ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE CONTRATALUDES EN ROCA

ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DE CONTRATALUDES EN ROCA PARA ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE VARIANTES

DE RUTA NACIONAL Nº153

Autores: Ings. Oscar V. CORDO; Juan E. MARCET; Rubén R. GONZÁLEZ, Dr. Ing. Marcelo G. BUSTOS y Lic. Armando J. SÁNCHEZ

EICAM – UNSJ

Av Libertador 1109 (Oeste) 5400-San Juan

E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected];

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RESUMEN

Se analiza la estabilidad de contrataludes en desmonte en el marco del estudio de factibilidad de variantes de la conexión vial entre Los Berros y Barreal en las Pcias de San Juan y Mendoza, realizado por la EICAM durante 2004.

El análisis consideró casos de falla plana, falla en cuña y falla circular para el caso de macizos rocosos muy diaclasados sin familias de discontinuidades predominantes que pudieran definir una falla en cuña o plana.

Se determinaron en campaña el rumbo y buzamiento de los estratos, y en base a observación visual y teniendo en cuenta la naturaleza de las rocas, se infirieron parámetros de resistencia al corte sobre las superficies de discontinuidad (Planos de estratificación y/o de diaclasamiento).

Para el caso de falla circular se empleó el criterio de resistencia al corte de Hoek y Brown, válido para macizos rocosos muy diaclasados.

Una vez hecho el análisis, se propone una zonificación de las trazas propuestas desde el punto de vista de la adopción de contrataludes en desmonte y las directivas a seguir para ajustar el análisis en caso de encararse el proyecto definitivo.

Palabras clave: contrataludes, macizos rocosos, falla plana, falla en cuña, rotura circular, estabilidad.

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1. INTRODUCCIÓN Se plantean tres variantes de la Ruta Nacional Nº 153 (ex Ruta Provincial Nº 319) para unir las localidades de Los Berros y Barreal en la provincia de San Juan, aunque ambas variantes penetran en la provincia de Mendoza. Una de ellas sigue una huella existente por la Quebrada de Montaña, de dirección Oeste-Este, la otra se desvía de la quebrada de Montaña para evitar un sitio muy difícil conocido como “La Angostura” y la otra a poco de transitar por la Quebrada de Montaña, atraviesa un portezuelo en túnel y se introduce en la Quebrada de Santa Clara, de dirección Noroeste-Sudeste (EICAM, 2004) (Ver Fig. 1).

Fig. 1. Ubicación alternativas de la RN 153. Los Berros – Barreal.

En este trabajo, las diferentes alternativas serán denominadas de aquí en delante de la siguiente manera: Quebrada de Montaña: A1-QM. Variante por Quebrada de Mario: A2-VM. Quebrada de Santa Clara: A3-SC. 2. GEOLOGÍA DEL LUGAR El estudio de alternativas de la RN 153 atravesará la Precordillera en el sur de San Juan y norte de Mendoza. Una gran parte de las provincias de San Juan y Mendoza está ocupada por relieve montañoso, aunque no todo sea del mismo origen ni esté presente la misma morfología. Los sistemas orográficos, de este a oeste son: Sierras Pampeanas, Precordillera de La Rioja, San Juan y Mendoza,

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Cordillera Frontal y Cordillera Principal o del límite, estas dos últimas forman parte de la Cordillera de los Andes. Las Sierras Pampeanas ocupan la región más oriental y antigua del relieve, siendo de edad Proterozoica. Los materiales fueron transportados y depositados en un geosinclinal al oeste de dichas sierras. Posteriores ciclos de plegamiento, erosión, depositación y finalmente de fracturación como consecuencia de la orogenia andina, dieron origen al sistema denominado Precordillera de La Rioja, San Juan y Mendoza, donde se encuentra la ruta nacional 153. El proceso orogénico que dio origen a la Cordillera de los Andes fue tan intenso que las planicies existentes se fracturaron y elevaron a alturas importantes para dar origen a la Precordillera, formando lo que geológicamente se conoce como “horst”, es decir bloques elevados a diferentes alturas y separados por fallas inversas verticales o con muy pequeña inclinación. La Precordillera está formada por una serie de cordones montañosos orientados de sur a norte y separados entre sí por estrechos valles y pese a alcanzar alturas superiores a los 3000 metros sobre el nivel del mar, no llega al límite de las nieves perpetuas. Sus cumbres son redondeadas, pero los faldeos se encuentran cubiertos de escombros, producto de la dislocación mecánica. Extensos conos de deyección demuestran la acumulación provocada por ríos y caudales esporádicos a los que se suma una magra vegetación (Harrington, 1971). La zona a estudiar abarca un diverso grupo de entornos geológicos (Ver Fig. 2). En el tramo comprendido entre el asentamiento poblacional de Villa Media Agua y las inmediaciones de la población de Pedernal, el trazado se desarrolla sobre la bajada pedemontana de la Precordillera Oriental, conformada por conos aluviales más recientes, coalescentes lateralmente en una gran planicie aluvial que se inclina levemente hacia el este. La composición granulométrica del material que se encuentra presente en estos depósitos aumenta de tamaño a medida que el camino se aproxima a la sierra, en términos generales. Después de Pedernal y en dirección Oeste, sobre la Pampa del Acequión, la traza abandona los depósitos aluvionales del Cuaternario para entrar en un área de sedimentos aterrazados del mismo período. Sobre los depósitos, el camino existente avanza paralelo al río Nikes; el material subyacente tiene granulometría decreciente de noroeste a sudeste transformándose de conglomerados gruesos a sedimentos finos. Mientras continúa el ascenso a la Precordillera, se encuentra la Formación Mariños como soporte del camino. Esta unidad está conformada por conglomerados, areniscas y lutitas continentales de edad Terciaria. A continuación, el camino atraviesa afloramientos del Grupo Santa Clara, asignado al Triásico, el cual se presenta una sucesión de rocas sedimentarias compuesta por lutitas, areniscas tobáceas, fangolitas y limolitas. Este grupo está subdividido en: Formación Santa Clara de Abajo (alternancia de lutitas, limonitas y areniscas finas) y Formación Santa Clara de Arriba (facies arenosas finas y arcillosas de matices claros amarillentos y blanquecinos, alternando con lutitas moradas, mientras que en los niveles superiores hay areniscas tobáceas claras con intercalaciones de lutitas margosas y bituminosas). Pendiente arriba se localiza la Formación Cortaderas, de edad Ordovícica y que consiste en una sucesión de filitas, metagrauvacas, esquistos verdes, metadiabasas y serpentinitas (Bordonaro, 1999). Finalmente, al superar la Precordillera, la zona en estudio desciende hasta el valle de Uspallata – Calingasta (que la separa de la Cordillera Frontal), en el sector de la ciénaga de Yalguaraz. En esta zona hay presencia de depósitos aluviales recientes, muy parecidos a los de la zona oriental. El

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trazado alcanza su punto final en inmediaciones de la ruta nacional Nº 149, también llamada “Corredor Andino” (Ex RP 412). Cabe resumir que el corredor del proyecto atraviesa tres formaciones: en el este la Formación Mariños, al centro el Grupo Santa Clara (también conocido como Uspallata) y al oeste, la Formación Cortaderas.

Fig. 2. Mapa descriptivo actualizado de la geología en la zona bajo estudio. (Harrington, 1971.

Sepúlveda, 1998)

3. CARACTERÍSTICAS GEOMECÁNICAS DE LOS MACIZOS ROCOSOS A continuación se evalúan dichas características para las tres alternativas de trazado, desarrollando el análisis en forma conjunta para las dos primeras alternativas A1-QM y A2-VM cuyo trazado discurre en la mayor parte de su longitud por la quebrada de Montaña, y por separado para la alternativa A3-SC por la quebrada de Santa Clara. 3.1. Alternativas por quebradas de Montaña y de Mario La traza para las alternativas A1-QM y A2-VM atraviesa distintas formaciones geológicas pertenecientes a la Formación Mariños y al Grupo Santa Clara, donde predominan mayoritariamente rocas sedimentarias consistentes en areniscas de distinta granulometría y rugosidad en sus planos de estratificación, y lutitas o pelitas. En la parte final de la traza para ambas alternativas, a partir de la progresiva 16000 aproximadamente, se presentan metasedimentitas fracturadas pertenecientes a la Formación Cortaderas, donde se han perdido los rastros de sedimentación. Por esta circunstancia, los contrataludes en Formación Cortaderas merecen un tratamiento diferente desde el punto de vista de la verificación de la seguridad al deslizamiento.

Para el sector hasta progresiva 16000 se analizan casos de falla plana y fallas en cuña. Los casos de falla plana se presentan cuando hay una diferencia de rumbo inferior a 20º entre los planos de estratificación y del talud, y son los más desfavorables desde el punto de vista de la estabilidad. La

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falla en cuña se presenta cuando hay dos planos de debilidad que buzan hacia el talud. Estos planos de debilidad pueden estar formados en ocasiones por el plano de estratificación y un plano de diaclasas, y en otros casos por dos planos de diaclasas. Para el caso de falla plana se supone la existencia de una grieta de tracción por detrás de la cresta del talud. Su posición, según Hoek y Brown, se adopta de manera tal de minimizar el coeficiente de seguridad al deslizamiento (Hoek y Bray, 1981) (Fig. 3):

Fig. 3. Posición de fisura de tracción que minimiza el coeficiente de seguridad.

La profundidad de la fisura de tracción que da el coeficiente de seguridad mínimo es:

ztc tggcot1

Hz

ββ−= (1)

y la posición de la misma por detrás de la cresta del talud es:

tztc gcotgcotgcot

Hb

β−ββ= (2)

Estos casos de falla plana, dado que se trata de una falla traslacional, se analizan con el método de dovelas de Janbu, que considera una superficie de deslizamiento de forma indefinida, siendo plana para este caso particular. Para realizar este tipo de análisis se ha recurrido en esta etapa al programa E02 disponible en la EICAM. A efectos de proceder al análisis de la estabilidad de taludes, es necesario en esta etapa inferir parámetros resistentes para los planos de debilidad en función del tipo de roca. Para cada caso se indican los parámetros de la roca más débil, que es la “rectora” en cuanto a la seguridad al deslizamiento del talud. Dichos parámetros de presentan en Tabla 1.

Tabla 1. Parámetros de corte en planos de estratificación y de diaclasas. Roca Formación o Grupo c (kPa) φ (º) Pelita Mariños 50 20

Arenisca de grano fino Santa Clara 50 35 Arenisca muy rugosa Santa Clara 70 40

Arenisca de grano medio Santa Clara 70 37 Pelita Santa Clara 50 20

Es necesario aclarar que la adopción de estos parámetros es tentativa, y válida solamente para esta etapa del estudio. A nivel de proyecto deberán hacerse ensayos geofísicos de sísmica de refracción

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y resistividad, para conocer la variación de la calidad de la roca con la profundidad. Por otro lado, en los casos críticos de estabilidad de taludes, deberán tomarse muestras que contengan los planos de debilidad (estratificación y/o diaclasas) y hacer ensayos de corte directo en laboratorio para conocer el valor real de c y φ en los mismos.

Para el análisis de los taludes situados luego de la progresiva 16000, se hace la verificación de estabilidad de taludes con falla circular a través del macizo rocoso diaclasado. Para ello se emplea la fórmula de Hoek y Brown que expresa (Hoek y Brown, 1980):

τ = A σc (σ/σc - T)B (3)

donde: τ = resistencia al corte σc = resistencia a la compresión simple de la roca sana σ = tensión normal actuante A, B, T: parámetros que dependen de la naturaleza y estado del macizo rocoso, de acuerdo a

la tabla 2, propuesta por Hoek y Brown. En la zona en cuestión, correspondiente al afloramiento Cortaderas, correspondería asignar una calidad mala al macizo rocoso en superficie, que se muestra en la Fig. 4. Probablemente el macizo se encuentre en mejor estado en profundidad, con diaclasas más cerradas y más espaciadas que en superficie. Esto deberá ser dilucidado en estudios posteriores mediante toma de muestras complementados con estudios geofísicos de sísmica-refracción. En esta etapa de estudio de alternativas se adoptan, para la caracterización del macizo, valores para los coeficientes A, B y T que resultan de promediar los correspondientes a macizo rocoso de calidades regular y mala, que han sido sombreados y resaltados en Tabla 2. Los promedios estimados se presentan a continuación: A = 0,221 B = 0,680 T = -0,00015

En lo referente al parámetro σc, resistencia a la compresión simple de la roca sana, a usar en la fórmula de Hoek y Brown (Ecuación (3)), se ha adoptado un valor de 80 MPa, correspondiente a una roca de resistencia media. En este estudio se utilizó el programa E03 desarrollado por la EICAM para analizar este caso de estabilidad de taludes.

Fig. 4. Aspecto del macizo rocoso de Formación Cortaderas, quebrada Santa Clara

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Tabla 2. Parámetros resistentes, macizos rocosos diaclasados (Hoek y Brown, 1980).

Resistencia al corte según Hoek y Brown σ1=σ3+(m σc σ3+sσc

2)1/2

τ= Α σc(σ/σc-T)B

T=1/2 (m- (m2+4s)1/2

Rocas carbonosas con clivaje cristalino muy desarrollado (caliza, dolomita y mármol)

Rocas arcillosas litificadas (arcilita, limolita, lutita, esquisto y pizarra (normal a los planos de debilidad))

Rocas arenosas con clivaje fuerte y clivaje cristalino poco desarrollado (arenisca y cuarcita)

Rocas ígneas cristalinas, poliminerales, de grano fino (andesita, dolerita, diabasa y riolita)

Rocas ígneas cristalinas, poliminerales, de grano grueso (anfibolita, gabro, gneiss, granito, diorita y cuarzodiorita

Roca intacta Muestras de laboratorio libres de juntas CSIR=100* NGI=500**

m=7,0 s=1,.0 A=0,816 B=0,658 T=-0,140

m=10,0 s=1,0 A=0,918 B=0,677 T=-0,099

m=15,0 s=1,0 A=1,044 B=0,692 T=-0,067

m=17,0 s=1,0 A=1,086 B=0,696 T=-0,059

m=25,0 s=1,0 A=1,220 B=0,705 T=-0,040

Macizo rocoso de muy buena calidad Roca no perturbada con trabazón ajustada y diaclasas no meteorizadas (esp=+-3 m) CSIR=85* NGI=100**

m=3,5 s=0,1 A=0,651 B=0,679 T=-0,028

m=5,0 s=0,1 A=0,739 B=0,692 T=-0,020

m=7,5 s=0,1 A=0,848 B=0,702 T=-0,013

m=8,5 s=0,1 A=0,883 B=0,705 T=-0,012

m=12,5 s=0,1 A=0,998 B=0,712 T=-0,008

Macizo rocoso de buena calidad Roca fresca a ligeramente meteorizada con diaclasas espaciadas de 1 a 3 m CSIR=65* NGI=10**

m=0,7 s=0,004 A=0,369 B=0,669 T=-0,006

m=1,0 s=0,004 A=0,427 B=0,683 T=-0,004

m=1,5 s=0,004 A=0,501 B=0,695 T=-0,003

m=1,7 s=0,004 A=0,525 B=0,698 T=-0,002

m=2,5 s=0,004 A=0,603 B=0,707 T=-0,002

Macizo rocoso de calidad regular Varias familias de diaclasas moderadamente meteorizadas c/ esp=0,3 a 1 m CSIR=44* NGI=1**

m=0,14 s=0,0001 A=0,198 B=0,662 T=-0,0007

m=0,20 s=0,0001 A=0,234 B=0,675 T=-0,0005

m=0,30 s=0,0001 A=0,280 B=0,688 T=-0,0003

m=0,34 s=0,0001 A=0,295 B=0,691 T=-0,0003

m=0,50 s=0,0001 A=0,346 B=0,700 T=-0,0002

Macizo rocoso de mala calidad Numerosas diaclasas meteorizadas con algún relleno o detritos de roca limpios esp=30 a 500 mm CSIR=23* NGI=0,1**

m=0,04 s=0,00001 A=0,115 B=0,646 T=-0,0002

m=0,05 s=0,00001 A=0,129 B=0,655 T=-0,0002

m=0,08 s=0,00001 A=0,162 B=0,672 T=-0,0001

m=0,09 s=0,00001 A=0,172 B=0,676 T=-0,0001

m=0,13 s=0,00001 A=0,203 B=0,686 T=-0,0001

Macizo rocoso de muy mala calidad Numerosas diaclasas meteorizadas con relleno o detritos de roca con finos esp=<50 mm CSIR=3* NGI=0,01**

m=0,007 s=0 A=0,042 B=0,534 T=0

m=0,010 s=0 A=0,050 B=0,539 T=0

m=0,015 s=0 A=0,061 B=0,546 T=0

m=0,017 s=0 A=0,065 B=0,548 T=0

m=0,025 s=0 A=0,078 B=0,556 T=0

*CSIR se refiere a la calificación propuesta por el CSIR (Beniawski, Sudáfrica), que varía entre 3 y 100. **NGI se refiere a la calificación propuesta por el NGI (Barton, Noruega), variable entre 0 y 500. 3.2. Alternativa por quebrada de Santa Clara

Se analiza en este apartado el sector comprendido a partir de progresiva 8700, dado que hasta dicho punto la traza es común con las variantes que siguen la quebrada de Montaña, A1-QM y A2-VM. En los sectores inicial y final de esta variante, donde se encuentran las formaciones sedimentarias (Grupo Santa Clara), se ha realizado el mismo tipo de análisis que en las alternativas anteriores,

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verificando los casos de falla plana y fallas en cuña. La falla plana es mucho más crítica en lo referente a la seguridad al deslizamiento que la de cuña. Cabe destacar que los casos de falla plana críticos se presentan en esta alternativa con menor frecuencia que en el caso de las variantes por Quebrada de Montaña.

Los parámetros de corte utilizados para evaluar la estabilidad de taludes en la quebrada de Santa Clara corresponden a rocas de tipo pelita y arenisca de grano fino del Grupo Santa Clara, cuyos valores se han indicado en la tabla 1. Nuevamente, corresponde aclarar que la adopción de estos parámetros es válida solamente paran esta etapa del estudio, requiriéndose estudios más profundos para desarrollar el proyecto definitivo de la ruta, tal como se mencionó para las alternativas A1-QM y A2-VM.

Para el análisis de los taludes en la parte central de la traza (progresivas 11500-17100), nuevamente se hace la verificación de estabilidad de taludes con falla circular a través del macizo rocoso diaclasado, utilizando fórmula de Hoek y Brown presentada en la ecuación (3). Para la elección de los coeficientes de dicha fórmula, se adoptaron los mismos criterios utilizados para el análisis de las alternativas por Quebrada de Montaña a partir de la progresiva 16000, dado que el estado del macizo rocoso es muy similar en ambos casos. 4. ANÁLISIS SÍSMICO La zona en estudio es de alta sismicidad. De acuerdo a las Normas Antisísmicas Argentinas–1980 (NAA-80), el sitio de estudio corresponde a Zona IV, que posee un coeficiente sísmico zonal Co= 0,12. Teniendo en cuenta que el talud en roca puede asimilarse a una masa de muy baja disipación de energía, similar en su comportamiento a un muro de contención, se adopta un coeficiente sísmico horizontal a aplicar a la masa del contratalud igual a Cs=2xCo= 0,24, y un coeficiente sísmico vertical tendiente a disminuir el peso igual a Cv= Co= 0,12. En la Fig. 5 se indica el mapa de la República Argentina con la zonificación sísmica, de acuerdo a la NAA-80 (Normas Antisísmicas Argentinas, 1980).

Fig. 5. Zonificación sísmica de la Argentina de acuerdo a las NAA-80.

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5. PAUTAS DE DISEÑO DE CONTRATALUDES 5.1. Estados de carga a considerar

En primer lugar se consideran las fuerzas gravitacionales, para ello se asume que el peso específico de la roca es de 25 KN/m3. Tal como se indicó en el apartado anterior, la zona es de alta sismicidad.

Para las solicitaciones donde actúen cargas permanentes, se acepta un coeficiente de seguridad al deslizamiento mayor o igual a 1,20, mientras que para los casos donde no actúa la solicitación sísmica el coeficiente de seguridad aceptable será como mínimo igual a 1,50. 5.2. Contrataludes analizados 5.2.1. Variante A1-QM

Progresiva 5870 Formación Mariños, compuesta por conglomerados, pelitas y areniscas de color pardo rojizas a violáceas. Parámetros de corte en la pelita: c= 50 kPa, φ= 20º. Falla plana. Buzamiento de estratos: βz= 50º. Se analiza un talud 2v:1h con bermas de 3 m de ancho cada 10 metros de altura. Altura total del talud: 25 m.

Tabla 3. Entrada de datos para análisis contratalud Pr 5800. Caso con sismo. Con sismo N 6 Fs 1 E 0,01 X Y 0 0 5 5,96 8 9,53

13 15,49 16 19,07

18,5 22,05 19,7 23,48 pte γ (KN/m3) c (kPa) Subpresión u Carga externa P 2 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0 2 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0 2 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0

*Resulta de considerar la acción sísmica vertical. En efecto 25x(1-0,12)= 22.

Se obtienen los siguientes coeficientes de seguridad: con sismo FS= 1,86 y sin sismo FS= 2,08.

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Fig. 6. Esquema de falla plana para Pr. 5870.

Progresiva 8500 Dado el alto buzamiento de los estratos (60º) es muy probable que en las tareas de voladura se afloje parte de la masa rocosa, dejando el talud con un ángulo de 60º coincidente con los estratos. Esta situación particular puede tener lugar entre progresivas 8400 a 8600. Progresiva 8770 Grupo Santa Clara, compuesto por bancos de arenisca blanquecina con intercalaciones pelíticas. Parámetros de corte los planos de estratificación a través de la lutita: c= 70 kPa, φ= 20º, y en planos de diaclasas c= 100 kPa, φ= 40º, Falla en cuña. Rumbo plano de estratificación: α= 240º (=60º+180º), buzamiento de estratos: βz= 45º. Rumbo aproximado plano de diaclasas: α= 160º, buzamiento de diaclasas: βz= 60º. (Ver Fig. 7). Se analiza un talud 1,7v:1h sin bermas. Altura del talud= 30 m. Rumbo plano de talud: α= 205º, buzamiento de plano de talud: βz= 60º. Rumbo plano por detrás de cresta de talud: α= 205º, buzamiento de plano por detrás de cresta de talud: βz= 10º.

Fig. 7. Foto talud Pr 8770.

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Fig. 8. Esquema de nomenclatura de planos y rectas que forman la cuña.

Para la verificación de la rotura en cuña se recurre a una planilla en Excel confeccionada siguiendo los lineamientos propuesto por Hoek y Bray (Hoek y Bray, 1981).

Fig. 9. Proyección estereográfica para el contratalud de progresiva 8770.

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Tabla 4. Verificación cuña en roca. Pr. 8770.

Tabla 5. Resultados verificación contratalud Pr 8770. Con sismo Sin sismo

Peso cuña (KN) 44970,5 51102,8 FS 1,82 2,22

Progresiva 9500 Grupo Santa Clara, compuesto por bancos de arenisca muy rugosa. Parámetros de corte en la arenisca: c= 70 kPa, φ= 40º. Falla plana. Buzamiento de estratos: βz= 35º. Se analiza un talud 2v:1h con bermas de 3 m de ancho cada 10 metros de altura. Altura total del talud: 35 m.

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Tabla 6. Entrada de datos para el contratalud de Pr 9500. Caso con sismo.

Con sismo N 8 Fs 1 E 0,01 X Y 0 0 5 3,5 8 5,6

13 9,1 16 11,2 21 14,7 24 16,8

26,5 18,6 36,39 25,5

pte γ (KN/m3) c (kPa) Subpresión u Carga externa P 2 22* 70 0 0 0 22* 70 0 0 2 22* 70 0 0 0 22* 70 0 0 2 22* 70 0 0 0 22* 70 0 0 2 22* 70 0 0 0 22* 70 0 0

*Resulta de considerar la acción sísmica vertical. En efecto 25x(1-0,12)= 22. Se obtienen los siguientes coeficientes de seguridad: con sismo FS= 1,24 y sin sismo FS= 1,78.


Progresiva 12090 Grupo Santa Clara, compuesto por una potente secuencia de areniscas de color marrón, rojizo y gris, areniscas tobáceas y diques riolíticos. Parámetros de corte en la arenisca: c= 70 kPa, φ= 37º.

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Falla plana. Buzamiento de estratos: βz= 35º. Se analiza un talud 2,5v:1h con bermas de 3 m de ancho cada 10 metros de altura. Altura total del talud: 25 m.

Tabla 7. Entrada de datos para el contratalud de Pr 12090. Caso con sismo. Con sismo N 6 Fs 1 E 0,01 X Y 0 0 4 2,8 7 4,9

11 7,7 14 9,8 16 11,2

23,89 16,73 pte γ (KN/m3) c (kPa) Subpresión u Carga externa P 2,5 22* 70 0 0 0 22* 70 0 0

2,5 22* 70 0 0 0 22* 70 0 0

2,5 22* 70 0 0 0 22* 70 0 0



Progresiva 17765 Formación Cortaderas. Filitas y metagrauvacas fisuradas y diaclasadas. Se analiza un talud 2v:1h con una sola berma de 3 m de ancho a 10 metros de altura a los efectos de economizar volumen de roca a remover. Altura total del talud: 50 m. Falla a través de una superficie circular en roca fracturada. Se usa el programa E03.

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Parámetros resistentes a aplicar: Resistencia a compresión simple de la roca σc= 80 MPa A= 0,221 B= 0,680 T= -0,00015 Se analizan varios círculos de rotura, siendo el crítico el que tiene centro en el punto de coordenadas Xo= -30 m e Yo= 80 m con respecto al pie del talud.

Tabla 8. Entrada de datos para el contratalud de Pr 17765. Caso con sismo. Con sismo Xo -30 Yo 80 Fs 1 E 0,01 N 8 X 0 5 8

15 22 28 35 42

49,9 pte γ (KN/m3) Subpresión u Carga externa P 2 22* 0 0 0 22* 0 0 2 22* 0 0 2 22* 0 0 2 22* 0 0 0 22* 0 0 0 22* 0 0 0 22* 0 0

*Resulta de considerar la acción sísmica vertical. En efecto 25x(1-0,12)= 22. En la tabla 9 se indican los coeficientes de seguridad para varios círculos analizados. Los valores correspondientes al círculo crítico están en negrita.

Tabla 9. Superficies de falla analizadas. Círculo 1 2 3 4 5 6 Xo -30 -30 -30 -30 -20 -40 Yo 90 100 80 70 80 80 Fs 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 E 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 N 8 8 8 8 8 8 XN 56,0 61,6 49,9 43,4 56,8 44,2 Fs (c/sismo) 1,29 1,34 1,26 1,33 1,34 1,28 Fs (s/sismo) 1,72 1,81 1,64 1,59 1,76 1,60

XN= abscisa final de la última dovela

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Fig. 12. Esquema de falla circular para Pr. 17765.

5.2.2. Variante A2-VM Progresiva 14260 Grupo Santa Clara, compuesto bancos gruesos y finos con intercalaciones pelíticas carbonosas. Parámetros de corte en la pelita: c= 50 kPa, φ= 20º. Falla plana. Buzamiento de estratos: βz= 30º. Se analiza un talud 1v:1h con bermas de 3 m de ancho cada 10 metros de altura. Altura total del talud: 25 m.

Tabla 10. Entrada de datos para el contratalud de Pr 14260. Caso con sismo. Con sismo N 6 Fs 1 E 0,01 X Y 0 0

10 5,77 13 7,51 23 13,28 26 15,01 31 17,9

35,77 20,65 pte γ (KN/m3) c (kPa) Subpresión u Carga externa P 1 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0 1 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0 1 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0


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Fig. 13. Esquema de falla plana para Pr 14260.

5.2.3. Variante A3-SC Progresiva 9400. Portal de salida del túnel

Grupo Santa Clara, compuesto por areniscas color marrón y grisáceo con intercalaciones de pelita morada. Parámetros de corte en la pelita: c= 50 kPa, φ= 20º. Falla plana. Buzamiento de estratos: βz= 60º. Dado el alto ángulo de buzamiento y la baja resistencia al corte a través de la pelita, es conveniente dejar el talud a 60º (coincidente con el ángulo de buzamiento de los estratos y de manera tal que en el frente esté expuesta la roca competente (Arenisca). Prosiguiendo con el trazado, no se presentan cortes importantes en esta zona, dado que la quebrada es bastante ancha. Se adoptará en los cortes de entrada y salida del túnel taludes 3v:1h con bermas de 3 m de ancho cada 10 m de altura. La justificación se hace mediante el análisis de estabilidad de cuña en el apartado siguiente. Progresiva 9400. Laterales embocadura del túnel Grupo Santa Clara. Parámetros de corte en los planos de estratificación a través de la pelita: c= 50 kPa, φ= 20º, y en planos de diaclasas c= 100 kPa, φ= 40º, Falla en cuña. Rumbo plano de estratificación: α= 255º (=75º+180º), buzamiento de estratos: βz= 60º. Rumbo aproximado plano de diaclasas: α= 40º, buzamiento de diaclasas: βz= 40º. (Ver Fig. 14). Se analiza un talud 3v:1h con bermas de 3 m de ancho cada 10 metros de altura. Rumbo plano de talud: α= 310º, buzamiento de plano de talud: βz= 64º (Corresponde a un talud 3v:1h, con bermas de 3 m de ancho cada 10 m de altura. Altura total del talud: 20 m). Rumbo plano por detrás de cresta de talud: α= 310º, buzamiento de plano por detrás de cresta de talud: βz= 10º.

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Fig. 14. Foto lateral izquierdo salida del túnel.

Fig. 15. Proyección estereográfica para el contratalud de progresiva 9400.

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Tabla 11. Verificación cuña en roca. Pr. 9400.

Tabla 12. Resultados verificación contratalud Pr 9400. Lateral embocadura túnel.

Con sismo Sin sismo Peso cuña (KN) 33095,6 37608,6

FS 3,15 4,73 Progresiva 15170 Formación Cortaderas. Filitas y metagrauvacas fisuradas y diaclasadas. Se analiza un talud 2v:1h con una sola berma de 3 m de ancho a 10 metros de altura a los efectos de economizar volumen de

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roca a remover. Altura total del talud: 34 m. La ladera natural se prolonga con un ángulo de 30º con la horizontal por detrás del corte hasta una altura de 6 m para hacerse luego horizontal. Falla a través de una superficie circular en roca fracturada. Se usa el programa E03, aplicando los siguientes parámetros resistentes: Resistencia a compresión simple de la roca σc= 80 MPa A= 0,221 B= 0,680 T= -0,00015 Se analizan varios círculos de rotura, siendo el crítico el que tiene centro en el punto de coordenadas Xo= -40 m e Yo= 70 m con respecto al pie del talud.

Tabla 13. Entrada de datos para el contratalud de Pr 15170. Caso con sismo. Con sismo Xo -40 Yo 70 Fs 1 E 0,01 N 7 X 0 5 8

14 20 25

30,32 34,8 pte γ (KN/m3) Subpresión u Carga externa P 2 22* 0 0 0 22* 0 0 2 22* 0 0 2 22* 0 0

0,577 22* 0 0 0,577 22* 0 0

0 22* 0 0 *Resulta de considerar la acción sísmica vertical. En efecto 25x(1-0,12)= 22. En la tabla 14 se indican los coeficientes de seguridad para varios círculos analizados. Los valores correspondientes al círculo crítico están en negrita.

Tabla 14. Superficies de falla analizadas.

Círculo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Xo -20 -30 -40 -50 -40 -40 -50 -40 -30 Yo 70 70 70 70 80 90 80 60 80 Fs 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 E 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 N 8 8 7 7 8 8 7 6 8 XN 46,3 39,9 34,8 30,6 39,9 44,8 35,4 29,0 45,4 Fs (c/sismo) 1,46 1,38 1,37 1,45 1,37 1,40 1,37 1,63 1,42 Fs (s/sismo) 1,95 1,83 1,81 1,91 1,83 1,89 1,82 1,91 1,91

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XN= abscisa final de la última dovela

Fig. 16. Esquema de falla circular para Pr. 15170.

Progresiva 21310 Grupo Santa Clara. Areniscas de grano fino a medio, compactas y bien estratificadas. Parámetros de corte en la arenisca: c= 50 kPa, φ= 35º. Falla plana. Buzamiento de estratos: βz= 25º. Se analiza un talud 3v:1h con una berma de 3 m de ancho a 10 metros de altura. Altura total del talud: 20 m.

Tabla 15. Entrada de datos para el contratalud de Pr 21310. Caso con sismo. Con sismo N 4 Fs 1 E 0,01 X Y 0 0

3,33 1,55 6,33 2,95 9,67 4,51 20,37 9,50

pte γ (KN/m3) c (kPa) Subpresión u Carga externa P 3 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0 3 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0


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Progresiva 27500 Pasando el Portezuelo. Grupo Santa Clara. Arenisca de grano medio de color pardo rojizo con intercalaciones de lutitas y pelitas. Parámetros de corte en la pelita: c= 50 kPa, φ= 20º. Falla plana. Buzamiento de estratos: βz= 30º. Se analiza un talud 1v:1h con bermas de 3 m de ancho cada 10 metros de altura. Altura total del talud: 25 m.

Tabla 16. Entrada de datos para el contratalud de Pr 27500. Caso con sismo.

*Resulta de considerar la acción sísmica vertical. En efecto 25x(1-0,12)= 22.

Con sismo N 6 Fs 1 E 0,01 X Y 0 0

10 5,77 13 7,51 23 13,28 26 15,01 31 17,90

36,63 21,15 pte γ (KN/m3) c (kPa) Subpresión u Carga externa P 1 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0 1 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0 1 22* 50 0 0 0 22* 50 0 0

Se obtienen los siguientes coeficientes de seguridad: con sismo FS= 1,25 y sin sismo FS= 1,72.

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5.2.5. Zonificación

Tabla 17. Zonificación de contrataludes en la alternativa A1-QM Desde

ProgresivaHasta

Progresiva Talud Ancho berma (m)

Altura entre bermas (m)

0 6800 2v:1h 3 10 6800 9000 1,7v:1h* 0 0 9000 10000 2v:1h 3 10 10000 11900 3v:1h 3 10 11900 12800 2,5v:1h 3 10 12800 12880 3v:1h** 3 10 12880 13300 Túnel en zona de la Angostura 13300 14200 3v:1h** 3 10 14200 Final 2v:1h*** 3 10

*El buzamiento de los estratos es de 60º. Probablemente al volar la roca el talud quede con este ángulo. **Abarca parcialmente la zona de la Angostura (Pr 12800-13400). No se presentan allí casos de falla plana, que son los más críticos. Para economizar movimiento de roca se hace una sola berma a 10 m de altura. *** Para economizar movimiento de roca se hace una sola berma a 10 m de altura.

Tabla 18. Zonificación de contrataludes en la alternativa A2-VM Desde

Progresiva Hasta



11900 13000 2,5v:1h 3 10 13000 14400 1v:1h 3 10 14400 16000 2,5v:1h 3 10 16000 Final 2v:1h* 3 10

*Para economizar movimiento de roca se hace una sola berma a 10 m de altura.

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Tabla 19. Zonificación de contrataludes en la alternativa A3-SC Desde

Progresiva Hasta



6850 8850 1,7v:1h* 0 0 8850 9110 3v:1h 3 10 9110 9400 Túnel 9400 13100 3v:1h 3 10 13100 17600 2v:1h** 3 10 17600 22600 3v:1h** 3 10 22600 Final 1v:1h 3 10

*El buzamiento de los estratos es de 60º. Probablemente al volar la roca el talud quede con este ángulo. **Se adopta una sola berma para economizar movimiento de roca. En la Fig. 19 se muestra un croquis con las tres variantes propuestas y tramos de aplicación de los diferentes contrataludes, indicando también la formación geológica y tipos de macizos rocosos presentes.

Fig. 19. Zonas de aplicación de diferentes contrataludes para las tres alternativas.

6. CONCLUSIONES Las secciones donde se prevén los cortes en desmonte son mucho más frecuentes en las alternativas A1-SC y A2-VM que en la A3-SC. Por otro lado, en las variantes A1-SC y A2-VM son más frecuentes los casos de falla plana, muy críticos en cuanto a la seguridad de los contrataludes en roca, debido precisamente a la dirección O-E de las quebradas de Santa Clara y de Mario, mientras que en la quebrada de Santa Clara, al correr en dirección NO-SE, coincidente en general con la dirección del buzamiento de los estratos sedimentarios del Grupo Santa Clara, hace que las fallas planas se presenten muy ocasionalmente, cuando la dirección de la quebrada se aparta de la NO-SE.

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Por otro lado, la amplitud de la quebrada Santa Clara y la existencia de niveles de terraza – capaces de darle soporte al trazado – permiten que en general se pueda hacer la traza más alejada de los macizos rocosos, reduciendo la altura del corte en roca en secciones en desmonte, o al menos restringirla a situaciones de muy corta longitud. Esto redundará en un ahorro en el movimiento de suelos.

7. BIBLIOGRAFÍA 1)EICAM, 2004. “Estudio de selección de alternativas de trazado ruta 319 (Camino Barreal-Los Berros. Tramo: Río Nikes-Pampa del Yalguaraz”. Informe de Ingeniería presentado a Vialidad Nacional. San Juan, noviembre de 2004, 193 pp. 2)Harrington, H, 1971. “Descripción geológica de la Hoja 22c, Ramblón, Pcias de San Juan y Mendoza”. Boletín Nº 114. Editado por la Dirección Nacional de Geología y Minería. Buenos Aires, 1971, 91 pp. 3)Bordonaro, Osvaldo, 1999. “Cámbrico y Ordovícico de la Precordillera y Bloque de San Rafael. Publicado en el CD Geología Argentina. Anales 29 (Págs. 189-204). Editado por SEGEMAR (Servicio Geológico Minero Argentino), Buenos Aires, 2004. 4)Sepúlveda, E, 1998. Hoja Geológica 3369-II Mendoza. SEGEMAR. Instituto de Geología y Recursos Minerales. Boletín N° 252. Buenos Aires, Argentina. 5)Hoek, Evert y Bray, John. “Rock Slopes”. Publicación basada en el libro “Rock Slope Engineering” y editada por la Federal Highway Administration (FHWA). Washington DC, 1981, 506 pp. 6)Hoek, Evert. y Brown, Edwin, 1980. “Excavaciones subterráneas en roca”. Editado por Libros Mc Graw Hill, Mexico DF, 1985, 634 pp. 7)Normas Antisísmicas Argentinas NAA-80. Editada por el INPRES. San Juan, 1980, 81 pp.

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