Informe Final -Geologia

INFORME FINAL ESTUDIO GEOLÓGICO – GEOTÉCNICO DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO – PAUCARTAMBO, TRAMO: HUAMBUTÍO – HUANCARANI 1.0

GENERALIDADES. El presente Informe Final es el resultado del Estudio Geológico-Geotécnico de la carretera Huambutío – Huancarani – Paucartambo, Tramo: Huambutío – Huancarani. También cubre, complementariamente, aspectos relacionados a la Geomorfología,

Geología

Estructural

(Tectónica),

Geodinámica

Externa

(Movimiento de masas), Estabilidad de Taludes, Evaluación de Puentes y Pontones, Evaluación de variantes propuestas y cimentaciones de estructuras (pontones y muros de contención). En consideración a que gran parte de la vía transcurre en terrenos accidentados (farallones), se han dado mayores atenciones a los mismos para su tratamiento en la fase constructiva. 2.0

OBJETIVOS. El principal objetivo del estudio, con carácter definitivo, ha sido determinar las características geológico-geotécnicos mediante las observaciones de campo, ensayos de laboratorio y labores de gabinete, determinando la composición y comportamiento de las diferentes formaciones geológicas (rocas y suelos) en las que se emplaza la carretera en referencia, adoptándose las medidas correctivas y/o recomendaciones correspondientes, de tal forma que se garantice la estabilidad de la carretera, un tráfico regular y la seguridad necesaria, cuando pase a prestar servicios mediante un mayor volumen de tráfico en las nuevas condiciones y/o características viales. Otros objetivos del estudio también lo constituyen: -

Conocer las características fisiográficas y geomorfológicas por las que atraviesa el tramo.

ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

-

Efectuar estudios de cimentación de nuevos pontones.

-

Definir las condiciones de Geodinámica Externa del tramo, determinando la magnitud y actividad de derrumbes, huaycos, erosión de plataformas u otros desplazamientos de masas que puedan tener incidencia en la vía.

-

Analizar, evaluar los problemas de estabilidad de taludes y emitir recomendaciones de solución para evitar y/o controlar su ocurrencia.

-

Analizar las condiciones de sensibilidad sísmica de la zona en que se emplaza la vía y determinar los parámetros respectivos para ser adoptado en el método de Equilibrio Límite y/o diseño de estructuras.

3.0 METODOLOGÍA. El estudio en ejecución, comprendió tres fases: Etapas de Gabinete. Se subdividió en:  Gabinete I. Comprendió la recopilación, selección y evaluación de la información técnica y bibliográfica disponible, que consistió en: -

Estudio de Factibilidad para el Mejoramiento de la Carretera Huambutío – Huancarani – Paucartambo, Tramo I: Huambutío – Huancarani – Paucartambo, de Agosto del 2006.

-

Boletín Nº 52 y 65 del INGEMMET y Geología de los Cuadrángulos de Cusco y Calca, hojas: 28S y 27S.

-

Interpretación de fotografías aéreas del Servicio Aerofotográfico Nacional (escala 1:40,000), proporcionadas por INGEMMET.



Gabinete II. Se efectuó luego de culminada la fase de campo (propiamente del estudio) y consistió en el análisis de resultados de ensayos de laboratorio de suelos y/o rocas extraídas, complementadas con la


ejecución de reajustes, cálculos, dibujos y finalmente culmino con la elaboración del presente informe. Etapa de Campo. Cubrió los siguientes procedimientos: -

Recorrido pedestre de la actual carretera y variantes propuestas, consiguientemente evaluación de áreas con problemas geodinámicos.

-

Determinación in situ de las características geológico-geotécnicas especificas del eje definido.

-

Ejecución de calicatas y/o trincheras de exploración, de acuerdo a los requerimientos correspondientes (taludes inestables o con fines de cimentación).

-

Las investigaciones geotécnicas in situ corresponden a pruebas de capacidad portante de suelos con penetrómetro portátil, clasificación geomecánica RMR y SMR, y pruebas prácticas de campo para obtener resistencia a la comprensión simple (MPa).

Ensayos de Laboratorio. Se efectuaron después de la fase de campo y consistió en la ejecución de análisis mecánico por tamizado, limites de Atterberg, contenido de humedad, peso unitario, clasificación SUCS y corte directo para suelos y ensayos de compresión simple (uniaxiales) para rocas. 4.0

INTERPRETACIÓN DE FOTOGRAFÍAS AÉREAS Las fotografías aéreas han sido de vuelos tipo USAF a escala 1/40,000 del SAN (Servicio

Aerofotográfico

Nacional)

proporcionadas

por

INGEMMET, las

observaciones de los mismos nos han permitido determinar que la actual carretera transcurre mayormente en una morfología predominante agreste (por la presencia de farallones en el subtramo intermedio), mediante cortes en laderas de cerros de moderada a abruptas pendientes, en formaciones geológicas ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

variadas, rocas sedimentarias, volcánicas y metamórficas cubiertas mayormente por depósitos cuaternarios: coluviales, aluvionales y eventualmente aluviales.

Los cerros se caracterizan por presentar considerables alturas con pendientes variadas, mayormente fuertes, incluyendo en grandes trechos farallones, disectados por riachuelos o quebradas en las partes bajas, con secciones angostas y cauces profundos.

El drenaje predominante es de tipo sub-paralelo, y estructuralmente están afectadas por fallamientos que se orientan siguiendo el rumbo del Sistema Andino.

Las referidas características nos han permitido concluir que la actividad

de

fenómenos de geodinámica externa es manifiesta; por cuanto, la amplitud de los mismos, en el periodo trascurrido durante su vida útil, se han acrecentado progresivamente, porque el tramo geodinámicamente tiene efectos de media a elevada

intensidad;

porque

los

diferentes

promontorios

presentan

una

estabilidad variable, con frecuentes propensiones a caídas de bloques y fragmentos rocosos.

La presencia de cortes altos en la zona de farallones, con pendientes fuertes y en rocas fracturadas y/o depósitos coluviales, las hacen sensibles a los fenómenos de geodinámica externa, tales como derrumbes, desprendimientos de rocas, huaycos y erosión de plataformas. Estos procesos tienen relación con la litología variable conformada por rocas sedimentarias, volcánicas y metamórficas muy fracturadas, diaclasadas y falladas. Todos estos fenómenos naturales y artificiales (cortes que aminoraron los soportes laterales de las laderas originales) ocasionan la inestabilidad y desequilibrio en los actuales taludes, generando riesgo geodinámico que, incentivados por efectos de gravedad, sismos y eventualmente lluvias, contribuyen a incrementar la propensión a inestabilidades. ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

5.0 ASPECTOS GEOMORFOLÓGICOS Y FISIOGRÁFICOS. La zona de interés, fisiográficamente, se encuentra ubicada en la Cordillera Oriental. La carretera actual transcurre por laderas de esta Cordillera, caracterizada por pendientes de medianas a pronunciadas, atravesadas por eventuales quebradas, siendo notables la presencia de farallones. La carretera en sus inicios, hasta el Km. 3+300 transcurre mediante desarrollos sucesivos, cortando depósitos aluviales, aluvionales y coluviales; y aislados afloramientos rocosos, superficialmente fracturados y/o alterados, con moderada estabilidad. Entre los Km. 3+300 al 13+700 la vía transcurre por corte a media ladera en cerros de fuertes pendientes (farallones) y en el subtramo complementario del Km. 13+700 al 24+100 se emplaza en una topografía de laderas de pendientes menos pronunciadas que en el anterior. A continuación se procede a la descripción individualizada de las unidades conformantes: 5.1 Laderas Esta unidad corresponde a las faldas de que tienen una topografía suave a moderada, que se encuentran cubiertas por depósitos coluviales, aluviales y aluvionales. En algunos trechos, en sus laderas superiores encontramos bloques rocosos aislados que, por efectos de la erosión de los finos, se presentan inestables. Corresponde a las progresivas 0+000 al 3+300 y 13+700 al 24+100. 5.2 Farallones Esta unidad corresponde a una topografía irregular y agreste conformada por cerros elevados con laderas de fuerte pendiente, por lo que la carretera transcurre en cortes altos a media ladera. El considerable

grado de

fracturamiento y diaclasamiento natural, complementado con el inadecuado uso de explosivos en los cortes de la fase constructiva incrementaron la


inestabilidad, propiciando que en las laderas superiores, la presencia de diversos bloques libres se encuentran en estado de equilibrio critico. Esta unidad es la que mayor influencia tiene dentro de la inestabilidad de los taludes de la carretera y corresponde a los Km. 3+300 al 13+700. 5.3 Quebradas Las quebradas del tramo se caracterizan por ser de régimen irregular con cauces profundos por un evidente predominio

en efectos erosivos

verticales que los laterales, favorecidos por las gradientes hidráulicas, los materiales de acarreo, predominantemente gruesos y hasta bloques, bolones, conforman eventuales huaycos. Las quebradas de mayor trascendencia corresponden a Sierra Bella, Huayllabamba y Chacabamba, por acarrear consigo mayores caudales. 6.0 GEOLOGÍA REGIONAL. La zona de estudio presenta afloramientos de diferentes unidades geológicas que van desde el Ordovícico hasta los Depósitos Cuaternarios, como se describe a continuación: 6.1

Ordovícico. 6.1.1

Formación Urcos Esta unidad aflora al SE de la zona de estudio la litología esta compuesta por pizarras, pizarras lutaceas, esquistos pizarrosos, cuarcitas y arenas cuarciticas, de esta variedad litológica las pizarras son las predominantes, alcanzando un 80% constituye la litología característica que a su vez controla la morfología. Esta formación

tiene

intercalación

de

areniscas

cuarciticas

blanquecinas. Estas rocas se encuentran en algunas progresivas intemperizadas formando depósitos eluviales.


6.1.2

Formación Paucartambo. Esta unidad aflora en el anticlinal de Paucartambo y corresponde a una secuencia de pizarras y esquistos, algunas veces calcárea, de coloraciones

grises

a

negros,

sin

estratificación

visible,

intercaladas con aislados niveles de cuarcitas. 6.2

Paleozoico Superior. 6.2.1

Grupo Mitu. Las

unidades

litoestratigráficas

del

Grupo

Mitu,

son

las

formaciones Pisaq y Pachatusan, en la zona de estudio aflora la Formación Pisaq. 6.2.1.1 Formación Pisaq. Esta formación aflora al Suroeste, de la comunidad de Huancarani

litológicamente

esta

conformada

por

conglomerados, intercalados con areniscas y limonitas rojas. Los conglomerados contienen clastos volcánicos y cuarcitas. 6.2.1.2 Formación Huambutío. Esta formación aflora en la localidad de Huambutío y litológicamente esta compuesta por una secuencia de areniscas cuarcíticas, limonitas rojas y yesos además se encuentran lutitas rojas y algunos niveles de caliza. 6.2.1.3 Formación Rumicolca. Este volcanismo esta caracterizado por coladas de lavas de dimensiones pequeñas y raros conos de escorias. Todos estos cuerpos volcánicos han sido descritos como andesitas siendo su litología muy similar de un afloramiento a otro. Este afloramiento se encuentra a las orillas del Rió Vilcanota.


6.3

Mesozoico. 6.3.1

Formación Huambutío. Esta unidad sobreyace en discordancia erosional o débil discordancia angular al Grupo Mitu. La Formación Huambutío está compuesta por conglomerados, microconglomerados, brechas, y areniscas feldespáticas, de color rojo violáceo, por lo que frecuentemente es confundido con el Grupo Mitu. Los conglomerados están principalmente constituidos por clastos de rocas volcánicas provenientes de la erosión del Grupo Mitu y en algunos niveles se han encontrado clastos de cuarcitas y pizarras paleozoicas, así como lutitas rojas y niveles delgados de calizas.

6.4

Neógeno. 6.4.1

Formación Rumicolca. Esta unidad está caracterizada por coladas de lavas de dimensiones pequeñas y aislados conos de escorias. Todos los cuerpos

volcánicos

han

sido

descritos

como

andesitas

piroclásticas. 6.5

Cuaternario. 6.5.1

Depósitos Aluviales. Constituyen materiales antiguos depositados en las márgenes de los cursos como terrazas, que corresponden principalmente a la desembocadura de las quebradas. Los que están conformados por grandes bloques de areniscas, calizas, intrusivos etc., envueltos por una matriz areno-arcillosa y limosa.

6.5.2

Depósitos Fluviales. Estos

depósitos

constituyen

los

materiales

heterométricos

depositados recientemente en el cauce de las quebradas y ríos. ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

Estás acumulaciones detríticas constan de elementos como arenas y gravas, provenientes de la desintegración gradual del sub-stratun pre-cuaternario. 7.0 GEOLOGIA LOCAL.

Las observaciones efectuadas en los diferentes cortes de carretera, cauces de quebradas, afloramientos rocosos superficiales y/o subsuperficiales nos han permitido reconocer las diferentes unidades estratigráficas por los que se emplazan el tramo que nos ocupa y que comprende del Ordovícico hasta el Cuaternario Reciente (ver clasificación de materiales en el cuadro Nº 1), como se expone a continuación:

7.1 Formación Urcos.

Esta unidad aflora al SE de la zona de estudio, su litología está compuesta por esquistos pizarrosos y cuarcitas. De esta variedad litológica, los esquistos son las predominantes. Esta formación presenta intercalaciones eventuales de areniscas cuarcíticas blanquecinas. Los esquistos pizarrosos presentan taludes muy inestables, como es notable en las proximidades de Huancarani. Estas rocas tienen la particularidad que

después

de

los

cortes

y/o

excavaciones

para

talud,

el

desconfinamiento de los materiales origina desplazamientos progresivos, es decir, la relación esfuerzo – resistencia en el interior del talud, una vez iniciada la deformación, evoluciona desfavorablemente hasta provocar la caída de los materiales afectados, más aún en presencia de aguas de infiltración, que al elevar las presiones intersticiales, provocan la disminución de la capacidad de resistencia al corte de los suelos superficiales y consiguientemente los desplazamientos pendientes abajo.

Esta unidad se presenta de manera discontinua entre las progresivas 14+100 al 14+400.


7.2 Formación Pisac. Esta formación aflora al Suroeste, de la comunidad de Huancarani, litológicamente está conformada por conglomerados intercalados con areniscas y limonitas rojas. Los conglomerados contienen clastos volcánicos y cuarcitas. Las areniscas son duras al golpe, presentando fracturamiento irregular, para su remoción es necesario el uso de explosivos. Son buenas para fines de cimentación, como materiales de construcción pueden utilizarse de la vía. Las limolitas son sensibles al fracturamiento, la estabilidad de sus estratos pueden considerarse moderada para condiciones naturales, mas no así para cortes artificiales; donde su fácil disgregación ocasiona desplazamientos de materiales, dejando sin base de sustentación al estrato superior de areniscas o conglomerados. En los cortes de talud es notorio un sistema de diaclasamiento que corta el rumbo de los estratos con buzamiento vertical, que hace que se produzcan aislados desprendimientos de bloques medianos a pequeños. Para su remoción, por sus condiciones de fracturamiento generalmente no necesita el uso de explosivos, o relativamente muy poco, solamente el uso de tractores. Esta unidad superficialmente se encuentra cubierta por depósitos coluviales, aluviales y aluvionales. Esta unidad es atravesada por el eje vial de manera discontinua entre las progresivas 5+400 al 12+700. 7.3 Formación Huambutío. Esta formación aflora en la localidad de Huambutío y litológicamente está compuesta por una secuencia de areniscas cuarcíticas, limolitas rojas y yesos además se encuentran lutitas rojas y algunos niveles de caliza. ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

La presencia de yeso constituye un problema notable; por cuanto, cuando están expuestas al medio ambiente y/o en los cortes de carretera, en ocurrencia de precipitaciones pluviales, se diluyen y/o descomponen los minerales conformantes y, es de señalar que la ocurrencia de cavidades por disgregación podrían llegar a la roca existente debajo de la plataforma vial y ocasionar asentamientos de la misma, consiguientemente, se originan cavidades profundas y de variadas aberturas. Esta unidad es afectada mediante cortes discontinuos por la carretera entre las progresivas Km. 1+290 al 1+940. 7.4 Formación Paucartambo. Aflora en gran parte de la zona de estudio, su litología esta compuesta por pizarras y esquistos con algunos niveles calcáreos y pequeños bancos de cuarcitas y areniscas blancas. Las pizarras y esquistos se encuentran poco alterados y meteorizados. Las pizarras esquistosas presentan superficialmente fracturamientos y meteorización superficial, alcanzando espesores de 0.10 a 0.50 m. sobre este afloramiento se apoyan fragmentos rocosos y/o depósitos coluviales o aluviales. Esta unidad tiene un comportamiento geotécnico similar a la Formación Urcos, caracterizada por frecuentes inestabilidades en los taludes de corte. La carretera afecta a esta unidad mediante cortes bajos a medios entre las progresivas 22+050 al 23+800. 7.5 Depósitos Cuaternarios. Están

considerados

como

depósitos

cuaternarios

todos

aquellos

sedimentos inconsolidados que se han encontrado generalmente cubriendo a las Formaciones descritas anteriormente, los mismos que ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

han sido clasificados en consideración a su origen y sus características físicas y mecánicas. En la ruta tienen presencia preponderante, por cuanto cubre gran parte de las otras unidades geológicas, pero superficialmente. 7.5.1

Depósitos Aluvionales. Son depósitos que han sido transportados como flujos de lodo, se encuentran cubriendo a los rocosos, conformando conos de deyección de antiguas quebradas mayores y consisten en una mezcla de bolones, cantos rodados y gravas englobados en una matriz de arenas y limos, generalmente mal graduados, de bordes subredondeados

a

subangulosos,

de

espesores

variables,

presentando una baja a mediana plasticidad y con una estabilidad de moderada a buena. 7.5.2

Depósitos Fluvio - aluviales. Son materiales de acarreo fluvial de quebradas que han sido depositados

rellenando

las

depresiones

y/o

formando

acumulaciones de diversos espesores en las márgenes de las mismas.

Estas

acumulaciones

son

detritus

fluviales

heterométricos (sedimentos inconsolidados), Litológicamente están formadas por conglomerados de bolones y cantos rodados (50 – 60%), gravas (30 - 40%), arena gruesa (10 20%), los elementos gruesos presentan formas sub-redondeadas a redondeadas, ello por el transporte que han sufrido desde sus orígenes,

siendo

sus

componentes

predominantemente

de

fragmentos de rocas pizarras esquisitosas areniscas y andesitas. Estos materiales excepto las pizarras esquistosas son adecuados como canteras por presentar elevada dureza y ser resistentes a la acción de intemperismo, siendo posible su uso para base y sub base, previo chancado y zarandeo.


Estos depósitos son atravesados por la carretera en trechos pequeños que conforman las quebradas mayores de Sierra Bella, Huayllabamba y Chacabamba. 7.5.3

Depósitos Coluviales. Estos depósitos se encuentran cubriendo parcialmente las diferentes laderas de los cerros y lomadas que se han originado por procesos de intemperismo y acción de la gravedad. Están compuestos por fragmentos angulares del tamaño de cantos y gravas (aisladamente fragmentos mayores), englobados en una matriz areno-limosa y/o limo-arcillosa. El porcentaje de la relación clastos/aglutinantes, así como los espesores, varían por trechos.

Estos depósitos, por lo general, tienen poca distancia de transporte en relación a la roca de origen. Se localizan cubriendo a diferentes Formaciones geológicas, con amplia presencia en los cortes viales.

Predominantemente presentan una compacidad moderada buena, pudiendo aprovecharse como materiales de relleno si los fragmentos rocosos (de andesitas y areniscas solamente) se encuentran poco meteorizados y/o alterados.

En taludes naturales, con cubiertas vegetales, son estables; pero en cortes artificiales, desprovistos de vegetación, son propicios al inicio de desplazamientos. En el trato presentan propensión a inestabilidades en los cortes altos.

7.5.4

Depósitos Mixtos ó Poligenéticos. Son mezclas o intercalaciones de depósitos cuaternarios antes descritos y que han sido afectados por los cortes viales.


7.6 Cuadro de descripción geológica del tramo por sectores homogéneos. SUBTRAMO

1

2

3

4

PROGRESIVA (KM.)

0+000 – 1+500

DESCRIPCION El sub-tramo atraviesa por laderas predominantemente conformado por depósitos aluviales y/o aluvionales con cortes bajos a medios, por lo que la ocurrencia de desplazamientos de masas es mínima o nula. El sub-tramo atraviesa en desarrollos depósitos aluvionales y/o coluviales y eventualmente afloramientos rocosos de la Formación Huambutío.

1+500 – 3+600

3+600 – 14+100

14+100 – 24+400

Los cortes son medios a altos por lo que eventualmente se producen derrumbes y/o desprendimientos de fragmentos rocosos. El sub-tramo atraviesa con cortes altos una zona de farallones con predominancia de presencia rocosa intercalada irregularmente por depósitos coluviales. La zona está propensa a derrumbes. Afecta a afloramientos rocosos de las Formaciones Paucartambo y Pisac. El sub-tramo atraviesa por laderas predominantemente conformado por depósitos coluviales y/o aluvionales con cortes bajos a medios, por lo que la ocurrencia de desplazamientos de masas es mínima y de escasa envergadura.

ZONIFICACION DE ESTABILIDAD DE TALUDES Zona de buena estabilidad. (Z.E.)

Zona de estabilidad dependiente. (Z.E.D.)

Zonas inestables. (Z.I.)

Zona de estabilidad dependiente. (Z.E.D.)

Afecta afloramientos rocosos de la Formación Pisac.

8.0 GEODINÁMICA INTERNA (SENSIBILIDAD SISMICA DEL TRAMO).


La actividad sísmica en el país es el resultado de la interacción de las placas tectónicas de Nazca y Sudamericana y de los reajustes que se producen en la corteza terrestre como consecuencia de la interacción y la morfología alcanzada por el Aparato Andino. Los principales rasgos tectónicos de la región occidental de Sudamérica, como son la Cordillera de los Andes y la Fosa Oceánica Perú-Chile, están relacionados con la alta actividad sísmica y otros fenómenos telúricos de la región, como una consecuencia de la interacción de dos placas convergentes cuya resultante más saltante precisamente es el proceso orogénico contemporáneo constituido por los Andes. La teoría que postula esta relación es la Tectónica de Placas o Tectónica Global (Isacks et al, 1968). La idea básica de esta teoría es que la envoltura más superficial de la tierra sólida, llamada Litósfera (100 Km), está dividida en varias placas rígidas que crecen a lo largo de estrechas cadenas meso-oceánicas casi lineales; dichas placas son transportadas en otra envoltura menos rígida, la Astenósfera, y son comprimidas o destruidas en los límites compresionales de interacción, donde la corteza terrestre es comprimida en cadenas montañosas o donde existen fosas marinas (Berrocal et al, 1975). Los rasgos tectónicos superficiales más importantes en el área de estudio son: - La Fosa Oceánica Perú-Chile. - La Dorsal de Nazca. - La porción hundida de la costa norte de la Península de Paracas, asociada con un zócalo continental más ancho. - La Cadena de los Andes. - Las unidades de deformación y sus intrusiones magmáticas asociadas. - Sistemas regionales de fallas normales e inversas y de sobre escurrimientos. 8.1 Sismicidad Histórica. La información sobre la sismicidad histórica del Perú data de tiempo de la conquista y colonización del país y se encuentra esparcida en diferentes obras inéditas, manuscritos, crónicas y diversos informes de parte de los clérigos y gobernantes de ése entonces.


Gran parte de esta información ha sido recolectada por Polo (1904), Barriga (1939), Silgado (1978) y Dorbath et al, (1990). En general, los autores indican que el sismo más antiguo para el cual se dispone de información data del año 1513. Es importante considerar que la calidad de estos datos dependerá de la distribución y densidad de la población en las regiones afectadas por estos movimientos sísmicos. Por tanto, existe la posibilidad de que hayan ocurrido sismos importantes en áreas no pobladas o próximas a localidades con las cuales era difícil la comunicación. De ahí la ausencia de información sobre sismos que pudieran haber ocurrido en la zona subandina, donde se desarrolla el tramo de interés. Entre los sismos más importantes ocurridos en la Región Norte del Perú se menciona a sismos de 1619 y 1953 (VIIIMM), que produjeron muerte y destrucción en Trujillo y Tumbes. En la Región Central sobresalen los sismos ocurridos en 1586 (IXMM), primer sismo para el cual se tiene documentación histórica; 1687 (VIIIMM) y 1746 (XMM), los mismos que destruyeron casi completamente a la ciudad de Lima. El sismo de 1746 genero un tsunami con olas de 15-20 m. de altura que inundó totalmente al Puerto del Callao. En la Región Sur, ocurrieron sismos muy importantes en 1604 (IXMM), 1748 (XMM) y 1868 (XMM) que destruyeron principalmente a las ciudades de Arequipa, Moquegua, Tacna, Puno y Norte de Chile. El terremoto de 1868 habría producido una longitud de ruptura del orden de 500 Km. y un tsunami con olas de 12 a 16 m. de altura. En el interior del continente ocurrieron sismos importantes en 1650 (VIIMM), 1946 (IXMM) y 1947 (VIIIMM) que produjeron muerte y destrucción en las ciudades del Cusco, Huaraz y Satipo respectivamente.


En la siguiente Tabla Nº 1 se muestra la historia sísmica de los últimos 4 siglos, ocurridos en la región Cusco. Tabla Nº 01 HISTORIA SÍSMICA DEL TRAMO HUAMBUTIO – HUANCARANI Nº 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

LUGAR

AÑO

FECHA MES DIA

HORA

INTENSIDAD M.M.

Cusco

1604

11

29

18:30

VI

Cusco

1707

09

18

05:00

V II

Cusco

1742

03

25

02:00

VI

Cusco

1744

11

19

11:30

VI

Cusco

1804

04

22

00:00

VI

Paucartambo

1928

05

17

10:55

VI

Paucartambo

1942

04

25

12:53

V

Cusco

1946

08

24

22:50

IV

Yucay

1945

02

21

10:48

III

Quillabamba

1950

10

31

15:00

IV

Marcapata

1950

01

17

05:00

IV

Chuicheros

1950

05

21

18:37

IV

Ocopata

1950

05

21

18:37

V

Urcos

1951

03

13

09:00

III

Anta

1952

02

26

11:30

III

Urabamba

1952

02

26

01:15

III

Curahuasa

1953

03

30

22:16

V

Quillabamba

1960

01

13

15:40

IV

Anta

1975

06

05

20:29

III

Calca

1975

06

05

19:17

III

Paucartambo

1980

06

03

19:17

III

Ollantaytambo

1980

06

03

05:05

III

8.2 Sismicidad Instrumental. ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

Las características de la distribución espacial de la actividad sísmica instrumental ocurrida entre 1960 y 1995 (mb > 5.0), puede ser analizada en la Figura 1. Según Tavera y Bufom (1998), los sismos con foco superficial (círculos) se producen en la zona oceánica y se distribuyen en dirección paralela a la línea de costa. En esta zona se producen con relativa frecuencia sismos de magnitud elevada como el ocurrido en 1970 (mb = 6.4), el mismo que es considerado como uno de los más catastróficos en el mundo por haber producido la pérdida de 67000 personas, 250000 desaparecidos y 180000 heridos. La sismicidad esta directamente asociada a la fricción de placas dentro del proceso de subducción de la placa de Nazca bajo la Sudamericana. Un segundo grupo de sismicidad con foco superficial se localiza en el interior del continente y debería su origen al proceso de subsidencia del escudo brasileño bajo la Cordillera Andina y a la deformación cortical que se produce en la Alta Cordillera, siendo estos sismos menores en magnitud y frecuencia. El sismo de mayor magnitud ocurrido en el continente y para el cual se cuenta con información, es el de 1991 (mb = 6.4), el mismo que produjo innumerables pérdidas humanas y económicas en las localidades de Moyobamba, Soritor y Rioja. En general, la sismicidad sobre el territorio peruano muestra las zonas de mayor deformación superficial. Asimismo, los sismos con foco intermedio (cuadrados) se distribuyen en superficie de manera irregular; sin embargo, es posible identificar tres grupos.


El primero se distribuye paralelo a la línea de costa por debajo de los 9º S y se caracteriza por la frecuente ocurrencia de sismos de magnitud elevada, como los ocurridos en 1983 (6.1) y 1993 (6.3) los mismos que presentan magnitudes mb que varían entre 6.1 y 6.5. El segundo grupo se localiza en la región Norte y Centro, con sismos que se distribuyen a lo largo de la Cordillera Oriental y la Zona Subandina siguiendo alineamientos Norte-Sur. El tercer grupo más importante, se distribuye sobre toda la región Sur presentando un mayor índice de sismicidad respecto a las zonas anteriores. Finalmente, los sismos con foco profundo se localizan en la región central cerca del borde Perú-Brasil y en la región Sur en el borde Perú-Bolivia. Esta actividad sísmica es mayor en la primera región (6° - 11° Sur) y, sigue un aparente alineamiento N-S; mientras que, la segunda es menos numerosa y mas dispersa. 8.3 Principales Fuentes Sismogénicas. Se denominan fuentes sismo génicas aquellas zonas en las que se puede considerar que los terremotos presentan características comunes y por lo tanto se pueden asociar a una misma fuente. Las herramientas más importantes para establecer los límites de las zonas sismogénicas son los mapas de distribución espacial de sismos, ya que se debe ser minucioso en la interpretación de los datos geológicos puesto que, las características tectónicas más evidentes sobre el terreno no son generalmente las más activas. A continuación se describen las principales tres zonas sismogénicas presentes en el Perú a diversos niveles de profundidad (Figuras 2 y 3).


Los sismos de foco superficial, representados por círculos, localizados entre la línea de fosa y la dirección en esta, forman la fuente sismogénica más importante, produciéndose en ella, sismos de magnitud elevada con relativa frecuencia. Una segunda fuente de sismicidad se localizaría en el interior del continente, siendo los sismos menores en magnitud y frecuencia. Estos sismos se distribuyen próximos a los sistemas de fallas de Moyobamba (San Martín), Cordillera Blanca (Ancash), Satipo y Huancayo (Junín), Figura 2. Los sismos de focos intermedios se producen debido a tres fuentes sismogénicas simbolizados por cuadrados: la primera es paralela a la línea de costa por debajo de los 9° Sur, la segunda considera a los sismos distribuidos en el Norte y Centro de la Cordillera Oriental y la Zona Subandina. La tercera fuente abarca finalmente los sismos que se distribuyen solo siendo mayor el número de sismos con respecto a las zonas anteriores. Estas fuentes se muestran en la Figura 3. Finalmente, los sismos de foco profundo son parte de dos fuentes sismogénicas indicadas en la Figura 3. La primera en la región Central cerca del borde de Perú Brasil, y la segunda en la región Sur en el borde Perú- Bolivia, triángulos. Una característica de cada fuente es el valor del coeficiente de relación propuesta por Gutemberg y Richter (1944). Log N = a-b M Donde: N = Numero de terremotos de magnitud igualo mayor que M. a = Coeficiente de actividad sísmica b = Indicativo de proporción que hay entre terremotos grandes y pequeños de la zona. ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

En esta relación, el parámetro b es el más importante ya que se le asigna implicancias sísmicas y tectónicas. Según Miyamura (1962), de acuerdo a la variabilidad regional y al desarrollo tectónico de cada región se evidencia que los valores altos de b (1.0-1.8), son caracterizados por zonas de bandas circunpacíficas y alpinas, los valores intermedios de b (0.6-0.7), corresponderían a zonas de deriva y plataformas continental. Asimismo, los valores de b por debajo de 0.5 serían propios de estructuras antiguas. Los valores de b estimados para Perú, Bernal (2002), varían entre 1.251.29, para sismos de foco superficial; para sismos con foco intermedio, el valor de b es de 1.17. En general, si se considera el total de la sismicidad que ocurre en Perú a todos los niveles de profundidad el valor de b es 1.22. Estos valores sugieren que el Perú es un país altamente sísmico debido principalmente a la juventud de todos los procesos geodinámicos que en ella ocurren. En la Figura 4, se muestra los diferentes gráficos de frecuencia - intensidad elaborada para cada departamento y en ella se observa que para los departamentos localizados en la costa el número de sismos con intensidades altas es mayor con relación a los distribuidos en el interior del continente. Así, el departamento de Lima presenta el mayor número de sismos con intensidades elevadas seguida de Arequipa, lea y Ancash. Para los departamentos localizados en la Alta Cordillera, el número de sismos con intensidades altas es menor sobresaliendo el departamento de Junín con 20 I = III MM y 8 con I = IV MM. En los departamentos localizados en la Zona Subandina, que es la zona donde se desarrolla nuestro proyecto que corresponde al Departamento de Cusco, el número de sismos con intensidad elevada es casi nula y/o mínima.


En la Figura 5, se presenta los resultados obtenidos en el estudio y la propuesta de Zonificación Sísmica Preliminar para el Perú por I. Bernal y F. Tavera del Instituto Geofísico del Perú. De acuerdo a esta figura, los departamentos de Ancash, Lima, Ica y Arequipa son los de mayor susceptibilidad a ser afectados por un mayor número de sismos que generan intensidades mayores o iguales a IV MM.

Los departamentos de Tumbes, Piura, Moquegua y Tacna presentan un nivel de sismicidad media, aunque de manera puntual y poco frecuente, estos han sido afectados por sismos importantes y quizás sea conveniente para su evaluación considerar un periodo mayor de datos.

Los departamentos con nivel de sismicidad media son Lambayeque, La Libertad y San Martín, aunque este último departamento fue afectado por sismos de considerable intensidad en 1990 y 1991 (Imax = VI MM).

En el resto de los departamentos se observa un nivel de sismicidad baja (Cusco), excepto Loreto, Ucayali y Puno que son considerados como departamentos con nivel de sismicidad nula.

8.4 Consideraciones de la Norma E.030 de Diseño Sismo Resistente.

El territorio nacional se considera dividido en tres zonas, como se muestra en la Figura 6. La zonificación propuesta se basa en la distribución espacial de la sismicidad observada, las características generales de los movimientos sísmicos y la atenuación de éstos con la distancia epicentral, así como en información neotectónica.

A cada zona se asigna un factor Z según se indica en la Tabla N° 1.

Este factor se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10 % de ser excedida en 50 años.


Tabla N° 1 Factores de Zona ZONA 3 2 1

Z 0.4 0.3 0.15

No se considerarán parámetros de diseños inferiores a los indicados en esta Norma. El Tramo Huancarani - Huambutío está incluido totalmente en la Zona N° 2, por lo que el factor de zona considerado es de 0.3. Para los efectos de esta Norma, los perfiles de suelos se clasifican tomando en cuenta las propiedades mecánicas del suelo, el espesor del estrato, el período fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte.

Los tipos de perfiles de suelos son cuatro:

a)

Perfil tipo S1: Roca o suelos muy rígidos. A este tipo corresponden las rocas y los suelos muy rígidos con velocidades de propagación de onda de corte similar al de una roca, en los que el período fundamental para vibraciones de baja amplitud no excede de 0,25 s, incluyéndose los casos en los que se cimienta sobre:

-

Roca sana o parcialmente alterada, con una resistencia a la compresión no confinada mayor o igual que 500 kPa (5 kg/cm2).

-

Grava arenosa densa.

-

Estrato de no más de 20 m de material cohesivo muy rígido, con una resistencia al corte en condiciones no drenadas superior a 100 kPa (1 kg/cm2), sobre roca u otro material con velocidad de onda de corte similar al de una roca.


Estrato de no más de 20.0 m de arena muy densa con N > 30,

-

sobre roca u otro material con velocidad de onda de corte similar al de una roca.

b)

Perfil tipo S2: Suelos intermedios. Se clasifican como de este tipo los sitios con características intermedias entre las indicadas para los perfiles S1 y S3.

c)

Perfil tipo S3: Suelos flexibles o con estratos de gran espesor. Corresponden a este tipo los suelos flexibles o estratos de gran espesor en los que el período fundamental, para vibraciones de baja amplitud, es mayor que 0,6s, incluyéndose los casos en los que el espesor del estrato de suelo excede los valores siguientes de la Tabla 2: Tabla Nº 2 Resistencia al corte típico

Espesor del

en condición no drenada

estrato

Suelos Cohesivos

(kPa)

(m) (*)

Blandos Medianamente

<25

20

compactos Compactos

25 – 50

25

50 – 100

40

Muy compactos

100 – 200

60

Valores N típicos en

Espesor del

ensayos De penetración estándar

estrato

Suelos Granulares Sueltos Medianamente densos Densos

(SPT) 4 – 10 10 – 30 Mayor que 30

(m) (*) 40 45 100

(*) Suelo con velocidad de onda de corte menor que el de una roca.

d)

Perfil Tipo S4: Condiciones excepcionales


A este tipo corresponden los suelos excepcionalmente flexibles y los sitios

donde

las

condiciones

geológicas

y/o

topográficas

son

particularmente desfavorables. Deberá considerarse el tipo de perfil que mejor describa las condiciones locales, utilizándose los correspondientes valores de Tp y del factor de amplificación del suelo S, dados en la Tabla N° 3. En los sitios donde las propiedades del suelo sean poco conocidas se podrán usar los valores correspondientes al perfil tipo S3. Sólo será necesario considerar un perfil tipo S4 cuando los estudios geotécnicos así lo determinen. Tabla Nº 3 Parámetros del Suelo Tipo

Descripción

Tp (S)

S

S1

Roca o suelos muy rígidos

0,4

1,0

S2

Suelos intermedios

0,6

1,2

0,9

1,4

*

*

S3 S4

Suelos flexibles o con estratos de gran espesor Condiciones excepcionales

(*) Los valores de Tp y S para este caso serán establecidos por el especialista, pero en ningún caso serán menores que los especificados para el perfil tipo S3. 8.5 Aceleraciones Sísmicas. En el Perú se utilizan los mapas de isoaceleraciones sísmicas publicados por Alva y Castillo en 1985, las cuales varían entre valores de 0.26 y 0.20 en la zona del proyecto, disminuyendo conforme se avanza hacia el Este. El estudio probabilística de peligro sísmico se ha considerado las fuentes sismogénicas como áreas. Para el sismo de diseño se ha determinado un rango de valores de aceleración máxima de 0.28 a 0.29 g. y un rango ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

de aceleraciones efectivas de 0.18 a 0.20 g. Se recomienda el empleo de las aceleraciones efectivas del sismo de diseño. Para el método de diseño pseúdo-estático de taludes se recomienda valores de 0.15 a 0.20. En la Figura 7, se muestra el mapa de isoaceleraciones para un 10% de excedencia en 50 años.


Figura 1 Mapa de la Sismicidad en Perú para el período 1960-1995, mb>5 (NEIC e IGP), distribución de los sismos con foco superficial (h>60km.) Indicado por los círculos, sismos de foco intermedio (60 km. < h < 300 km.) indicados con cuadrados y sismos de foco profundo (300 km. < h) indicados con triángulos.


Figura 2 Mapa de Sismicidad del Perú, para el período 1960-2000 (Mb > 5.0) las áreas circulares indican las fuentes sismogénicas para sismos con foco superficial representados por círculos.


Figura 3 Mapa de Sismicidad del Perú, para el período 1960-2000 (Mb > 5.0) las áreas marcadas por los elipsoides indican las principales fuentes sismogénicas para sismos con profundidad intermedia (60 < h > 300) y los cuadrados para sismos con foco profundo (h > 300).


Figura 4 Gráficos de Frecuencia – Intensidad para Sismos Ocurridos en Perú entre 1964-2000.


Figura 5 Mapa de Zonificación Preliminar para el Perú a partir de la frecuencia intensidad de los sismos ocurridos entre 1964-2000.


Figura 6 Zonas Sísmicas definidas en la Norma Técnica E.030 de Diseño Sismo Resistente


Figura 7 Mapa de Isoaceleraciones para un 10% de excedencia en 50 años.


9.0

GEOLOGÍA ESTRUCTURAL O TECTÓNICA.

Los tramos que nos ocupan, tectónicamente, constituyen una zona de deformación media alta por la presencia de fracturamientos intensos, fallamientos aislados, tanto regionales como locales; sin embargo, actualmente estos fallamientos no son activos, tal como se ha podido observar en el reconocimiento de campo y; por tanto, la zona es sismotectónicamente estable, o sea no se disipan energías y no se producen sismos, los que se perciben en la zona son aquellos cuyos focos o mecanismos de fallas se producen en fallamientos activos próximos, como la que corresponde a los ubicados en el valle del río Vilcanota.

La zona de estudio tectónicamente está caracterizada por un estilo propio: Dominio NE. 9.1

DOMINIO NE (Cordillerano) Corresponde a la Cordillera Oriental, donde afloran rocas del Paleozoico inferior, este dominio se caracteriza por presentar pliegues kilométricos de dirección NW-SE dentro de los cuales se puede resaltar en la zona de estudio el Anticlinal de Paucartambo, el Anticlinorio de Colquepata estas estructuras se hallan afectadas por fallas inversas que tienen una vergencia hacia el SW. 9.1.1

Anticlinal de Paucartambo Esta estructura tiene una dirección NO-SE. El núcleo, esta constituido por la Formación Sandia y los flancos por la Formación Paucartambo. En ambos flancos contiene pliegues menores paralelos a la estructura principal, los que están asociados a una esquistosidad de plano axial vertical a subvertical.

9.1.2

Anticlinorio de Colquepata Esta estructura tiene una dirección NW-SE se trata de una estructura con punge hacia el SE por lo que muestra rocas mas


antiguas hacia el NW en cuyo núcleo aparece el Domo de Amparaes. Esta estructura también esta afectada por una esquistosidad de plano axial. Asimismo existe otros anticlinales i sinclinales menores invertidos con vergencia al SW. 9.1.3

Fallas Inversas Estas estructuras son las limitantes de los anticlinorios y sinclinorios todas estas estructuras son interpretadas como pertenecientes

a

la

deformación

eoherciniana,

debido

al

metamorfismo asociado a la misma la dirección de esta fallas son de

NW-SE

estos pliegues

están

acompañados

por

una

esquistosidad de plano axial. En la zona de estudio se observa por el eje de la Quebrada de Amaruhuayqo y también por el poblado de Huancarani las dos con dirección NW-SE. 9.1.4

Fallas Normales Este tipo de fallas esta relacionado a las emisiones volcánicas ocurridas hace tiempos atrás en la zona de estudio se ubica en el eje de la Quebrada de Huasacmayo con una dirección N-S o NWSE, esta falla se le vincula al vulcanismo de Rumicolca.

10.0

GEODINAMICA EXTERNA.

Los fenómenos de Geodinámica Externa observados en la ruta estudiada, son desplazamientos temporales de materiales clásticos inconsolidados, los mismos que han tenido relación directa con la carretera, porque en muchos casos han ocasionado la suspensión del trafico en forma parcial o total y que redundaron en costos de mantenimiento y/o rehabilitación.

En general, en el tramo del estudio los fenómenos geodinámicos han sido de variada envergadura debido básicamente a que los cortes de carretera predominantemente son altos, ello en razón a la topografía agreste por la que se emplaza.


Sin embargo, la propensión de la ocurrencia de los mismos es evidente y de diversa magnitud, lo cual será más notable en la fase constructiva, por lo que se deberá adoptar los mayores cuidados y/o previsiones.

A continuación se describen los tipos de fenómenos de Geodinámica Externa que ocurren en esta carretera: 10.1

Derrumbes. Son fenómenos producidos por los desplazamientos de una masa de suelo, roca o mezcla de ambos, provenientes del talud superior de la carretera y/o laderas de cerros, debidos básicamente a falta de competencia de los materiales conformantes. Los derrumbes alcanzaron por lo general extensiones entre los 20 m. a 150 m. (en la base), afectan sólo al talud superior y la más desplazada se acumula al terraplén de la vía, ocasionando muy eventualmente la interrupción de trafico. Estos fenómenos en la zona de estudio, han sido ubicados en las siguientes progresivas: Km. 4+280 – 4+320, 7+160 – 7+230, 7+960 – 8+020, 8+650 – 8+680, 8+870 – 9+060, 9+500 – 9+510, 9+720 – 9+770, 9+810 – 9+860, 10+980 – 11+020, 12+900 – 12+910, 12+950 – 13+030, y 13+090 – 13+320. 10.1.1 Causas de su ocurrencia. Las causas de su ocurrencia son las siguientes: -

Taludes continuos demasiado empinados y/o con alturas sucesivas (del orden de 8.00 a 25.00 m).

-

Taludes de corte en rocas muy fracturadas sin la adopción de métodos adecuados de control de disparos en el uso de explosivos de alto poder detonante, durante su anterior construcción.


-

Interestratificación

de

estratos

competentes

e

incompetentes. -

Buzamientos de estratos desfavorables a los cortes.

10.1.2 Medidas de corrección. Se proponen las siguientes soluciones: -

Rediseñar los taludes, haciéndolos más tendidos en el nuevo diseño a adoptarse.

-

Eliminación

de

sobresalientes

bloques en

las

y/o áreas

fragmentos propensas

de a

roca caerse

(desquinches). -

Construcción de plazoletas de recepción (bermas para la acumulación

de

futuros

desplazamientos),

según

la

topografía. Es importante dejar establecido que mediante el ensanchamiento de la plataforma vial y/o al correr el eje hacia el talud interior estos fenómenos quedarían eliminados. A continuación se procede a su descripción individualizada: 

Km. 4+280 – 4+320 (Derrumbes discontinuos) -

Geometría: Irregular aproximada a rectangular, con una base de 80.0 m. y altura 60.0 m.

-

Causas de su ocurrencia: Talud inapropiado.

-

Consecuencias: Desplazamientos de materiales coluviales que ocuparon el borde interior de la plataforma.

-

Actual nivel de riesgo: nulo.

-

Agentes desestabilizantes: Precipitaciones pluviales.

-

Medidas Correctivas: Correr el eje hacia talud interior, tendido de talud 5:1 (V:H).



Km. 7+160 – 7+230


-

Geometría: Irregular aproximada a triangular, con una base de 70.0 m. y altura 25.0 m.

-


-

Consecuencias: Desplazamientos de materiales que ocuparon el borde interior de la plataforma.

-

Actual nivel de riesgo: bajo.

-


-

Medidas Correctivas: Correr el eje hacia el talud interior y tendido de talud 3:1 (V:H).



Km. 7+960 – 8+020 -


-


-


-

Actual nivel de riesgo: bajo.

-


-

Medidas Correctivas: Correr el eje hacia el talud interior, tendido de talud 3:1 (V:H), con banquetas cada 5.0 m.



Km. 8+650 – 8+680 (Antiguo derrumbe) -


-


-


-

Actual nivel de riesgo: medio.

-


-

Medidas Correctivas: Remoción de materiales y bloques rocosos, tendido de talud 3:1 (V:H).




Km. 8+870 – 9+060 -


-

Causas de su ocurrencia: Talud empinado.

-

Consecuencias: Desplazamientos de bloques y/o fragmentos rocosos que ocuparon el borde interior de la plataforma.

-

Actual nivel de riesgo: alto.

-


-

Medidas Correctivas: Correr el eje hacia el talud interior, tendido de talud 8:1 (V:H), uso del método de pre-corte y/o tiro controlado.



Km. 9+500 – 9+550 -


-


-


-


-


-

Medidas Correctivas: Remoción de materiales y fragmentos rocosos, tendido de talud 3:1 (V:H).



Km. 9+810 – 9+860 (Antiguo derrumbe). -


-


-


-


-


-

Medidas Correctivas: Correr el eje hacia el talud interior, tendido de talud 3:1 (V:H).



Km. 9+870 – 9+920 (Antiguo derrumbe con remanentes)


-


-


-


-


-


-

Medidas Correctivas: Correr el eje hacia el talud interior, tendido de talud 3:1 (V:H) y adopción de banquetas cada 5.0 m.



Km. 10+980 – 11+020 (Antiguo derrumbe con remanentes). -


-


-

Consecuencias: Desplazamientos de materiales que ocuparon el borde interior de la plataforma.

-


-


-




Km. 12+900 – 12+910 -


-


-


-


-


-

Medidas Correctivas: Correr el eje hacia el talud inferior, tendido de talud 5:1 (V:H).



Km. 12+950 – 13+030 (Derrumbes discontinuos)


-

Geometría: Irregular aproximada a rectangular, con una altura 40.0 m.

-

Causas de su ocurrencia: Talud empinado.

-


-


-


-




Km. 13+090 – 13+320 (Zona crítica). -


-


-


-

Actual nivel de riesgo: crítico.

-


-

Reactivación: Posible.

-

Medidas Correctivas: Correr el eje hacia el talud interior, tendido de talud 5:1 (V:H), con banquetas cada 8.0 m.

10.2

Erosión de Plataformas.

El fenómeno de erosión de plataformas se manifiesta en los bordes exteriores de la plataforma de la carretera constituidos por materiales generalmente sensibles a los efectos de las precipitaciones pluviales.

10.2.1 Causas de su ocurrencia. En el tramo comprendido entre el Km. 6+700 – 6+730 y 8+230 – 8+270, se observan en el talud inferior de la carretera la presencia de una interdigitación (conexión) de pequeñas ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

torrenteras (surcos casi paralelos por efecto de lluvias en las laderas) que presentan un ciclo erosivo regresivo, retrocederte (hacia arriba), logrando mediante esta erosión una reducción progresiva del ancho de la plataforma, cuyo borde exterior está conformado por materiales poco resistentes a la acción mecánica del agua, provocando el estrangulamiento de la carretera.

10.2.2 Medidas de corrección. Como solución a estos fenómenos es necesario: -

Restituir el ancho de la plataforma corriendo el eje de la carretera hacia el cerro (talud interior).

-

Adopción de nuevas estructuras de defensa con muros de contención (mampostería o concreto ciclópeo).

10.3 Huaycos.

Se denomina así al desplazamiento lento o rápido de materiales, cuesta abajo, por la acción conjunta de la gravedad y la saturación del material. Se forman principalmente después de lluvias torrenciales. Los huaycos según

sus

ocurrencias

periódicas,

ocasionales

y

excepcionales,

produciéndose en las partes bajas o medias de las quebradas que atraviesan la vía. Corresponden a las siguientes progresivas: Km. 1+390 y 4+080 y las de Huayllabamba (Km. 18+180) y Chacabamba (Km. 21+100). Todas estas quebradas son potencialmente activas y de riesgo alto, después de precipitaciones considerables. 10.3.1 Causas de su ocurrencia. Las causas de su ocurrencia son las siguientes: Debido a la fuerte pendiente en las nacientes de las quebradas, las que completadas con las intensas precipitaciones pluviales ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

de la zona reblandecen, infiltran y saturan el suelo y subsuelo de la ladera, y consiguientemente los acarrean a manera de flujos de lodo, con una velocidad lenta que se van incrementando progresivamente, ocasionando en todo su recorrido una acción erosiva lateral y de fondo. 10.3.2 Medidas de corrección. Se propone la siguiente solución: Limpieza

-

de

materiales

remanentes

en

los

cauces,

encauzamiento para permitir el libre flujo en las próximas crecientes. Como alternativa de solución es adopción de badenes de

-

concreto para la protección de la vía en las próximas avenidas. A continuación se procede a su descripción individualizada: 

Km. 1+390. -

Geometría: Aproximada a triangular en el cono de deyección de la quebrada, y en cuya parte media se ha producido el huayco.

-

Dimensiones: La actual quebrada en la plataforma vial tiene un ancho

de

10.0

m.

hacia

aguas

arriba

en

su

curso

predominantemente sinuoso en su cauce y bordes laterales tiene remanentes de materiales del anterior huayco. -

Causas de su ocurrencia: Materiales sueltos en las nacientes de la quebrada.

-

Consecuencias: Desplazamientos de materiales fluvio-aluviales que ocuparon el borde interior de la plataforma.

-

Actual nivel de riesgo: Medio.

-


-

Medidas

Correctivas:

Adopción

de

badén

de

20.0

m.

Encauzamiento en 100.0 m. aguas arriba. Reforzamiento (enrocados en el borde exterior del badén).




Km. 4+080 (Quebrada de Sierra Bella). -

Magnitud: Moderada.

-

Dimensiones: La actual quebrada en la plataforma vial tiene un ancho

de 12.0 m.

predominantemente

Hacia sinuoso,

aguas

arriba,

y

bordes

en

su curso

es

laterales

tiene

remanentes de materiales del anterior huayco. -


-

Consecuencias: Desplazamientos de materiales fluvio-aluviales que ocuparon la plataforma.

-

Nivel de riesgo: Medio.

-


-

Reactivación: Posible en épocas de lluvias.

-

Medidas

Correctivas:

Encauzamiento

y/o

Adopción limpieza

en

de

badén

100.0

m.

de

20.0

aguas

m.

arriba.

Reforzamiento (enrocados en el borde exterior del badén). 

Km. 18+180 (Quebrada Huayllabamba). -

Magnitud: Moderada.

-

Dimensiones: La actual quebrada en el eje vial tiene un ancho de 15.0 m. Hacia aguas arriba, su curso es predominantemente sinuoso y en bordes laterales tiene escasos remanentes de antiguos huaycos.

-


-

Consecuencias: Desplazamientos de materiales fluvio-aluviales con obstrucción parcial de la actual estructura.

-


-


-


-

Medidas Correctivas: Ampliación de la luz del nuevo pontón. Encauzamiento y/o limpieza en 100.0 m. aguas arriba.



Km. 21+110 (Quebrada Chacabamba).


-

Magnitud: Moderada.

-

Dimensiones: La actual quebrada en el eje vial tiene un ancho de 14.0 m. Hacia aguas arriba, su curso es predominantemente sinuoso y en bordes laterales tiene escasos remanentes de antiguos huaycos.

-


-

Consecuencias: Desplazamientos de materiales fluvio-aluviales con obstrucción parcial de la actual estructura.

-


-


-


-

Medidas Correctivas: Ampliación de la luz del nuevo pontón. Encauzamiento y/o limpieza en 100.0 m. aguas arriba.

11.0

EVALUACIÓN DEL NIVEL DE RIESGO EN LA INESTABILIDAD DE TALUDES. La evaluación del nivel de riesgo supone la posibilidad de que ocurra una inestabilidad de un talud. El cual estará en función de los parámetros más determinantes en su estabilidad tal como la topografía, volumen en movimientos, la velocidad con que se desarrolla el fenómeno (el cual depende de la pendiente del talud, forma de la superficie de rotura y propiedades físicas de los materiales, principalmente) y los daños que puede ocasionar. Los niveles de riesgo sísmico se han elaborado en base a las Normas Españolas de Estabilidad de Taludes. En el presente trabajo se han definido los niveles de riesgo bajo, medio, elevado y muy elevado o crítico como a continuación se describen: a) Riesgo Bajo: Está constituido por todos aquellos taludes que representan poco peligro para la carretera, se considera que, de ocurrir un derrumbe, no va a afectar más allá del borde interior de la plataforma, permitiendo siempre el normal flujo del tránsito vehicular. Los taludes con este riesgo son por lo


general taludes de corte con alturas < 10 m. En general para los taludes con este nivel de riesgo no será necesario ninguna medida correctiva, solamente requiere labores de mantenimiento mediante la remoción de materiales. Corresponden a cortes aislados y/o discontinuos entre el Km. 13+300 al 14+700. b) Riesgo Medio: Conformado por los taludes que representan un peligro moderado para la carretera; de ocurrir un desplazamiento, compromete no más de una vía y permite el tránsito vehicular. Los taludes que presentan este tipo de riesgo por lo general presentan taludes de corte entre 10 y 35 m. Siendo adecuado el mantenimiento periódico, después de sismos y lluvias extraordinarias. Corresponden a taludes discontinuos entre el Km. 13+300 al 14+700 intercalados con los de riesgo bajo. c) Riesgo Alto: Está conformado por aquellos taludes que representan peligro considerable o mayor, corresponde a desplazamientos que ocasionan la interrupción del tráfico vehicular, pudiendo dañar inclusive las estructuras como alcantarillas y muros; los materiales caídos llegan a ocupar la totalidad de la plataforma. Los taludes con este riesgo tienen alturas superiores a 35 m. y pendientes elevadas (50º a 80º). Corresponden a los derrumbes descritos en el rubro correspondiente (geodinámica externa). d) Riesgo muy elevado o crítico: Constituidos por aquellos taludes con evidencia y/o propensión de activación, es decir que su ocurrencia es inminente en cualquier momento, afectando la plataforma y las estructuras existentes. Corresponde a los derrumbes las siguientes progresivas: Km. 9+500 – 9+510 y 13+090 – 13+320. Teniendo en cuenta los procesos y valoración de los taludes se determinaron el estado de los mismos como sigue: 60% taludes estables, 10% de riesgo bajo, 15% de riesgo medio, de riesgo elevado 5% y 2% de riesgo crítico. ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

11.1Sectorización de las Inestabilidades. La

sectorización

comportamientos

Geológica-Geotécnico homogéneos,

en

presenta

función

a

características sus

y

condiciones

geomorfológicas, litológicas y de estabilidad. Cada uno de ellos puede presentar a su vez sub-sectores con algunos aspectos diferenciables entre sí y que son de interés para los diseños geotécnicos. En ellos también se presenta un porcentaje estimado de los materiales de corte: suelo, roca suelta y roca fija o dura. Las zonas críticas presentes en este sector son descritas en el capítulo respectivo. Este tramo ha sido zonificado geotécnicamente de acuerdo a la estabilidad de sus taludes en cuatro zonas: a) Zona Estable (ZE): Corresponde a zonas de estabilidad constante, no condicionada a los posibles efectos de la construcción del proyecto. Esta zona permite un libre diseño del trazado vial, sin ofrecer restricciones de importancia. b) Zona de Estabilidad Dependiente (ZED): Son zonas estables en la actualidad pero que podrían verse afectadas si no se siguen parámetros mínimos de diseño para el proyecto, con tratamientos normales para los flujos de agua y cortes de taludes adecuados. c) Zonas Inestables (ZI): Son zonas de inestabilidad continua a lo largo de sus taludes, que restringen en gran medida el diseño de la vía, y que requieren obras de alguna magnItud para la viabilidad del proyecto. d) Zona de Inestabilidad Dependiente (ZID): Corresponde a zonas con problemas de inestabilidad menores pero activos y potenciales en la actualidad, los cuales pueden ser corregidos con tratamientos


puntuales y sencillos. Estos procesos ofrecen restricciones locales al trazado. En la Tabla Nº 1 se resumen los sectores geológicos y geotécnicamente homogéneos, con sus respectivos calificativos de estabilidad.

Tabla Nº 1 Sectorización Geológico – Geotécnica SECTOR

PROGRESIVAS

ESTABILIDAD

1 2 3 4

Km. 0+000 – 1+500 Km. 1+500 – 3+600 Km. 3+600 – 14+100 Km. 14+100 – 24+400

ZE ZED ZI ZED

11.2Estabilidad de Taludes en Rocas.

La gran mayoría de rocas expuestas en los cortes de esta carretera, están conformadas, como ya se expuso, por rocas sedimentarias de los tipos: areniscas, limolitas, eventuales conglomerados y yeso, y rocas metamórficas: esquistos y pizarras.

En los taludes en que la roca esta expuesta, para su evaluación se ha adoptado los métodos convencionales que corresponden al Sistema de Clasificación Geomecánica RMR – SMR.

11.2.1 Determinación del RMR- SMR. Para

la

obtención

de

esta

clasificación

se

requieren

principalmente de seis parámetros:

Todos

estos parámetros

se han evaluado en los distintos

macizos rocosos considerados característicos de la carretera en estudio, para lo cual se ha utilizado la Tabla Nº 2 de donde se obtiene el valor del RMR –SMR. ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

En el anexo del presente informe se han insertado 14 cuadros de evaluación geomecánica de rocas de las diferentes calidades que conforman el tramo (Buena, Muy Buena y Regular).

De acuerdo al valor de SMR obtenido se puede establecer en forma cualitativa el estado del talud rocoso (estable a muy inestable) y las medidas correctivas necesarias. Con los valores de RMR se puede obtener en forma cuantitativa valores de los parámetros de resistencia (cohesión y fricción). Los taludes en roca, de la vía, desde el punto de vista estructural

y

su

comportamiento

ante

los

agentes

de

intemperismo se pueden agrupar en: -

Las rocas masivas: conformadas por las rocas volcánicas tobas andesíticas, por meteorismo sufren una alteración uniforme y/u homogénea.

-

Las rocas estratificadas: conformadas por areniscas, lutitas y argilitas; en los cortes de talud sufren efectos de interperismo diferencial, por cuanto las últimas tienden a desintegrarse sin dificultad; en tanto, las primeras son más resistentes a esos efectos. Este intemperismo diferencial ocasiona la fácil disgregación de las capas u horizontes más débiles (lutitas y argilitas), originando consiguientemente la caída o derrumbe de las más fuertes o competentes (areniscas).

Por los antecedentes expuestos, se pueden adoptar tres alternativas en el diseño de roca:


1.

Pendientes uniformes o regulares (talud continuo). Para rocas continuas o uniformes (para calizas y margas no interestratificadas), donde se anticipa un mínimo de meteorización, la alternativa de pendientes uniformes es lo más adecuado.

2.

Pendiente de ángulo variable (talud regular). La pendiente variable es recomendable cuando se trata de una pendiente estratificada en la que existe una alternancia de capas débiles con resistentes, en este caso se evidencia un intemperismo diferencial, si se conocen las condiciones de estabilidad de cada estrato. Esta alternativa se adopta en pendientes en que hay ocurrencia de desintegración de rocas

sensibles

como

las

lutitas

intercaladas

con

resistentes y/o firmes como calizas, margas o areniscas. Existe

además

la

opción

complementaria

de

la

construcción de banquetas en los cortes altos. 3.

La banqueta permanente proporciona un medio eficaz de captación o acumulación de los derrumbes de rocas y previene la erosión de la roca competente. Ello será adoptado en los nuevos cortes en los cortes altos donde la topografía lo permita.

Para los cortes en taludes mayores de 2.50 m. de altura, se deben considerar los valores consignados en la siguiente Tabla Nº 2: Tabla Nº 2 Taludes en Roca

Tipo de Roca

Areniscas andesitas

Formación O Grupo Grupo Mitu, Formación Pisac

Roca Fija (V:H)

Roca Fracturada y Lig. Alterada

Roca muy Fracturada y muy Alterada

10 : 1

7 : 1 a 5 :1

4:1

ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM) Formación Urcos

Esquistos, limolitas y pizarras

Formación Paucartambo Formación Huambutío

5:1

3:1

2:1

En general, en el diseño de taludes de roca, se debe tomar especial atención en no disturbar, en lo posible, el pie del talud: tender el talud superior, construir banquetas de estabilización y proteger las lutitas, argilitas y/o limonitas (rocas débiles) contra la erosión mediante forestación, complementándose con obras de drenaje. En los trechos o áreas que se tiene lutitas y sus materiales derivados, infrayaciendo areniscas, calizas, se recomienda, donde sea factible, la construcción de plazoletas de recepción, de unos 2.00 m. de ancho. 12.0 CONSIDERACIONES PARA LA FASE CONSTRUCTIVA. Las condiciones estructurales de las rocas en el subtramo de farallones, en que se tienen considerables fracturamientos con aberturas de variadas dimensiones y/o diaclasamientos e inclusive fragmentos y bloques rocosos en estado crítico de estabilidad, se han debido al sobreuso de explosivos con alto poder detonante (calambucos). En esta ocasión, se deberán adoptar rigurosos cuidados en los ensanchamientos de plataforma, para cuyo efecto se adoptarán las voladuras mediante métodos de precorte y/o voladura controlada en diseños previos que deberán ser presentados, en cada ocasión, a consideración de la Supervisión de obra para su aprobación y/o evaluación correspondiente. Dada las condiciones de riesgo que implica el subtramo de farallones, necesariamente se requiere de la participación de una brigada de personal de voladuras, integrada por un ingeniero de minas especialista en estas labores, así como un asistente, un capataz y cuatro peones. Por otro lado considerar que se van a efectuar labores de desquinche y/o peinado de taludes, propiciando la caída de bloques rocosos, por medios manuales y/o mecánicos. Por otro

lado se tendrá que comunicar y/o notificar por escrito, así como

mediante volantes y/o emisoras radiales a los pobladores que tienen sus ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

viviendas, terrenos de cultivo y/o ganadería ubicadas en las laderas inferiores de la actual carretera a ser ensanchada. 12.1

Adopción de voladuras en roca. En consideración a las condiciones estructurales de los macizos rocosos afectados por los cortes de carretera, se hace imprescindible que los ensanches a adoptarse, mediante el uso de voladuras, sea con metodología de precorte o de tiro controlado. Las técnicas que más se usan para limitar el daño en la periferia de la roca de excavaciones son las voladuras de tiro controlado y los precortes. La mecánica de base de la ruptura para esas dos técnicas es casi idéntica, pero conviene examinarla antes de establecer sus diferencias. Cuando se detonan los barrenos adyacentes, los esfuerzos de tensión en la circunferencia que fueron inducidos por la explosión se refuerzan el uno al otro provocando un aumento en el esfuerzo de tensión que actúa perpendicularmente a una línea trazada entre los dos barrenos. Este esfuerzo de tensión, que es más grande que el que actúa sobre cualquier otra línea radial que sale de cualquiera de los barrenos, produce aumento en la fisuración a lo largo de la línea entre los barrenos. Con una elección cuidadosa de la separación entre los barrenos y de la carga, se puede lograr una fractura limpia de barreno a barreno por toda la periferia de la excavación. 12.1.1 Voladura de tiro controlado. La voladura de tiro controlado implica la perforación una serie de barrenos paralelos de poco espaciamiento a lo largo de la superficie de excavación final así como la colocación de cargas desacopladas de baja densidad en esos barrenos y la detonación de todas esas cargas en conjunto después de la detonación de los demás barrenos del frente. Esto significa que la cuña inicial y la voladura normal del corte se ejecutan como lo hemos visto con anterioridad en este capítulo, y que de la superficie final inalterada


de la excavación se desprende una última capa delgada de roca por medio del tiro controlado. En la mayoría de los casos, los barrenos del tiro controlado se perforan, cargan y detonan dentro del mismo ciclo de la cuña y de los barrenos principales. Por lo tanto, además de la necesidad de barrenos adicionales, el tiro controlado no implica un retraso en el ciclo de producción normal del corte. En algunos casos la voladura de la cuña y del cuerpo principal se efectúa durante un ciclo y el tiro controlado en el siguiente. Esto tiene el efecto de adoptar un corte o voladura piloto en un ciclo por delante de la voladura de acabado; algunos especialistas piensan produce

que

esto

mejores resultados que toda la Voladura en un solo

ciclo. Otros especialistas opinan que la única diferencia entre los dos sistemas sólo es de operación y que cada quien podrá escoger lo que mejor le convenga. 12.1.2 Voladura de Pre-corte. La diferencia de la voladura de tiro controlado y el precorte es que los barrenos del precorte están generalmente menos espaciados y que las cargas de detonan antes de la voladura principal. Esto implica que la fisura de precorte existe antes de la detonación de la carga principal y que esta fisura confina la propagación de otras fisuras producidas por los barrenos principales, ya que la anterior proporciona un camino de escape para los gases de expansión. Por la necesidad que existe de detonar las cargas del precorte antes de la voladura principal, la utilización de esta técnica puede obligar a una barrenación separada y a un ciclo de poblado (cargado) antes de la voladura principal. El inconveniente y el retraso que causa esta operación adicional tienden a limitar el uso del precorte en las operaciones subterráneas. Además, el costo de la barrenación adicional así como la tendencia que tienen la fisura del precorte de desviarse por los esfuerzos in situ muy altos (ya que no existe un frente libre adyacente para atenuarlos)


hacen que esta técnica tenga menos aceptación en las excavaciones subterráneas que las voladuras de tiro controlado. El

precorte se emplea generalmente en trabajos de bancos

donde los esfuerzos horizontales se absorben más fácilmente y donde por lo general hay más espacio para llevar a cabo las diferentes etapas del procedimiento global de voladuras. 12.2

Estabilidad de Taludes en Suelos. De acuerdo a la clasificación de materiales (ver cuadro Nº 3 del anexo) el 80% de los cortes afectan a depósitos cuaternarios y los materiales potencialmente inestables encontrados en la ruta se pueden clasificar en los siguientes tres grupos en orden de potencial de inestabilidad: 1. Depósitos Coluviales. 2. Depósitos Aluviales y Aluvionales (Eluviales). 3. Depósitos Densos, Mixtos y/o Poligenético. Los taludes existentes en el tramo, son de pendientes moderadas, encontrándose en el rango de 2:1 a 3:1. Los materiales de estos taludes son granulares con pocos finos y baja plasticidad que son duros in situ. Poco de estos taludes son arcillosos, y la mayoría son muy densos. En los trechos con efectos geodinámicos se efectuaron ensayos de laboratorios de resistencia al corte, pudiéndose resumir estos datos en la siguiente Tabla Nº 1 agrupados por tipos de materiales: Tabla Nº 1 Tipo del Suelo Depósitos Coluviales. Depósitos Aluviales y Aluvionales

% finos

Humedad Natural (%)

Cohesión (Kpa)

Angulo de Fricción ø

50 – 70

8 – 12

15 - 25

25 – 28

60 – 80

20 - 30

5–8

35 – 40


(Eluviales) Depósitos Densos, Mixtos y/o Poligenético

60 – 80

8 – 10

15 - 25

30 – 40

La evaluación geotécnica de taludes en roca se efectuó mediante el método de clasificación SMR, obtenida a partir del RMR; y en cortes en suelos, los aspectos teóricos se basan en los métodos de Spencer Morgenstern y Price y alternadamente se usó el modelo y programa de computación PCSTABL Versión 5M. Este programa es de amplia aceptación y muy aplicado en los diferentes trabajos de carácter geotécnico.

De acuerdo al comportamiento de los actuales taludes en cortes bajos (0.50 – 2.50 m. de altura), son convenientes adoptar en los nuevos taludes los valores que se, muestran en la siguiente Tabla Nº 2:

Tabla Nº 2

Tipo de Depósito 13.0 MÉTODO

- Aluvial - aluvional

DE - Coluvial

Consistencia

Talud (V:H)

Densa

3:1

Media

2:1

Suelta Densa

1.5 : 1, 1 : 1 2:1

Media

1.5 : 1

Suelta

1:1

EQUILIBRIO LÍMITE. 13.1 Generalidades En este informe se presenta el análisis de la estabilidad de los Taludes proyectados a través del recorrido de la carretera, en los puntos críticos del Tramo en estudio, llevado a cabo a partir de la información obtenida de las características de los materiales evaluadas durante la etapa de la exploración geotécnica y de los ensayos de laboratorio. ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

13.2 Exploración Geotécnica La metodología empleada para caracterizar los taludes de la vía en Estudio, ha sido en base a la caracterización de sectores homogéneos e identificación de puntos críticos. La caracterización de taludes se ha realizado haciendo una evaluación general de los taludes de la vía, así en primer lugar se ha caracterizado los taludes por el tipo de material apreciado, luego se ha observado las características comunes para poder seleccionar una sección típica y hacer una evaluación de riesgo de dicho talud. Así la evaluación de los taludes se ha realizado en toda la longitud del tramo, identificándose los sectores de características homogéneas y evaluándolas de acuerdo a lo descrito anteriormente. Adicionalmente se ubicaron los sectores o puntos críticos, a cada uno de ellos se realizo una evaluación independiente y luego se realizo su análisis de estabilidad. Se incluye el resumen de evaluación. Los trabajos de exploración geotécnica llevados a cabo a lo largo del recorrido de la carretera y básicamente en los puntos críticos, han consistido en la exploración directa a través de perforaciones a cielo abierto (trincheras), y con la extracción de muestras representativas para su identificación en campo y laboratorio. Con las muestras alteradas extraídas de las calicatas se han realizado ensayos estándares y especiales de laboratorio de mecánica de suelos. Esta información obtenida de los ensayos de campo y de laboratorio ha servido para la elaboración de los perfiles estratigráficos de las calicatas efectuadas. 14.0 CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES CONFORMANTES.


La información obtenida de los aspectos geológicos - geotécnicos, así como de los resultados de ensayos de laboratorio llevados a cabo en muestras obtenidas de las calicatas, han servido para caracterizar los perfiles geotécnicos de los taludes, los cuales han sido utilizados en el análisis de estabilidad. Las progresivas analizadas corresponden a suelos de grava limosa, clasificados como GM, estos materiales presentan diversos estados de compacidad y/o consistencia. De acuerdo a los resultados de los ensayos de laboratorio y a las características de los materiales, se ha elaborado en la Tabla N° 1 con un resumen las propiedades de resistencia de los materiales convenientes y/o representativos para el análisis de estabilidad de los taludes proyectados. Tabla Nº 1

Parámetros para el Análisis de Estabilidad Progresiva (Km)

Material



 (KN/m3)

7+ 790 12+ 210 16+280

Grava (GM) Grava (GM) Grava (GM)

32.0 32.0 33.0

17.8 17.2 17.6

15.0 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD 15.1 Metodología del Análisis Los métodos de análisis de estabilidad que utilizan criterios de equilibrio límite, en general, se basan en la resistencia al deslizamiento de los taludes, tomando en cuenta ciertas hipótesis con relación al mecanismo de falla, condiciones estáticas de equilibrio, etc. Para la evaluación de la estabilidad de los taludes se empleó el programa GEOSLOPE, el mismo que incorpora dentro de sus cálculos las metodologías de Bishop, Jambu y el método ordinario de dovelas, estas


metodologías básicamente hacen equilibrio de momentos y de fuerzas, por ello que se planteo utilizar el método de Morgenstern - Price, el cual hace el equilibrio de fuerzas y momentos, así proporciona valores del factor de seguridad muy próximos de aquellos obtenidos utilizando métodos rigurosos. Dentro de las características de este método se considera un problema de deformación plana, en el cual la superficie de falta puede ser circular o planar, en las que los valores de cohesión, fricción y presión de poros permanecen constantes. La hipótesis planteada en este caso es la adición de las cargas de sismo sumadas a las de servicio. Esto ha llevado a la verificación de estas cargas en la modelación de las soluciones planteadas. El factor de seguridad al deslizamiento está definido como:

Donde: F.S. = factor de seguridad. C = cohesión del suelo  = ángulo de fricción interna. b = ancho de la dovela. Wi = peso total de la dovela. ui = presión de poros. i = ángulo de la base de la dovela con la horizontal.


Esta ecuación no lineal se resuelve por iteraciones hasta alcanzar la convergencia en el cálculo del factor de seguridad. Por otro lado, para tomar en cuenta el efecto sísmico en un análisis de estabilidad, se considera que la fuerza de inercia y la presión de poros inducidas por el movimiento sísmico son reemplazadas por una fuerza estática horizontal que es proporcional al peso de cada dovela. Este procedimiento es conocido como el método de análisis de estabilidad seudo- estático. Fi= K Wi Donde: K = Coeficiente sísmico. Wi = Peso de cada dovela.

15.2 Coeficiente Sísmico El valor del Coeficiente Sísmico depende, entre otros factores, de la sismicidad de la zona, condiciones de cimentación, periodo fundamental del terreno e importancia de la obra. El valor del coeficiente sísmico se toma como un porcentaje de la máxima aceleración sísmica. El coeficiente sísmico fue obtenido de la Norma Técnica de Edificación de la República del Perú, E-030 – Diseño Sismorresistente (coeficiente sísmico igual a 0.3 de la aceleración de la gravedad, recomendada en el mapa de sismicidad del Perú). 15.3 Factores de Seguridad Mínimos Recomendados Para el caso del análisis de estabilidad de los taludes con intervención se considerará un factor de seguridad mínimo de 1.3, en condiciones estáticas y de 1.1 para los análisis pseudo-estáticos. Estos factores


mínimos

nos

sirven

como

parámetros

para

comportamiento de los taludes proyectados.

la

evaluación

del

Se adjunta también el

análisis de los taludes naturales con los respectivos factores de seguridad que indican la no estabilidad del terreno. 15.4 Análisis Realizados En los gráficos de análisis de estabilidad de se presentan los resultados de la ejecución del programa de computo y los gráficos de las superficies críticas de falla para los taludes proyectados. Los factores de seguridad calculados para este caso son presentados en la Tabla N° 1. Tabla Nº 1 Factores de Seguridad Calculados en el Análisis de Estabilidad de Taludes NATURAL

INTERVENIDO Factor de Factor de Seguridad Seguridad Dinámico Estático

Progresiva (Km.)

Factor de Seguridad Estático

Factor de Seguridad Dinámico

7+ 790

1.245

0.901

1.498

1.125

12+ 210

1.016

0.786

1.594

1.594

16+280

1.163

0.853

1.378

1.386

16.0 CIMENTACIÓN DE PONTONES CHACABAMBA Y HUAYLLABAMBA. El objetivo del presente capítulo ha sido determinar las condiciones geológicogeotécnicas, características físico-mecánicas y perfiles estratigráficos de los terrenos sobre los que se cimentarán los apoyos de los pontones Chacabamba y Huayllabamba para establecer la capacidad admisible y nivel de cimentación de los mismos.

16.1 Metodología. En consideración a las observaciones de campo en la fase de reconocimiento, en que se determinó la presencia rocosa en el cauce y ELABORACIÓN DEL EXPEDIENTE TÉCNICO PARA LA REHABILITACIÓN DE LA CARRETERA HUAMBUTÍO PAUCARTAMBO, TRAMO HUAMBUTÍO – HUANCARANI (24.40 KM)

estribos del actual puente en servicio, se adoptó el método de exploraciones a cielo abierto, con la ejecución de dos calicatas: una en cada margen con profundidades variadas hasta el contacto con roca. 16.2 Ensayos de laboratorio. Las muestras extraídas de ambas calicatas fueron sometidas a los siguientes ensayos de laboratorio (Según las Normas ASTM y NTP Normas Técnicas Peruanas): -

Análisis Granulométrico por Tamizado NTP 339.128

-

Límite Líquido y Plástico

NTP 339.129

-

Peso Unitario suelto/varillado

NTP 339.138

-

Clasificación SUCS

NTP 339.135

-

Clasificación AASHTO

NTP 339.134

-

Agua de concreto

NTP 339.071/072/073/074/076

-

Compresión Simple

ASTM D-2938/ D-4543

16.3 Características fisiográficas.

Las quebradas de Chacabamba y Huayllabamba

corresponden a la

unidad de Valles Interandinos de la Cordillera Oriental, conformada por cerros de pendientes moderadas, que han sido disectadas por diversos cursos de agua conformando quebradas angostas y/o encajonadas, con cortes transversales en “V”, caracterizadas por una efectiva erosión vertical, sus cursos son ligeramente sinuosos, intercalados por trechos rectos.

16.4 Características Geológicas.

Previa a las labores de prospecciones (pozos de exploración a cielo abierto), nuestras observaciones en la ubicación proyectada para ambas estructuras, en sus cauces y márgenes, tanto aguas arriba como abajo, nos permitieron determinar la presencia rocosa en el lecho del río,


cubierto por depósitos fluvio-aluviales de variados espesores en ambas márgenes. En el lecho del río es notable la presencia de roca pizarra esquistosa, perteneciente a la Formación Urcos cubierto por Depósitos Cuaternarios consistentes en conglomerados de origen fluvio-aluvial. 16.5 Características Geodinámicas. Los procesos de geodinámica externa en la zona del emplazamiento de ambas quebradas están circunscritos al comportamiento hidrodinámico de las mismas. La presencia de bloques rocosos (20 a 30%) indican la ocurrencia de antiguos aluviones. Actualmente con los datos referenciales de los pobladores, así como nuestras observaciones, nos conllevan a determinar que el cauce y cuenca de estas quebradas son estables, con eventuales arrastres de fragmentos rocosos (en lluvias extraordinarias) del tamaño de cantos rodados de 10 – 30 cm. de diámetro y eventuales bloques rocosos. La pendiente relativamente pronunciada 8 a 10%, indica un proceso erosivo mayor en el cauce que en las márgenes, siendo de efecto mínimo como socavación vertical por la presencia rocosa en el lecho. Los accesos de ambas estructuras proyectadas no están propensas a la ocurrencia de derrumbes mayores, deslizamientos, inundaciones, etc., por encontrarse estables. Por otro lado, el subsuelo de cimentación no está expuesto a hundimientos ni levantamientos del terreno. 16.6 Pontón Chacabamba. 16.6.1

Margen Izquierda. En base a los registros de excavación y análisis de muestras extraídas se ha obtenido la siguiente secuencia estratigráfica: -

De 0.00 a 0.80 m. un estrato de arena fina limosa que aglutina eventualmente fragmentos rocosos (10%), de


coloración marrón oscuro, de consistencia media y con ligera humedad, en el laboratorio ha sido clasificado como ML. -

De 0.80 a 1.50 m. horizonte conformado por potente conglomerado

fluvio-aluvial,

consistente

en

10%

de

fragmentos rocosos y/o cantos rodados y coloración gris oscura. En el porcentaje complementario matriz arenosa, de buena compacidad y ligera humedad. En el laboratorio ha sido clasificado como GP. -

De 1.50 a 2.00 m. (continúa a profundidad) roca pizarra esquistosa, de coloración gris negruzca, superficialmente alterada y/o fracturada. En el lecho del río se presenta sana y/o firme a causa de que la cubierta exterior del macizo ha sido erosionado por las aguas de la quebrada.

16.6.2

Margen Derecha. En base a los registros de excavación y análisis de muestras extraídas se tiene: -

De 0.00 a 0.90 m. un estrato de arena fina limosa que aglutina eventualmente fragmentos rocosos (10%), de coloración marrón oscuro, de consistencia media y con ligera humedad, en el laboratorio ha sido clasificado como ML.

-

De 0.90 a 1.4.0 m. horizonte conformado por potente conglomerado

fluvio-aluvial,

consistente

en

15%

de

fragmentos rocosos y/o cantos rodados y coloración gris oscura. En el porcentaje complementario matriz arenosa, de buena compacidad y ligera humedad. En el laboratorio ha sido clasificado como GP.

-

De 1.40

a 2.00 m. (continúa a profundidad) roca pizarra

esquistosa, de coloración gris negruzca, superficialmente


alterada y/o fracturada. En el lecho del río se presenta sana y/o firme a causa de que la cubierta exterior del macizo ha sido erosionado por las aguas de la quebrada. 16.7 Pontón Huayllabamba. 16.7.1

Margen Izquierda. En base a los registros de excavación y análisis de muestras extraídas se ha obtenido la siguiente secuencia estratigráfica: -

De 0.00 a 0.30 m. un estrato de arena gravosa, pobremente graduada, de coloración gris clara, de compacidad buena y con ligera humedad, en el laboratorio ha sido clasificado como SP.

-

De 0.30 a 1.70 m. horizonte conformado por potente conglomerado fluvio-aluvial, consistente en 10% de bloques rocosos y 30% de cantos rodados. En el porcentaje complementario matriz arenosa, de moderada compacidad, ligera humedad y saturado a partir de 1.50 m., donde se contactó con la N.F. En el laboratorio ha sido clasificado como GP.

-

De 1.70


esquistosa, de coloración gris negruzca, superficialmente alterada y/o fracturada. En el lecho del río se presenta sana y/o firme a causa de que la cubierta exterior del macizo ha sido erosionado por las aguas de la quebrada. 16.7.2

Margen Derecha. En base a los registros de excavación y análisis de muestras extraídas se tiene: -

De 0.00 a 0.40 m. un estrato de arena gravosa, pobremente graduada, de coloración gris clara, de compacidad buena y con ligera humedad, en el laboratorio ha sido clasificado como SP.


-

De 0.40 a 1.60 m. horizonte conformado por potente conglomerado fluvio-aluvial, consistente en 10% de bloques rocosos y 25% de cantos rodados y coloración gris oscura. En el porcentaje complementario matriz arenosa, de moderada compacidad, ligera humedad y saturado a partir de 1.20 m., donde se contactó con la N.F. En el laboratorio ha sido clasificado como GP.

-

De 1.60


esquistosa, de coloración gris negruzca, superficialmente alterada y/o fracturada. En el lecho del río se presenta sana y/o firme a causa de que la cubierta exterior del macizo ha sido erosionado por las aguas de la quebrada. 16.8 Análisis de las cimentaciones. 16.8.1 Profundidad de cimentación. En base a los trabajos de campo, ensayos de laboratorio, así como la condición masiva del afloramiento rocoso, se recomienda cimentar los estribos del puente en la roca pizarra-esquistosa, eliminando previamente la capa rocosa alterada muy fragmentada y/o triturada hasta una profundidad de 1.00 m. 16.8.2 Tipo de cimentación. Dada la naturaleza del terreno a cimentar (rocoso) y las magnitudes posibles de las cargas a transmitirse, se recomienda la cimentación directa en roca. 16.8.3 Cálculo de la capacidad portante admisible. Para la obtención de la capacidad de carga admisible se han aplicado las ecuaciones del Manual de AASHTO: qult = Nms. Co

q all = qult


Fs Donde: qult = Capacidad última de carga (Kg/cm2). Nms = Coeficiente especifico de roca (0.46). Co

= Resistencia a la comprensión Uniaxial de (1,100 Kg/cm2).

qall = Capacidad de carga admisible o presión de contacto admisible (Kg/cm2). Fs

= Factor de seguridad (3).

Reemplazando valores se obtuvo: Para el Pontón Chacabamba: qult

=

97.34 Kg/cm2.

qall

=

32.44 Kg/cm2.

Para el Pontón Huayllabamba: qult

=

107.71 Kg/cm2.

qall

=

35.90 Kg/cm2.

16.8.4 Cálculos de asentamientos. En consideración a que las cimentaciones se efectuarán en rocas de condición sana o fija, no se tendrán asentamientos diferenciales. 17.0 CLASIFICACIÓN DE MATERIALES. En consideración a que los términos de referencia se solicita la clasificación de materiales, está se ha efectuado de acuerdo a las Normas Peruanas para el Diseño

de

Carreteras;

sin

embargo,

se

ha

considerado

conveniente

complementarlo, como se indica a continuación:


Material Suelto:

Depósitos de tierra compacta y/o suelta, desecho y de cualquier otro material de fácil excavación que no requiera previamente ser aflojado mediante el uso de explosivos. En consideración a que en el tramo, en algunos casos, se presentan taludes de roca masiva y/o estratificada, en que por acción de una cuchilla se disgregan, por lo que como equivalente corresponde a la denominación más apropiada de roca alterada.

Roca Fija

:

Materiales de gran cohesión y resistencia al rompiente, y que requieren necesariamente ser fragmentados con el uso de explosivos. Las voladuras deberán ser efectuadas por personal especializado a fin de evitar sobre excavación y/o daños a vehículos, instalaciones y personas. El uso en casos típicos se aplicarán

técnicas controladas

de

voladuras o se utilizarán geles expansivos.

Roca suelta

:

Depósitos de tierra compacta y/o cementada y cualquier otro material de difícil excavación que requiere previamente ser aflojado mediante el uso moderado de explosivos y extracción será con el uso de maquinaria (tractores, volquetes, cargadores frontales, etc.).

Esta clasificación de materiales se incluye en el Cuadro Nº 1, del anexo del presente informe. 18.0 ANEXOS: -

Cuadro Nº 1 de Clasificación de Materiales.

-

Evaluación Geomecánica de Rocas.

-

Evaluación de Pontones.

-

Ensayos de laboratorio para cimentaciones de Pontones.

-Plano Geológico – Geotécnico (Volumen de planos). -Plano Geomorfológico Regional (Volumen de Planos). -Plano Geológico Regional (Volumen de Planos).


-Plano Estructural (Volumen de Planos). -Plano de Sectorización de Estabilidad de Taludes (Volumen de Planos).

-

Gráficos de aplicación del Método de Equilibrio Límite.

-

Panel de fotografías.


Informe Final -Geologia

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