CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA

DEL CERRO CALLACPUMA LOS BAÑOS

DEL INCA-CAJAMARCA

DESCRIPCIÓN BREVE En el presente trabajo se realiza el estudio de la caracterización

Geomecánica de un macizo rocoso, un talud, ubicado en el distrito de

Baños del Inca-Cajamarca, definiendo sus unidades litológicas

pertenecientes a la Formación Farrat y a la Formación Carhuaz.

Brigada Jhunior´s Mecanica de Rocas I

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CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL CERRO CALLACPUMA

LOS BAÑOS DEL INCA-CAJAMARCA

*Roger S. Lucano Alvarado, Hugo A. Castañeda Guzmán, José L. Díaz Espinoza, Willy M. Mendoza Cercado, Jiam C. Terán

Chomba

*Correo Electrónico: rogerlucano4646@gmail.com

Universidad Privada del Norte Escuela Profesional de Ingeniería de Minas

RESUMEN

En el presente trabajo se realiza el estudio de la caracterización

Geomecánica de un macizo rocoso, un talud, ubicado en el

distrito de Baños del Inca-Cajamarca, definiendo sus unidades

litológicas pertenecientes a la Formación Farrat y a la

Formación Carhuaz.

Para ello, se ha realizado un mapeo geomecanico y ensayos de

carga puntual de las muestras en el que obtuvimos la valoración

de un RMR, necesario para clasificar el talud entre un macizo

malo a regular. Además de un análisis de estabilidad de taludes

en el que evaluamos al macizo mediante análisis

estereográfico. También encontramos el factor se seguridad el

cual nos permite conocer cuál es el factor de amenaza de que el

talud falle en la peores condiciones.

Palabras Claves: Macizos rocosos, taludes, deslizamientos,

clasificación geomecánica

ABSTRACT

In this paper the study of Geomechanics characterization of a

rock mass, a bank located in the district of Baños del Inca,

Cajamarca is performed, defining their lithological units

belonging to Farrat Carhuaz Training and Education.

To do this, he has made a geomechanical mapping and point

load tests of samples in which we obtained a valuation RMR

necessary to classify the batter between a bad regulate solid. In

addition to a slope stability analysis in which we evaluate the

massif by stereographic analysis. We also found the safety

factor is which allows us to know what is the factor of threat

that the slope failure in the worst conditions.

Keywords: rocky massifs, slopes, landslides, geomechanics

classification.

2

INTRODUCCIÓN

En el presente informe de la salida de campo que

desarrollamos los alumnos de Ingeniería de Minas, al distrito de

Baños del Inca, en la localidad de Shaullo Chico.

Es evidente que este trabajo de mapeo geomecanico es muy

importante no solo para prevenir posible riesgo geológico, sino

para comprender y evaluar el tipo de roca. Además a través del

estudio se puede llegar a prevenir posibles riesgos geológicos y

determinar si existen beneficios económicos. Es por ello que

hacemos el alcance de algunos datos que obtuvimos

directamente de la zona en el momento que la visitamos.

Es una zona propicia para realizar trabajos geológicos de

distinta índole ya que cuenta con distintos tipos de estructuras

geológicas aptas para realizar estudios geomecánicos, una de

estas zonas es el centro poblado Shaullo Chico, donde se desea

determinar las condiciones del talud entre ellas su estabilidad y

clasificación del macizo rocoso, pero como evaluar estos

parámetros. Para la caracterización de un macizo rocoso se

hacen estudios in situ donde se toman datos y estos son

procesados en laboratorio cuyo objetivo es reproducir sobre una

muestra de roca, los posibles niveles de esfuerzos a que serán

sometidos los materiales en sitio y determinar de esta forma sus

características de resistencia mecánica, estos análisis de

laboratorio pueden realizarse mediante ensayos de carga

puntual en el que se mide el índice de resistencia a la

compresión el cual nos brinda una valoración en tablas de

determinación de RMR. Ademas de ello identificaremos que

tipo de falla se pude dar en el talud de estudio.

El objetivo de esta investigación es dar a conocer la

caracterización del macizo rocoso en la zona de estudio,

utilizando tablas de valoración de la roca y fórmulas

matemáticas las cuales nos ayudaran a obtener resultados reales

y precisos. También se concreta objetivos específicos.

Realizar el estudio geomecanico de los macizos

rocosos.

Determinar los parámetros geomecánicos de los

macizos estudiados.

Determinar qué tipo de falla puede ocurrir en el talud de

estudio.

UBICACIÓN.

Departamento: Cajamarca

Provincia: Cajamarca.

Distrito: La zona de estudios está ubicada a 10 Km. al

sureste de la provincia de Cajamarca en el distrito de

Baños del Inca, específicamente en el caserío Shaullo

Chico.

Coordenadas UTM.

N 9206000 E 783000

3

ZONA DE ESTUDIO

ACCESIBILIDAD

El lugar donde se realizó el estudio geológico presenta la

siguiente accesibilidad.

Carretera Asfaltada: De Cajamarca a Baños del Inca presenta

una carretera en buenas condiciones a una extensión de 7 Km.,

se llega utilizando vehículos particulares u ómnibus que

brindan servicio público diario.

GEOLOGÍA REGIONAL

Las características geológicas que presenta el departamento de

Cajamarca, se encuentran relacionadas a su origen formacional

y a su tectónica. El Grupo Salas es el más antiguo, y

corresponde al Paleozoico, Odovicico inferior.

El Grupo Goyllarisquizga del Cretácico inferior presenta

areniscas, calizas y lutitas de las formaciones Chimú, Santa

Carhuaz y Farrat, las mismas que presentan fracturas. Las

formaciones Inca, Chulec, Pariatambo y Yumagual, Pulluicana,

Quilquiñan, y Cajamarca (cretácico medio-superior) son

principalmente calizas y lutitas. Los depósitos volcánicos

paleógenos y neógenos se encuentran constituidos

generalmente por flujos piroclásticos y de lava. Estos

corresponden al Grupo Calipuy y al Volcánico Huambos.

GEOLOGÍA LOCAL.

Recubrimiento Litológico

Las rocas sedimentarias tienen una distribución

cronoestratigráfica, ubicadas en el cretáceo inferior,

recubriendo una pequeña parte del área, aproximadamente un

15 % del total local. Es una secuencia consistente de areniscas

y cuarcitas con intercalaciones de horizontes lutáceos y

calcáreos delgados, denotando facies intermitentes de la cuenca

geosinclinal. La litología más importante y persistente son los

depósitos cuaternarios semiconsolidados a no consolidados,

que cubren un área mayor del 85 % del total y están ubicados

hacia el noroeste, oeste, suroeste y sur de la cuadrícula,

sirviendo de base de cimentación de la ciudad de Baños del

Inca. Estos depósitos se encuentran en una secuencia

estratigráfica constantemente intercalados entre estratos de

4

arcillas, arcillas limosas, arcillas arenosas inorgánicas con

estratos y/o lentes de gravas, cantos rodados y arenas finas y

gruesas. Toda la secuencia está comúnmente recubierta por

sedimentos orgánicos superficiales y en algunos lugares se

encuentran éstos sedimentos orgánicos dentro de las

intercalaciones de los sedimentos inorgánicos. La secuencia

demuestra una alta influencia de facies sedimentarias lacustres

con intermitencias aluvio-fluviales. La descripción de cada una

de las unidades litológicas se realiza a continuación, teniendo

en consideración que las características indicadas se encuentran

dentro del área de estudio.

El área de estudio, está constituido por dos grandes zonas

litológicas:

Formación Carhuaz

Es una alteración de areniscas con matices rojizos violáceos y

verdosos con lutitas grises. Hacia el tope bancos de cuarcitas

blancas intercalados con lutitas grises y areniscas. Yace con

suave discordancia a la formación Santa en infrayace

similarmente a la formación Farrat. Está definido que la

formación Carhuaz pertenece al Valanginiano superior

Hauteriviano y Barremiano del cretáceo inferior.

Formación Farrat

Consta de areniscas y cuarcitas blancas de grano medio a

grueso, en algunos sectores con estratificación cruzada y

marcas de oleaje como en el la parte SE de la ciudad en el

Cerro Callacpuma, confundiéndose con la formación Chimú.

Estructuralmente suprayace a la formación Carhuaz y subyace

similarmente a la formación Inca con tendencia gradual. Por los

fósiles encontrados se le asigna su ubicación cronológica al

Cretáceo inferior.

GEOMORFOLOGÍA

La zona de investigación presenta un relieve variado,

dependiendo de la formación donde nos encontremos, con una

pendiente de 30° - 35° de noreste al sureste. Se aprecian valles

del tipo U, con algunas laderas empinadas cuyos estratos están

cortando perpendicularmente al plano de las laderas, y

cubriendo el basamento rocoso la presencia de suelos orgánicos

y algunos depósitos cuaternarios, productos de la erosión.

Asimismo existe la presencia de depósitos cuaternarios de

origen aluvial, eólico, fluvial y fluvioglaciar. Los de origen

aluvial y fluvial se presentan inconsolidados y están

conformados por gravas.

PROYECCIONES ESTEREOGRÁFICAS

Concepto de polo en un plano

Cuando en un estereograma aparecen gran cantidad de

círculos mayores correspondientes a proyecciones β de

planos, es difícil hacer una lectura y posterior

interpretación, ya que las trazas de los diferentes planos se

cruzan entre si y son difíciles de separar e identificar.

5

Afortunadamente, es posible representar la orientación de

un plano mediante la normal a ese plano. La normal es la

línea perpendicular al plano y por tanto se proyecta como

un punto que recibe el nombre de polo del plano y

pordefinición, se sitúa a 90° del centro del círculo mayor

que representa al plano Fig. 1

Fig. 1 a) Proyección en el hemisferio inferior de la esfera, de un plano y su

polar. b) Estereograma del plano anterior y de su polo.

Método para proyectar el polo de un plano

Conocemos la orientación de un plano definido mediante

dirección y buzamiento, y vamos a proyectar este plano

tanto en proyección ciclográfica como polar, para

visualizar las relaciones entre los dos tipos de proyección.

El plano es, por ejemplo, N40°E – 30°S.

En primer lugar y como es costumbre, marcar la dirección

del plano en la primitiva y girar el transparente hasta que

esta marca este situada sobre el diámetro N-S de la falsilla.

Podemos dibujar el círculo mayor correspondiente

(proyección ciclográfica).

En esta misma posición, (dirección del plano sobre el

diámetro N-S de la falsilla), el polo vendrá representado

por la perpendicular al plano, situada sobre el diamtero

EO. Contamos desde el centro de la falsilla y en sentido

contrario al buzamiento del plano el valor del ángulo de

buzamiento, y este punto representa el polo (P), o bien,

desde la primitiva hacia dentro al ángulo complementario

al valor del buzamiento (ángulo de inmersión del polo, en

este caso 60°, ya que 90°-30°= 60°) y obtenemos el mismo

puto anterior. Para comprobar que efectivamente esta línea

es perpendicular al plano, contamos sobre el diámetro E-O

el ángulo entre el plano y su polo, y efectivamente es de

90°. La forma más rápida para dibujar directamente el

polo, una vez colocada la dirección del plano sobre el

diámetro N-S de la falsilla, es contar el buzamiento del

6

plano desde la chincheta hacia la primitiva, en sentido

sentido contrario al del buzamiento del plano.

Fig. 2 Proyección de un plano mediante un circulo mayor

(ciclográfica) y su normal (polo)

Representaciones Estereográficas

Diagrama de círculos máximos o diagrama beta

Únicamente se utiliza para la representación de

elementos planos. Se obtiene por proyección sobre el

plano ecuatorial, del círculo máximo de la superficie

plana considerada. Este círculo máximo representa la

intersección del plano con la esfera.

Diagrama de polos o diagrama pi

Cuando las medidas a representar en el diagrama son

muy numerosas, la representación mediante círculos

máximos puede dificultar la lectura de los resultados en

la falsilla, por lo que se suele recurrir a los diagramas de

polos o diagramas pi.

En este tipo de diagramas se representan únicamente los

polos de los planos o rectas, es decir la intersección de

la recta con la esfera en el caso de elementos lineales o

la intersección de la normal al plano con la esfera si se

trata de elementos planos.

Fig. 4 Diagramas de círculos máximos y de polos

Diagrama de densidad de polos

Es el diagrama de concentración de polos el cual agrupa

a los polos más cercanos y se busca un polo central de

ese grupo para volver a realizar los círculos mayores y

analizar el diagrama.

Fig. 5 Diagrama de concentración de polos.

7

Análisis cinemático de roturas en

roca

En el estudio de taludes excavados en

macizos rocosos suele ser muy útil la

determinación de las discontinuidades

existentes para su posterior

representación estereográfica junto con

la representación del propio talud.

Además, la proyección estereográfica

nos permitirá en algunos de estos casos

obtener las magnitudes angulares

necesarias para el cálculo del factor de

seguridad del talud. Al representar en

proyección estereográfica la

orientación del talud y de las

discontinuidades existentes en el

mismo se puede llegar a intuir un tipo

de rotura plana. Siempre que exista

alguna familia de discontinuidades de

dirección similar a la del talud pero

buzamiento menor que este. La

dirección del movimiento tras

producirse la rotura será perpendicular

a la dirección del talud y en el sentido

de buzamiento del mismo.

Tipos de roturas en macizos rocosos y su representación estereográfica.

8

CARACTERIZACIÓN Y CLASIFICACIÓN

GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO

Esta es una tarea de observación, mediciones y ensayos para

obtener parámetros cuantitativos útiles al diseño ingenieril. La

caracterización del macizo rocoso fundamentalmente explica el

porqué de la dificultad de modelar con exactitud el

comportamiento del cimiento real.

Con respecto a la clasificación geomecánica el desarrollo más

importante fue el índice de Designación de la Calidad de Roca

(RQD), donde se provee un estimado cuantitativo de la calidad

de la masa rocosa, a partir de los testigos de la perforación

diamantina, Palmstrom (1982) sugirió que, cuando los testigos

no están disponibles pero las trazas de la discontinuidades son

visibles en afloramientos superficiales o en socavones

exploratorios, el RQD puede ser estimado a partir del número

de discontinuidades por unidad de volumen. La relación

sugerida para masas rocosas libres de arcillas es:

𝑅𝑄𝐷 = 115 − 3.3𝐽𝑉

Donde 𝐽𝑉 es la suma del número de discontinuidades por

unidad de longitud de todas las familias de discontinuidades,

conocido como el conteo volumétrico de discontinuidades.

Bieniawski (1976) publico los detalles de una clasificación de

la masa rocosa denominada sistema de Clasificación

Geomecánica o Valoración de la Masa Rocosa RMR (Rock

Mass Rating).

El índice RMR se basa en la determinación de cinco (5)

parámetros intrínsecos del macizo rocoso:

1. Resistencia a la compresión simple de la roca

intacta.

2. Rock Quality Designation (RQD).

3. Espaciamiento de las discontinuidades.

4. Características de las discontinuidades.

5. Condiciones hidráulicas.

La orientación de las discontinuidades del macizo, se introduce

como un sexto parámetro (no intrínseco), para dar uso a

distintas aplicaciones (túneles, minas, cimentaciones y taludes).

Según lo anteriormente expuesto, el índice RMR se calculara

de la siguiente manera:

RMR = 1 + 2 + 3 + 4 + 5

En la aplicación de este sistema de clasificación geomecánicas,

es necesario dividir el macizo rocoso en estudio de regiones

estructurales, en donde cada región será analizada con un

cambio evidente en el macizo; tal como una falla o cambio

evidente en la composición mineralógica.

9

PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO.

A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Y VALORES

Parámetros E S C A L A D E V A L O R E S

1

Resistencia de la Roca Intacta

Carga Puntual > 80 kg/cm2

(8Mpa) 40-80 kg/cm2 (4-

8Mpa) 20-40 kg/cm2 (2-

4Mpa) 10-20 kg/cm2 (1-2

ZMpa) < 10 kg/cm2 (1Mpa)

A compresión Simple

(>200Mpa) (30000psi)

100-200Mpa (15000-30000psi)

50-100Mpa (7500-15000psi)

25-50Mpa (3500-7500psi)

10-25Mpa (1500-

3500psi)

3-10Mpa (450-

1500psi)

1-3Mpa (150-450psi)

Clasificación ISRM R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0

V A L O R 15 12 7 4 2 1 O

2 RQD 90-100% 75-90% 50-75% 25-50% <25%

V A L O R 20 17 13 8 3

3 Intensidad

natural de Juntas

Espaciado de Juntas > 3m (10ft) 1-3m (3-10ft) 0.3-1m (1-3ft) 50-300mm (0.21ft) < 50mm (<0.2ft)

Frecuencia de Juntas

< 0.3/m (<0.1/ft) 0.3-1/m (0.1-

0.3/ft) 1-3/m (0.3-1/ft) 3-20/m (1-6/ft) > 20/m (>6ft)

V A L O R 30 25 20 10 5

4 Condición de Juntas

Muy rugosas sin continuidad,

cerradas, paredes de roca dura.

Ligeramente rugosa <1mm de

separación, paredes de roca

dura.

Ligeramente rugosa <1mm de

separación, paredes de roca

suave.

Espejo de falla o relleno de espesor <5mm ó abiertos

15mm, fisuras continuas

Relleno blando (Gouge), de espesor >5mm ó abiertas >5mm, fisuras continuas

V A L O R 25 20 12 6 0

5 Agua

Subterránea

Cant. Infiltración 10m de túnel

Ninguna 25 Litros/min 25-125

Litros/min > 125 Litros/min

Presión de agua Esfuerzo principal

Cero 0.0-0.2 0.2-0.5 > 0.5

Condición General Totalmente Seco Sólo húmedo,

agua intersticial Ligera presión de

agua Serios problemas de agua

V A L O R 10 7 4 0

Tabla 1. Parámetros de clasificación del macizo rocoso

10

B. AJUSTE DE LA VALORACIÓN POR ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES

Parámetro Muy Favorables Favorable Regular Desfavorable Muy desfavorable

Valoraciones

Túneles y Minas 0 -2 -5 -10 -12

Cimentaciones 0 -2 -7 -15 -25

Taludes 0 -2 -25 -50

C. CLASE DE MAS ROCOSA DETERMINADAS POR LAS VALORACIONES

Valoración 100 - 81 80 - 61 60 - 41 40 - 21 <21

Número de Clase I II II IV V

Descripción Roca Muy Buena Rocas Buena Roca Regular Roca Mala Roca muy Mala

D. SIGNIFICADO DE LAS CLASES DE ROCAS

Número de Clase I II II IV V

Tiempo de Autosostenimiento 20 años span 15 m 1 año span 5 m 1 semana span 5 m 10 hrs span 2.5 m 30 minutos span 1m

Cohesión de la masa rocosa Kpa >400 300 - 400 200 - 300 100 - 200 <100

Angulo de fricción de la masa rocosa

>45° 35° - 45° 25° - 35° 15° - 25° < 15°

Tabla 2. Tabla de Valoraciones del Macizo Rocoso

CLASE DE MASA ROCOSA

EXCAVACIÓN PERNOS DE ROCA ( 20 MM DE DIÁMETRO,

COMPLETAMENTE INYECTADOS SHOTCRETE CIMBRAS

I. Roca muy buena RRM: 81 - 100

Frente Completo 3 m de avance Generalmente no se quiere ningún sostenimiento excepto esporádicos

II. Rocas Buena RMR: 61 - 80

Frente Completo 1 - 1.5 m de avance. Sostenimiento completo a 20 m del frente

Localmente, pernos de 3 m en la corona, espaciados a 2.5 m con malla de alambre

ocasionalmente

50 mm en la corona donde sea requerido

Ninguno

III. Roca Regular RMR: 41 - 60

Socavón en el tope y banqueo 1.5 - 3 m de avance en el socavón. Iniciar el sostenimiento después de cada voladura.

Completar el sostenimiento a 10 m del frente

Pernos sistemáticos de 4 m de longitud, espacios 1.5 - 2 m en la corona y en las paredes, con la

malla de alambre en la corona

50 - 100 mm en la corona y 30 mm en las paredes

Ninguno

IV. Roca mala RMR: 21 40

Socavón en el tope y banqueo 1 - 1.5 m de avance en socavón. Iniciar el sostenimiento con el avance de la

excavación, 10 m de avance del frente

Pernos sistemáticos de 4 - 5 m de longitud espaciados 1 - 1.5 m en la corona y en las

paredes, con malla de alambres

100 - 150 mm en la corona y 100 mm en las paredes

Arcos ligeros a medianos espaciados a 1.5 m donde son requeridos

V. Roca muy mala RMR: <20

Galería múltiples 0.5 - 1 m de avance en el socavón de tope: Instalar el sostenimiento con el avance de la excavación.

Shotcrete tan pronto como sea posible después de la voladura

Pernos sistemáticos de 5 – 6 m de longitud espaciados 1 -1.5 m en la corona y en las

paredes , pernos de piso

150 - 200 mm en la corona, 150 mmm en las paredes

50 mm en el frente

Arcos medianos a pesados espaciados a 0.75 m con encostillado de acero y

marchavantes de ser necesario. Cerrar la sección (ivert)

Tabla 3. Pautas para la excavación y sostenimiento de un túnel rocos de 10 m de ancho de acuerdo con el sistema RMR (Según Bieniawski,

1989)

11

Tabla 4. Clasificación de la roca según ISRM, Geological Society of London y Bieniawski

Tabla 5. Clasificación del macizo rocoso con GSI

Gráfico 1. Variación del Factor de Seguridad con el ángulo

del talud.

Resistencia a la compresión simple

(MPa) ISRM (1981)

Geología society of London (1970)

Bieniawski Ejemplos

< 1 Suelos

1-5 Muy blanda Blanda > 1.25

Muy baja

Sal, lunita, marga, toba, carbón

5 – 12.5

Blanda Moderadamente blanda

12.5 – 25 Modernamente

Dura 25 – 50 Modernamente dura Baja Esquisto, pizarra

50 – 100 Dura Dura Media Rocas metamórficas, esquistos, mármol, granito,

arenisca,

100 – 200 Muy dura

Muy dura Alta Rocas ígneas y metamórficas duras, arenisca muy

cementada, caliza, dolomía.

>200 Extremadamente dura

Muy alta

>250 Extremadamente dura Cuarcita, grabo, basalto

12

Factor de Seguridad Nivel o grado

de Estabilidad Estático Seudoestatico

1.0 a 1.2 Menor a 1.0 Inestable

1.2 a 2.0 1.0 a 1.2 Estables

Mayor a 2.0 Mayor a 1.2 Muy estable

Tabla 6. Grado de estabilidad de taludes (Alva, J.; “Análisis

de Estabilidad de Taludes”; Curso de Actualización

Profesional, UNI-FIC, pag. 175–196; Lima; 2000.)

RQD

Jv (Fracturas/metro) RQD% Valuación

De A De A RMR

5 8 90 100 20

8 12 75 90 17

12 20 50 75 13

20 27 25 50 8

27 >27 0 25 3

Cálculo del RMR para la clasificación del macizo rocoso

DATOS

PUNTO AZIMUT (°) BUZAMIENTO (°)

1 110 22

2 54 19

3 81 24

4 126 50

5 104 22

6 69 14

7 123 26.5

8 111 31

9 131 44

10 155 23

11 124 24

12 162 43

TALUD 349 86

TÚNEL 170 0

FALLA 229 75

Tabla 07. Datos de Campo

Datos para la valoración del macizo rocoso

N° de discontinuidades.

Jv: 9, por un metro cuadrado

Área: 1 m2

13

14

Tabla N° 10. Valoración del RMR

Calculando el RQD

𝑅𝑄𝐷 = 115 − 3.3𝐽𝑣

𝑅𝑄𝐷 = 115 − 3.3 ∗ 9

𝑅𝑄𝐷 = 85.3%

Valoración del RMR

RMR= 4+17+10+20+10= 61

RMR = 61

Calculo del GSI

GSI= 61-5= 56

Ajuste por orientación de juntas

RMR= 56

Si consideramos que tenemos un talud seco, ya que no había

indicios de la presencia de agua en el talud y consideramos

el ángulo de talud de 84°, podemos verificar según la

Grafica N° 1 que tenemos un factor de seguridad

aproximadamente de 0.75, pero también vemos que la roca

no es mala ya que la valoración del RMR es igual a 61.

Datos de las muestras para laboratorio

MEDIDAS (mm)

MUESTRA LONGITUD

(L)

ANCHO

(W) ALTURA(D)

A1 65 61 25

A2 132 84 28

A3 185 93 25

A4 192 81 25

A5 145 73 25

Tabla N° 07. Datos de las muestras

PROCESAMIENTO DE DATOS

MUESTRA FUERZA

(KN)

TIEMPO

(s)

ÁREA

(𝒎𝒎𝟐)

A1 5.3 4.3 1525

A2 4.6 3.44 2352

A3 2.27 3.5 2325

A4 3.03 4.2 2025

A5 6.63 6.66 1925

Tabla N° 08. Datos obtenidos de laboratorio de carga

puntual

Nº de Ventana

Longitud de ventana(m)

Resistencia de la Roca Intacta RQD Frecuencia de

juntas Condición de

juntas Agua

Subterránea Orientación de estructuras principales

Comentarios ISMR/ Nº Muestra

M.Schmidt (Rb)

Valuación RMR

Jv Valuación RMR

Valuación de RMR

Valuación de RMR

Valuación de RMR

Dirección de

Buzamiento Angulo de

Buzamiento Cantidad

de Juntas 1 A1

4 9 17 10 20 10 174⁰ 84⁰ 9⁰

R3

15

FORMULAS MATEMÁTICAS

El índice de carga puntual se calcula de la siguiente manera:

𝐼𝑠 = 𝑃

𝐷𝑒2

Dónde:

Is = carga puntual en MPa

P = carga de rotura en kN,

𝐷𝑒2 = diámetro de la muestra en cm.

En el ensayo diametral 𝐷𝑒2 = 𝐷2

En el ensayo axial, de bloques o pedazos irregulares

𝐷𝑒2 =

4𝐴

𝜋

Donde 𝐴 = 𝑊𝐷 y entonces 𝐷𝑒2 =

4𝑊𝐷

𝜋

Correcciones

a) Is varía como una función de D en el ensayo diametral y

como una función de 𝐷𝑒 en el ensayo axial, de bloques y

pedazos irregulares, por eso se debe aplicar una

corrección para obtener un valor único de esfuerzo de

carga puntual para una muestra de roca. Y para que este

valor pueda ser usado para propósitos de clasificación de

la roca.

b) El valor de esfuerzo de carga puntual corregido 𝐼𝑠(50)de

una muestra de roca está definido como el valorIs medido

en un ensayo diametral con diámetro D= 50mm.

c) El método más efectivo de obtener 𝐼𝑠(50) es ejecutar

ensayos diametrales muy cerca de D=50mm. La

corrección entonces no será necesaria o se introducirá un

mínimo de error (p.e. en el caso de ensayos diametrales de

muestras cilíndricas NX con D=54mm, la corrección no

es necesaria). Sin embargo no todos los ensayos de carga

puntual son ejecutados con estas muestras por lo que la

siguiente corrección debe ser aplicada:

𝐼𝑠(50) = 𝐹 ∗ 𝐼𝑠

Donde el factor F se calcula mediante la siguiente expresión:

𝐹 = (𝐷𝑒

50⁄ )0.45

d) Para muestras con medidas cerca del estándar 50 mm, un

pequeño error será introducido si se usa la expresión:

𝐹 = (𝐷𝑒

50⁄ )0.50

e) Los resultados finales 𝐼𝑠(50) serán calculados eliminando

los dos valores más altos y los dos más bajos de una

muestra de 10 o más ensayos válidos y calculando el

promedio con los valores restantes. Si los ensayos válidos

fueran pocos solo se eliminará el mayor y el menor y se

calculará el promedio con los restantes.

f) Los resultados de los ensayos diametrales, axiales, de

bloques y pedazos irregulares deben ser calculados

separadamente.

g) A partir del índice de carga puntual corregido 𝐼𝑠(50)se

puede utilizar la fórmula de E. Broch y J. A. Franklin para

estimar la resistencia a la compresión no simple:

𝜎𝑐 = 𝐾 ∗ 𝐼𝑠(50)

𝐼𝑠(50) : Índice de carga puntual corregido para un diámetro de

muestra de 50 mm (en MPa)

𝜎𝑐 : Resistencia a la compresión simple estimada a partir del

𝐼𝑠(50) (en MPa)

K: Factor de conversión

16

De acuerdo con investigaciones recientes (Hawkins, 1998 y

Thuro, 2001), el factor K, puede variar entre 10 y 50, por lo que en

general se recomienda efectuar ensayos de compresión simple y

de carga puntual por cada grupo de muestras de un tipo de roca

dado, con el fin de determinar el factor de conversión.

Los ensayos de carga puntual son pruebas rápidas y de bajo costo,

que pueden ejecutarse en gran cantidad durante la ejecución de un

estudio.

Si el valor del factor “K” de correlación no está disponible, los

valores que pueden ser usados se presentan en el Cuadro 1.

Cuadro 1. Índices para conversión de 𝑰𝒔(𝟓𝟎)a la resistencia a la

compresión simple

Tamaño núcleo (mm) Valor de “K”

21.5 (núcleo Ex) 18

30 19

42 (núcleo Bx) 21

50 23

54 (núcleo Nx) 24

60 24.5

RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE CARGA PUNTUAL DE

LABORATORIO

MUESTRA

Diámetro del

Núcleo

Equivalente

𝑫𝒆𝟐(𝒎𝒎𝟐)

Carga

Puntual

𝑰𝒔(MPa)

Factor

(F)

Índice de

Carga

Puntual

𝑰𝒔(𝟓𝟎)

Resistencia de

Compresión

Simple

(𝝈𝒄)MPa

1A 1941.69 2.73 0.94 2.56 53.81

2A 2994.66 1.54 1.05 1.61 36.96

3A 2960.28 0.77 1.04 0.80 18.40

4A 2578.31 1.18 1.01 1.18 27.24

5A 2323.66 2.85 0.98 2.80 58.83

PROMEDIO 1.79 39.05

Tabla N° 09. Resultados obtenidos

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADO

Con las proyecciones estereográficas y con la concentración

de polo evaluamos un tipo de falla que podría darse por

deslizamiento, para ello también hemos tenido un

conocimiento previo que el tipo de roca es arenisca.

Además de ello mediante al análisis del macizo coros

evaluamos un tipo de roca R3.

Con un GSI de 55 nos da a entender que es un macizo no

muy fracturado por lo tanto de condiciones regulares y según

la valoración pertenece a un VERY BLOCK.

17

CONCLUSIONES.

Contar con una buena correlación entre el ensayo de

Carga Puntual (PLT) y de Resistencia a Compresión

Simple (RCS) puede ser de gran importancia, pues se

obtienen beneficios por la realización de ensayos más

rápidos y económicos, que pueden aportar la misma

seguridad en los cálculos de estructuras y actuaciones en

macizos rocosos.

Cuando se introdujo el ensayo de carga puntual se usó

principalmente para predecir el esfuerzo de compresión

uniaxial que en ese entonces era el ensayo establecido

para la clasificación de la roca. Ahora el esfuerzo de

carga puntual puede reemplazar al ensayo de compresión

uniaxial si se realiza siguiendo las normas establecidas.

Según los valores de la resistencia a la compresión en

MPa, para el caso de la muestra con rangos de 25- 50

según la ISRM (1976), la roca clasifica como baja.

El grado de esta roca es R3 “extremely estrong rock” y la

estimación de la dureza en el terreno es: roca muy baja-

se necesita como 1 golpe con martillo de geólogo para

romper la muestra.

Además de ello identificamos que podría ocurrir una falla

planar en el talud.

LISTA DE REFERENCIAS.

Normas ISRM (1985) y ASTM D5731-08.

González De Vallejo, Luis I. Ingeniería geológica.

Madrid, Esp. Prentice Hall, c2002.

http://www.ingenieriacivil21.com/2012/10/visita-de-

campo-al-caserio-de.html

http://es.calameo.com/read/000820129689db60d589f

http://es.calameo.com/read/0008201290381c003eea7

http://es.scribd.com/doc/95573082/Boletin-

N%C2%B031

http://www.ingemmet.gob.pe/Boletines/SerieB/00010

B/files/00010b.pdf

http://zeeot.regioncajamarca.gob.pe/sites/default/files/

GEOLOGIA.pdf

18

ANEXOS.

Foto N° 01. Reconocimiento del lugar de estudio.

Foto N° 02. Contacto litológico, formación Carhuaz y Farrat.

Foto N° 03. Roca In- Situ

Foto N° 04. Medida de Rumbo y Buzamiento

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Foto N° 05. Toma de muestras

Foto N° 06. Análisis de Carga Puntual

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