvas menores

0 340

Accesos

9209500 9209000

Laguna

a

768500

769000

ESCALA: 1/12500 0

125 250

500

750

m 1,000

s il

o

l

B

al o

Ri

3500 m

768000

on

c

3500 m

m 00 0 3

9208500

ng

769500

3100

m

9208000

sc h u

m 00 32

9208500

3400 m

Cu

31 00

Ri o

m

9209000

9209500

m

Drenaje

770000

Sistema de coordenadas proyectadas: WGS_1984_UTM_Zone_17S

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA

PLANO TOPOGRÁFICO GEOTECNIA I

GRUPO I

DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES

PLANO N°

01

Cajamarca, marzo de 2013

769000

769500

770000

9212000

768500

Ki-f

A'

9212000

768000

µ

9211500

9211500

T-di Mataracocha

Ki-in

Ki-chu

9210500

3400 m

Ri

oM

an z

Curvas de nivel Drenaje Laguna

Ki-chu

Accesos

Estructuras Falla

Falla inferida Ki-pa

M 9210000

m

9210000

33 00

SIMBOLOGIA

anas Ki-chu

9210500

9211000

Ki-f

9211000

Q-al

Sinclinal

0 340

LEYENDA

m

Litología

9209500

9209500

Ks-yu

Q-al T-di

Ks-qm 9209000

Ks-qm

ng

a

Q-al

768000

768500

769000

ESCALA: 1/12500 0

125 250

500

750

m 1,000

s il

o

Ki-chu

m 00 0 3

Ki-f

l

B

al o

Ri

A

3500 m

on

c

3500 m

Ki-pa Ki-in

9208500

sc h u

m 00 32

9208500

3400 m

Cu

m

Ri o

31 00

M

769500

3100

m

9208000

9209000

Ks-yu

770000




PLANO GEOLOGICO GEOTECNIA I

GRUPO I DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES

PLANO N°

02


msnm

A A'

3400 3200 3000 2800

ESCALA: 1/12500 0 150 300

600

900

LEYENDA m 1,200

Q-al

Ks-qm Ks-yu

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

T-di Ki-pa Ki-chu

FACULTAD DE INGENIERIA


PERFIL GEOLÓGICO GEOTECNIA I


PERFIL N°

01


9211500

769500

770000

9212000

769000

9211500

768500

9212000

768000

Mataracocha

µ

9211000 3400 m

9211000

CHAMIS

Rio

M a nz

na

a

9210500

9210500

s

9210000

m

9210000

33 00

SIMBOLOGIA Curvas de nivel

0 340

Accesos

9209500 9209000

Laguna

a

768500

769000

ESCALA: 1/12500 0

125 250

500

750

m 1,000

s il

o

l

B

al o

Ri

3500 m

768000

on

c

3500 m

m 00 0 3

9208500

ng

769500

3100

m

9208000

sc h u

m 00 32

9208500

3400 m

Cu

31 00

Ri o

m

9209000

9209500

m

Drenaje

770000




IMAGEN SATELITAL GEOTECNIA I

GRUPO I


PLANO N°

03


769500

770000

9212000

769000

9211500

768500

9211500

9212000

768000

Mataracocha

9211000

9211000

CHAMIS

Rio

M a nz

SIMBOLOGIA Drenaje Accesos Laguna

na

a

9210500

s

9210500

µ Elevación

msnm

3450 - 3520 9210000

9210000

3400 - 3450 3350 - 3400 3300 - 3350 3250 - 3300 9209500

9209500

3200 - 3250 3150 - 3200 3100 - 3150

9209000

9209000

3000 - 3100

sc h u

ng

a

9208500

Cu

9208500

Ri o

s il

o

c

l

on

768000

768500

769000

ESCALA: 1/12500 0

125 250

500

750

m 1,000

769500

9208000

Ri

o

al

B

770000




PLANO DE ELEVACIONES GEOTECNIA I

GRUPO I


PLANO N°

04


769500

770000

9212000

769000

9211500

768500

9211500

9212000

768000

Mataracocha

µ

9211000

9211000

CHAMIS

Rio

M a nz

SIMBOLOGIA

na

a

9210500

9210500

s

Drenaje Accesos Laguna

9210000

9210000

Pendiente

Grados

0.00

0.00 - 10.00 9209500

9209500

10.00 - 15.00 15.00 - 25.00 25.00 - 35.00

9209000

9209000

35.00 - 90.00

sc h u

ng

a

9208500

Cu

9208500

Ri o

s il

o

c

l

on

768000

768500

769000

ESCALA: 1/12500 0

125 250

500

750

m 1,000

769500

9208000

Ri

o

al

B

770000




PLANO DE PENDIENTES GEOTECNIA I

GRUPO I


PLANO N°

05


769500

770000

9212000

769000

9211500

768500

9211500

9212000

768000

Mataracocha

µ

9211000

9211000

CHAMIS

Rio

M a nz

na

a

9210500

9210500

s

SIMBOLOGIA

9210000

9210000

Drenaje Accesos Laguna

Geoformas

9209500

9209500

Planicie Ladera Escarpe

9209000

9209000

Valle

sc h

u ng

a

9208500

Cu

9208500

Ri o

s il

o

c

l

on

768000

768500

769000

ESCALA: 1/12500 0

125 250

500

750

m 1,000

769500

9208000

Ri

o

al

B

770000




PLANO GEOMORFOLÓGICO GEOTECNIA I

GRUPO I


PLANO N°

06


769000

769500

770000

9212000

768500

9212000

768000

B'

Mataracocha

é

9211500

B

µ

9211500

é é

C

é

SIMBOLOGÍA

Drenaje

Rio

M a nz

Laguna 9210500

s

E

Macizos rocosos 9210000

Macizo I

é

0 340

Macizo III

m

E

Macizo IV 9209500

500

750

RMR

GSI

67 52 69 58

60 50 65 50

m 1,000

m 00 0 3 D'

s il

o

l

on

769500

3100

m

9208000

c

769000

ESCALA: 1/12500 125 250

B

al o

Ri

3500 m

768500

LITOLOGIA Gravas, arenas, limos Areniscas, luttas Diorita Calizas, luttas Luttas, Cal izas

9208500

a

é

ng

3500 m

768000

MACIZO Macizo I Macizo II Macizo III Macizo IV Macizo V

31 00

sc h u

m 00 32

9208500

3400 m

Cu

Macizo V

m

9209000

9209500 9209000

Ri o

0

Macizo II

é

D

Secciones Geomecánicas

LEYENDA

m

9210000

33 00

é

na

a

é

3400 m

A'

é

9210500

Accesos

é

A

Curvas de nivel

9211000

é

9211000

C'

770000




PLANO GEOMECÁNICO GEOTECNIA I


PLANO N°

07


769500

770000

9212000

769000

9211500

768500

9211500

9212000

768000

9211000 3400 m

9211000

Mataracocha

Rio

SIMBOLOGÍA Drenaje Curvas de nivel

M a nz

Accesos

a

na

9210500

9210500

s

9210000

m

9210000

33 00

µ

0 340

LEYENDA

Inestabilidad MEDIA BAJA

9209000

9209500

ALTA

768500

769000

ESCALA: 1/12500 0

125 250

500

750

m 1,000

il

o

l

B

al o

Ri

3500 m

768000

s on

c

3500 m

769500

300 D'0 m

9208500

ga

m 3100

9208000

hu n

m 00 32

9208500

3400 m

usc

31 00

Rio C

m

9209000

9209500

m

E

Laguna

770000




PLANO DE INESTABILIDADES GEOTECNIA I


PLANO N°

08


EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS

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