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E ditorialEditorial

El Presidente y la Junta Directiva del Capítulo de Ingeniería Geológica del Consejo Departamental de Lima del Colegio de Ingenieros del Perú se complacen en presentar la Revista Geología edición Nº 9 - Año 2018, edición elaborada con artículos técnicos de actualidad.

Queremos expresarles nuestro agradecimiento a todos los ingenieros por la colaboración de contar con la presentación de artículos y todos nuestros colaboradores que han hecho posible la cristalización de nuestra revista del Capítulo de Ingeniería Geológica.

Así mismo nuestro sincero reconocimiento y agradecimiento a: SOUTHERN PERÚ COPPER CORPORATION, CIA. MINERA PODEROSA S.A.C, CIA. ARUNTANI S.A.C, y TIERRA GROUP INTERNATIONAL S.A.C., empresas auspiciadoras que hicieron posible la edición del ejemplar como aporte a la investigación científica – tecnológica que contribuye al desarrollo profesional de nuestros ingenieros de la Orden del CIP

Finalmente, expreso en nombre de la Junta Directiva del Capítulo, nuestro infinito agradecimiento a todos los miembros del Capítulo de Ingeniería Geológica por habernos brindado su confianza y apoyo en nuestra gestión Periodo 2016 - 2018.

Dr. Juan Fernando Núñez ChávezPresidenteCapítulo de Ingeniería Geológica

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Juan Fernando Núñez ChávezPresidenteMaría del Rosario B. Guevara SalasVice Presidente Edgar Wilson Camarena BarzolaSecretario Arturo Luciano Salas CornejoProsecretario Alfredo Mario Apaza ZamataVocal José Luís Ramírez CastañedaVocal Manuel Daniel Olcese HuertaVocal David Romero RíosVocal Godofredo Torreblanca BenaventeVocal

Año IX Nº 9. Diciembre, 2018Colegio de Ingenieros del Perú

Consejo Departamental de [email protected]

www.geologia-cip.org

Directiva del Capítulo

DirectorIng. Juan Fernando Núñez Chávez

Comite editorialIng. Edgar Wilson Camarena BarzolaIng. José Luís Ramírez CastañedaIng. Alfredo Mario Apaza ZamataIng. Arturo Luciano Salas CornejoWanda Ochoa Morales

Coordinador GeneralIng. Juan Fernando Núñez Chávez

ColaboradoresIng. Edgar Wilson Camarena BarzolaWanda Ochoa Morales

Corrección de estiloWanda Ochoa Morales

Diseño e ImpresiónCrea Ediciones Gráficas e.i.r.l.Telf.: 537-0293Cel.: [email protected]

CarátulaFotografía Propiedad (Cortesía): Srta. Paola Núñez Jiménez

Hecho el depósito legal Nº 2006-11307 en la Biblioteca Nacional del Perú.

La revista Geología no se responsabiliza por las opiniones vertidas en los artículos publicados, los mismos que son de responsabilidad exclusiva de los autores. Se permite la reproducción parcial o total de los articulos nombrando la fuente.

LA DISTRIBUCIÓN DE LA REVISTA ES GRATUITA PARA LOS INGENIEROS

GEÓLOGOS COLEGIADOS EN EL CD LIMA

Revista del Capítulo de Ingeniería Geológica - CD Lima

Consejo Departamentalde Lima-CIP

Revista del Capítulo de Ingeniería Geológica - CD Lima

Consejo Departamentalde Lima-CIP

Í ndice

Indice

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Editorial Ing. Juan Fernando Núñez Chávez

Geotécnia- Aspectos Geotécnicos y su Relación con la Geología en la Parte Baja

de la Cuenca del Río Lacramarca. Roberth Paúl Carrillo Elizalde, Juan Carlos Gómez Avalos

Geología Económica- Caracterización Física y Geotécnica de los Suelos Diatomáceos de la

Ciudad de San Clemente Roberth Paúl Carrillo Elizalde, Juan Carlos Gómez Avalos

Geotécnia- Simulación Numérica en 3D de la Interacción Terreno - Soporte en la

Intersección de Túneles Rodríguez Díaz, M.A., González Nicieza, C., Álvarez Vigil, A. E.

Ramírez Castañeda, J. L.

Geotécnia- Resistencia de los Estratos de Suelos Cuaternarios a las Cargas

Estáticas en el Malecón Grau, Chorrillos - Lima Tomás Gallarday Bocanegra

Geología General- Evaluación de las calizas jurásicas y del Grupo Yura en la Cuenca

Arequipa-Tarapacá en Tacna (18oS): Un potencial sistema petrolero con énfasis en recursos No-Convencionales

Aldo Alvan, Javier Jacay & Luca Caracciolo & Yessica Vela

Geología Económica- Rocas y Minerales Industriales del Perú desde el año 1970 al 2017 Econ. Alejandra Díaz Valdiviezo, Ing. Italo Rodríguez Morante

Vulcanología- Anomalías de Atenuación Sísmica Observadas en los Alrededores del

Volcán Sabancaya (2015-2016) Yanet Teresa Antayhua Vera

Glaciología- Evolución de los Glaciares desde la Pequeña Edad de Hielo en la

Cuenca Llullán (Cordillera Blanca - Ancash) Ronald Concha, Joshua Iparraguirre, Igor Astete, Gonzalo Luna, José

Úbeda, Pool Vásquez

Hidrogeología- Estimación de la Recarga en Acuiferos Karsticos y su Incidencia en las

Minas Subterráneas Dr. Ing. Dimas, Apaza Idme

Petróleo- Integración Roca - Perfil en el Terciario “Capas Rojas”, aplicada a la

caracterización y perforacion de pozos en las Cuencas de Ucayali, Madre de Dios - Perú.

Gerardo Pozo Calle, Edson Castillo Guzmán

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Roberth Paúl Carrillo Elizalde, Juan Carlos Gómez Avalos

1. Introducción La subcuenca del río Lacramarca se encuentra en la parte occidental de la Cordillera Negra, cuyo substrato rocoso lo conforman rocas volcáni-cas del Grupo Casma que afloran en la parte media de la subcuenca, luego se presentan secuencias sedimentarias (lutitas y calizas) que infrayacen rocas intrusivas del tipo granodioritas del Terciario Inferior y que constituyen la litología predo-minante de la cuenca Lacramarca (60%); finalmente, en las nacientes se presentan volcánicos del Grupo Calipuy. Esta litología ha sido ero-sionada por los distintos agentes de meteorización (aire, vientos, precipi-taciones, entre otros) produciendo sedimentos granulares y materiales finos (arcillas y limos) que luego han sido transportados aguas abajo por las quebradas Tantarán, Lacramar-ca y Pampa de Toro, afluentes del río Lacramarca, hasta su desembo-cadura al Océano Pacífico. Esta red hidrográfica abarca un área de 842 km2, siendo el recorrido del cauce principal de 76 km con 6 % de pen-diente, lo cual evidencia que es una cuenca mediana de corto recorrido y baja gradiente hidráulica. Es por ello que, los sedimentos y clastos (fragmentos de rocas, gravas, etc) acarreados desde la naciente del Lacramarca, son transportados por el río, influyendo en la concentra-ción de los finos (limos y arenas) en las partes baja de la subcuenca, conformando el cono aluvial sobre el que se asientan las ciudades de Chimbote y Nvo. Chimbote. Asimis-mo, se considera el aporte de are-nas eólicas, desde el borde costero (playas y ensenadas) en dirección SO-NE hacia el continente, y parte

Instituto Geofísico del Perú, Ca. Badajoz # 169 – Urb. Mayorazgo IV etapa - Ate, Lima, Perú([email protected])

sur de Nvo. Chimbote donde forman dunas.

Los materiales inconsolidados una vez sedimentados, conforman el suelo y subsuelo del área urbana de Chimbote, Nvo. Chimbote y alrededores (zonas de expansión poblacional); por lo tanto, su ca-racterización física y geotécnica (tipo de suelos, humedad, así como capacidad de carga admisible); además de efectos secundarios (licuación, asentamientos, entre otros) son de gran importancia para establecer zonas adecuadas para los asentamientos urbanos.

En tal sentido, el objetivo principal de este trabajo es identificar los dis-tintos procesos geológicos que han originado los suelos de cimentación en la parte baja de la subcuenca Lacramarca a fin de determinar su comportamiento mecánico en condiciones estáticas y dinámicas. Para lo cual se han llevado a cabo exploraciones geotécnicas como: Calicatas, ensayos de prospección geofísica (MASW y tomografías eléctricas), datos que permitirán co-nocer la estratigrafía del subsuelo y la presencia de los niveles freáticos.

Los resultados obtenidos permitirán establecer zonas con potencial a

licuación de suelos y asentamientos diferenciales en la zona urbana de las ciudades de Chimbote y Nvo. Chimbote.

2. Aspectos hidrológicos La subcuencaLacramarca se ubica en la parte occidental de la Cordille-ra Negra, comprendiendo parte de los distritos de Macate, Chimbote y Nvo. Chimbote, Provincia Santa, al noroeste del departamento de Ancash. Se considera, de acuer-do a sus dimensiones (842 km2), de tamaño medio. Su naciente se encuentra a 4050 m.s.n.m. y tiene como tributarios las quebradas de Lacramarca, Tantaran y Pampa de Toro, las mismas que confluyen para dar origen al río Lacramarca, principal red hídrica del área de estudio, con caudal de régimen temporal (durante los periodos lluviosos) y desembocadura en la Bahía Ferrol, lugar donde forma el humedal denominado Pantanos de Villa María (Trujillo 2015).

3. Aspectos geomorfológicosPara la diferenciación de las geo-formas se ha tomado en cuenta factores como pendiente del terre-no y el agente geológico que ha intervenido en el modelado de la superficie. En el área de estudio se han diferenciado seis (06) unidades

Elaboración propia

Tabla 01: Unidades geomorfológicas en la subcuenca

Origen Agente Geoforma Pendiente Área Modelador (%)

Tectónico Epirogenésis Montañas >20° 84.14

Erosional Vientos, Colina <20° 0.23 Sismos, etc

Quebradas Llanura 5° 11.49 Aluvial

Depositacional Río Pantano 5° 0.18

Viento Dunas 20° 1.34

Río Lecho Fluvial <5° 2.62

G eotécnia

Geotécnia

Aspectos Geotécnicos y su Relación con la Geología en la Parte Baja de la Cuenca del Río Lacramarca

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geomorfológicas: Montaña, colina, dunas, llanura aluvial, lecho fluvial y pantano en base a los criterios geográficos y morfo-estructurales, los cuales se resumen en la Tabla 1 y Figura 01.

4. Geología y evolución de la subcuencaLa subcuenca Lacramarca guarda estrecha relación con la Cordillera Negra y el emplazamiento del batolito de la Costa, sus inicios se documentan desde el Cretáceo Inferior donde el ambiente de sedimentación era de transición (marino somero - continental),

debido a ello tienen origen rocas volcano - sedimentarias del Grupo Goyllarisquizga representadas por rocas calizas y lutitas de la Fm. Santa y Carhuaz ubicadas en la parte media de la subcuenca. Estas unidades litológicas están meteorizadas debido a la erosión generada por el proceso de subducción que ocurrió en el Albiano. Al mismo tiempo se dieron erupciones, dando lugar a la depositación de materiales volcánicos (lavas y lavas almohadillas) que constituyen el Grupo Casma (Fm. Junco y Fm. La Zorra) y los primeros plutones del Batolito de la Costa.

Luego, durante el Cretáceo Su-perior, la subcuenca es afectada por fallamientos profundos que afectaron las rocas antes descritas, ocasionando su plegamiento.

Posteriormente, a inicio del Terciario Inferior se activaron los procesos magmáticos que originaron los volcánicos del Grupo Calipuy, constituido por flujos de andesitas y piroclastos. Finalmente, durante el Cenozoico (Mioceno) ocurren procesos de epirogénesis que se relacionan con levantamiento de la Cordillera de los Andes, ocasionan-do que los procesos de erosión mo-

Figura 01. Geomorfología de la subcuenca

Tabla 02: Columna crono-litoestratigráfica de la subcuenca Lacramarca

Fuente:Sanchez & Molina, 1995

Sistema Serie Unidades Intrusivos Simbolo Litología Carácter Litoestatigráficas

Cuaternario Reciente Depósitos Aluviales Q-al Suelos Heterogéneos Continental (mezcla de Gravas y Arenas)

Interior Volcánicos Calipuy Kti-vca Flujos Andesiticos Continental y Piroclastos

Granodiorita Kti-gd Granodiorita Continental Superior Grupo Casma Jki-c Lavas y Lavas Almohadillas Continental

Terciario Transición

Inferior Grupo Goyllarisquisca Ki-saca Calizas y Lutitas (Marino

(FM. Santa-Carhuaz) Somero-

Continental)

FM. Chimú Ki-chi Areniscas Continental

Figura 02. Geología de la subcuenca Lacramarca

Fuen

te: S

anch

ez &

Mol

ina,

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delen la subcuenca, así como la gé-nesis de volúmenes considerables de sedimentos inconsolidados que fueron transportados y depositados en la parte baja, conformando los depósitos recientes o Cuaternarios del Holoceno (depósitos aluviales y fluviales) sobre los cuales se asien-tan las áreas urbanas (Sánchez & Molina, 1995), Tabla 02 y Figura 02.

5. Aspectos geotécnicos Para el área de estudio se dispone de información geotécnica obtenida durante el año 2013, a través de la elaboración de calicatas (14 en Chimbote y las restantes en Nuevo Chimbote) y ensayos geofísicos (MASW y tomografías eléctricas) en el área urbana en mención.

De acuerdo a los resultados obte-nidos, en la ciudad de Chimbote y Nuevo Chimbote se presentan tres tipos de suelos (SUCS): En parte de la zona urbana de Chimbote se tiene: Arenas pobremente gradua-das (SP), ocupando un área de 18.93 km2 (83 % de la ciudad de

Chimbote), arenas limosas (SM) en los extremos noreste y sur de la ciudad, así como en la parte central de la localidad, ocupando 3.2 km2. Finamente, en la parte central de Chimbote se identifica arenas mal graduadas con contenido de limo (SP-SM) que ocupan 0.66 km2; mientras que, en Nuevo Chimbote solo se presentan suelos del tipo SP, Figura 03.

La capacidad de carga admisible para los suelos de cimentación fue obtenida para una profundidad de 1.20 m y ancho de 1.00 m, obte-niendo valores entre 1 y 3 kg/cm2,

los cuales fueron clasificados como: bajos, medios y altos, Tabla 3. Los suelos de la ciudad de Chimbote presentan capacidad de carga ad-misible baja (ocupa el 87% de los suelos) y media (ocupan el 12.75%), en Nuevo Chimbote se presentan tres tipos de capacidad de carga admisible: baja (95%) ubicada en casi todo el distrito, media (3% del área total) en el extremo noreste de Nuevo Chimbote y alta (1.3 % del área total) al extremo oeste del distrito, Figura 04.

5.1 Ensayos de prospección geofísica Según los ensayos de prospección geofísica (MASW y tomografía eléctrica) y en base a la Tabla 04, en la parte norte de Chimbote (LR1-CH) se identificó la presencia de suelos duros hasta los 18 m de profundidad (posiblemente suelos granulares), en la parte norte y sur de la ciudad (LR02 y LR5-CH) los suelos son blandos hasta los 15 m de profundidad y en las inme-diaciones de la playa (LR-03-CH)

Fuen

te: I

GP

, 201

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Fuen

te: I

GP

, 201

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Figura 03. Mapa de suelos de la ciudad de Chimbote Figura 04. Mapa de capacidad portante

Capacidad de Carga Admisible Clasificación (Kg/cm2)

< 1.0 Muy Baja

1.0 – 2.0 Baja

2.0 – 3.0 Media

>3.0 Alta

Tabla 03. Clasificación de la capacidad de carga admisible

Fuente: Hurtado (2000). Modificado.

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hasta los 12 m suelos muy blandos (arenas sueltas).En el extremo este (LR-04-CH) se reconocieron suelos blandos hasta los 8 m de profundi-dad y el situado en la parte sur de Chimbote, suelos blandos hasta los 12 m de profundidad. Los ensayos de tomografías eléctricas indican la presencia de suelos saturados a partir de 1.40 m de profundidad, encontrándose un posible acuífero en el extremo sur (humedales) por debajo de los 5 m de profundidad. En Nuevo Chimbote se identificó suelos blandos (arenas sueltas) con 4 m de espesor; mientras que, los suelos compactos o rocas blandas se ubican desde los 10 m de pro-fundidad.

Los suelos ubicados en el extremo noroeste (contiguo al límite Lacra-marca) se encuentran saturados hasta los 4 m de profundidad y el nivel freático se presenta a 10 m de profundidad, Cuadro 01.

6. Determinación del potencial de licuación de suelos en base a onda sísmica “Vs”Entre los modelos empíricos que se usan para determinar el potencial sísmico se tienen los modelos em-píricos, el usado en la presente in-vestigación consiste en determinar el factor de seguridad entre la resis-tencia del suelo a la licuación (CRR) y los esfuerzos cíclicos originados

por un evento sísmico (demanda sísmica de la capa de suelo):

6.1 Esfuerzo cíclicoPara determinar el esfuerzo cíclico del suelo (CSR) se usó la ecuación de Seed e Idris (1971) :

Donde:

amax = Aceleración máxima para un sismo de diseño.g = Aceleración de la gravedad.svo = Esfuerzo normal vertical res-pecto al suelo.s'vo = Esfuerzo normal vertical efectivo respecto al suelo.rd = Coeficiente de reducción de esfuerzo, tomando en cuenta la deformabilidad del perfil del suelo.

Mientras que, rd(Idriss 1999):

Los ángulos a y b :

6.2 Resistencia del suelo (CRR)Se determinó usando los datos de los ensayos de MASW realizados en la ciudad de Chimbote en la siguien-te expresión:

Cabe mencionar que VS1 se obtuvo en base a la onda sísmica “VS”, en la ecuación propuesta por Robert-son et al. (1992):

6.3 Potencial de licuación de suelos en ChimboteEn base a los parámetros geotéc-nicos obtenidos de los ensayos de campo y de laboratorio; así como de las aceleraciones máximas (0.15, 0.30, 0.34 y 0.42) que fueron deter-minadas para la ciudad de Chim-bote; se determinó el potencial de licuación en Chimbote, resultados que se presentan en el Cuadros 02, 03 y 04.

Los resultados han permitido de-terminar que, ante la ocurrencia de sismos de magnitud de 7.5 MW y aceleraciones máximas de 0.15g, 0.30g los lugares afectados serían la parte norte, central y sur de Chim-bote

7. DiscusiónGeotécnicamente, en el extremo norte de Chimbote los suelos son compactos hasta los 18 m; mientras que, en la parte central son blandos (arenas pobremente graduadas) y en la zona de playa e inmediaciones del río Lacramarca son muy blan-dos hasta los 12 m de profundidad (arenas sueltas).El nivel freático se

Fuente: IGP, 2013

Tabla 04. Clasificación de los perfiles de los suelos

Perfil Tipo de Suelo Velocidad Onda de Corte (Vs)

So Roca Dura >1500 m/s

S1 Roca o Suelos muy Rígidos 500 -1500 m/s

S2 Suelos Intermedios 180 – 500 m/s

S3 Suelos Blandos < 180 m/s

Fuente: Ministerio de Construcción y Vivienda (2014)

Cuadro 01. Resumen de datos obtenidos en base a ensayos sísmicos en la ciudad de Chimbote

Arreglo Espesor Vs(m/s) Perfil Estrato Espesor Vs(m/s) Perfil Estrato Espesor Vs(m/s) Perfil Estrato

LR-01-CH 4 m 200 S2 Capa 1 18 m 520 S1 Capa 2 ? 900 S1 Capa 3

LR-02-CH 4 m 130 S3 Capa 1 12-15 m 160-170 S2 Capa 2 N.P. N.P. N.P. Capa 3

LR-03-CH 12 m 150 S3 Capa 1 N.P. N.P. N.P. Capa 2 N.P. N.P. N.P. Capa 3

LR-04-CH 3 m 170 S3 Capa 1 8 m 220 S2 Capa 2 N.P. N.P. N.P. Capa 3

LR-05-CH 8 m 130 S3 Capa 1 N.P. N.P. N.P. Capa 2 N.P. N.P. N.P. Capa 3

LR-06-CH 4 m 130 S3 Capa 1 12 m 170 S3 Capa 2 N.P. N.P. N.P. Capa 3

FS = CRR75CSR

CSR J o p J 0.65o po ptSV

s'VO s'VO

sVOamax rdg

rd = e qaozp+bozp*Mwr

a(z)=-1.01-1.06 . sin qo p+5.133rz11.73

b(z)=0.106+0.118 . sin qo p+5.142rz

11.28

CRR7.5=0.022 . o p2

+2.8 . o - pVs1

100 1 1

V*s1-Vs1 V*s1

Vs1= Vs. o p

0.25Pasevo

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encontró a 1.40 m en la parte central de Chimbote (área urbana) y en la parte sur e inmediaciones del río Lacramarca. En cambio, en Nuevo Chimbote las arenas sueltas se en-cuentran hasta los 3 m de profundi-dad y a los 10 m suelos compactos, el nivel freático se encuentra debajo de los 10 m de profundidad.

Comparando información geotécni-ca se evidencia que los suelos de la ciudad de Chimbote presentan nivel freático superficial, originando licuación de suelos o asentamientos diferenciales.

8. ConclusionesAnalizar los distintos procesos geo-lógicos que han afectado la zona de estudio permite establecer una relación entre las formaciones geo-lógicas y el origen de los suelos de cimentación.

El mayor aporte de los sedimentos en la subcuenca es de carácter continental, es decir por erosión y meteorización de las rocas preexis-tentes y en menor proporción, ma-rino de acción eólica que proviene del Océano Pacifico (arenas eólicas que conforman las dunas).

Los suelos de cobertura en la parte baja de la subcuenca son arenas pobremente graduadas (SP), are-nas limosas (SM) o la combinación de ellos, con capacidad de carga admisible baja a media. El espesor de estos suelos varía entre 12 y 15 m de profundidad.

En la parte central (Miraflores y La Victoria) de la ciudad de Chimbote, se identificó suelos blandos (arenas sueltas) hasta los 12 o 15 m de pro-fundidad. En las inmediaciones del río Lacramarca y en el pantano de

Cuadro 04. Factor de seguridad para determinar el potencial de licuaciónde suelos para aceleraciones máxima de 0.42, 0.34, 0.30 y 0.15

Villa María, el nivel freático se pre-senta a 1.50 m de profundidad, por lo cual podrían ser afectados por la ocurrencia de licuación y asenta-mientos deferenciales de los suelos.

Se realizó el análisis de potencial de licuación de suelos a través de mo-delos empíricos (ondas de corte), resultando que para sismos de 7.5 MW de magnitud y aceleraciones máximas de 0.15g, 0.30g y del es-tudio de peligro sísmico de IGP del año 2013 (Tavera, et al.) los lugares afectados serían la parte norte, cen-tral y sur de Chimbote.

Agradecimientos

Al Instituto Geofísico del Perú por el apoyo en los trabajos de investiga-ción realizados en campo.

Referencias

- Alva, J., Parra, D.2011. Evaluación del potencial de licuación de suelos en Chimbote, Perú., v. 1, p. 1-14.

- Trujillo, E. 2015. Análisi del río La-cramarca., v. 1, p. 1-12.

- Instituto Geofísico del Perú. 2013. Zonificación sísmica geotécnica de la ciudad de Chimbote, v. 1, p. 1-124.

- Instituto Geofísico del Perú. 2013. Zonificación sísmica geotécnica de la ciudad de Nuevo Chimbote, v. 1, p. 1-123.

- Ministerio de vivienda, construc-ción y saneamiento. 2016. Diseño sismorresistente, v. 1, p. 1-30.

- Sánchez, A., Molina, O.1995. Geología de los cuadrángulos de Chimbote, Casma y Culebras. IN-GEMMET, Boletín, Serie A: Carta geológica Nacional, v. 1, p. 1-270.

Nivel Grave- Esfuerzo Esfuerzo Sísmica Explo- Freático Espesor dad Normal Normal CSR CSR CSR CSR ración (m) (m) (m/s2) svo (KN/m2)

Efectivo (amax=0.15) (amax=0.30) (amax=0.34) (amax=0.42) s'vo (KN/m2)

LR-01-CH PCH-02 1.60 4.00 9.8 61.7817088 38.26 0.01557317 0.03114635 0.03529919 0.04360488

LR-02-CH PCH-06 1.90 15.00 9.8 268.3840593 140.00 0.0162798 0.0325596 0.03690088 0.04644084

LR-03-CH CH-08 2.00 12.00 9.8 197.37102 99.37 0.01686773 0.03373546 0.03823352 0.04722964

LR-04-CH CH-11 0.00 8.00 9.8 125.44 125.44 0.0093401 0.0186802 0.0211709 0.02615229

LR-05-CH CH-12 2.00 8.00 9.8 139.64412 80.84 0.0161334 0.0322668 0.03656903 0.04517351

LR-06-CH CH-14 1.35 12.00 9.8 226.4178672 122.05 0.01575482 0.03150964 0.03571093 0.0441135

Explo- Nivel Espesor Sísmica ración Freático (m) Vs (m/s) Vs 1(m/s) CRR (m)

LR-01-CH PCH-02 1.60 4.00 200 80.41534049 0.022008072

LR-02-CH PCH-06 1.90 15.00 170 49.4212544 0.00926054

LR-03-CH CH-08 2.00 12.00 150 47.50904736 0.00860155

LR-04-CH CH-11 0.00 8.00 220 65.73757351 0.015242794

LR-05-CH CH-12 2.00 8.00 130 43.35420659 0.007424499

LR-06-CH CH-14 1.35 12.00 130 39.11207019 0.006261431

LR-01-CH PCH-02 0.504715752 0.6234724 0.706602053 1.413204107

LR-02-CH PCH-06 0.199405094 0.250957176 0.284418133 0.568836265

LR-03-CH CH-08 0.182121871 0.224974076 0.25497062 0.509941239

LR-04-CH CH-11 0.582847494 0.719988081 0.815986492 1.631972984

LR-05-CH CH-12 0.164355142 0.20302694 0.230097199 0.460194398

LR-06-CH CH-14 0.141939118 0.175336558 0.198714765 0.397429531

amax 0.42 0.34 0.30 0.15

Cuadro 02. Valores de CSR calculados para la ciudad de Chimbote

Cuadro 03. Valores de CRR calculados para la ciudad de Chimbote

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1. Introducción La cuenca Pisco se encuentra ubi-cada en la parte sur de Lima, entre las costas de Ica y Yauca, consti-tuye una cuenca de Antearco de edad Cenozoica (Eoceno medio), cuyo origen es predominantemente marino, esta cuenca yace sobre rocas de la Formación Chocolate, del Jurásico Inferior (201 Ma) que fueron depositadas en un medio acuoso, siendo posible, que el ambiente haya sido continental, para luego sumergirse en un mar de aguas someras, depositándose sedimentos finos que dieron lugar a calizas intercaladas con volcánicos.Durante el Jurásico Medio (168 Ma) la depositación se vio influenciada por un proceso de regresión marina, donde la sedimentación tuvo lugar en aguas someras y tranquilas, te-niendo mayor influencia continental.

Los sedimentos del Grupo Yura del Cretácico Inferior (145 Ma) continua-ron depositándose en ambientes playeros con un ciclo de regresión marina. La presencia de cuarcitas con estratificación cruzada, indica un medio de alta energía (acción de olas y corrientes).

A finales del Cretácico Inferior (125 Ma), la actividad volcánica se reactivó en la región occidental (Arco volcánico de la Cordillera Occidental que ocurrió entre el Cretáceo y el Paleoceno; Muizon & Bellon, 1986), diferenciando una depositación de materiales volcáni-co sedimentarios con respecto al sector oriental, caracterizado por un mayor porcentaje de sedimentos arcillosos. La aparición de cuerpos

Instituto Geofísico del Perú, Ca. Badajoz # 169 - Urb. Mayorazgo IV etapa - Ate, Lima, Perú ( [email protected] /[email protected])

intrusivos del Batolito con una edad de 95 Ma, produjo el hundimiento de la cuenca, permitiendo la sedimentación fina (lutitas y calizas) en la zona occidental.

La actividad volcánica continuó has-ta el Paleógeno (66 Ma), plegando y fallando toda la secuencia para lue-go ser afectada por el emplazamien-to del Batolito Andino, esto inició un período de erosión interrumpido por fallamiento normal que hizo descen-der la zona occidental y dar lugar a partir del Paleógeno Medio (41 Ma) a la depositación de las formaciones Paracas y Pisco.

Cabe indicar que, en el Eoceno Medio ocurrieron procesos de sub-sidencia y erosión marina causados por la reactivación de fallas, dando lugar a lodolitas ricas en diatomeas de la Fm. Yumaque, luego durante el Oligoceno Tardío continúan los pro-cesos de subsidencia e incursión marina que conllevaron a la deposi-tación de lodolitas tobáceas y diato-mitas pertenecientes a la Formación Pisco Inferior; durante el Mioceno Medio continúa la subsidencia y sedimentación de la Formación Pisco Superior, finalmente, entre el Plioceno Tardío y el Pleistoceno, en la Cuenca Pisco se produjo un levantamiento regional producto de la subducción de la placa de Nasca, debajo de la continental, quedando expuestos en el Cuaternario Recien-te facies finas (diatomitas, lodolitas y tobas) a procesos de erosión por los distintos agentes de meteorización (aire, vientos, precipitaciones, entre otros) que originaron sedimentos finos (suelos diatomáceas) que se sitúan en las inmediaciones del área urbana de la ciudad de San Clemen-te y que actualmente han modelado el relieve del lugar en mención, tales como elevaciones (lomas y colinas)

ubicadas en las inmediaciones del área urbana; mientras que, los materiales inconsolidados una vez sedimentados, conforman el suelo y subsuelo del área urbana de San Clemente y alrededores (zonas de expansión poblacional); los mismos que están consisten en suelos diato-máceos (cubren el 60% del área de estudio), estos suelos tienen carac-terísticas muy particulares debido a su composición (diatomitas y arenas tobáceas): Peso específico bajo, elevada porosidad y contenido de humedad, baja capacidad portante y compresibilidad; propiedades físi-cas que fueron posibles determinar a través los aspectos geotécnicos (tipo de suelos, humedad, límites de Atterberg, así como capacidad de carga admisible); además de efectos secundarios (asentamientos diferenciales, deformaciones, entre otros) que son de gran importancia para establecer zonas adecuadas para los asentamientos urbanos.

En tal sentido, el objetivo principal de este trabajo es identificar los distintos procesos geológicos que han originado los suelos de cimentación en la ciudad de San Clemente a fin de determinar su comportamiento mecánico en con-diciones estáticas y dinámicas. Para lo cual se han llevado a cabo exploraciones geotécnicas como: Calicatas, ensayos de prospección geofísica (MASW y tomografías eléctricas), datos que permitirán conocer la estratigrafía del subsue-lo y la presencia de los niveles freáticos.

Los resultados obtenidos permitirán establecer zonas con potencial de asentamientos diferenciales y defor-maciones, así como la estabilidad de ladeas en la zona urbana de San Clemente.

Geología Económica

8


Caracterización Física y Geotécnica de los Suelos Diatomáceos de la Ciudad de San Clemente

Roberth Paúl Carrillo Elizalde, Juan Carlos Gómez Avalos

9

2. Origen de suelos diatomáceos en San Clemente La ciudad de San Clemente se en-cuentra ubicada en la Cuenca Pis-co, la misma que desde el Jurásico vienen sufriendo procesos tectóni-cos de subsidencia y epirogénesis, estos se encuentran acompañados de cambios en el nivel del mar (transgresiones y regresiones mari-nas) que han originado sedimentos marinos del tipo orgánicos como resultado de la desintegración de algas marinas (diatomeas), estas al sedimentarse y producto del volca-nismo han generado afloramientos de diatomita.

Durante el Pleistoceno la Cuenca Pisco fue levantada, generando relieves ondulados (lomas y coli-nas) conformadas por diatomitas y lodolitas, estas fueron erosionadas y dieron lugar a los suelos de cimenta-ción de la ciudad de San Clemente.

3. Aspectos geomorfológicosPara el reconocimiento de las geoformas se ha tomado en cuen-ta factores como pendiente del terreno y el agente geológico que ha intervenido en el modelado de la superficie. En el área de estudio se han diferenciado nueve (09) unidades geomorfológicas: lecho fluvial, llanura de inundación, 4

terrazas aluviales, acantilado, loma y colina en base a los criterios geográficos y morfo-estructurales, los cuales se resumen en la Cuadro 01 y Figura 01.

Cabe resaltar que, las geoformas elevadas (colinas y lomas) están conformadas de diatomitas de la Fm. Pisco. 4. Características geológicas de la ciudad de San ClementeLa secuencia estratigráfica local en la ciudad de San Clemente se encuentra representada desde el Mioceno por la Fm. Pisco (Nm-pi) que está conformada por diatomi-tas, limo-arcillitas, lutitas y lodolitas (depositadas en ambiente marino somero), litología que buza hacia

y restos calcáreos, pertenecientes a la Fm Huamaní (Np-h) que se en-cuentran aflorando en el acantilado ubicado al sur del área urbana de San Clemente; en el Pleistoceno, sobreyaciendo en discordancia an-gular, las unidades litológicas antes mencionadas, se tiene la Fm. Ca-ñete (Qpl-ca) que está conformada por conglomerados heterogéneos y finalmente, se tienen los depósitos recientes, tales como los de origen fluvial y aluvial, de los cuales los últi-mos están conformados por material diatomáceo, Figura 02.

5. Aspectos geotécnicos La caracterización física de los suelos de cimentación en condi-ciones estáticas de la ciudad de San Clemente, se realizó en base

Figura 01. Geomorfología de la ciudad de San Clemente

Cuadro 02: Columna crono-litoestratigráfica de la

ciudad de San Clemente

Unidad Origen Pendiente Geomorfológica

Lecho Fluvial Depositacional < 5º

Llanura de Inundación Depositacional < 5º

Terraza Aluvial 1 Depositacional < 5º

Terraza Aluvial 2 Depositacional 20º - 25º



Acantilado Estructural >50º

Lluvia Denudacional < 35º

Colina Denudaciona < 20º

Cuadro 01: Unidades geomorfológicas en San Clemente

Elaboración propia

el oeste y po-see contenido de plasticidad elevado (33%) se ubica en las inmediaciones del área urbana y conformando lomas y colinas; luego, yacen en concordancia, areniscas arci-llosas de grano fino, intercala-das con gravas

Fuen

te: D

ávila

F.,

1993


9

10

a estudios geotécnicos llevados a cabo durante el año 2016, entre las exploraciones geotécnicas realiza-das se elaboraron excavaciones a cielo abierto (10 calicatas), 09 ensa-yos de penetración dinámica ligera (DPL) y 09 auscultaciones manuales con posteadora (barreno); mientras que para identificar las propieda-des de los suelos en condiciones dinámicas se contó con información de ensayos geofísicos (MASW y to-mografías eléctricas) realizados por IGP (Unidad de Ingeniería Sísmica).

De acuerdo a los resultados obteni-dos, en la ciudad de San Clemen-

La capacidad de carga admisible para los suelos de cimentación fue obtenida para una profundidad de 1.00 m y ancho de 1.00 m, obteniendo valores entre 0.5 y

mayores a 3 kg/cm2, los cuales fueron clasificados con capacidad portante: Muy baja, característica de suelos diatomáceos tipo OH y OL (ocupan el 8.46% del área de estudio y se ubican en el extremo oeste de la ciudad de San clemente); baja en suelos tipo OL, SM y SC que fueron identificados en el extremos norte y noreste de San Clemente, específicamente sector Buena Vista (ocupan el 64.65% del área de estudio), media en arenas tipo SP, sobre las cuales se asienta el área urbana (comprenden el 17% del área de estudio) y alta que corresponde arenas con presencia de gravas (comprenden el 9.73% del área de estudio), en la Tabla 01 se indican los valores de las clases de capacidad portante. 5.1 Ensayos de prospección geofísica Según los ensayos de prospección geofísica (MASW y tomografía eléc-trica) y en base a la Tabla 02, se han reconocido perfiles de suelos blan-dos (<180 m/s) de 3 m de espesor en el extremo occidental del área urbana de San Clemente, mientras que los suelos son intermedios hasta profundidades aproximadas de 20m,

Eratema

Cin

ozoi

co

Depósitos Aluviales 1




Depósitos Fluviales 1

Depósitos Fluviales 2

Formación Cañete

Formación Huamaní

Formación Pisco

Qh-Al1

Qh-Al2

Qh-Al3

Qh-Al4

Qh-Fl1

Qh-Fl2

Qpl-Ca

Np-H

Nm-Pi

Gravas Reondedas y Sub - Redondeadas Inmersas en Matriz Areno - Limosa

Sistema Serie UnidadesLitoestratigráficas

Simbolo Litología

Gravas Redondeadas y Arenas con Poca o Nula

Conglomerados Compactos

Areniscas Arcillosas con contenido de Gravas

Diatomitas, Limoarcillitas y Lutitas.

Cua

tern

ario

Hol

ocen

o

Neógeno

Pleistoceno

Plioceno

Mioceno

Fuente: Dávila F., 1993

Cuadro 02: Columna crono-litoestratigráfica de la ciudad de San Clemente

Figura 03. Mapa de suelos de la ciudad de San Clemente

Capacidad de Carga Admisible Clasificación (Kg/cm2)

< 1.0 Muy Baja

1.0 – 2.0 Baja

2.0 – 3.0 Media

>3.0 Alta

Tabla 01. Clasificación de la capacidad de carga admisible

Fuente: Hurtado (2000). Modificado.

te se reconocieron ocho tipos de suelos (SUCS) a profundidades de 1.20 m: En el extremo norte de San Clemente se tienen gravas arcillosas (GC) ocupando el 0.24% del área de estu-dio, arenas mal graduadas (SP) en las inmediaciones del área urbana de la ciudad (ocupan el 27.62 %), arenas limosas (SM) ocupando el 1.75 % del área de estudio (extremo noreste y occidental de San Clemente), arenas ar-cillosas (SC) comprenden el 1.49 % del área de estu-dio (norte del sector Vista Alegre); finalmente, se tienen suelos diatomáceos (limos y arcillas) orgánicos e inorgánicos (ML, CL, OL y OH) en los alrededores de la ciudad y compren-den más del 65 % del área en estudio, Figura 03.

Cuadro 03 y Figura 04. 6. Condiciones geotéc-nicas especiales

Los suelos ubicados en las inmediaciones del área urbana de San Clemente (extremo occidental) se caracterizan por presentar contenido de humedad mayor al 80% y consisten en limos orgánicos (OH) que presentan densidad húmeda menor a 1.40 gr/cm3 e índice plástico ma-yor a 30.

Propiedades físicas de los suelos que son caracterís-ticas de arcillas sensitivas (arcillas saturadas) que se encuentran sometidas a asentamientos del suelo, tanto elásticos como, los ocurridos a través del tiempo.


10

11

7. Parámetros dinámicos de los suelosPara determinar el comportamien-to dinámico de los suelos diato-máceos ante esfuerzos aplicados a los suelos y deformaciones pro-ducidas se han calculado, a tra-vés de la velocidad de las ondas sísmicas (Vp y Vs) y la densidad del material los módulos elásticos: Relación de Poisson (variación de la sección transversal con respec-to a la elongación como respuesta a un esfuerzo perpendicular a la sección), módulo de rigidez (resistencia de un cuerpo ante un esfuerzo de corte) y módulo de Young (resistencia que opone un cuerpo ante un esfuerzo extensio-nal). De acuerdo a ello se han ob-tenido los siguientes valores para la ciudad de San clemente:

Los resultados indican que los sue-los situados en el extremo occidental de San Clemente están constituidos por arcillas de compacidad media a dura y que podrían presentar asen-tamientos a lo largo del tiempo.

8. Asentamientos de suelos en San ClementeEn la ciudad de San Clemente se calcularon asentamientos elásticos o inmediatos para cimentaciones flexibles haciendo uso de la fórmula de Harr (1966) para Df=0 y H=Ind; y los parámetros dinámicos obte-nidos de los ensayos de refracción sísmica llevados a cabo por IGP (Relación de Poisson y módulo de Young), resultados que se adjuntan en el Cuadro 05:

Dónde:

(valor permisible según Terzaghi y norma E.050), respecto a ello se ha determinado que los suelos dia-tomáceos ubicados en zonas con humedad de 81.87 % en el extremo oeste de la ciudad de San Clemen-te (LS01-SC) presentan el mismo comportamiento dinámico (asenta-

mientos del suelo de 25 mm) que las gravas arcillosas (% humedad=8) que se ubican en el extremo norte de la ciu-dad (LS03-SC); mientras que, los suelos diatomáceos con

contenido de humedad del 100%, ubicados en el extremo suroeste de San Clemente (LS02-SC) no presenta potencial de asentamiento (15 mm) que pueda afectar las vi-viendas ubicadas sobres esta zona.

Finalmente, se infiere que las arenas mal graduadas (SP) que se ubican en el extremo oeste (LS05-SC) son las que presentan mayor potencial de asentamientos (alrededor de 31 mm) y solo presentan porcentaje de humedad de 14.81%.

9. DiscusiónGeotécnicamente, en el extremo occidental de la ciudad de San Clemente se ubican suelos de ori-gen orgánico del tipo diatomáceos; debido a sus propiedades físicas y módulos elásticos se consideran como arcillas sensitivas con espe-sores aproximados de 3m.

Comparando los resultados obteni-dos del cálculo de asentamientos se

Cuadro 03: Valores de velocidad de onda de corte en San Clemente

Perfil Tipo de Suelo Velocidad Onda de Corte (Vs)

So Roca Dura >1500 m/s

S1 Roca o Suelos muy Rígidos 500 -1500 m/s

S2 Suelos Intermedios 180 – 500 m/s

S3 Suelos Blandos < 180 m/s

Fuente: Ministerio de Construcción y Vivienda (2016)

Tabla 02. Clasificación de los perfiles de los suelos

Ensayo Capa Espesor Vs (m/s) Vp (m/s) Densidad Sísmica (m) (g/cm3)

1 3 179 715 1.5

1 2 8 225 1190 1.7

Indefinido -- 325 1635 1.9

1 3 224 758 1.6

2 2 8 302 791 1.6

Indefinido -- 474 1459 1.8

1 3 163 1066 1.7

3 2 8 295 1457 1.8

Indefinido -- 435 1922 2

1 7 385 1066 1.7

4 2 19 487 1457 1.8


1 5 151 942 1.6

5 2 10 200 1356 1.8


1 7 629 1959 2

6 2 19 696 2275 2.1

Indefinido -- 498 2500 2.1

7

1 9 278 908 1.6

Indefinido -- 351 1486 1.6

1 5 591 1385 1.8

8 2 20 641 1564 1.9

Indefinido -- 470 2085 2Fuente: IGP, 2016

( )20 1eS

BqS u

Eα= −

( )22

1 11

2 21 1 1

1

1 1 11ln ln

1 1 1

/

m m mm

m m m

m L B

απ

+ + + + = + + − + − =

Cabe mencionar que, se realizaron los cálculos de asentamientos para cargas unitarias de 4000 KN/m2 y ancho y largo de cimentación de 1 m, debido a que, con esta carga se obtuvieron asentamientos de 25 mm


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12

Capa Espesor Vs (m/s) Vp (m/s) Densidad Relac. de Módulo de Modulo de Tipo de Ensayo Sísmica (m) (g/cm3) Poisson Rigidez (G) Young (E) Suelo (V) MN/m2 MN/m2

Fuente: IGP, 2016

1 3 179 715 1.5 0.47 48.06 140.97

1 2 8 225 1190 1.7 0.48 86.06 255.00 Oh

Indefinido -- 325 1635 1.9 0.48 200.69 593.81

1 3 224 758 1.6 0.45 80.28 233.16

2 2 8 302 791 1.6 0.41 145.93 412.88 Oh

Indefinido -- 474 1459 1.8 0.44 404.42 1165.53

1 3 163 1066 1.7 0.49 45.17 134.42

3 2 8 295 1457 1.8 0.48 156.65 463.24 Gc

Indefinido -- 435 1922 2 0.47 378.45 1114.92

1 7 385 1066 1.7 0.42 251.98 718.15

4 2 19 487 1457 1.8 0.44 426.90 1227.02 Sc

Indefinido -- 750 1922 2 0.41 1125.00 3172.93

1 5 151 942 1.6 0.49 36.48 108.48

5 2 10 200 1356 1.8 0.49 72.00 214.40 Sp

Indefinido - - 364 2161 2 0.49 264.99 787.24

1 7 629 1959 2 0.44 791.28 2282.89

6 2 19 696 2275 2.1 0.45 1017.27 2946.78 Sp

Indefinido -- 498 2500 2.1 0.48 520.81 1540.91

7

1 9 278 908 1.6 0.45 123.65 358.17 Sp

Indefinido - - 351 1486 1.6 0.47 197.12 579.72

1 5 591 1385 1.8 0.39 628.71 1746.15

8 2 20 641 1564 1.9 0.40 780.67 2184.41 Sp

Indefinido -- 470 2085 2 0.47 441.80 1301.75

Capa Espesor Vs (m/s) Vp (m/s) Densidad Relac. de Módulo de Modulo de Tipo de q

Ensayo Sísmica (m) (g/cm3) Poisson Rigidez (G) Young (E) Suelo L B (KN/m2) ASEN. (V) MN/m2 MN/m2

1 3 179 715 1.5 0.47 48.06 140.97 1 1 4050 25.235

1 2 8 225 1190 1.7 0.48 86.06 255.00 Oh 1 1 4050 13.699

Indefinido -- 325 1635 1.9 0.48 200.69 593.81 1 1 4050 5.898

1 3 224 758 1.6 0.45 80.28 233.16 1 1 4050 15.515

2 2 8 302 791 1.6 0.41 145.93 412.88 Oh 1 1 4050 9.120

Indefinido -- 474 1459 1.8 0.44 404.42 1165.53 1 1 4050 3.143

1 3 163 1066 1.7 0.49 45.17 134.42 1 1 4050 25.771

3 2 8 295 1457 1.8 0.48 156.65 463.24 Gc 1 1 4050 7.567

Indefinido -- 435 1922 2 0.47 378.45 1114.92 1 1 4050 3.166

1 7 385 1066 1.7 0.42 251.98 718.15 1 1 4050 5.188

4 2 19 487 1457 1.8 0.44 426.90 1227.02 Sc 1 1 4050 2.998

Indefinido -- 750 1922 2 0.41 1125.00 3172.93 1 1 4050 1.192

1 5 151 942 1.6 0.49 36.48 108.48 1 1 4050 31.983

5 2 10 200 1356 1.8 0.49 72.00 214.40 Sp 1 1 4050 16.140

Indefinido -- 364 2161 2 0.49 264.99 787.24 1 1 4050 4.415

1 7 629 1959 2 0.44 791.28 2282.89 1 1 4050 1.602

6 2 19 696 2275 2.1 0.45 1017.27 2946.78 Sp 1 1 4050 1.233

Indefinido -- 498 2500 2.1 0.48 520.81 1540.91 1 1 4050 2.273

7

1 9 278 908 1.6 0.45 123.65 358.17 Sp

1 1 4050 10.144

Indefinido -- 351 1486 1.6 0.47 197.12 579.72 1 1 4050 6.108

1 5 591 1385 1.8 0.39 628.71 1746.15 1 1 4050 2.211

8 2 20 641 1564 1.9 0.40 780.67 2184.41 Sp 1 1 4050 1.750

Indefinido -- 470 2085 2 0.47 441.80 1301.75 1 1 4050 2.711

Cuadro 04: Módulos elásticos de suelos de la ciudad de San Clemente infiere que, los suelos diatomáceos (LS02-SC) con mayor cantidad de material orgánico (diatomeas) pre-sentan mayor humedad (IP=91.30, LL=149.3 y % finos=91.30) y asen-tamiento de suelos que no pasa los límites permisibles propuestos por Terzaghi (25 mm); mientras que, los suelos diatomáceos (LS01-SC) mezclados con limos (IP=33.24, LL=101.32 e % finos=81.87) pre-sentan el mismo comportamiento dinámico (asentamientos de 25 mm) que las gravas arcillosas ubicadas al extremo norte de la ciudad (LS03-SC) cuyas propiedades geotécnicas son LL=33.72, IP=10.26 y % finos =15.24%. Finalmente, las arenas mal graduadas (SP) ubican en el extremo oeste de la ciudad (LS05-SC) son las que presentan mayor asentamiento de suelos (31 mm) debido a que su densidad es muy baja (suelta) y presentan contenido de humedad de 15%.

Los resultados comparados han permitido determinar que los suelos diatomáceos son compresibles, sin

Cuadro 05: Calculo de asentamientos elásticos de los suelos de la ciudad de San Clemente

Elaboración Propia


12

13

Figura 04. Exploraciones geofísica en San Clemente

embargo los asentamien-tos no son considerables (< 25 mm) si hay mayor contenido de material orgánico como las dia-tomeas, los suelos diato-máceos con menor % de materia fino u orgánico (mezcladas con limo) pre-sentan el mismo compor-tamiento que las gravas arcillosas ubicadas en el extremo norte.

Las afirmaciones anterio-res, permiten inferir que los suelos diatomáceos, a pesar de poseer índice plástico mayor a 30% y capacidad portante me-nor a 1 Kg/cm2 (muy baja) no presentan potencial de asentamientos, mientras mayor sea el contenido de componentes orgánicos.

10. ConclusionesEl mayor aporte de los

valores de parámetros dinámicos del suelo, tales como: relación de Poisson, módulo de rigidez y módu-lo de Young. Los valores de Poisson en su mayoría presentan valores alrededor de 0.5 (característicos de arcillas saturadas).

Se han identificado ocho tipos de suelo en la ciudad de San Clemente, entre los cuales predominan: limos orgánicos de baja plasticidad (OL), arenas mal graduadas (SP) y limo orgánico de alta plasticidad (OH); los mismos que presentan capaci-dad de carga admisible baja (1 – 2 Kg/cm2) al extremo norte (Asoc. Villa Esperanza y Vista Alegre), alta (> 3.00 kg/cm2) al este de la I.E María Parado de Bellido, media (2 – 3 Kg/cm2) en el casco urbano central y capacidad de carga admisible muy baja (< 1.00 kg/cm2) en el ex-tremo sur-occidental de la ciudad (inmediaciones de las lagunas de oxidación).

Los suelos diatomáceos (OH y OL) en su mayoría presentan contenido de humedad mayor al 100%, índice plástico mayor a 30 y modulo elás-tico de Poisson de 0.5, característi-cos de arcillas saturadas sensitivas

susceptibles a asenta-mientos.

Los suelos diatomáceos con mayor cantidad de material orgánico (diato-mitas) presentan mayor contenido de humedad (alrededor del 100%), baja capacidad portante (<1kg/cm2) e IP mayor a 40, así como, asentamien-tos de 15 mm para cimen-taciones de ancho y largo de 1 m. así como cargas unitarias de 4000 KN/m2.

Los suelos diatomáceos con menor contenido de material orgánico y mez-clado con limos u arenas presentan asentamientos de 25 mm, debido a que los anteriores se compor-tan como roca (diatomita).

Los suelos con mayor contenido de materia

sedimentos en la cuenca Pisco son de origen marino, es decir por sedimentación de material orgánico (diatomeas) originadas desde el Cenozoico.

Los materiales que conforman el subsuelo de la ciudad de San Cle-mente corresponden a depósitos aluviales que se encuentran confor-mados por materiales heterogéneos (arenas limosas y clastos aislados de gravas) que suprayacen a los conglomerados de la Fm. Cañete y areniscas de la Fm. Huamaní. El substrato rocoso de la ciudad en mención lo constituyen rocas diato-mitas y limo-arcillitas de la Forma-ción Pisco.

En base a los ensayos de geofísica se ha podido determinar que en San Clemente se presentan tres tipos de suelos: Blandos hasta profundi-dades de hasta 5 m e intermedios; los cuales presentan valores de densidad inferior a 2.1 g/cm3 (carac-terísticos de suelos moderadamente densos).

La relación entre las velocidades de las ondas de corte (VS) y compre-sión (VP) han permitido obtener los

orgánico, aparentemente pueden ser utilizados como insumo para mejoramiento de la resistencia de los suelos, tales como las arenas y gravas arcillosas ubicadas en el extremo occidental y norte de San Clemente.

Agradecimientos

Al Instituto Geofísico del Perú por el apoyo en los trabajos de investiga-ción realizados en campo.

Referencias

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Simulación Numérica en 3D de la Interacción Terreno - Soporte en la Intersección de Túneles

Rodríguez Díaz, M.A.*; González Nicieza, C.*; Álvarez Vigil, A. E.** Ramírez Castañeda, J. L.*

ResumenEn el presente artículo se pone de manifiesto el proceso seguido para la modelización en 3D de una ga-lería de emergencia que comunica un túnel de doble vía con un pozo de ventilación, en la provincia de Gerona, España. Para dicha modeli-zación se utiliza la aplicación FLAC 3D (Itasca Consulting Group), que implementa el Método Explícito en Diferencias Finitas (MEDF).

El estudio se realiza en tres fases. En la primera fase se modelizan si-multáneamente la excavación y sos-tenimiento tanto del túnel de doble vía como del pozo de ventilación. En la segunda fase se modeliza el entronque de la galería de emergen-cia con el túnel de doble vía. En la tercera fase, se modeliza la excava-ción y sostenimiento del resto de la galería de emergencia, teniendo en cuenta también su intersección con el pozo de ventilación.

Palabras claveSimulación numérica en 3D; Sosteni-miento; Excavaciones subterráneas.

1. Introducción y objetivosLos túneles constituyen obras linea-les que resultan con frecuencia bas-tante complejas. Estudios recientes (Graziani et al., 2005; González Nicieza et al., 2008; Chen y Abous-leiman, 2010; Weng et al., 2010) po-nen de manifiesto la complejidad de estas obras, así como la variabilidad de parámetros a considerar.

Pero aún de mayor complejidad si cabe resultan las intersecciones en-

tre túneles, dado que por su geome-tría espacial no es posible realizar un estudio y análisis con las teorías y modelizaciones clásicas en 2D. En estos casos se hace imprescindible una modelización del problema en 3D (Itasca Consulting Group, 2004), ya que no son adecuadas las hipótesis válidas para estudios en deformación plana.

Además hay que tener en cuenta el aumento considerable de túneles de gran longitud, donde, por nece-sidades de seguridad o ventilación, se multiplica el número de intersec-ciones, y por consiguiente, el sos-tenimiento de tales zonas tiene una repercusión importante en el coste final de la obra.

En esta línea son de destacar los trabajos de simulación numérica en 3D realizados por Thareja et al. (1980, 1985) y Takino et al. (1985) donde se realizan estudios tenso-deformacionales en el área de inter-sección de túneles bajo diferentes propiedades del macizo rocoso, así como con diversos ángulos de intersección.

En cuanto al comportamiento del sistema de sostenimiento, Tsuchiya-ma et al. (1988) examinó la excava-ción de un túnel de acceso con un ángulo oblicuo de 45º con respecto al túnel principal, a través de un análisis numérico en 3D. Encontró que la zona afectada por el túnel principal, y que por lo tanto, requie-re un trabajo de soporte adicional, abarcaba un diámetro de túnel en el lado del ángulo obtuso, y aproxima-damente tres diámetros de túnel en el lado del ángulo agudo desde el punto de intersección.

Chen (2000) y Chen et al. (2002) su-gieren que debe prestarse una aten-

ción especial a las zonas de túnel donde se produzcan deformaciones superiores al 10%, siendo necesario en dichos casos realizar estudios particularizados para determinar la necesidad de sostenimientos ade-cuados.

En la misma línea de trabajo se en-marcan las investigaciones llevadas a cabo por Hsiao et al. (2004, 2009) quienes realizaron modelizaciones numéricas en 3D considerando un modelo elastoplástico para el ma-cizo rocoso, con el objeto de iden-tificar el comportamiento del terreno en la zona de intersección del túnel.

Weng et al. (2010) realizan estudios parecidos pero modelizando el com-portamiento de areniscas en base a una degradación, con el tiempo, de sus propiedades geotécnicas K y G.

Como se puede ver, el análisis y estudio del comportamiento del terreno en las zonas afectadas por la intersección de túneles ha sido objeto de numerosas inves-tigaciones en los últimos años, centrándose cada una de ellas en una determinada faceta. Pero aún quedan por resolver bastantes incertidumbres, y en particular, la optimización de los sostenimien-tos necesarios en dichas zonas, pues una optimización del siste-ma de soporte redundará en un cuantioso ahorro económico de la obra, proporcionando además un aumento de la propia seguridad de la excavación.

Teniendo en cuenta todos estos an-tecedentes, el objetivo del presente artículo es profundizar en el estudio del comportamiento del terreno en las áreas cercanas a la intersección de túneles. En este caso se tomará como base una obra realizada en

* Departamento de Explotación y Pros-pección de Minas. Universidad de Oviedo** Departamento de Matemáticas. Uni-versidad de OviedoEmail de contacto: [email protected]

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España, donde se han llevado a cabo dos tipos de intersecciones:

• Intersección entre dos túneleshorizontales.

• Intersección entre un túnel hori-zontal y un pozo vertical.

Para dar respuesta a este objetivo, y una vez identificada la obra a rea-lizar, toma especial importancia la correcta caracterización del macizo rocoso (Bieniawski, 1974; Barton et al., 1974; Rasouli, 2009; Aleksandar et al., 2011). De esta manera se procede a la caracterización tenso-deformacional del terreno así como de las etapas del modelo necesa-rias. Posteriormente se resuelve por métodos numéricos el modelo propuesto, obteniendo unos resulta-dos que son validados con el fin de poder retroalimentar el modelo.

2. Descripción del modelo de análisisLa obra a realizar corresponde, en este caso, a una galería de emer-gencia, de 42 m de longitud, que une un túnel de doble vía con un pozo de ventilación, como se puede ver en la figura 1. Los materiales que constituyen el sustrato corresponden al Eoceno (Terciario), encontrándose fun-damentalmente calizas, margas y areniscas, que constituyen las Formaciones denominadas Calizas de Girona, Margas de Banyoles y Areniscas de Bracons.

El Cuaternario, que cubre parcial-mente a las anteriores, presenta depósitos aluviales (terraza y llanura de inundación), coluviales y antrópi-cos.

Tanto el pozo de ventilación como la galería de emergencia se ejecutan en su totalidad en arenisca. Esta arenisca, para su modelización, se ha considerado homogéneas, con RMR comprendido entre 45 y 55, modelo de comportamiento elastoplástico siguiendo el criterio de rotura de Mohr-Coulomb y con las propiedades que se indican en la tabla 1. Así mismo, se ha consi-derado un coeficiente de reparto de tensiones de 1, correspondiente

Figura 1. Esquema de la obra a realizar

Diámetro 25 mm

Espaciamiento transversal 1,5 m

Espaciamiento longitudinal 1,0 m

Longitud en el túnel 4 m

Longitud en la galería 2 m

Rigidez 10 GPa

Cohesión del encapsulado 100 kPa

Fricción del encapsulado 30º

Densidad 2500 kg/m3

Módulo de Young 10 GPa

Coeficiente de Poisson 0,25

Espesor de hormigón en el pozo 100 cm

Espesor de hormigón en la galería 15 cm

Espesor de hormigón en el túnel 15 cm

Densidad 200 kg/m3

Resistencia a compresiónsimple de la matriz rocosa: sc 25.8 MPa

Resistencia a compression simple del macizo rocoso: scm 5.8 MPa

Módulo de deformación del macizo rocoso: Em 9340 MPa

Módulo de Bulk del macizo rocoso 4400 MPa

Módulo cortante del macizo rocoso 4000 MPa

Cohesión del macizo rocoso 250 kPa

Fricción del macizo rocoso 30º

Tabla 3. Propiedades de los anclajes

Tabla 2. Propiedades del hormigón

Tabla 1. Propiedades del terreno

a un valor medio en la zona. Las tablas 2, 3 y 4 muestran las propieda-des consideradas para el hormigón, los anclajes, así como para los pilotes y micropilotes respectiva-mente.

Se ha considerado para todo el modelo un recu-brimiento ascendente, desde 17 m en la zona de unión de la galería con el pozo de ventilación, hasta los 24 m en la inter-sección con el túnel. Este recubrimiento gradado se ha simulado aplicando las cargas verticales co-rrespondientes en la par-te superior del modelo.

La modelización del problema se ha realizado en las tres fases siguientes:

FASE 1: Excavación y sostenimien-to del túnel de doble vía, así como

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excavación y sostenimiento del pozo de ventilación.

El pozo tiene un sostenimiento formado por una pantalla de micro-pilotes de 0,2 m de diámetro y una longitud de 10 m y espaciados 0,4 m entre ejes, y un recubrimiento de 0,1 m de hormigón proyectado. Por debajo de la zona con micropilotes, el pozo presenta un sostenimiento formado por bulones de 2 m de lon-gitud y 25 mm de diámetro en malla de1,5 m x 1 m.

El sostenimiento del túnel está com-puesto por una malla de bulones de 25 mm de diámetro y 4 m de longi-tud dispuestos en una cuadrícula de 1,5 m x 1 m, así como por 15 cm de hormigón proyectado HM-30 con fibras de acero.

Los pernos del túnel y el pozo han sido modelizados como elementos

Figura 4. Fase 3: Sostenimiento con gunitay pernos de la galería de emergencia

“cable”, la gu-nita como ele-mentos “lámina”

Figura 2. Fase 1: Excavación y sostenimiento túnel y pozo

Figura 3. Fase 2: Paraguas de micropilotesy excavación de entronque

Diámetro de micropilotes en el pozo 1,20 m

Diámetro de micropilotes en la zona de intersección 15 cm

Módulo de Young 80 GPa

K tangencial 130 GPa

Cohesión tangencial 10 kPa

Fricción tangencial 30º

K normal 130 GPa

Cohesión normal 30 kPa

Fricción normal 0º

Tabla 4. Propiedades depilotes y micropilotes

y los micropilotes del pozo como elementos “pilote”.

En la figura 2 se puede apreciar tanto la excavación como el sostenimiento correspondiente a esta fase 1.

FASE 2: Presostenimiento con paraguas de micropilotes en techo y excavación del entronque galería-túnel (diez primeros metros de galería de emergencia). Esta zona, además de contar con el sostenimiento propio del túnel, se ha reforzado con paraguas de micropilotes de 150 mm de diámetro, 375 mm de separación entre ejes y 14 m de longitud para proteger la zona de conexión de ambas estructuras. En la figura 3 se pone de manifiesto la modelización correspondiente a esta fase 2.

El paraguas de micropilotes se ha simulado mediante elementos tipo “pilote” con una geometría plana, más desfavorable que si adoptase una forma en arco en torno a la sección. FASE 3: Excavación y sostenimien-to de la galería con gunita y pernos como se muestra en la figura 4. El sostenimiento de esta galería es similar al del túnel, a excepción de los pernos, que presentan una lon-gitud de 2,5 m en vez de 4 m. 3. Resultados obtenidosSe muestran a continuación los re-sultados obtenidos en cada una de las fases modelizadas.

3.1 Resultados correspondientes a la fase 1

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Tras colocar el sostenimiento el modelo estabiliza obteniéndose una serie de resultados de des-plazamientos, tensiones, plastifi-cación, etc., que a continuación se comentan.

En la figura 5 se pueden ver los desplazamientos verticales del mo-delo tras esta fase, representados mediante isovalores, tal como se indica en la leyenda de la parte izquierda de la figura, en la que se expresan mediante unidades del sistema internacional (m). Nótese que esta figura y las sucesivas representan un corte del modelo según el plano XZ, para facilitar la visualización de los diferentes parámetros a analizar. Como se puede observar, a lo largo de toda la corona del túnel los des-plazamientos verticales presentan valores negativos (hundimientos) muy bajos, del orden de 3 a 4 mm, mientras que en la solera de la excavación los desplazamientos verticales son prácticamente nulos.

En la figura 6 se observa el estado plástico del modelo en esta fase. La leyenda que aparece en la parte izquierda de la figura indica:

- None: zona no afectada.- Shear-n: plastificación por esfuer-

zos cortantes en la actual etapa de cálculo.

- Shear-p: plastificación por esfuer-zos cortantes en anteriores etapas de cálculo.

- Tension-p: plastificación por es-fuerzos de tracción en anteriores etapas de cálculo.

- Tension-n: plastificación por es-fuerzos de tracción en la actual etapa de cálculo.

En esta figura se puede ver que toda la sección excavada del túnel ha sufrido y está sufriendo plastifi-caciones por esfuerzos cortantes y de tracción, si bien el modelo es estable. La zona plastificada se en-cuentra restringida al entorno más próximo de la excavación.

También se aprecia cómo la exca-vación de una estructura con las dimensiones del pozo de ventilación da lugar a que una porción impor-tante de macizo sufra procesos de plastificación. En cuanto al sostenimiento colocado en esta fase, en la figura 7 se pue-den ver los esfuerzos que soporta la gunita del túnel. Las tensiones, al

igual que los desplazamientos, se representan mediante colores que indican intervalos de valores. Los datos de tensiones se indican en unidades del sistema internacional (Pa). Los valores negativos indican tensiones de compresión.

Teniendo en cuenta que la resisten-cia a compresión de la gunita es de 30 MPa, se puede observar que en ningún caso se ve superado este valor. Además de gunita, en esta fase también se coloca una malla de pernos de 4 m de longitud y 25 mm de diámetro en malla de 1,5 m x 1 m. En la figura 8 se puede ver el esfuerzo axil máximo desarrollado por estos pernos, que es de 0,98 kN (0,1 t aproximadamente). Se trata de un valor por debajo del límite de resistencia de estos elementos de sostenimiento, que es de 25 t, por lo que puede afirmarse que están trabajando adecuadamente. A continuación, se analiza el estado del sostenimiento del pozo de venti-lación en esta fase. En la figura 9 se muestran las tensiones que soporta la gunita, que como se puede com-probar no superan resistencia.

Figura 5. Desplazamientos verticales tras Fase 1 Figura 6. Estado plástico tras la Fase 1

Figura 7. Tensiones máximas compresivas sobre el sostenimiento de gunita del túnel

Figura 8. Axil en pernos del túnel

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En la figura 10 se puede ver el es-fuerzo axil máximo desarrollado en los bulones de sostenimiento del pozo, que tiene un valor similar al de los bulones del túnel, por lo que se encuentra por debajo del límite de resistencia de estos elementos. Finalmente, a continuación se anali-za el sostenimiento de micropilotes de la parte superior del pozo. En la figura 11 se muestra el esfuerzo axil desarrollado por estos elementos. Como se puede ver, el valor del axil es de 56 kN (5,6 t). Para que este sostenimiento de micropilotes fun-cione adecuadamente, este esfuer-zo axil debe ser tal que no supere la capacidad portante del terreno, ya que si no los micropilotes se hin-carían en el terreno y no realizarían correctamente su función. Si se toma el esfuerzo axil máximo que desarro-llan los micropilotes y se divide entre su área se obtiene que la presión que ejercen sobre el terreno es de 0,18 MPa.

La capacidad portante de la roca de apoyo viene dada por la siguiente expresión (Zhang y Einstein, 1998):

donde k toma un valor compren-dido entre 3 y 6. Tomando el valor de 3, con el objeto de considerar la situación más desfavorable, se obtiene una capacidad portante de 15,2 MPa. Considerando un factor de seguridad de 4, se tiene una ca-pacidad portante admisible de 3,8 MPa. Puesto que este valor es mu-cho mayor que la presión ejercida, puede afirmarse que los pilotes del pozo trabajan de forma adecuada.

3.2 Resultados correspondientes a la fase 2En esta segunda fase, se procede a colocar un presostenimiento formado por un paraguas de micropilotes en el techo de la zona del entronque entre galería y túnel,

A lo largo de la corona del túnel existen hundimientos de poco más de 4 mm, es decir, el incremento de desplazamiento en esta zona con respecto a la fase anterior es de apenas 0,5 mm, lo que implica que la excavación es estable. En la zona de la corona del entronque propiamente dicho y de los primeros 10 m de galería, los hundimientos son similares e incluso menores, de entre 3 y 3,5 mm. El estado plástico en esta fase se representa en la figura 13. De nuevo puede verse cómo todo el entorno de la excavación ha experimentado un proceso de plastificación por la acción de esfuerzos cortantes y de tracción, pero únicamente algunas

Figura 9. Tensiones máximas compresivas sobre el sostenimiento de gunita del pozo

Figura 10. Axil en pernos del pozo

Figura 11. Axil en micropilotes del pozo Figura 12. Desplazamientos verticales tras Fase 2

Figura 13. Estado plástico tras la Fase 2ch kq σ⋅=

y a la posterior excavación de dicho entronque y el primer tramo de la galería (10 m).

Una vez realiza-da la excavación se observan los desplazamientos verticales repre-sentados en la figura 12.

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zonas del frente y los hastiales lo siguen experimentando en la actual etapa de cálculo. A continuación se analiza el com-portamiento del paraguas de mi-cropilotes colocado en la zona del entronque. El esfuerzo axil máximo que desarrollan estos micropilotes en sus extremos es de 5,5 kN (0,55 t), como se puede ver en la figura 14. Para que el paraguas funcione adecuadamente, este esfuerzo axil debe ser tal que no supere la capa-cidad portante del terreno, ya que si no los micropilotes se hincarían en el terreno y no realizarían correcta-mente su función.

Considerando el esfuerzo axil desa-rrollado en los pilotes y dividiéndolo por su sección recta, se obtiene que la presión que ejercen sobre el terreno es de 0,31 MPa, por lo que, teniendo en cuenta de nuevo la expresión de Zhang y Einstein (1998), no superan la resistencia de los materiales, y por tanto, pueden realizar su función de sostenimiento de forma adecuada. 3.3 Resultados correspondientes a la fase 3Una vez excavados el entronque y los primeros 10 m de galería, a

continuación se excava y sostiene el resto de la galería de emergencia, hasta su conexión con el pozo de ventilación.

Una vez realizadas todas estas labo-res de excavación y sostenimiento, los desplazamientos verticales que se observa en la zona de la nueva excavación son los que se muestran en la figura 15. Los desplazamientos verticales ne-gativos (hundimientos) presentan su mayor desarrollo, con valores de hasta 4,3 mm, en la corona de la zona central del túnel, es decir, en la zona que coincide con el entron-que con la galería. Aunque se trata de desplazamientos perfectamente asumibles y que llegan a estabilizar en el modelo, es lógico que los máximos se localicen en ese punto, puesto que es la zona que mayor influencia tiene de la excavación anexa (galería de emergencia) y que mayor recubrimiento soporta.

El estado plástico en esta fase, re-presentado en la figura 16, es muy similar al de fases anteriores, obser-vándose zonas en todo el entorno de la excavación que han sufrido plastificaciones por esfuerzos cor-tantes y de tracción. En esta figura

se aprecia también la plastificación sufrida inicialmente por el modelo por efecto de la excavación del pozo de ventilación. En cuanto al sostenimiento colo-cado, en primer lugar, se analizan las tensiones que soporta la gunita, representadas en la figura 17. Teniendo en cuenta que la resis-tencia a compresión de la gunita es de 30 MPa, se puede observar que incluso los valores máximos de tensión de compresión obtenidos en la simulación, que son de entre 3 y 4 MPa y se localizan en la zona de entronque, son muy inferiores al límite de resistencia de la gunita.

Los pernos colocados desarrollan un esfuerzo axil de 0,75 kN, como se ve en la figura 18, por lo que estarían trabajando correctamente al no haberse superado su carga máxima. 4. Medida de convergenciasSe ha procedido a la obtención de convergencias a partir del modelo en las secciones que se muestran en la figura 19.

Para la descripción de las con-vergencias medidas, éstas se han

Figura 15. Desplazamientos verticales tras Fase 3 Figura 14. Axil del paraguas de micropilotes en sus extremos

Figura 16. Estado plástico tras la Fase 3 Figura 17. Tensiones máximas compresivassobre el sostenimiento de gunita

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representado de forma conjunta de la siguiente manera:

• ConvergenciatipoApara lasec-ción galería, la sección entronque y la sección túnel: Convergencia entre corona y hastial derecho.

• ConvergenciatipoBpara lasec-ción galería, la sección entronque y la sección túnel: Convergencia entre corona y hastial izquierdo.

• ConvergenciatipoCparalasec-ción galería, la sección entronque y la sección túnel: Convergencia horizontal.

• ConvergenciatipoDparalasec-ción galería, la sección entronque y la sección túnel: Convergencia vertical.

En la la figura 20 se muestran las convergencias tipo A (corona – has-tial derecho) obtenidas a partir del modelo en las tres secciones a lo largo de las diferentes fases consi-deradas.

La línea negra corresponde a la sec-ción galería, la línea roja a la sección entronque y la línea azul a la sección túnel (ver figura 19). Este código de colores será el mismo para todas las gráficas de convergencias incluidas

en adelante en este apartado. En ordenadas se representa la conver-gencia en milímetros y en abscisas las etapas de cálculo del modelo.

Como se puede observar, la pri-mera sección donde empiezan a producirse convergencias tipo A es en la sección túnel, ya que es la primera excavada. Inicialmente la convergencia tipo A en la sección túnel sufre un rápido incremento, hasta alcanzar unos 0,75 mm. A partir de este momento, cuando se coloca el sostenimiento, la conver-gencia apenas se resiente hasta el final de la simulación. Durante esta fase, la sección entronque y la sec-ción galería, por su proximidad a la zona excavada, experimentan una pequeña convergencia, del orden de 0,4 mm en el caso del entronque y de 0,3 mm en el caso de la galería.Cuando se ejecuta la fase 2, la con-vergencia tipo A en la sección túnel sufre un incremento insignificante, lo que quiere decir que la estructura del túnel, ya sostenida y estabiliza-da, apenas se ve afectada por la excavación del entronque.

En la fase 2, como es lógico, em-pieza a registrarse convergencia

Figura 18. Axil en pernosFigura 19. Ubicación sobre el modelo en planta de las

secciones de medida de convergencias

tipo A en la sección entronque, que alcanza valores de 1,2 mm.

Al comienzo de la fase 3, la conver-gencia tipo A en la sección entron-que aumenta hasta 1,3 mm. Una vez se coloca el sostenimiento, esta convergencia se estabiliza. Mien-tras, la convergencia en la sección galería aumenta rápidamente hasta alcanzar un valor de 1 mm, en el que estabiliza.

En la figura 21 se pueden observar las convergencias tipo B obtenidas a partir del modelo para las tres secciones estudiadas. Se puede ver que estas convergencias tienen una evolución similar a las convergen-cias tipo A. La convergencia tipo C es com-pletamente horizontal, por lo que sus valores dan una idea objetiva de lo que han cerrado las paredes de las excavaciones. En la figura 22 se muestran las convergencias obtenidas a partir del modelo desa-rrollado. Puede verse que esta con-vergencia comienza a registrarse en la sección túnel (línea azul) desde la fase 1, Al principio alcanza valo-res de 0,3 mm, pero a medida que

Figura 20. Convergencias tipo A esperadas Figura 21. Convergencias tipo B esperadas

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transcurren las etapas de cálculo de esta fase 1, esta convergencia pasa de este valor positivo, que indica que los desplazamientos convergen hacia el interior de la excavación, a valores negativos de hasta - 0,5 mm, que implican que la sección del túnel se “abre”, si bien de forma despreciable.

Este efecto también se observa en las secciones entronque (línea roja) y galería (línea negra) a medida que van siendo excavados, pero es mucho menor que en el caso de la sección túnel. La convergencia tipo D es la conver-gencia vertical, y su evolución para cada una de las secciones se ha representado en la parte izquierda de la figura 23.

La convergencia tipo D para la sec-ción túnel (línea azul) empieza a re-gistrarse desde la fase 1, donde toma valores de 2,75 mm, que van aumen-tando progresivamente con cada fase hasta un valor final de 3,5 mm.

En la sección entronque (línea roja), la convergencia tipo D también co-mienza a registrarse durante la fase 1 (cuando aún no se ha excavado), aunque con valores muy bajos, del orden de 0,5 mm. En la fase 2 la convergencia en esta sección aumenta hasta 2,5 mm, y en la fase 3 (cuando se termina de excavar y sostener la galería) hasta 3,5 mm.

En la sección galería (línea negra), la convergencia tipo D comienza a registrar valores muy bajos en las fases 1 y 2 (0,5 mm). En la fase 3 aumenta hasta llegar a un valor de 2,5 mm.

5. ConclusionesEn los siguientes puntos se recogen las conclusiones más significativas obtenidas del análisis realizado.

1. La modelización descrita en los puntos precedentes ha sido reali-zada considerando las siguientes condiciones:

a. El terreno en el que se excavan las estructuras analizadas presentan unas propiedades geomecánicas medias.

b. Se ha considerado un recubri-miento ascendente desde el pozo, de forma que en la zona de entronque con el pozo la galería presenta un recubrimiento de 17 m, y en la zona del entronque con el túnel un recubrimiento de 24 m.

c. El paraguas de micropilotes del entronque entre la galería de emergencia y el túnel se localiza en el techo, y además, presenta geometría plana.

2. Bajo estas condiciones, la inte-racción entre la galería de emergen-cia y el túnel no presenta problemas desde el punto de vista tenso-defor-macional, ya que el modelo resulta ser estable a nivel global.

3. Desde el punto de vista cons-tructivo se recomienda que tanto el entronque con el túnel como con el pozo se realicen bajo la protección de un paraguas de micropilotes.

4. Las tensiones que soporta la gu-nita en cada fase de excavación son inferiores a su límite de resistencia (30 MPa).

5. En ningún caso se supera el axil límite de los pernos colocados.

6. A lo largo de las diferentes fases del modelo se han registrado con-vergencias en varias secciones. Las medidas de todas ellas presentan valores finales de orden milimétrico.

7. Los valores de las convergencias obtenidas mediante la instrumen-tación in situ, se asemejan a los valores esperados mediante la mo-delización.

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Figura 22. Convergencias tipo C esperadas Figura 23. Convergencias tipo D esperadas

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- Zhang L.; Einstein H. H.. 1998. End bearing capacity of drilled shafts in rock. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering 124, Nº7, 574-584.

Geotécnia

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2323

1. ResumenPara realizar este trabajo hemos leído informes técnicos y de inves-tigación, en la biblioteca de la Mu-nicipalidad de Chorrillos y en otras instituciones públicas y privadas (IGN, Ingemmet, Imarpe, Instituto Geofísico del Perú, etc.). Revisamos también los informes efectuados por los peritos del CIP: Juan Antonio Chafloque, Elia Ángeles y Augusto Ortiz de Zevallos. Los trabajos realizados en el campo fueron: car-tografiado geológico de la escarpa del malecón Grau, muestreo siste-mático y de detalle en los estratos de suelos visibles. A dos muestras se les estudiaron mecánicamente y se les hicieron análisis geoquímicos. Los resultados permitieron determi-nar su granulometría, porcentajes de sales, sulfatos y cloruros. En el gabinete se realizaron los dibujos, el ordenamiento de la información traída de campo, como la redacción de este informe, que persigue re-comendar a la autoridad local para que logre mayor vida útil a la obra civil que planea ejecutar en el male-cón Grau [1, 2, 3].

Palabra clave: Resistencia del suelo del malecón Grau, Chorrillos - Lima.

2. AbstractTo make this work we read technical and research reports in the library of the municipality of Chorrillos and other public and private institutions (IGN, INGEMMET, IMARPE, Instituto Geofísico del Peru, etc.), also we re-view the reports made by the experts of CIP. Juan Antonio Chafloque, Elia Angeles y Augusto Ortiz de Zevallos. Work in the field were: Geological mapping of the escarpment seawall Grau, detailed and systematic sam-pling in strata of visible soil, two samples were studied mechanically and geochemical analyzes were performed, the results allowed to determine its particle size, percenta-ge of sales, sulfates and chlorides. In the cabinet drawings, ordering of traida field information, such as the writing of this report, he pursued recommend to the local authority to achieve longer life to civilian work plan to run was conducted in the malecon Grau [1, 2,3]

3. IntroducciónEl acantilado del malecón Grau está ubicado en la jurisdicción política del distrito de Chorrillos - Lima, su superficie ha sido disturbada por fracturas verticales, grietas, peque-

ños levantamientos y hundimientos sinusoidales, visibles en las pistas veredas y en la escarpa, la que está formada por diferentes estratos de suelos arenosos, limo arcilloso, do-lomitos y conglomerádicos. Figuras Nº 1 y 2. Estratos de suelos distur-bados.

Las fracturas y grietas son el resulta-do de los procesos geomecánicos, los cuales se dieron por diferentes eventos geológicos sucedidos en el pasado, como consecuencia se han formado dos zonas riesgosas, vul-nerables e inseguras (Lisson, 1908).La vulnerabilidad será mayor si se aumentan las cargas estáticas dadas por el peso de las obras civi-les, sin aplicar correctivas medidas ingenieriles u ocurriese un sismo de grado siete a más en la escala de Richter; de ser así, los impactos negativos serán causados por la caída de detritos y escombros de la escarpa (Predes).

La geodinámica fue investigada mediante cartografiado geológico, muestreos, ensayos, análisis y visi-tas in situ. El resultado final es una propuesta que busca minimizar o mitigar los efectos de futuros even-

Geotécnia

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Figuras 1 Figuras 2

Resistencia de los Estratos de Suelos Cuaternarios a las Cargas Estáticas en el Malecón Grau, Chorrillos - Lima

Tomás Gallarday Bocanegra

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tos geomecánicos. Figuras Nº 3 y 4. Estratos de suelos disturbados cuaternarios.

4. Marco Teórico

Antecedentes HistóricosEl nombre San Pedro de Chorrillos se dio por su población dedicada a la pesca y por la presencia de chorritos o Chorrillos de agua dulce que antiguamente caían por los acantilados marinos a la playa. En 1679 el virrey Conde de Lemos vi-sitó Chorrillos en busca de baños y buen clima.

En la época de la independencia, Chorrillos fue puerto; en el gobierno de Agustín Gamarra, Chorrillos du-plicó su población; Ramón Castilla ordenó el trazado de los planos del antiguo malecón, se creó por ley el 2 de enero de 1857.

En 1950 se iniciaron las obras en la villa Chorrillos sobre un terreno donado por Francisco Pérez C.; su malecón de madera con barandas permitía una vista panorámica de la costa, y tenía dos glorietas.

La comunicación del distrito con Lima se hizo primero con acémilas y carretas. Los coches y las calesas fueron usados por las clases pu-dientes; el 7 de noviembre de 1858 se inauguró el tren que lo unió con la capital, Lima. Se construyeron alamedas y parques; en sus prin-cipales calles se sembraron ficus, molles y sauces. San Pedro de Cho-rrillos fue el nombre oficial dado a fines del siglo XIX.

Chorrillos fue quemado en la Gue-rra del Pacífico (1879- 1883). No recuperó su antiguo esplendor, a pesar de ser reconstruida, siguió albergando a los sectores pudien-tes de la capital limeña hasta que se produjo el terremoto de 6 grados en la escala de Richter el 24 de mayo de 1940 [3].

Antecedentes ActualesLa población de Chorrillos es de 365,000 habitantes, distribuida en una superficie de 38.94 km2, con 49.14% mujeres y 50.86 % hombres, existen 58,337 viviendas (según Censo X de Población y V de Vi-vienda 2005). La zona que rodea al área protegida tiene una población de 116,200 habitantes, distribuida en 21,200 viviendas, esto es 5 per-sonas por vivienda. Al inspeccionar el malecón Grau, se constata que persisten las grietas en la pista, las veredas de las viviendas y el muro perimétrico ciclópeo. Ellas han sido originadas por procesos geodiná-micos recientes, también se ve los pequeños levantamientos y hundi-mientos sinusoidales en las pistas, las veredas y en los estratos de suelos (arenosos, limos arcillosos, dolomíticos y comglomerádicos que forman su escarpa) (Lisson, 1908). Los actuales procesos geodiná-micos aún no han sido mitigados; ello fundamentó esta investigación que busca determinar sus causas y efectos. Para hacerlo, primero rea-lizamos la identificación de las uni-dades litológicas, luego hicimos el cartografiado y el muestreo en dos de los estratos de suelos superiores

que están muy disturbados. Las muestras obtenidas fueron llevadas al laboratorio del MTC, en paralelo se hicieron análisis geoquímicos en el laboratorio SGS Perú; también se efectuaron pruebas de granulome-tría, absorción de agua, factor de esponjamiento y resistencia del sue-lo. No se determinó el empaque por aplicación de la compresión simple in situ debido al alto porcentaje de limos y arenas presentes en el suelo.

5. La Fundamentación Científi-ca, Humanística y TécnicaLa determinación de las causas para el agrietamiento de la super-ficie en el acantilado marino del malecón Grau es previsible, pues se incrementará si se colocan grandes cargas estáticas sobre su superfi-cie. Para evitarlo deberán tomarse las medidas ingenieriles correctivas, como las que ya programaron reali-zar las autoridades: la instalación de pilotes y un control en la infiltración de agua, instalando una geomem-brana a 3 metros debajo del suelo; esta evitará la percolación del agua, que es destinada para uso en el mantenimiento de las áreas verdes ubicadas sobre la corona del ma-lecón. Los planteamientos serán ingenierilmente controlados, en caso de la instalación de 14 piletas, reforzando En paneles indicativos, el concejo distrital de Chorrillos pro-metió veredas estampadas, nueva iluminación, amplias áreas verdes, un mirador y una “plataforma a desnivel”, además de las fuentes con vistosos juegos de agua. Peso estático que “el talud resistirá si se maneja ingenierilmente la escarpa”,

Figuras 3 Figuras 4

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lo confirma el dictamen de la pericia realizada por Chafloque y Ángeles en su dictamen del 01 de setiembre del 2010.

Para que el proyecto sea factible, deben construirse nuevos muros de contención, diseñados a partir de estudios de suelos y estabilidad de taludes. Debe lograrse antes de iniciar las obras, las que llevarán pilotes que lleguen al estrato con-glomerádico, que es de mayor re-sistencia portante 7 kg/cm2 [5,6,7].

La construcción de muros de con-tención se sustenta por la presencia de sectores inestables, uno está frente a la intersección de la calle Castilla con el malecón, su terreno ha cedido quedando un espacio vacío debajo del piso. Figuras Nº 5 y 6. que modernizará la superficie del malecón, se deben obtener primero los permisos correspondientes. Un hecho apresurado originó la intervención del INC y la multa de

Fig. 5. El subsuelo de 2 sectores del malecónGrau está inestable.

Fig. 7. Las obras civiles cerca a la escarpa tienen riesgo.

Fig. 6. Estratos de suelos disturbados cuaternarios

Fig. 8. Las obras civiles cerca a la escarpa tienen riesgo.

S/. 280,000.00 a la municipalidad de Chorrillos, que para evitar pagar reconstruyó el malecón Grau, tal como se observa en la actualidad, sin minimizar los riesgos, de ello se informó con algunos paneles.

6. JustificaciónExiste una gran expansión demo-gráfica en el distrito de Chorrillos. En su jurisdicción de 38.94 km2 vive una población de 365,000 habitan-tes, sumada a ella la de otros distri-tos de Lima que acude al malecón Grau. Por ello, emerge la necesidad de pensar que todas las personas deben tener seguridad durante su recreación. Además, las pistas, ve-redas e instalaciones de las playas marinas como “Los Pescadores” y “Regatas Lima” requieren que se minimice el riesgo por caídas de rocas o escombros [8,9].

Además, perseguimos mitigar la vulnerabilidad del malecón Grau en caso de sismos. Estas acciones

se darán a conocer en un informe, previo diálogo con las autoridades locales. En él, también se indicarán las conclusiones de esta investiga-ción.

En las viviendas y los modernos edificios ubicados en el área peri-métrica o sector este del malecón Grau, es probable que requieran mayor seguridad en sus bases, para mitigar su vulnerabilidad. Figuras Nº 7 y 8

El proyecto estuvo a cargo de Valdi-via y Céspedes, trabajadores de la municipalidad de Chorrillos, quienes indicaron que el estudio de suelos recomienda construir pilotes y mu-ros; este fue realizado por Barreda G.C. el año 2009. El contenido de su informe lo aceptó la Sra. Aramburú, representante del Club de Damas del distrito de Chorrillos.

Por otro sector, el patronato del dis-trito de Chorrillos Histórico presentó

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una acción de amparo para opo-nerse a la remodelación del parque Cuadros y el malecón Grau. El re-curso fue admitido a trámite el 25 de junio del 2010 y tuvo éxito, ya que el P.J. paralizó la obra y el Instituto Nacional de Cultura le impuso una multa de 80 UIT a la municipalidad de Chorrillos, por no haberle consul-tado sobre dicha construcción.

Queda claro que para poder desa-rrollar el proyecto civil planteado por el alcalde distrital Miyashiro, obra.

7. Material y Métodos

Trabajos de campoSe cartografió y muestreó el suelo del malecón Grau. Las muestras fueron ensayadas y sometidas a análisis geoquímicos en el laborato-rio MTC SGS - Perú [1,2,3]. El análi-sis efectuado a los resultados gra-nulométricos, absorción de agua, composición química y resistencia a la compresión simple permitió elaborar una propuesta técnica, tendiente a evitar que el actual perfil de equilibrio ceda por el sobrepeso estático a la percolación de agua o acción de sismos.

El cartografiado geológico, inter-pretado como el resultado de los ensayos geoquímicos hechos a las muestras de suelos, permitió desa-rrollar algunas alternativas, las que son presentadas a la universidad. Ellas incluyen medidas solutivas, medidas de mitigación de seguri-dad y vulnerabilidad del malecón Grau.

Coordinando con el Departamento de Ingeniería y Arquitectura de la Municipalidad de Chorrillos (Céspe-des y Valdivia), se hizo conocer a la autoridad local lo negativo que es mantener el actual muro perimétrico ciclópeo y no controlar el agua usa-da en el regadío de áreas verdes del malecón Grau. Se determinó la re-sistencia inconfinada de los suelos del malecón Grau, para esto se usó el PRIMA-100 Deflectómetro de Im-pacto Portátil FWD. Al bajar el cau-dal del agua usada en el malecón Grau, se bajará también la dinámica de las fracturas, las grietas, los hun-dimientos y los levantamientos, que

son áreas riesgosas y vulnerables. La condición insegura y peligrosa requiere tomar medidas preventi-vas mediante la aplicación de una propuesta tendiente a minimizarla o mitigarla.

8. Resultados y DiscusiónCon esta investigación se obtuvo conclusiones específicas, que, de ser tomadas en cuenta en el desa-rrollo del proyecto municipal desti-nado a embellecer el malecón Grau, impactará positivamente.

La universidad con la comunidad distrital tentará abrir en el futuro otros proyectos, cumpliendo su rol de llegar a la comunidad. Las presentes conclusiones pueden im-pactar en la mente e imaginación de la población distrital, mejor aún si se imprimen en cartillas, las que deben ser dadas al final de la ejecución de talleres.

Las autoridades locales pueden aceptar estas conclusiones que contribuyen a solucionar sus actua-les problemas sociales, más aún si la población acepta el cambio. Para ello se incluye la resistencia de los estratos de suelos cuaternarios for-mados por arenas finas y gruesas. Tabla Nº 1.

Método de ensayo para la deter-minación cuantitativa de cloruros y sulfatos solubles en el agua que se usará en agregados u hormigón (concreto) (Tabla Nº 2).

Capacidad de carga admisible según TerzaghiComo el estrato por debajo del nivel de desplante del cimiento es un suelo cohesivo, la capacidad cor-tante del suelo de cimentación se ha determinado basado en el ensayo de compresión simple no confinada, con la finalidad de obtener el grado de cohesión C. Los valores que se utilizarán en las fórmulas conven-cionales de Terzaghi - Meyerhof se aplican introduciendo los respecti-vos coeficientes de seguridad a la fórmula que se detalla. Tabla Nº 3.

Qd = CNc Sc + g Df x Nq + 0.5 B g x Nz S Por 3 por factor de seguridad de carga; luego, la capacidad de carga admisible es:Qa = 1.73 kg/cm2 = (factor de segu-ridad para cargas estáticas).

Las construcciones modernas con quince metros de retiro de la escarpa del malecón Grau tienen su cimiento sobre una carpeta de concreto armado, soportada por pilotes que se apoyan en horizontes conglomerádicos que son los que tienen mayor resistencia a 7 kg/cm2 [14, 15].

El Cristo del Pacífico ha impactado en la zona, por innumerables visitas

Datos Tipo obra civil Cap. de carga Resultados

E=18.8º S = 0.980 Nq=5.69 Qd=5.18 kg/cm2

C=0224 kg./cm2 Sc = 1.030 Nc=13.76 F8=3

G=2.109 gr./cm2 Nz=2.87 Qa=1.73 kg./cm2

Df = 1,30m

B= 1.50m

L = 15.00m

N.F = NPm

Tabla Nº 1. Resistencia de arenas gruesas y finas de la escarpa del

malecón Grau.

Identificación de Resultado muestras 1 y 2 (mg/kg)

Arena fina 282

Arena gruesa 228

Tabla Nº 2. Resistencia de los limos y arcillas de los estratos cuaternarios del malecón Grau.

Identificación de muestras 3 y 24 Cloritos mg kg Sulfatos (mg/kg)

Lino arcilla 16 44

Lino arcilla 11 26

Tabla Nº 3. Valores finales obtenidos al aplicar la fórmula de Terzaghi [9,14,15].

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de personas nacionales y extranje-ras.

Se adjuntan las vistas de las bocas de los inclinómetros formadas por dados de concreto, de las seis per-foraciones de 16 m c/u, realizadas para hacer el estudio del desplaza-miento de los horizontes de los sue-los, trabajos que fueron hechos por la empresa Geotecnia, contratada por el municipio de Chorrillos.

Figuras Nº 9, 10, 11, 12, 13, 14. Es-tán formadas por dados de concreto o boca inicial de los inclinómetros, por el centro de un tubo de PVC 4” se introdujo el giroscopio y se midió un desplazamiento en mm que fue mínimo de los estratos de suelos cuaternarios.

El diagrama de profundidad y desplazamiento en mm de los seis inclinómetros fueron protegidos por PVC. Dentro de ellos se introdujo el giroscopio a los sondajes de 16 m de profundidad, para así poder medir el deslizamiento en mm de

los estratos de suelos cuaternarios; no se observó desplazamiento de estos durante el monitoreo realizado en 6 meses.

9. ConclusionesEl agrietamiento y fracturamiento del malecón Grau es originado por la infiltración y la percolación del agua, que en la actualidad es utili-zada en el regadío de los jardines, que no cuenta con control técnico (geomembranas y drenaje por tube-rías de purgado).

La resistencia del suelo del malecón Grau varía de Qa = 1.73 kg/cm2 = (o factor de seguridad para cargas estáticas en limos y arenas), los sue-los conglomerádicos tienen mayor resistencia a la compresión simple: de 7 kg/ cm2 a más [4,10].

El resultado final de los seis incli-nómetros colocados dentro de seis perforaciones de 16 metros de pro-fundidad c/u, monitoreados durante 6 meses por la empresa Geotecnia, demostró que no existe desplaza-

miento significativo en mm de los estratos de suelos que fueron perfo-rados. Estas pruebas se hicieron en la corona del malecón Grau (Áreas más disturbadas).

Los suelos del malecón Grau tienen alta porosidad y absorben rápida-mente el agua, pudiendo generar procesos de licuación [10,13].

Las autoridades locales deben pro-yectar darle el ángulo de reposo a la actual escarpa del malecón Grau, consiguiendo así su perfil de equi-librio de 45º de pendiente estable. Ello se obtendrá bajando la actual escarpa casi vertical. Su actual di-ferencia de nivel llega a 30 m, cifra considerada entre la superficie de playa y la superficie superior del malecón.

Las autoridades locales deben pro-yectar, instalar y sembrar plantas resistentes a la brisa marina (Tabla Nº 4). Estas deben estar en la super-ficie obtenida por el perfil de equili-brio (45º), o, en caso extremo, en la

Figuras Nº 9, 10, 11, 12, 13, 14

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actual escarpa, las plantas darán un paisaje hermoso. Su nomenclatura se detalla en el cuadro y se ven en las imágenes que siguen: Referencias Bibliográficas

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Nº Nombre común Nombre Cientifico Tolerancia escazes de agua

1 Buganvilla Bougavillea sp Resiste sequías no heladas

2 Hiedra Hedera Helix Prefieren suelos bien drenados

3 Plumbago Plumbago auriculata Requieren suelos algo húmedos

4 Violeta Hardenbergia violacea Tolera la sequía y algunas heladas

Tabla Nº 4. Plantas resistentes

(1998). Tomo 1 y 2 de Mecánica de Suelos, pp. 347-400, 200-215.12. Lisson, C. (1908). Geología de Lima. Sus alrededores. Lima: Im-prenta Gil.13. Suelos. Método (Norma Técni-ca) para la clasificación de suelos con propósito de Ingeniería Civil (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, SUCS).14. Terzaghi Von Karl (1936). Tomo 1, The shearing resistencie of satu-rated soils. Proc. I ICSMFE. Vol. 1, pp. 54-56.15. Terzaghi Von Karl (1936). Tomo 2, The shearing resistencie of satu-rated soils. Proc. I ICSMFE. Vol. 2, pp. 212-221

1 2 3 4

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ResumenEn el extremo sur de Perú (Provincia de Tacna, 18oS) afloran rocas atribui-bles al extenso relleno sedimentario de la Cuenca mesozoica Arequipa-Tarapacá. Estas rocas compren-den al menos 1770 m de espesor estratigráfico y consisten en una secuencia de calizas, lutitas negras y areniscascuarzosas atribuidas alas formaciones Pelado y Socosani (Sinemuriano a Bathoniano), Grupo Yura (Calloviano a Tithoniano) y la Formación Hualhuani (Cretácico Inferior). En total, esta secuencia representa al menos 56 Myr. De acuerdo a recientes análisis sobre las facies sedimentarias, se afirma que estos sedimentosrepresentan una evolución sedimentaria que ini-cia con plataformas carbonatadas (formaciones Pelado y Socosani), y continua con consiste en una com-pleja evolución detrítica de medios fluviales altamente sinuosos y tidales (Grupo Yura) y termina con depósi-tos formados en medios fluviales trenzados (Formación Hualhuani). El Grupo Yura representa el estableci-miento de depósitos tipo floodplain y barras de acreción lateral meán-dricos, mientras la Formación Hual-huani el inicio de extensos canales fluviales. Las lutitas del Grupo Yura (y en menor proporción las calizas subyacentes) presentan valores atractivos de COT, los cuales se pueden traducir en un buen poten-cial de recursos no-convencionales. Se presenta depósitos específicos dentro del Grupo Yura y de las subyacentes formaciones Pelado y Socosani como potenciales rocas generadoras de hidrocarburos dado sus buenos valores de COT. El in-terés económico de estos depósitos

1 Aldo Alvan, 1,2 Javier Jacay, 3 Luca Caracciolo, 2 Yessica Vela1 Instituto Geológico Minero y Metalúrgico (INGEMMET). Dirección de Geología Regional. E-mail: [email protected] Universidad Nacional Mayor de San Marcos. E.A.P. Ingeniería Geológica.3 Universidad de Núremberg (FAU), Alemania

Evaluación de las calizas jurásicas y del Grupo Yura en la Cuenca Arequipa-Tarapacá en Tacna (18oS):

Un potencial sistema petrolerocon énfasis en recursos No-Convencionales

se sustenta además en la correcta cuantificación de las extensiones sedimentarias, dado el análisis de sus facies, y la adicional ocurren-cia de bitúmenes en areniscas de niveles superiores. La composición

mineral de tales areniscas revela que tienen una fuente principal proveniente del Cratón de Amazo-nas, y eso se traduce en una buena calidad como potencial reservorio (intenso reciclaje sedimentario). El

Figura 1. Fragmento de mapa geológico local actualizado de Palca (36v1), Provincia de Tacna (INGEMMET, 2016). Los puntos Los puntos negros indican las muestras colectadas para estudios de COT (con valores, ver Figura 6 para mayores detalles), pirolisis y reflectancia de vitrinita. Los puntos rojos representan las muestras de areniscas colectadas para el análisis petrográfico QFL.

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Geología GeneralGeología General

1Aldo Alvan, 1,2Javier Jacay & 3Luca Caracciolo & 2Yessica Vela

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y slumps). Finalmente, las facies carbonatadas se clasifican en facies Fca (sedimentos carbonatados de grano fino) y facies Cca (sedimen-tos carbonatados de grano grueso). Basándonos en Miall (1996), se han definido seis elementos arquitectu-rales en las rocas mesozoicas de Tacna. Los elementos arquitectu-rales definidos aquí son (i) canales (CH), (ii) barras arenosas (SB), (iii) acreción lateral (LA), (iv) láminas de arena (LA), (v) depósitos de rebalse o floodplain (FF), y (vi) depósitos de mar somero (SS).

Se pone énfasis y atención en las facies Fl y Sm (dentro los elementos arquitecturales FF y LA, respecti-vamente) debido a que en tales se cuenta con valores significantes de COT (hasta 2.45%) y hallazgo de bitumen, respectivamente. La ocu-rrencia de facies de lutitas negras con altos valores de COT (facies Fl) se halla íntimamente relacionado a una notoria abundancia de fragmen-tos de plantas fósiles (hojas y tallos), mientras que en las areniscas de las facies Sm es común encontrar ciertas proporciones de bitumen, las cuales fueron descubiertas al tamizar (con agua) las muestras chancadas. Algunas de las facies de calizas de grano fino en las

formaciones Pelado y Socosani (Fa-cies B según Quispe, 2016) también fueron analizadas por COT en este estudio; sin embargo, los resultados no arrojaron valores tan interesantes como los reportados en los “estratos negros” de la Formación Cachíos (hasta 1.57%). Por lo tanto, se pone mayor énfasis en comprender todo lo correspondiente al análisis del Grupo Yura.

Interpretación de los ambientes sedimentarios del Grupo Yura y de la Formación Hualhuani en Tacna

1. Rios altamente sinuosos de la Formación Cachíos (±290 m, Callo-viano a Oxfordiano) y la Formación Labra (±670 m, Kimmeridgiano) El arreglo estratigráfico de la For-mación Cachíos (±290 m) en Tacna está caracterizado por una marcada predominancia de elementos arqui-tecturales FF y LS, y subordinada-mente elementos LA y SB, los cuales están organizados en secuencias cíclicas. Esta ritmicidad sugiere (i) un área semi-plana en el cual circularon sedimentos meándricos, y (ii) acumulación de floodplain en llanuras de inundación (floodplain) vinculados a la frecuencia de avul-sión de canales y con abundancia

Fig. 2. Columnas estratigráficas elaboradas en la zona de estudios, Provincia de Tacna (18°S). Los círculos negros indican muestras para estudios de COT (algunos con valores), pirolisis y reflectancia de vitrinita. Los rombos negros representan dataciones U-Pb en zircones detríticos (Alvan et al., 2018).

relleno sedimentario de la Cuenca Arequipa-Tarapacá en Tacna co-rresponde a un sistema petrolero completo, aunque no convencional.

Análisis de facies y elementos arquitecturales en las rocas meso-zoicas de la Cuenca Arequipa de Tacna (18oS)Los mejores afloramientos de rocas mesozoicas en Tacna están ubica-dos en los alrededores de Ataspa-ca, Copapuquio (Chachacumane) y Tocuco, donde se logró refinar el cartografiado de las unidades mesozoicas (Figura 1) y la definición de facies sedimentarias y elementos arquitecturales sedimentarios en sus respectivas columnas estratigráfi-cas (Figura 2). El análisis de las fa-cies sedimentarias se realizó según las sugerencias de Miall (1996) para depósitos fluviales. Las facies defi-nidas en este trabajo son nueve, i.e. facies Sx (areniscas con laminacio-nes oblicuas), facies Sh (areniscas con laminaciones paralelas), facies Sm (areniscas masivas), facies Sr (areniscas con rizaduras de corrien-te). Los sedimentos más finos son tratados aquí como facies Fm (lutitas y limolitas negras masivas), facies Fl (lutitas y limolitas negras laminadas, a veces muy carbonosas) y facies Ff (lutitas y limolitas con flaserbedding

de contenido orgánico, o (iii) aumento predominan-te de un relieve aluvial lla-no (cf. Nanson & Croke, 1992). Estas definiciones explican mejor un am-biente semi-plano con alta ocurrencia de ca-nales muy sinuosos con constantes rebalses y de-positación de sedimentos finos al final de cada ci-clo, y permite explicar la ocurrencia de contenido orgánico. La asociación de elementos arquitectu-rales es consistente con un modelo sedimentario en el cual los sedimentos de la Formación Cachíos se acumulan en un sis-tema sedimentario de alta sinuosidad, donde los depósitos FF y la acumulación de materia orgánico es muy común.

Geología General

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Tal configuración puede ser una consecuencia de rápido abando-no de los canales meándricos, y confirmaría así su carácter sinuoso (cf. Víseras & Fernandez, 2010). En estratos superiores, los elementos arquitecturales LA, LS y SB se vuelven gradualmente más predo-minantes, y marcan una transición que da inicio a la depositación de la Formación Labra (670 m). Sus características depositacionales son remarcablemente uniformes y típicos de una sedimentación cícli-ca y repetitiva. Las bases de cada uno de estos ciclos son inclinadas y muestran patrones de extensas barras migración lateral de point-bars. Eventualmente también hay abandono, taponamiento y rebalse de canales con acumulación de se-dimentos finos. Todas estas facies y elementos arquitecturales en la Formación Labra muestran la típica signatura sedimentaria de depósitos fluviales arenosos multi-históricos y reflejan la existencia de un sistema de meandros de alta a moderada sinuosidad.

2. Rios trenzados de la Formación Hualhuani (±250 m, Cretácico Inferior) Estamos de acuerdo con las inter-pretaciones de Wilson & García (1962) y Monge & Cervantes (2000) cuando consideraron a la dominan-cia de estratos arenosos como una

FF, los cuales suelen ocurrir como lentes sedimentarios de corta ex-tensión lateral. Se interpreta que la naturaleza erosiva de los elementos CH y LA no permiten la conserva-ción de los depósitos con elementos FF. Cada uno de los ciclos sedimen-tarios de esta formación registra el proceso de migración de canales con bases erosivas (CH), las cuales pueden ser generalmente seguidas por barras de acreción lateral y rio abajo con elementos LA y SB.

Contribuciones técnicas, econó-micas y de sostenibilidad respecto a los recursos no-convencionalesAunque las formaciones Pelado (Sinemuriano-Pliensbachiano) y So-cosani (Toarciano-Bajociano) (±500 m de espesor) no forman parte de estudio, se menciona a estas cali-zas debido a que forman parte del relleno sedimentario y del potencial sistema petrolero de la Cuenca Arequipa-Tarapacá en Tacna. Se conoce por referencias que estas unidades consisten en calizas de grano fino a grueso y muy fosilífe-ro, teniendo en Tacna los mayores espesores reportados en la cuenca (hasta ±600 m, cf. Wilson & García, 1962). En especial, las lutitas negras carbonosas que se hallan en la par-te media de la Formación Cachíos forman parte del interés económico expuesto en este estudio debido a que presentan los valores de %COT

más altos de las rocas mesozoicas (i.e. 1.00%, 1.57%, 1.66% y 2.45%). Respecto a las formaciones So-cosani y Pelado, se colectaron 10 muestras para la cuantificación de su contenido orgánico en calizas tipo mudstone y wackestone, las cuales arrojaron porcentajes que varían entre 0.48 y 1.94%.

Según los análisis realizados en las muestras de las formaciones Pelado y Socosani, el tipo de kerógeno que corresponde la mayoría de las muestras se plotean dentro del Tipo II y Tipo III (cuadrados amarillos en la Figura 3A). Estas muestras re-presentan acumulación de material orgánico en ambientes marino so-mero con abundante acumulación planctónica, las cuales también ocurren comúnmente en ambientes influenciados por sedimentación continental (cf. Tissot&Weite, 1984). La definición de kerógenos en las muestras de la Formación Cachíos se plotean en los campos corres-pondientes al Tipo II-III y Tipo IV, los cuales de acuerdo a Peters& Rose (1994) sugiere acumulación de materia orgánica en ambientes continentales (círculos rojos en la Figura 3A). Esta afirmación coin-cide claramente con la ocurrencia de depositación fluvial meándrica (elementos arquitecturales FF) de la Formación Cachíos, y sus perió-dicas invasiones marinas, las cuales

Figura 3. Análisis en sedimentos de las formaciones Pelado, Socosani y Cachíos de Tacna (afloramientos). En A: Diagrama van Kravelen para la clasificación de kerógenos en las muestras de rocas jurásicas de Tacna. En B: Diagrama del pico S1 versus %TOC para la identificación de hidrocarburos migrantes. Abreviaciones: COT= contenido orgánico total, IH= índice de hidrogeno, IO= índice de oxígeno, S1= hidrocarburos libres presentes antes del análisis.

característica típica de la Formación Hualhuani. En efec-to, la proporción de areniscas contrasta con la observada en las formaciones Cachíos, Labra y Gramadal. La For-mación Hualhuani está dominantemen-te compuesta por areniscas típicas de los elementos CH, LA y SB, los cuales ocurren lateralmente muy extensos (>7 km) y muchas veces a manera de canales con bases erosivas. Raras veces suelen presentarte sedi-mentos del elemento

Geología General

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han ayudan a generar la materia orgánica. En Tacna, la Formación Cachíos alcanza hasta 290 m de espesor en Tacna; sin embargo, los estratos que tienen una coloración negra, muestran espesores meno-res (véase la indicación “estratos negros” en la Figura 2A y Figura 2B). Estas “facies” están asociadas a numerosas fallas sin-sedimentarias y slumps (facies Ff y elementos FF), quienes a su vez, están vinculados a fases extensivas; así como tam-bién abundancia de fragmentos de plantas fósiles de origen continental. Claramente, los niveles prospecta-bles han sido identificados en este estudio e incluso se puede asegurar que en el interior de la superficie, la calidad y el porcentaje del conteni-do orgánico de sus niveles equiva-lentes pueden ser mayores, dada la nula exposición a los agentes atmosféricos. En consistencia con lo afirmado, los elementos arqui-tecturales definidos aquí reflejan la existencia de depósitos floodplain y de extensos depósitos point-bars, los cuales de acuerdo a su natura-leza, pueden extenderse por más de 200 km lateralmente sin alterar sus facies (cf. Víseras & Fernández, 2010; Alvan et al., 2018). En otras palabras, se puede cuantificar los “estratos negros” debajo de la su-perficie sin cabios dramáticos en las facies; e incluso, la calidad de acu-mulación/generación de contenido orgánico podría mejorar/aumentar en su interior.

Por otro lado, los estudios de reflec-tancia de vitrinita realizados en es-tas muestras permite afirmar que las calizas y lutitas de las formaciones Pelado, Socosani y Cachíos (Ro) va-rían entre 1.79% y 2.43% y reflejan una madurez termal que podría con-sidéraselo en ventana de genera-ción de hidrocarburos. Debido a la presencia de %COT considerable, así como también de condiciones de presión y temperatura favorables (evidenciados por los porcentajes de vitrinita como en el considerable espesor estratigráfico), se demues-tra el potencial de tales unidades litoestratigráficas para ser conside-radas como rocas generadoras en la Cuenca Arequipa-Tarapacá de Tacna. A la vez, esta declaración es

consistente con el hallazgo de cierto bitumen entre las porosidades de (elementos LA y SB) dentro de la Formación Labra y en la Formación Hualhuani, aunque en proporciones no significantes.Además, al realizar-se una discriminación de hidrocar-buros “migrantes” versus “in-situ” (Figura 3B), es posible declarar que los hidrocarburos presentes en este estudio se han formado tanto en las calizas de las formaciones Pelado y Socosani, así como también en estratos atribuibles a la parte media de la Formación Cachíos (e.g. shale gas), por lo cual se concluye que no habría otra fuente de generación de hidrocarburos.

Conclusiones y recomendaciones

• La Cuenca Arequipa-Tarapacáen Tacna tiene elementos arquitecturales estratigráficos y evidencias orgánicas consistentes que permiten considerarla como un sistema petrolero completo, en donde la roca “generadora” correspondería a las formaciones Cachíos, seguidamente de las formaciones Pelado y Socosani, mientras la roca “reservorio” corresponderían a la parte superior de las formaciones Labra y Hualhuani.

• Las rocas generadoras dehidrocarburos o “madres” muestran buenos valores de COT y los resultados del análisis de reflectancia de vitrinitas son alentadores y confirman esta apreciación. Los valores muestran además una suficiente madurez térmica para la generación de hidrocarburos, y permiten considerar a estas rocas como ventana de generación de gas.

• Las facies sedimentarias de laFormación Cachíos y del resto del Grupo Yura sugieren que éstos han sido depositados en medios semi-planos muy extensos, donde su configuración estratigráfica y sedimentológica puede permanecer invariable lateralmente hasta por 200 km lateralmente. Sus mayores depocentros se hallan juntos con los correspondientes de las subyacentes formaciones Pelado y Socosani (cf. Wilson & García, 1962) en Palca y Pachía.

Referencias bibliográficas

Alván, A., Jacay, J., Caracciolo, L., Sanchez, E., Trinidad, I., 2018. Sedimentary facies analysis of the Mesozoic clastic rocks in Southern Peru (Tacna, 18oS): Towards a paleoenvironmental Redefinition and stratigraphic Reorganization. Journal of South American EarthSciences, v. 84, p. 399-421.

INGEMMET, 2016. Informe sedi-mentológico y lito-bioestratigráfico del Proyecto GR41A (Geología de la Cuenca Sedimentaria Peruana Occidental entre 15o y 18oS) de la Dirección de Geología Regional. ReporteInterno, 89 p.

Miall, A.D., 1996. The Geology of Fluvial Deposits: Sedimentary Fa-cies, Basin Analysis, and Petroleum Geology. Springer-Verlag, New York, 582p.

Monge, R., Cervantes, J., 2000. Me-moria explicativa de la Geología del Cuadrángulo de Pachía y Palca (36-v). INGEMMET, Lima, Perú, 11 p.

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Quispe, Y., 2016. Facies y geoquí-mica de rocas carbonatadas del Jurásico Inferior-Medio de la Cuen-ca de Arequipa en el Departamento de Tacna: Paleogeografía y Geodi-námica. Universidad Nacional del Altiplano, Perú. Tesis de Ingeniero Geólogo, 126 p.

Tissot, O., Weite, A., 1984. Petro-leum Formation and Occurrence 2nd edition. Softcover reprint of the original 2nd edition, 152 p.

Víseras, C., Fernández, J., 2010. Capítulo 8: Sistemas aluviales de alta sinuosidad. En: Arche, A., (Ed.), Sedimentología: Del Proceso Físico a la Cuenca Sedimentaria. Consejo Superior de Investigaciones Científi-cas, 1290 p.

Wilson, J., García, W., 1962. Geolo-gía de los Cuadrángulos de Pachía y Palca (Hojas 36-v y 36-x). Direc-ción de Geología Regional, INGEM-MET, Lima, Perú. Boletín No 4, Serie A: Comisión de la Carta Geológica Nacional, 82 p.

Geología General

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IntroducciónEl presente artículo tiene por ob-jetivo dar a conocer en lo posible, magnitud y significación que ha ex-perimentado el desarrollo del poten-cial, evolución y posicionamiento de la producción y comercio las Rocas y Minerales Industriales (RMI) en el Perú durante el periodo 1970 – 2017, enmarcado en la disponibilidad de la información existente y disponible en INGEMMET y en otras entidades públicas y privadas.

La tendencia actual en el mundo por el mejor aprovechamiento de las RMI, en las últimas décadas es creciente. Hecho que viene moti-vando el auge en el desarrollo de las investigaciones de mercados, por ende, las actividades de pros-pección, exploración y desarrollo industrial de las mismas, debido a que estos recursos guardan una relación directa con el desarrollo y bienestar humano; por ejemplo, el abastecimiento de las industrias de: construcción, cerámica, vidrio, fertilizantes, químicos, metalúrgicos, entre otros.

Recursos Potenciales de RMIEl Perú posee a lo largo y ancho de su territorio un interesante poten-cial geológico de diversas RMI. En 1970 según estudios auspiciados por INGEMMET, se registró 367 ocurrencias y canteras de RMI; las mismas que a diciembre del 2017, suman 4964 lo que significa, un incremento en 13.52 veces. Este crecimiento durante los últimos 47 años, ha colocado al Perú, como un país interesante para la inversión en Latinoamérica. (Figura 1).

Rocas y Minerales Industriales del Perúdesde el año 1970 al 2017

Dirección de Recursos Minerales y EnergéticosSistematización de Información Geológico Econó[email protected] [email protected]

De acuerdo a las investigaciones realizada por INGEMMET acerca de las RMI durante el periodo 1970 al2017 se ha enriquecido el cono-cimiento en lo concerniente a estos recursos, por lo que podemos afir-mar que existe una gran variedad, representando un potencial impor-tante; factor que ha colocado al Perú como un país interesante para la inversión en Latinoamérica.

ProducciónEl desarrollo de la producción de las RMI están relacionado con la industria de la construcción (áridos, caliza, arcilla, puzolana, yeso, rocas ornamentales) y con los procesos industriales (boratos, baritina, bentonita, caolín, diatomita, feldespato, florita, fosfatos, mica, sal, sílice, talco, yeso, entre otros). Se estima que,de una producción de alrededor de 5 a 20 millones de TM anuales en las décadas de los 70, 80 y 90, se incrementa en promedio de 25 a 100 millones de TM anuales en el presente milenio, como respuesta al gran dinamis-

mo mostrado por la construcción, constituyendo, sin duda, una de las razones que explican el crecimiento de la producción y demanda interna de RMI. La Figura 2, muestra la ten-dencia de la producción de la RMI en los últimos 47 años comprendi-dos entre décadas del XX y XXI, la misma que su crecimiento promedio anual en los primeros 20 años fue del 4%, participando una variedad de RMI, destacándose la baritina que ocupó el quinto lugar en la pro-ducción mundial y el primer lugar en el valor de las exportaciones de las RMI. A partir de los 90 al 2017 las RMI experimentaron un vertiginoso crecimiento promedio anual de la producción del 30% durante 1990 al 2010,siendo los más representativos los boratos y rocas ornamentales y en los últimos 7 años del presente siglo se sumó la explotación de fos-fatos, convirtiéndose en el principal mineral de exportación y generador de divisas. No deja se serimportante la producción y exportación de más de 23 sustancias que en su mayoría representan pequeños volúmenes

Figura 1: Evolución de la información de RMI en el Perú (1982-2017)Fuente: BDGeocientífica INGEMMET, Módulo y Matriz de usos de RMI, marzo 2018



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Econ. Alejandra Díaz Valdiviezo, Ing. Italo Rodríguez Morante

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pero de un apreciable valor econó-mico y son exportados a diversos países.

Consumo Aparente No se dispone de registros de cifra de consumo de RMI en el país, se asume que el mercado interno para las RMI en el Perú está com-puesto por la producción nacional en más del 93% en promedio y la importación la cual es pequeña, representada por materias primas caracterizadas y necesarias para ciertas industrias (Figura 3). En este contexto el consumo está circuns-crita con la producción de rocas

otras, las cuales tienen un tratamien-to para su consumo industrial en el mercado local, regional, nacional y para la exportación. En la última dé-cada del presente siglo la industria nacional viene siendo afectada por las importaciones a precios no com-petitivos con la producción nacional.Los productoresse ven obligados a importar diversos productos para pisos, paredes, sanitarios y orna-mentales a fin de comercializar en el mercadoa precios similares a los productos nacionales.

Comercio El comercio de las RMI, está

representado por la demanda interna de aquellas sustancias que por sus usos y aplicaciones están directamente relacionados con la industria de la construcción, áridos (arenas, hormigón, gravas, piedras dimensionadas, chancadas y otros), así también los dirigidos a la fabricación de cemento, cerámica es-tructural y fina entre otros (caliza, sílice, yeso, arcillas, puzolana, feldespatos, boratos y otros). Las sustancias destinadas al comercio exterior están representadas por las RMI, con propieda-des y carac-terísticas especiales requeridas por el mercado externo, por sus múltiples usos y aplicaciones en diversas industrias y procesos industriales. Los cuales se exporta a precios FOB en cambioque las importaciones se realizan a precios CIF de diversos países del Mundo.

El intercambio comercial de las RMI ha experimentado un interesante crecimiento con variaciones cíclicas a lo largo del periodo 1970 – 2017, en cuanto a las exportaciones se estima un crecimiento promedio anual en los 20 primeros años del periodo en referencia fue del 8% y con respecto a las importaciones representan un crecimiento promedio anual del 43%. En tanto, que en los últimos 27 años del periodo de estudio el crecimiento de las importaciones promedio anual fue del 44% y las exportaciones

Figura 2: Tendencia de la Producción de Rocas y Minerales Industriales del Perú 1970 - 2017 (Volúmen en TM

Figura 3: Evolución del consumo aparente de RMI en el Perú(Valor en millones de soles)

Fuente: Elaborado en INGEMMET por A. Diaz a partir de la formación del Ministerio de Energía y Minas - Dirección Genral de Minería y datos recopilados en el campo durante los años2001, 2008, 2009, 2015, 2018.

Fuente: Elaborado propia realizado en INGEMMET, 2018

calcáreas, arcillas, sílice, yeso para la industria del cemento,cal, áridos y rocas ornamentales para la construcción de viviendas e infraestructu-ra (caminos, carreteras, puentes canales, repre-sas, acequias, etc.), cuya demanda mostró un lento crecimiento en el siglo pasado, el mismo que para el presente siglo va experimentando un creci-miento notable, especial-mente los dirigidos a la industria de la construc-ción. También se explota otras sustancias como boratos, caolín, ben-tonita, talco, pirofilitas, baritina, sal, andalucita, y

tuvieron un crecimiento muy significativo del orden promedio anual del 255% (Figura 4).

La estructura del comer-cio exterior del Perú en las décadas de los 70 y 80, en cuanto a la expor-tación fue representada por la baritina con más del 98% de la exportación no metálica peruana, se-guido de las rocas orna-mentales y bentonita,en cuanto a la importación de RMI fueron represen-tadas por los minerales de asbesto y cementos especiales en un 99% de las importaciones en este rubro.


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Figura 4: Evolución del comercio exterior de RMI en el Perú (1970 - 2017)

Fuente: Díaz A. UNMSM (Tesis) 1979, Problemática, Incidencia Economica y Perspectiva de la Mineria No Metálica en el Perú, Díaz A. Ramírez J. Ingemmet, Compendio de Rocas y Minerales Industriales en el Perú.

Fuente: L.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2018

Balanza Comercial Peruana de RMIDurante el periodo 1970 - 2017 se tuvo un saldo desfavorable en las tres últimas décadas del siglo XX debido a que los valores de las importaciones fueron mayores al valor de las exportaciones siendo el más significativo para el año 1990 por más de 10 millones de US$. Sin embargo, en el presente siglo se registra superávit en la balanza comercial debido al vertiginoso crecimiento de las exportaciones de RMI en bruto y semielaborados durante el periodo, en el año 2000 se importó por un valor de US$ 6 259 690 y pasando a US$/ 347 171 000 en el año 2017, representando este año un saldo un superávit de 143millones de dólares.

Posicionamiento de la Producción de RMI Peruana en la Producción LatinoaméricaEl Perú, cuenta con ventajas com-petitivas naturales diversas, esto debido a su geografía, por lo que su posición en América del Sur es favorable, que permite que poda-mos explotar diversos recursos y aun fabricar productos en nuestro territorio, estos sumandos a la polí-tica económica planes de mediano y largo plazo a nivel nacional y regional, los tratados firmados de Libre Comercio, el desarrollo de la pequeña empresa, las Pymes se convierten en importantes ventajas competitivas. Perú en los últimos años del presente milenio ha mos-trado el mejor destino para la in-versión especialmente en minería.El Perú cuenta con diversas Rocas y Minerales Industriales (RMI), de razonables perspectivas geológi-cas, se explotan en volúmenes de producción de mediana, pequeña escala y artesanal. En este contexto, según la información estadística del año 2017 del U.S. Geological Sur-vey, Mineral Commodity Summaries, January 2018; el Perú ha alcanzado una posición ventajosa en la pro-ducción Latinoamericana de RMI en las siguientes sustancias: el primer lugar en boratos, el segundo lugar en la producción de fosfatos y diato-mita después de Brasil y Argentina respectivamente, tercer lugar en la producción cal después Venezuela.

Paises Boratos Diatomitas Fosfatos Cal

Argentina 450 200

Bolivia 150

Brasil 5 500 8 300

Chile 520 26

Costa Rica 4

Mexico 90 2 000

Perú 660 120 3 900 240

Venezuela 350

Total Latinoamérica 1730 440 11400 3 390

Resto del Mundo 8 020 2 560 251 600 341 110

Total Mundial 9 300 3 000 263 000 350 000

Table 1: Posicionamiento de la Production RMI del Peru en LatinoamericaAño 2017 (Volumen en miles de Toneladas)


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IntroducciónEl Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGEMMET), a través del Observatorio Vulcanológico del INGEMMET (OVI), realiza el moni-toreo y estudio multidisciplinario de los volcanes en el sur de Perú (figura 1A); entre ellos, el volcán Sabancaya, ubicado en la región Arequipa, provincia Caylloma, en las coordenadas: 15o47’16.01” S y 71o51’20.53” O y rodeado de sis-temas de fallas locales (figura 1B). Este volcán es considerado como uno de los volcanes más activos del sur de Perú (Gerbe y Thouret, 2004). Durante los últimos 40 años se han presentado episodios eruptivos en-tre 1989-1994, 2013-2015 y desde noviembre 2016 hasta la actualidad

(figura 1C). Debido a este proceso eruptivo, se instalaron equipos de monitoreo sismológico, geodésico, geoquímico y visual, además, se im-plementó el monitoreo de ceniza. En este estudio, se utiliza la información sísmica registrada entre los años 2015 y 2016 para identificar ano-malías de atenuación sísmica, aso-ciadas a la tectónica (fallas locales y regionales) y al proceso eruptivo del volcán Sabancaya (temperatura, fluidos volcánicos). Anomalías de Atenuación Sísmica

Datos y procesamientoPara identificar anomalías de ate-nuación sísmica, primero se estima el factor de calidad Qc, utilizando la

parte final (coda) de los 400 sismos registrados en más de cuatro esta-ciones de la red sísmica instalada alrededor del volcán Sabancaya (figura 1B). Según Aki y Chouet (1975), la parte final de un registro sísmico contiene información aso-ciada con cambios de temperatura y contenido de fluidos (atenuación intrínseca) y por la tectónica local-regional (atenuación por dispersión) (Gao, 1992). Los algoritmos utiliza-dos corresponden a los descritos por Otemöller et al. (2015) y Jin y Aki (1988) para cada una de las frecuencias centrales de 2, 4, 8 y 16 Hertz (Hz). Estos valores son inter-polados y presentados como mapas de regionalización de isovalores de atenuación sísmica Qc-1.

Vulcanología

Vulcanología

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Yanet Teresa Antayhua Vera 1

Anomalías de Atenuación Sísmica Observadas en los Alrededores del

Volcán Sabancaya (2015-2016)

1 Instituto Geológico Minero y Metalúrgico, Dirección de Geología Ambiental y Riesgo Geológico. Av. Canadá 1470, San Borja, Lima. [email protected]

Figura 1. A) Ubicación de los volcanes del sur del Perú; el cuadro interior muestra la ubicación del volcán Sabancaya. B) Ampliación de la figura 1ªA donde se muestra los volcanes Ampato, Sabancaya y Hualca Hualca, los principales sistemas de fallas, localidades y ubicación de las estaciones sísmicas. C) Foto de una explosión del volcán Sabancaya durante el proceso eruptivo 2013-2015 (tomado del OVI).

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Vulcanología

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ResultadosLa figura 2 muestra los mapas de la regionalización de isovalores de atenuación sísmica (Qc-1) construi-dos para las frecuencias centrales de 2, 4, 8 y 16 Hz (figuras 2A-2D) y sobrepuestos al mapa tectónico del valle del Colca y volcán Sabancaya (Benavente et al., 2017). Los resulta-dos muestran tres zonas anómalas de atenuación sísmica (Z1, Z2, Z3). La primera zona (Z1), de atenuación moderada, se localiza entre los sistemas de fallas Huambo-Caba-naconde; mientras que la segunda y tercera (Z2, Z3), zonas de alta atenuación, se localizan entre las localidades de Pinchollo-Madrigal y norte, noreste y noroeste del volcán Sabancaya. Por las características geológicas y tectónicas de cada una de las zonas identificadas, Z1 y Z2 estarían asociadas a la atenua-ción por dispersión (fallas locales, deslizamientos); mientras que Z3, a combinación de la atenuación intrín-seca y por dispersión por la intensa actividad tectónica y movimientos de fluidos presentes en estas zonas, principalmente en la zona norte y noroeste del volcán Sabancaya.

Figura 2. Mapa de isovalores de atenuación sísmica Qc-1 a la frecuencia de 2 Hz (A), 4 Hz (B), 8 Hz (C) y 16 Hz (D), sobrepuesto al mapa tectónico. El color rojo representa los valores bajos o anomalías de alta atenuación y en color azul valores bajos de atenuación sísmica. Z1 a Z3, zonas de moderada a alta atenuación.

ConclusionesEste estudio ha permitido identificar tres zonas de moderada a alta ate-nuación sísmica. Así, las zonas Z1 y Z2 estarían asociadas a los sistemas de fallas Huambo-Cabanaconde y Pinchollo-Madrigal (atenuación por dispersión) y Z3 a la combinación de procesos tectónicos y movimien-to de fluidos ocurridos en la zona norte, noreste y noroeste del volcán Sabancaya. Estos resultados coinci-den con los obtenidos por Puma et al. (2018) y Taipe et al. (2018) en los estudios de deformación y potencial espontáneo respectivamente.

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pa, K. Aki (Editors) Springer-Verlag, Berlin, Germany, 391-403. - Gerbe, M-C. y Thouret, J.-C. 2004. Role of magma mixing in the petro-genesis of tephra erupted during the 1990-98 activity of Nevado Saban-caya, southern Peru. Bull. Volcanol. 66, 541-561

- Jin, A. y Aki, K. 1988. Spatial and Temporal correlation between coda Q and seismicity in China. Bull. Seism. Soc. Am., 78: 741-769

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Puma, N., Macedo, M., Álvarez, Y., Finizola, A. y Ramos, D. 2018. Estudio estructural del sistema hidrotermal de los volcanes Saban-caya y Hualca-Hualca mediante el método de Potencial Espontáneo. Foro Internacional: Los Volcanes y su impacto. Arequipa, Perú, 2018. p. 55-59.

- Taipe, E., Gonzáles, K., Miranda R. y Huanca J. (2018). Modelo de deformación con dModels para el volcán Sabancaya a partir de datos InSAR, periodo 2014-2016. XIX Con-greso Peruano de Geología, 2018.

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1. Introducción y objetivosEl análisis geomorfológico del paisaje glacial, proporciona información valiosa para reconstruir e interpretar la dinámica de los procesos glaciares a lo largo del tiempo. La cuenca Parón, ubicada en la Cordillera Blanca (~8º59´S, ~77º40´O), alberga extensas masas de hielo y morrenas muy bien conservadas cercanas al frente glaciar actual, que permiten delimitar su máxima expansión cuando los glaciares avanzaron por última vez durante la Pequeña Edad de Hielo (PEH). Este último periodo frío globalmente reconocido en los Andes Centrales tuvo lugar entre los años ~1500 a 1850-1890, según indican los isótopos de oxígeno en testigos de hielo del glaciar Quelcaya (Thompson et al., 1986) y dataciones cosmogénicas 10Be en la cordillera Vilcabamba (Licciardi, 2009).

El parámetro que mejor expresa la relación de los glaciares con el clima, es la ELA (Equilibrium Line Altitude); altitud de la línea que separa la zona de acumulación de un glaciar (donde predominan los procesos físicos que favorecen la ganancia de masa), de la zona de ablación (donde prevalecen los fenómenos que provocan pérdida

Evolución de los Glaciares desde la Pequeña Edad de Hielo en la Cuenca Llullán (Cordillera Blanca - Ancash)

1Instituto Geológico Minero y Metalúrgico (INGEMMET), Lima, Perú.2Grupo de Investigación en Geografía Física de Alta Montaña (GFAM) de la Universidad Complutense, Madrid.

al glaciar a desaparecer en el plazo de tiempo que las condiciones climáticas requieran para fundir la masa de hielo restante. Se han establecido relaciones entre la precipitación y temperatura con la ELA (Ahlmann, 1948, Kotlyakov y Krenke, 1982, Braithwaite, 2008, Ohmura et al., 1992), que permiten determinar uno de los dos parámetros siempre que se conozca el otro (normalmente la temperatura; Pellitero et al., 2015). Por lo tanto, a través del cálculo de la ELA y paleo-ELA, se puede estimar los cambios en el clima. Basado en un mapeo detallado de glaciares (periodos; 2016, 1962 y PEH) este trabajo muestra la estimación de volúmenes y de la ELA en glaciares y paleo-glaciares de la cuenca Parón.

2. Área de estudioLa cuenca Parón, se ubica en la Cordillera Blanca en los Andes occidentales del norte de Perú, a ~ 60 km al norte de Huaráz. Los nevados Huandoy (6343m) y Chacraraju (6108m), son algunas de las montañas más altas de esta cuenca, que alberga en sus vertientes grandes masas de hielo que abastecen de agua al río Santa, y morrenas bien conservadas, que ponen en evidencia antiguos avances glaciares.

3. Metodología

3.1. Cartografiado de glaciares y paleo-glaciaresSobre la base de una imagen del satélite PLEIADES (2016) y fotografías aéreas (1962), se realizó un mapa detallado de glaciares en ambos escenarios. También se cartografiaron morrenas, que permitieron delimitar los paleoglaciares en la PEH.

3.2. Estimación de VolúmenesFue necesario contar con Modelos de Elevación Digital (DEM). Para el 2016, se utilizó un DEM de 4m de resolución, obtenido con una imagen PLEIADES. La metodología usada fue GLABTOP (Linsbauer et al., 2012), cuyo principio, asume que la superficie actual del glaciar es reflejo de la topografía basal; para ello, toma en consideración, diversos parámetros físicos que influyen sobre la dinámica glaciar. Para reconstruir los DEMs´ en los periodos 1962 y PEH, se utilizó la herramienta GLARE (Pellitero et al., 2016), que reconstruye los glaciares a partir de líneas de flujo, que simulan el recorrido glaciar en el pasado. Estas líneas, consideran los mismos parámetros físicos de la metodología GLABTOP, además de las alturas de las morrenas

Periodo Area Vol. ELA Temp. Km2 (Mm3) (m) (oC)

2016 19.22 531 5198 1.89 1962 24.84 1106 5119 1.38 PEH 35.35 2089 5069 1.05

*La temperatura media anual (2016), se obtuvo de la estación Meteorológica instalada en el proyecto 144-2015INGEMMET - FONDECYT.

de masa). Este parámetro es muy sensible a los cambios climáticos. La elevación de la ELA por encima del límite superior de un glaciar, extendería la zona de ablación a toda la masa de hielo, haciendo desaparecer la zona de acumulación y condenando

circundantes (factor de corrección). 3.3. Cálculo de ELAs y Paleo-ELAsLas ELAs actuales y pasadas, se reconstruyeron utilizando el método Área x Altitud x Balance Ratio - AABR (Osmaston,

Glaciología

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Glaciología

Ronald Concha1, Joshua Iparraguirre1, Igor Astete1, Gonzalo Luna1, José Úbeda1,2, Pool Vásquez1

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2005), que relaciona la hipsometría, forma del glaciar y la relación de equilibrio (BR). El método AABR, fue automatizado y programado en Phyton por Pellitero, 2015), quien creó la herramienta ELA calculation; esta requiere como elemento de entrada, los DEM obtenidos. El método AABR es el más adecuado para los glaciares “limpios”, que no tengan una incidencia importante de masa provenientes de avalanchas, donde extensos glaciares cubiertos no ejerzan una fuerte influencia sobre el gradiente de ablación (Benn y Lehmkuhl, 2000, Osmaston, 2005) o donde la topografía no influya en el desarrollo climático del glaciar.

3.4. Estimación de la variación de la temperaturaLa obtención de las ELAs y paleo-ELAs permitió, estimar la variación de la temperatura (∆T) del pasado respecto al presente, resolviendo la ecuación ∆T=GTV•∆ELA, donde GTV es el gradiente térmico vertical del aire (ºC/m) y ∆ELA es el desnivel de la ELA respecto a la paleo-ELA (m). Para realizar el cálculo se utilizó el gradiente medio de la Tierra GVT=0.0065ºC/m, que se considera apropiado para los trópicos.

4. ResultadosEn el cuadro1 y las figuras 1, 2 y 3, se muestran los resultados.

Discusión y ConclusionesLa ELA obtenida por mediciones directas en el glaciar Artesonraju (cuenca Llullán), hechas por la Autoridad Nacional del Agua, en el periodo 2013-2014 es de 5049m, 149m por debajo de

la ELA2016 de este trabajo. Esa diferencia se debe a que la ELA AABR presentada, es un valor estadísticamente representativo de 60 glaciares identificados en 2016 y la ELA medida directamente, se refiere exclusivamente al glaciar Artesonraju, más grande, con mayor alimentación y considerablemente más bajo que los demás glaciares en la cuenca. La variación del clima ∆TPEH-2016=0.84ºC, es casi idéntica al calentamiento observado en registros instrumentales, entre los años 1880 y 2012 (0.85ºC) y las series 1850-1900/2003-2012 (0.78ºC), obtenidos del 5to informe del IPCC. Los resultados arrojan cierta consistencia con los datos instrumentales, además que si se considera que durante los últimos 50-60 años la temperatura se ha incrementado 0.1ºC/década (Vuille, et al., 2008). Estos

resultados, coinciden, con estudios emprendidos por INGEMMET en otros glaciares de los Andes peruanos, utilizando los mismos métodos; que permiten validar provisionalmente las ecuaciones empleadas, a la espera de realizar más estudios en nuevas áreas; asimismo servirán para elaborar pronósticos y de esta manera proporcionar un nuevo enfoque sobre el impacto del cambio climático en los glaciares.

Referencias- Ahlmann, H.W.,1948. Glaciological research on the north Atlantic coasts. Royal Geographical Society Research Series 1,83.- Braithwaite, R.J.,2008. Temperature and precipitation climate at the equilibrium line altitude of glaciers

Figura 3: Mapa de la evolución glaciar, mostrando la variación de las ELAs

Figuras 1 y 2: (arriba), cuadros que muestran la variación del volumen, área y temperatura.

Glaciología

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Pasa a la Pág. 43

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IntroducciónEl análisis de la recarga se realizó para una región de la sierra Central, de Lima (Perú) entre 4.500 y 5.000 m.s.n.m., próximo a la divisoria de la cuenca. Tiene un superficie de 42.97 km2, se extiende desde 4,075 msnm, hasta 5,100 msnm, con altitud media de 4,587 msnm, pendiente 10% y su longitud mayor de cuenca 10 km. La precipitación se estima en 1,160 mm/año, con intensas tormentas en la temporada húmeda (diciembre a marzo) y tem-peratura media anual de 4 ºC. Debi-do a su variada y compleja geología ha dificultado la estimación de los componentes del balance hídrico, entre ellos; la magnitud, la distribu-ción de la escorrentía, la infiltración y la tasa de recarga subterránea.

Metodos de Estimación de la Recarga

Método APLISEs el resultado de un proceso de experimentación, a partir de las diversas propuestas metodológicas para estimar la recarga, proceden-te de la escorrentía pluvial a los acuíferos carbonatados, a partir de sus variables intrínsecas (Espinoza K., et al., 2012). La inicial de las variables consideradas forma el acrónimo APLIS, que da nombre al método: Altitud (A), Pendiente (P), Litología (L), zonas preferenciales de Infiltración (I) y Suelo (S). Las variables son cualitativas; litología, zonas preferenciales de infiltración, suelos, y cuantitativa; altitud y pen-diente, por tanto la estimación de la recarga tiene carácter cuantitativo.

del conocimiento del Rendimiento Específico o porosidad eficaz, y la fluctuación de niveles en el tiempo (Healy y Cook, 2002). R(tj) = Sy * ∆H(tj)

Donde R (tj) es la recarga que ocu-rre entre los tiempos to y tj, Sy es el rendimiento específico (una unidad adimensional), y ∆H (tj) es el incre-mento máximo del nivel de agua con respecto al período de recarga (mm).

Método del balance de masa de cloruro (CMB)El método Balance de Masa de Cloruro (CMB), calcula la recarga basado en la relación del Cloruro (Cl-) en aguas subterráneas y en la precipitación; suponiendo que todo Cl- en el agua subterránea se deriva de la lluvia, y permanece en solución en el sistema acuífero. Donde R es la recarga en mm/año, P es la cantidad de lluvia (mm), Cp es la concentración Cl- de la lluvia (mg/l) Cgw es la concentración Cl- en el agua subterránea (Scanlon et al., 2002). Con la cual se determinó la recarga mediante balance de ma-sas del Cloruro, y en base a las des-cargas subterráneas y en superficie, entre ellos; manantiales, filtraciones, piezómetros, y taladros, observado en época húmeda (Feb, 2014) y en época de estiaje (Jul, 2013 y Jun, 2014).

Resultados

Estimación de la recarga con modelación numérica, análisis y contraste de resultados

Recarga asignada al modeloCondiciones de borde de flujo específico, se usaron para aplicar la recarga al sistema subterránea,

Estimación de la Recarga en

Acuiferos Karsticosy su incidencia en las Minas Subterráneas

(*) Hidroandes Consultores S.A.C.,Gerente General, Hidrogeólogo Senior. [email protected]

Métodos hidrodinámicos.- Modelos numéricos de flujo.Los modelos numéricos permiten evaluar los parámetros hidrodiná-micos, la propiedad hidráulica de la zona saturada a fin de estimar la recarga subterránea, las que se cla-sifican en tres grupos; dos corres-ponden a aproximación de la Ley de Darcy, y el tercero se conoce como modelo numérico de tanque, y se fundamenta en el balance hídrico. (Stephens, 1996) (En: Hendrickx y Walker, 1997).

- Método de aproximación al flujo de Darcy.

La expresión de la ley de Darcy para un medio isótropo, condiciones de saturación parcial y movimiento unidimensional vertical, se puede escribir de la siguiente forma:

q=-k (j (y+z)/ jz) (1c)

Dónde:Q = Es el flujo de agua K = La conductividad hidráulica y = La tensión matricialz = el nivel con respecto a una su-perficie de referencia

Si la expresión anterior se aplica al perfil que hay por debajo de la zona radicular, se puede considerar que el flujo que se determina a través de la misma es representativo de la re-carga a los acuíferos, y por lo tanto: R= -q (1d)

Método fluctuación de nivel piezométricoLa recarga mediante el método de Fluctuación de Niveles Piezomé-tricos (WTF, por siglas en inglés), proporciona una estimación de la lámina de recarga mediante el aná-lisis de fluctuaciones de nivel pie-zométrico. El método WTF requiere

Hidrogeología

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Hidrogeología

Dr. Ing. Dimas, Apaza Idme*

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las que fueron distribuidas a lo largo del modelo, dependiendo del tipo de suelo y roca aflorante, la topografía, la geología, variación de nivel, y propiedades hidráu-licas. Habiendo aplicado valores de recarga 150 a 950 mm/año, mostrado en la Tabla 1.

En la Figura 1 muestra variación de la recarga para unidades geológi-cas en función de la precipitación, entre los rangos 42%, 50% y 60% para un área de 49.6 km2. Se ob-tuvo la recarga por medio del pro-blema inverso con Fepest y Feflow 6.2, contrastada con los parámetros hidráulicos del acuífero, así como niveles piezómetricos.

Análisis estadístico de la recargaSe ha evaluado la recarga mediante la utilización de conceptos esta-dísticos denominados error típico y su coeficiente de correlación. La Figura 2 se muestra la dispersión de la Recarga Vs Permeabilidad de los materiales evaluados en la zona de estudio, además del coeficiente de correlación para los parámetros. El promedio anual de la precipitación fue 1,159.6 mm/año, el coeficiente de correlación es 0.57 para una recarga del 60% de la precipitación, 0.58 para una recarga 50% de la precipitación, 0.62 para recarga de 42% de la precipitación, la que vendría a ser el mejor ajuste de los tres casos (Ver Tabla 2). Se

consideró una recarga mediante modelación inversa con Fepest, de la cual muestra que en este caso es bastante dispersa, en función de la permeabilidad del material. Según el modelo numérico realizada en Feflow 6.2. Se calculó la recarga mediante el balance de masas. Un control adicional en la confianza de la calibración del modelo en ré-gimen permanente, fue el error del balance de masa, que corresponde a la diferencia entre las entradas y salidas en el sistema de agua subte-rránea del modelo.

Dónde: e= Error de balance de masas; = Entradas; = Salidas

Según los datos presentados en la figura 3, muestra la variación de la recarga en el modelo, las entradas y salidas del acuífero, generando un error en el balance de masa inferior a 0.1%, la que muestra que el mo-delo es robusto y con buena estabi-lidad. La recarga del acuífero varía entre 1.022,3 l/s para el 60% de la precipitación, de 936,6 l/s para el 50% de la precipitación, y de 789,9 l/s para el 42% de la precipitación. La Figura 4 muestra los ingresos de caudal al modelo mediante los

No Litología R(60%P) R (50%P) R (42%P) [mm/año] [mm/año] [mm/año]

1 Dep. Coluviales 520 470 410

2 Dep. Fluvioglaciares 385 360 350

3 Grupo Casapalca 330 320 310

4 Formación Celendín 325 320 300

5 Jumasha Superior 950 860 700

6 Jumasha Medio 895 820 680

7 Jumasha Inferior 647 570 430

8 Formación Carhuaz 465 400 290

9 Volcánico Atalaya 150 150 150

Tabla 1: Recarga asignado al modelo

* Valores de recarga estimados por unidad litológica

Litología Dep. Dep. Gpo. Fm. Jumasha Jumasha Jumasha Fm. Volc. Coluvial Glacial Casapalca Celendín Sup. Med. Inf. Carhuaz Atalaya

P60 59 36 11 218 419 201 46 3 22

P50 53 39 11 73 402 254 56 7 22

P42 46 38 11 69 327 211 42 5 22

Suma 158 113 34 359 1148 666 144 15 67

Figura 1; Recarga de unidades hidrogeológicas Figura 2; Dispersión Recarga Vs Permeabilidad Litología

Tabla 2: Dispersión de la recarga Vs permeabilidad

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Hidrogeología

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limites; Norte (N), Sur (S), Este (E), Oeste (W) comparados con la recar-ga, siendo el mejor escenario el de 42% de la precipitación total.

Estimación de la recarga mediante balance de masa del cloruro (CMB)Se determinó la recarga mediante el balance de masas de Cloruro en base a las fuentes de la mina sub-terránea y en superficie, entre ellos; filtraciones, piezómetros, taladros y manantiales; muestreados durante la temporada de lluvias (Febrero 2014) y en la época de estiaje (Jul, 2013 y Jun, 2014). Mediante el contenido en Cl se determinó la in-terconexión de las aguas superficial con el medio subterráneo, las aguas subterráneas poseen concentra-ción muy baja (0.6-2.0 mg/l) y las aguas de mina subterránea alcanza valores más altos (1.2 a 13 mg/l). En Feb, 2014, (periodo húmedo) el contenido en Cl descendió drástica-mente, evidenciando aporte pluvial. Las aguas subterráneas de niveles superficiales fluctúan entre 0.1 y 1.0 mg/l., y las aguas subterráneas de mina oscilan entre 1.1 y 10.3 mg/l.

La recarga obtenida con este méto-do, se muestra en un diagrama de cajas Figura 11, La recarga en la estación seca Jul, 2013 y Jun, 2014 fue representado en la distribución Cuartil 1 y 3, siendo ligeramente menor a la recarga de Junio 2014, atribuido a influencia de agua plu-vial, sin embargo las medianas son parecidas entre sí. Resultando 175 mm., para año seco, 216 mm., para año promedio, y 270 mm., para año húmedo.

Calculo de la recarga mediante la fluctuación de nivel piezométricoSe estimaron tasas de recarga considerando la lectura de nivel piezométrico en la zona de Uchucchacua desde abril 2013 a noviembre 2014, a partir de 38 piezómetros seleccionados de acuerdo a su ubicación litológica. El rendimiento específico utilizado para determinar la recarga, se asignó de acuerdo al grado de fracturamiento de las calizas (Morris and Johnson 1967), Fm. Jumasha Superior, Fm. Jumasha Medio y Fm. Jumasha Inferior con valores de

Figura 3 Balance de masas del acuífero

Fig. 5: Recarga por balance de masa de Cloruros (2013 - 2014)

rendimiento específico (Sy) 6.0, 5.6 y 4.8 respectivamente.

La tasa de recarga para el área de estudio calculada mediante este método varía entre 126 y 560 mm/año, el cual se distribuye de acuer-do a las calizas de Fm. Jumasha Medio (Fm. J M), Superior (Fm. J S) e Inferior (Fm. J I). La recarga en la Fm. Jumasha Inferior es el más bajo, atribuido a las calizas y margas, y la recarga en calizas (Fm. J S) son más altas debido a su alta karstifica-ción, similar al grupo (Fm. J M). Por lo tanto, se concluye que la recarga para calizas margosas puede variar entre 126 y 224 mm/año, para cali-zas fracturadas entre 224 a 372 mm/año, y para las calizas karstificadas 372 y 560 mm/año. Estimación de la recarga mediante el método APLIS.Para cada variable fue establecido en una serie de categorías o inter-valos comprendidos entre 1 y 10 (máxima influencia en la recarga), expresados y distribuidos en un SIG. Cada una de las variables fue

Figura 4: Comparación de entrada de caudal por los bordes

Figura 6: Variación de la recarga por litología (WTF)

Geotécnia

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representada en una capa, reali-zando su puntuación y clasificación en base a criterios detallados en (Espinoza et al., 2012). El algoritmo utilizado para estimar el porcentaje de la recarga se muestra en la Tabla 3: R = (A+P+3L+2I+S)/0.9.

El método APLIS se aplicó para estimar la recarga anual media (%) y la distribución espacial de la sub cuenca; 10 % de la superficie pre-senta tasas de recarga “baja”, esta aparece en la zona central del área, coincidiendo con margas de la Fm., Celendín y Volcánicos Calipuy. Re-carga “moderada” ocupa una exten-sión del 20 %. Aparece en la parte superior, central y margen izquierda de la subcuenca donde afloran calizas fisuradas y karstificadas del Jumasha Medio, en contacto con la Fm. Celendín y el volcánico Calipuy, donde existen concentración de es-tructuras de infiltración preferencial.

Las mayores tasas de recarga, equivalentes a la clase “alta”, ocupa una extensión del 30 % del total. Aparece en la parte central y margen izquierda, allí donde afloran las calizas fisuradas y carstificadas del Jumasha medio en contacto con Jumasha superior. La clase “muy alta” ocupa una extensión del 40 % del total, la que aparece en la parte central y margen derecha, donde los materiales carbonatados de la Formación Jumasha dibujan las mayores pendientes, y son las que

Figura 7: Distribución de la recargaen % respecto a la precipitación

presentan un mayor desarrollo de karst.

La diferencia clave en la tasa de recarga estimada por estos méto-dos, está determinada por la roca madre o de basamento expuesto, y si se designa como "acuífero" o "no acuífero".

ConclusionesLa recarga se produce por infiltra-ción de aguas pluviales y nieve es mayor en las áreas con afloramiento

de calizas y en sedimentos granu-lares, los que permiten la infiltración de escorrentía, principalmente en sumideros y dolinas, siendo los mayores puntos de recarga. La tasa media de recarga se estima entre 40 y 70% de la precipitación, sien-do esta “moderada – alta” para el área estudiada, la que depende del grado de karsticidad de la roca y la anisotropía de las calizas.

Referencias Andreo, B., Vías J., López-Geta J.A., Carrasco F., Durán, J.J. y Jiménez, P. (2004). Propuesta metodológica para la estimación de la recarga en acuíferos carbonáticos. Boletín Geológico y Minero, 115, 2.Custodio, E., Llamas, M.R. y Sam-per, J. –Eds- (1997). La evaluación de la recarga a los acuíferos en la planificación hidrológica. IAH-GE e ITGE, 455 pp.IGME-GHUMA (2003). Estudios metodológicos para la estimación de la recarga en diferentes tipos de acuíferos carbonáticos: aplicación a la Cordillera Bética. Informe inédito. 3 tomos.Pulido Bosch A. 2014. Principios de Hidrogeología kárstica, Edit. Uni-versidad de Almería. Club del Agua Subterránea CAS. Pág. 379.

Tabla 3. Rangos de recarga

Intervalo < 20 % 20 – 40 % 40 – 60 % 20 – 80 % > 80 %

Clase de recarga Muy Baja Baja Moderada Alta Muy Alta

expressed by the degree-day factor for melting snow. J. Glaciol.54 (186),437–444.- Kotlyakov, V.M., Krenke, A.N., 1982. Investigation of the hydrological conditions of alpine regions by glaciological methods. In: Glen, J.W. (Ed.), Hydrological Aspects of Alpine and High Mountain Areas, vol.138. IAHS Publication, pp.31–42.- Licciardi, J. M., Schaefer, J. M., Taggart, J. R., and Lund, C. D., 2009, Holocene glacier fluctuations in the Peruvian Andes indicate northern climate linkages: Science, v. 325, p. 1677–1679.- Linsbauer, A., Paul, F., Haeberli, W., 2012. Modeling glacier thickness distribution and bed topography over

entire mountain ranges with GlabTop: Application of a fast and robust approach. Journal of Geophysical Research 117, 17.- Ohmura, A., Kasser, P., Funk, M., 1992. Climate at the equilibrium line of glaciers. J. Glaciol. 38(130),397–411.- Osmaston, H., 2005. Estimates of glacier equilibrium line altitudes by the Area x Altitude, the Area x Altitude Balance Ratio and the Area x Altitude Balance Index methods and their validation. Quaternary International 22–31, 138–139.- Pellitero, R., Rea, B.R., Spagnolo, M., Bakke, J., Hughes, P., Ivy-Ochs, S., Lukas, S., Ribolini, A., 2015. A GIS tool for automatic calculation of glacier equilibrium-line altitudes. Computers & Geosciences 82, 55–62.

- Pellitero, R., Rea, B.R., Spagnolo, M., Bakke, J., Ivy-Ochs, S., Frew, C.R., Hughes, P., Ribolini, A., Lukas, S., Renssen, H., 2016. GlaRe, a GIS tool to reconstruct the 3D surface of palaeoglaciers. Computers &Geosciences 94, 77-85.- Thompson, L. G., Mosley-Thompson, E. E., Dansgaard, W., and Grootes, P. M., 1986, The Little Ice Age as recorded in the stratigraphy of the tropical Quelccaya ice cap: Science, v. 234, p. 361-364.- Vuille, M., Francou, B., Wagnon, P., Juen, I., Kaser, G., Mark, B.G., Bradley, R.S., 2008. Climate change and tropical Andean glaciers: Past, present and future. Earth-Science Reviews 89, 79–96.

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Geotécnia

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ResumenEn los últimos 10 años, la actividad de perforación exploratoria y de de-sarrollo en la búsqueda de nuevos yacimientos de gas y la explotación de los ya existente ha incrementado en la zona de Camisea. Se han per-forado pozos que han atravesado más de 4.000 metros de rocas del Terciario (Capas Rojas) llegando a profundidades totales de alrededor de 5.000 metros y alcanzando los reservorios de edad Paleozoico (Pérmico).

El Área de Camisea está ubicado al este de la deflexión de Abancay y de la cordillera oriental , en su parte centro Oeste se encuentra el depocentro rellenado con rocas siliciclásticas de origen continental que van desde el Paleoceno hasta el reciente, interpretándose máxi-mos de espesor de 6.000 m.

La información geológica reciente adquirida de pozos perforados (lito-logía, perfiles de pozo abierto, LWD, análisis y estudios especiales) ha proporcionado nuevos conocimien-tos sobre las rocas del Terciario que llenan la zona de Camisea.

El objetivo de este trabajo es mos-trar la caracterización geológica integrada de las rocas del Terciario y su aplicación al diseño y optimi-zación de la perforación al cruzar estas unidades que representa aproximadamente el 75 % de la sección atravesada por los pozos perforados.

IntroduccionLas Capas Rojas Terciarias son rocas de origen continental carac-terizadas por su alto contenido de arcillitas rojas y vari color, areniscas inmaduras líto – feldespáticas y con-

nificación y ejecución para lograr optimizar los costos y disminuir los riesgos de la perforación de pozos al atravesar estas unidades en las cuales históricamente se han pre-sentado problemas operativos.

Ubicacion El estudio se realizó en la zona de Camisea ubicada en la provincia de La Convención, departamento del Cusco ubicada a 450 km. Al Sur Este de la ciudad de Lima, y dentro del depocentro de rocas Terciarias (sub cuenca Terciaria de Camisea) como se observa en mapa de ubica-ción del área de estudio Nº1.

Configuracion Estructural de la Subcuenca Terciaria de CamiseaEl depocentro Terciario está delimi-tado por el Norte y Nor Este por los grandes anticlinales tipo lomo de ballena, por Sur, Oeste y Este por los afloramientos rocosos PreTerciarios. En el corte esquemático SO- NE Ver Mapa Estructural en la e puede observar los pliegues externos que conforman las montañas de Otishi y Vilcabamba la tectónica de sub-

Gerardo Pozo Calle, Edson Castillo Guzmán

Integración Roca - Perfil en el Terciario “Capas Rojas”, aplicada a la caracterización y perforacion de pozos en las Cuencas de Ucayali, Madre de Dios - Perú

glomerados palmíticos, con espe-sores que fluctúan de 2500 a 4500 m. se encuentran cubriendo todos los reservorios de gas y petróleo de las cuencas de Ucayali y Madre de Dios.

Cada una de estas litologías pre-sentan sus propias complejidades y comportamientos relacionados a los tipos de arcillas que las constituyen, tales como reactividad química – mecánica, presencia de acuíferos artesianos, semiconfinados y confi-nados, sobrepresurización de ca-pas de arcillas y arenas etc. El presente trabajo trata de la integración de la información de roca (cuttings) con perfiles de po-zos con la finalidad de plantear la subdivisión de las Capas Rojas en unidades operativas de fácil reco-nocimiento por sus características y comportamientos con la finalidad de predecir posibles problemas du-rante la etapa de control geológico y perforación de pozos.

El aporte principal es aportar co-nocimiento en las etapas de pla-

Petróleo

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P etróleo

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sidencia que genero el depocentro terciario y los pliegues externos que son las estructuras gasíferas del área de Camisea. Ver Mapa Nº 2. y Figura Nº3.

Estratigrafia del TerciarioLas rocas sedimentarias Terciarias descritas en afloramientos y en po-zos tienen un espesor promedio de 4500m, pero se estima que en el de-pocentro podrían llegar a superar los

Corte esquemático de la configuración estructural del Depocentro del Terciario

Figura N° 3

5000m de columna sedimentaria. En el área de estudio se han recono-cido las unidades Yahuarango del Paleoceno a Eoceno Inferior, Ipururo Inferior del Oligoceno – Mioceno, Ipururo Superior Mioceno – Plioceno y Río Picha del Plioceno – Pleistoce-no. Como se puede apreciar en la columna estratigráfica Figura Nº 4

La mayor deposición del Grupo Ipururo es el resultado de la última

fase del levantamiento tectónico Quechua de los Andes, que se li-mita por los levantamientos Otishi y Vilcabamba.

Identificacion y Correlacion de Unidades Operacionales Se han definido 6 unidades opera-cionales basadas principalmente en su litología, composición mineralógi-ca, comportamiento electrográfico, atributos petrofísicos, perforabili-dad, compactación y sobrepresuri-zación y presencia de acuíferos.

Unidad 1 y 2 dentro de la FM. Yahuarango, Unidad 3, 4, 5 dentro de la FM. Lower Ipururo y Unidad 6 dentro de Fm. Upper Ipururo. Figura Nº 5

Unidad Operacional 1 (Carofitas)Zona bioestratigráfica de edad Pa-leocena, caracterizada por rocas areniscas y arcillitas depositadas en planicies fluviales, con arcillas de color variado, predomina la illita. Figura Nº 6.

Unidad Operacional 2Zona Sobrepresurizada - FM. YahuarangoZona caracterizada por el color rojo a rojizo de las arcillas, con caracte-

Figura N° 4

Figura N° 5

Figura N° 6

Petróleo

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Figura N° 3

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rísticas muy plásticas, pegajosas, solubles, los principa-les problemas son embolamientos de arcillas y el gumbo.

Dominan las arcillas mixtas esméctita – illita. Figura Nº 7.

Unidad Operacional 3Zona Inicio de la Sobrepresurizacion.Unidad caracterizada por la presencia de arcillas abigarradas, presencia común de calcreta, areniscas arkósicas, en parte de grano grueso y cemento calcáreo. Figura Nº 8

Unidad Operacional 4Areniscas - Lower IpururoUnidad caracterizada por la presencia de capas de are-niscas con matriz arcillosa intercaladas capas delgadas de arcillitas de color variado. El problema principal es la generación de huecos crecidos en areniscas, la arcillas presentes son mixtas. Figura Nº 9

Unidad Operacional 5Lutitas - Areniscas - Lower IpururoUnidad caracterizada por la presencia de capas de luti-tas vari color en menor proporción capas de areniscas. El problema principal es la generación de huecos crecidos en las lutitas, la arcillas presentes son mixtas.Fig. Nº 10

Unidad Operacional 6Conglomerados - Areniscas - Upper IpururoUnidad caracterizada por la presencia de conglomera-dos polimícticos, grava y gravilla constituidas por líticos, cuarcitas y cuarzos blanco, y blanco lechoso, en ge-neral hueco en calibre con pequeños crecimientos en lutitas, litología abrasiva. Figura Nº 11

Identificacion de Acuiferos En el gráfico Temperatura vs Profundidad, se observa el cambio de temperatura en las diferentes unidades ope-racionales a cada una de las cuales se le ha encontrado una línea de tendencia e interpretado relacionando a la presencia de acuíferos, Figura Nº 12.

Petróleo

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Tasa de Penetración y su Relacion con los Atributos PetrofísicosEl gráfico Tasa de penetración - Porosidad - Permeabi-lidad, se observa la tasa de perforación y altos valores de porosidad y permeabilidad en la unidad 6, dominio de conglomerados y acuíferos semi-artesianos, las unidades 4 y 5 la tasa de perforación es media encon-trándose los acuíferos confinados, con tendencia a baja de perforación y porosidad no efectiva, las unidades 2 y 3 relacionadas al alto contenido de lutitas plásticas y sobrepresurización, como se aprecia en el Figura Nº 13.

Compactacion y Sobrepresurizacion Utilizando las curvas de conductividad eléctrica y tiempo de transito compresional (sónico), se han reconocido que las unidades 4, 5, y 6 tienen un comportamiento de compactación normal y que a partir de la unid. 3 y princi-palmente la 2 están sobrepresurizadas, regresando a un patrón de compactación normal en la unid. 6. Fig. Nº 14.

En la Figura 15, se detalla la interpretación de la compac-tación y la sobrepresurización en las Formaciones Ipuru-ro y Yahuarango dividida en Unidades Operacionales.

Ventana de Lodo Presion de Poro vs Gradiente de FracturaLa aplicación las interpretaciones efectuadas se efectivi-za en la generación de la ventana de lodo con el objetivo de mantener un peso de lodo adecuado para no incurrir en entrada de fluidos no deseados o perdidas de fluidos de perforación. Como se observa en el Figura Nº 16.

Analisis de Derrumbes (Cavings) e Interpretacion de EventosLos derrumbes (cavings), son fragmentos de rocas re-sultantes de la inestabilidad del pozo que son transporta-dos a superficie por el fluido de perforación, sus tamaños son variables en promedio de 1 a 2 cm pudiendo llegar hasta los 10 cm.

Su análisis es importante como indicador o advertencia de existencia de inestabilidad en el pozo, debido a litolo-gías inestables, fallas en mecánica de roca, y ayudan a decidir medidas correctivas.

Existen varios tipos: Angular, son los generadores de breakouts y se deben a los esfuerzos tectónicos, la dirección indica la orienta-ción del menor esfuerzo horizontal. Se caracterizan por sus ángulos agudos, superficie rugosa, Se recomienda aumentar la presión en el pozo.

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Figura N° 14

Figura N° 16

Figura N° 17

Astillosos - escamosos, ocurren paralelos a la pared del pozo, son comunes en zonas sobrepresurizadas perfo-radas con bajo sobre balance, Se recomienda subir el peso del lodo y reducir la tasa de penetración.

Tabular – Aplanado, son resultado de las fracturas natu-rales o planos de debilidad, Se recomienda aditivos de bloqueo, mantener hoyo limpio. Fig. Nº 17, Fig. Nº 18

Resultados y Conclusiones• Mejor conocimiento de las unidades operacionales

Terciarias en correlación regional y consecuentemente en la predicción y ubicación de eventos y comporta-mientos que ocurren durante la perforación.

• Tipos de arcillas, comportamiento físico - químico yconsecuencias durante la perforación.

• Estimacióndeatributospetrofísicosylaidentificaciónde acuíferos potenciales,

• Identificaciónregionalylocaldelutitasyarenassobre-presurizadas.

Aplicaciones • Planificación y optimización de costos de la perfora-

ción de pozos.• Identificacióndearcillasexpansivasyprevenirproble-

mas. • Prevencióndeinflujosyperdidascirculación.• Posibleszonasparalaperforacióndepozosdisposaly

de reinyección de cuttings. • Identificación regional de zonas sobrepresurizadas y

su aplicación en la preservación de la porosidad de los reservorios.

• Soportealageneracióndelmodelogeomecánicoparaproveer control sobre la geometría del hueco etc.

Bibliografía• PetrophysicsbyEkwereJ.Peters.DepartmentofPe-

troleum & Geosystems Engineering. The University of Texas at Austin. USA 78712

• PetrophysicsbyDjebbarTiabandErleC.Donaldson.Elseivier’s Science & Technology Rights Department in Oxford, UK.

• KnowledgeSystems,INC.BestPracticeProceduresforPredicting Pre-Drill Geopressures in Deep Water Gulf of Mexico. DEA Project 119-June 2001.

• Rehm, W. A. and McClendon, M. T.: Measurementsof Formation Pressure From Drilling Data, paper SPE 3601 presented at the SPE annual Fall Meeting. New Orleans, Oct. 3-6, 1971.

Prognosis Litologica y Riesgos Asociados En la figura Nº 19 se muestra un resumen litológico y los riesgos asociados.

Contribuciones Tecnicas • Propuestadedefiniciónycaracterizaciónde6unida-

des Operacionales del Terciario (Capas Rojas) aplica-bles al diseño de pozo y a la correlación durante el control de la perforación.

• Unbuencontroldelatemperaturaayudaalaidentifi-cación y tipos de acuíferos presentes.

• Estimacióndegradodecompactacióndelasrocasyde atributos petrofísicos está muy relacionada a la tasa de perforación

• Aplicacióndelascurvasdeconducti-vidad y tiempo de tránsito para la iden-tificación de zonas sobrepresurizadas.

• El análisis e interpretación de losderrumbes (cavings) nos dan informa-ción de inestabilidad en el hoyo y de su posible origen.

Contribuciones Economicas y de Sostenibilidad• Soporte técnico para la optimización

de costos durante la planificación y ejecución de proyectos de perfora-ción.

• Definicióndeacuíferosysuimportan-cia en asegurar su aislamiento con superficie o con acuíferos semiconfi-nados

• Prevenir riesgos geológicos durantela perforación que impacten en los tiempos y costos del proyecto.

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Figura N° 18

Figura N° 19

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