EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS

C a j a m a r c a , M a r z o d e 2 0 1 3

EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN

EL CASERÍO DE CHAMIS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA

ALUMNOS:

CERDÁN MUÑOZ, José Idonil

JARA VÁSQUEZ, Gilmer

MERLO PALOMINO, Richard

IZQUIERDO TANTA, Tony Jans

VALIENTE BRIONES, Freddy

ASESORADO POR:

ORLANDO BAZÁN SANTA CRUZ

GE

OT

EC

NIA

I

EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS

1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA

GEOLÓGICA

GEOTECNIA I

EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL

CASERÍO DE CHAMIS

ALUMNOS:

CERDÁN MUÑOZ, José Idonil

JARA VÁSQUEZ, Gilmer

MERLO PALOMINO, Richard

IZQUIERDO TANTA, Tony Jans

VALIENTE BRIONES, Freddy

ASESORADO POR:

ORLANDO BAZÁN SANTA CRUZ

Cajamarca, Marzo de 2013


2

RESUMEN

El área de estudio se encuentra en el caserío de Chamis, distrito de Cajamarca, provincia de

Cajamarca, con una extensión de 8 km2 (800 ha). La zona de estudio presenta un relieve variado,

disectada por el río Manzanas, el río Cuschunga y el río Balconcillo. Está constituida

litológicamente por rocas clásticas de las Formaciones Inca y Farrat, por rocas no clásticas de las

Formaciones Chúlec, Pariatambo, Yumagual y el grupo Quilquiñan – Mujarrum, también se

encuentra rocas intrusivas del Intrusivo Chamis que están afectadas de alteración argílica a argílica

intermedia, y depósitos cuaternarios aluviales. La zona se encuentra influenciada por estructuras

geológicas como fallas regionales y locales a demás forma parte del sinclinal Chamis.

De acuerdo a sus propiedades geomecánicas la zona se ha diferenciado en cinco tipos de macizos, el

MACIZO I formado por materiales cuaternarios principalmente gravas, arenas y limos; el MACIZO

II formado por rocas clásticas de las Formaciones Farrat e Inca, presenta un RMR = 67 y GSI = 60

clasificándose como un macizo de buena calidad, el MACIZO III formado por rocas intrusivas,

dioritas, del intrusivo Chamis, presenta un RMR = 52 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de

regular calidad, el MACIZO IV formado por rocas no clásticas de las Formaciones Chimú,

Yumagual y el grupo Quilquiñan – Mujarrum, presenta un RMR = 69 y GSI = 65 clasificándose

como un macizo de buena calidad, y finalmente el MACIZO V formado por rocas no clásticas de la

Formación Pariatambo, presenta un RMR = 58 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de

regular calidad.

En la zona de estudio se ha identificado tres zonas con diferente inestabilidad tomando en cuenta, el

tipo de macizo rocoso según su calidad; la pendiente de la superficie; y la presencia de zonas de

debilidad, una zona de inestabilidad alta, caracterizada por depósitos cuaternarios y macizos rocosos

con baja a regular calidad donde se ha identificado hundimientos, deslizamientos y remociones de

masa. Otra zona de inestabilidad media, en macizos rocosos de buena calidad pero la pendiente de la

superficie muy inclinada que lo hace ser susceptible a remociones de masa. Y una zona de

inestabilidad baja principalmente por presentar bajas pendientes.

Se analizó la estabilidad de estructuras geotécnicas como: un talud de carretera en un macizo rocoso

obteniendo un factor de seguridad de 2.7 en condiciones normales y 1.2 en condiciones no drenadas

lo que indica un talud estable esto es por que dicho talud se encuentra en un macizo de buena

calidad y además los planos de estratificación buzan en dirección opuesta a la inclinación del talud.

Un talud de carretera en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 0.9 en

condiciones normales, una de las razones de inestabilidad es que el talud presenta una inclinación

muy empinada. Un muro de contención en el borde de la carretera, este muro es estable con un

factor de seguridad de 2.8. y finalmente se analizó la estabilidad en un muro de un puente construido

en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 1.7 sin considerar cargas

externas, y considerándolas el factor de seguridad es critico soportando tan solo 10 Kg/cm2.


3

ABSTRACT

The study area is located in the hamlet of Chamis district Cajamarca, province Cajamarca, with an

area of 8 km2 (800 ha). The study area has a varied relief, dissected by the Manzanas river, the

Balconcillo river and the Cuschunga river. Lithologically consists of clastic rocks of the Formations

Inca and Farrat, not clastic rocks of the formations Chulec, Pariatambo, and Yumagual, and the

group Quilquiñan - Mujarrum, is also intrusive rocks of Intrusive Chamis are affected argillic

alteration to intermediate argillic, and Quaternary alluvial deposits. The area is influenced by

geological structures as local and regional faults also form part of the syncline Chamis.

According to their geomechanical properties area has differentiated into five types of solid, Mass I

mainly formed by Quaternary gravels, sands and silts, the Mass II composed of clastic rocks of

Formations Inca and Farrat presents a RMR = 67 and GSI = 60 classified as a mass good quality,

Mass III consisting intrusive rocks, diorite, the intrusive Chamis presents a RMR = 52 and GSI = 50

ranking as a mass of fair quality, Mass IV consists of rocks not clastic of the Formations Chimu,

Yumagual and the group Quilquiñan - Mujarrum presents a RMR = 69 and GSI = 65 classified as a

mass good quality, and finally the Mass V formed by not clastic rocks of Formation Pariatambo

presents a RMR = 58 and GSI= 50 classified as a mass regular quality.

In the study area has identified three areas with different instability taking into account the type of

rock mass by quality, the slope of the surface, and the presence of areas of weakness, an area of high

instability, characterized by Quaternary deposits and rock masses with low to medium quality

where the identified subsidence, landslides and mass removals. Another area of half instability in

good quality rock masses but the slope of the steep surface that makes it susceptible to mass

removals. And an area of low instability presents mainly low slopes.

We analyzed the stability of geotechnical structures such as a slope of road in a rock mass to obtain

a safety factor of 2.7 in normal and 1.2 in undrained conditions indicating a stable slope that is that

the slope is in a solid good quality and in addition dipping bedding planes in a direction opposite to

the inclination of the slope. A road slope quaternary material was obtained in which a safety factor

of 0.9 in normal conditions, one of the reasons for instability is that the batter has a very steep slope.

A retaining wall at the edge of the road, this wall is stable with a safety factor of 2.8. And finally

analyzed the stability of a wall of a bridge built in quaternary materials which scored a safety factor

of 1.7 without considering external loads, and considering the safety factor is critical supporting

only 10 Kg/cm2.


4

INTRODUCCIÓN

Para desarrollar proyectos geotécnicos es indispensable tener conocimiento claro y preciso sobre las

disciplinas geológicas e ingenieriles y la integración de éstas dentro del área de estudio, además es

indispensable tener conocimiento previo de las características del terreno, su geología, estratigrafía,

geomorfología, geología estructural, etc.; y la tipología de las estructuras construidas o por

construir. Un Estudio Geotécnico deberá considerar todos los aspectos que aseguren una excelente

justificación del desarrollo del proyecto y puede tener los diferentes niveles del proyecto a ejecutar,

todas las fases un estudio Geotécnico son necesarias, la Recopilación de Información, la

Planificación de Actividades, el Reconocimiento del Terreno, y la Elaboración del Estudio

Geotécnico, pero esta última es la que mostrará el nivel y la calidad del trabajo realizado.

En este proyecto realizaremos un estudio geotécnico de una zona del caserío de Chamis, este

estudio es de carácter educativo y está encausado a mostrar las diferentes etapas y factores a tener en

cuenta en la realización de una exploración geotécnica de una determinada zona.


5

CONTENIDO

RESUMEN .......................................................................................................................................... 2

ABSTRACT ........................................................................................................................................ 3

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 4

CONTENIDO ..................................................................................................................................... 5

CAPÍTULO I: METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN ............................................................ 8

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................... 8

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................................................................................ 8

1.3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................ 8

1.4. OBJETIVOS ......................................................................................................................... 9

1.4.1. OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................... 9

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................................. 9

1.5. METODOLOGÍA ................................................................................................................ 9

1.5.1. CAMPO ................................................................................................................................. 9

1.5.2. GABINETE .......................................................................................................................... 10

1.5.3. HERRAMIENTAS DE TRABAJO ..................................................................................... 10

CAPITULO II: MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 11

2.1. ROCK MASS RATING (RMR). ....................................................................................... 11

2.2. GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (GSI). .................................................................. 13

2.3. TALUD Y LADERAS ........................................................................................................ 14

2.4. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD ............................................................ 14

2.4.1. MÉTODOS DE CÁLCULO EN DEFORMACIONES ........................................................ 14

2.4.2. MÉTODOS DE EQUILIBRIO LÍMITE .............................................................................. 14

2.4.2.1. Métodos exactos ................................................................................................................. 14

2.4.2.2. Métodos no exactos ............................................................................................................ 15

2.5. MODELOS DE ROTURA DE ROCAS ............................................................................ 16

2.5.1. ROTURA PLANAR ............................................................................................................ 16

2.5.1.1. Análisis de estabilidad en rotura planar .............................................................................. 17

2.5.2. ROTURA POR CUÑAS ...................................................................................................... 18

2.5.2.1. Geometría de la rotura por cuñas ........................................................................................ 18

CAPITULO III: ASPECTOS GENERALES ................................................................................ 19

3.1. UBICACIÓN ...................................................................................................................... 19

3.1.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA. ............................................................................................ 19

3.1.2. UBICACIÓN POLÍTICA. ................................................................................................... 19

3.2. ACCESIBILIDAD ............................................................................................................. 21

3.3. CLIMA Y VEGETACIÓN ................................................................................................ 22

3.3.1. CLIMA ................................................................................................................................. 22

3.3.2. PRECIPITACIÓN ................................................................................................................ 23


6

3.3.3. TEMPERATURA ................................................................................................................ 23

3.3.4. HUMEDAD RELATIVA .................................................................................................... 25

3.3.5. VEGETACIÓN .................................................................................................................... 25

3.4. TRABAJOS PREVIOS ...................................................................................................... 25

CAPITULO IV: DESCRIPTORES GEOLÓGICOS ................................................................... 26

4.1. GEOMORFOLOGÍA ........................................................................................................ 26

4.1.1. TOPOGRAFÍA .................................................................................................................... 26

4.1.2. ELEMENTOS DEL RELIEVE ............................................................................................ 27

4.1.2.1. Drenaje ................................................................................................................................ 27

4.1.2.2. Superficies de erosión ......................................................................................................... 28

4.1.2.3. Valles .................................................................................................................................. 28

4.1.2.4. Terrazas .............................................................................................................................. 29

4.1.2.5. Colinas ................................................................................................................................ 29

4.1.2.6. Laderas ................................................................................................................................ 30

4.1.3. PROCESOS MORFOLÓGICOS ......................................................................................... 30

4.1.3.1. Cárcavas .............................................................................................................................. 30

4.1.3.2. Remoción de masas ............................................................................................................ 31

4.2. HIDROLOGÍA E HIDROGEOLOGÍA ........................................................................... 32

4.3. LITOLOGÍA ...................................................................................................................... 33

4.3.1. FORMACIÓN FARRAT ..................................................................................................... 33

4.3.2. FORMACIÓN INCA ........................................................................................................... 35

4.3.3. FORMACIÓN CHÚLEC ..................................................................................................... 37

4.3.4. FORMACIÓN PARIATAMBO .......................................................................................... 39

4.3.5. FORMACIÓN YUMAGUAL.............................................................................................. 41

4.3.6. GRUPO QUILQUIÑAN – MUJARRUM ............................................................................ 41

4.3.7. INTRUSIVO CHAMIS ........................................................................................................ 42

4.3.8. DEPÓSITOS CUATERNARIOS ........................................................................................ 42

4.4. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL ........................................................................................ 43

4.4.1. SINCLINAL ......................................................................................................................... 43

4.4.2. MICROPLIEGUES .............................................................................................................. 44

4.4.3. FALLAS ............................................................................................................................... 45

4.4.3.1. Fallas normales ................................................................................................................... 45

4.4.3.2. Falla de dirección ................................................................................................................ 45

4.4.3.3. Fracturas en cuña ................................................................................................................ 46

4.4.4. DIACLASAS ....................................................................................................................... 46

CAPITULO V: DESCRIPTORES GEOTÉCNICOS ................................................................... 50

5.1. CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS ...................................................... 50

5.1.1. MACIZO I ............................................................................................................................ 50

5.1.2. MACIZO II .......................................................................................................................... 53

5.1.2.1. Caracterización de la matriz rocosa .................................................................................... 53


7

5.1.2.2. Descripción de las discontinuidades ................................................................................... 54

5.1.2.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso ................................................................... 61

5.1.2.4. Determinación de propiedades geomecánicas .................................................................... 63

5.1.3. MACIZO III ......................................................................................................................... 64





5.1.4. MACIZO IV ......................................................................................................................... 75





5.1.5. MACIZO V .......................................................................................................................... 86





5.2. IDENTIFICACIÓN DE ÁREAS INESTABLES ............................................................. 97

5.2.1. ZONAS CON INESTABILIDAD ALTA ............................................................................ 97

5.2.2. ZONAS CON INESTABILIDAD MEDIA .......................................................................... 98

5.2.3. ZONAS CON INESTABILIDAD BAJA ............................................................................. 99

5.3. ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS GEOTÉCNICAS........................................................ 99

5.3.1. TALUD DE CARRETERA EN MACIZO ROCOSO ........................................................ 100

5.3.2. TALUD DE CARRETERA EN MATERIAL CUATERNARIO ...................................... 101

5.3.3. MURO DE CONTENCIÓN ............................................................................................... 103

5.3.4. MUROS DE UN PUENTE ................................................................................................. 104

CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 106

RECOMENDACIONES ................................................................................................................ 108

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................ 109


8

CAPÍTULO I: METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El caserío de Chamis presenta problemas de inestabilidad, mostrando erosión de las laderas,

deslizamientos y paleodeslizamientos en los flancos de la microcuenca del río manzanas, principal

dren de la zona, además se observan escarpes de falla y gritas de tracción que indican actividad

geodinámica resiente, los deslizamientos en esas zonas ponen en peligro constante a la población,

afectado tanto terrenos de cultivo, viviendas y las vías de acceso, vulnerando de esta manera la

productividad y calidad de vida. Realizar una exploración geotécnica en la zona nos permitirá

identificar y analizar la inestabilidad tanto del terreno, taludes, laderas en diferentes condiciones

como de las estructuras construidas, mediante descriptores geológicos y geotécnicos; y poder

definir los factores condicionantes de dicha inestabilidad, con lo que se podrá sugerir algunas

medidas de solución.

1.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cuáles son las características geotécnicas que presenta el caserío de Chamis y cuales son los

factores que fomentan la inestabilidad en dicha zona?

1.3. JUSTIFICACIÓN

El estudio abarca realizar el cartografiado geológico, geomorfológico y geomecánico, la

caracterización del macizo rocoso y analizar los factores condicionantes de la inestabilidad que

presenta la zona, de allí su importancia ya que ayuda a calificar las zonas que presentan riesgos

geológicos; los que pueden afectar a la población del área de estudio y las zonas de influencia.

Además el estudio puede contribuir como antecedente para posteriores estudios de mayor

envergadura, en los que se requiera analizar el macizo rocoso y las condiciones de inestabilidad.


9

1.4. OBJETIVOS

1.4.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar las características geotécnicas que presenta el caserío de Chamis mediante

descriptores geológicos y geotécnicos y definir los factores que fomentan la inestabilidad en

dicha zona.

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Identificar descriptores geológicos como: unidades geomorfológicas, hidrológicas e

hidrogeológicas.

Realizar el cartografiado geológico, reconociendo las unidades litoestratigráficas y las

estructuras geológicas.

Identificar los descriptores geotécnicos y realizar la caracterización geomecánica teniendo en

cuenta los parámetros del RMR de Bieniawski y GSI de Hoek y Brown

Determinar las propiedades geomecánicas utilizando el software RocLab

Realizar el análisis de estabilidad de los taludes y laderas calculando el factor de seguridad

mediante el software Slide

Realizar el análisis de las estructuras construidas en la zona utilizando el paquete Geostru.

1.5. METODOLOGÍA

El trabajo consistió en dos etapas cíclicas, una etapa de campo en la que se realizó la toma de datos

y una de gabinete para el procesamiento de dichos datos.

1.5.1. CAMPO

Cartografiado geológico y estructural, usando brújula, determinando el Dip y DD de las

estructuras y formaciones presentes en la zona de estudio.

Recolección de datos geomecánicos utilizando un formato establecido.

Caracterización geomecánica en campo mediante el GSI.

Descripción de los taludes tomado su propiedades geométricas.

Descripción de estructuras construidas midiendo sus dimensiones.


10

1.5.2. GABINETE

Elaboración de los planos Geológico, Geomecánico y Geodinámico

Evaluación geomecánica en base a los resultados.

- Rock Mass Rating ( Bieniawski 1989)

- Geological Strength Index (Hoek & Brown 2002)

Determinación de las propiedades geomecánicas utilizando el software RocLab.

Evaluación de estabilidad y determinación del factor de seguridad en taludes utilizando el

software Slide.

Evaluación de estabilidad de las estructuras construidas en la zona utilizando el paquete

Geostru.

1.5.3. HERRAMIENTAS DE TRABAJO

Se ha utilizado las herramientas necesarias para un estudio geológico y geotécnico.

Picota

Brújula brunton

Plano topográfico y geológico de la zona

Lupa de 20x

Acido clorhídrico al 20%

Libreta de campo

Protactor

Colores

GPS

Cámara fotográfica

Formato para la recopilación de datos geomecánicos

Otros

Materiales para Campo Para Gabinete y Laboratorio

Tablero

Libreta de Campo

Colores, lápiz y borrador

GPS

Picota

Protactor ( 1: 10 000)

Cámara fotográfica

Lupa de 10X y 20X

Flexómetro ( 3–5 m)

Wincha ( 50 m)

Plumón indeleble.

Laptop HP

Microsoft Word 2007

Microsoft Excel 2007

ArcGIS 9.3

Google Earth

Internet Explorer

Impresora

Plotter HP

Papel Bond


11

CAPITULO II: MARCO TEÓRICO

2.1. ROCK MASS RATING (RMR).

El RMR, introducido por Bieniawski 1976, es posiblemente la clasificación geomecánica más usada,

inicialmente pensado para valorar la estabilidad y los soportes requeridos en túneles, ha resultado ser

apto también para la valoración de la estabilidad en taludes. El RMR es una clasificación

geomecánica, en la que se tienen en cuenta los siguientes parámetros del macizo rocoso:

(1) Resistencia del material intacto que se obtiene mediante ensayo de carga puntual o compresión

simple.

(2) RQD.

(3) Espaciado de las discontinuidades, hace referencia a la longitud entre discontinuidades dentro de

la zona a estudio.

(4) Condición de las discontinuidades, que incluye:

i. Longitud de la discontinuidad

ii. Abertura

iii. Rugosidad

iv. Relleno

v. Alteración

(5) Presencia de agua subterránea

A cada uno de los parámetros anteriores se le asigna un valor, el RMR se obtiene como la suma de

todos ellos.

RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5)


12

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


13

2.2. GEOLOGICAL STRENGTH INDEX (GSI).

El GSI es un sistema para la estimación de las propiedades geomecánicas del macizo rocoso a partir

de observaciones geológicas de campo.

Las observaciones se basan en la apariencia del macizo a nivel de estructura y a nivel de condición

de la superficie. A nivel de estructura se tiene en cuenta el nivel de alteración que sufren las rocas, la

unión que existe entre ellas, que viene dada por las formas y aristas que presentan, así como de su

cohesión. Para las condiciones de la superficie, se tiene en cuenta si ésta está alterada, si ha sufrido

erosión o que tipo de textura presenta, y el tipo de recubrimiento existente.

Una vez realizadas las observaciones se escoge en la siguiente tabla la situación que más se acerca a

la realidad del macizo a estudio, obteniendo de esta forma, el valor del GSI


14

2.3. TALUD Y LADERAS

Se entiende por talud a cualquier superficie inclinada respecto de la horizontal que hayan de adoptar

permanentemente las estructuras de tierra. No hay duda que el talud constituye una estructura

compleja de analizar debido a que en su estudio coinciden los problemas de mecánica de suelos y de

mecánica de rocas, sin olvidar el papel básico que la geología aplicada desempeña en la formulación

de cualquier criterio aceptable.

Cuando el talud se produce en forma natural, sin intervención humana, se denomina ladera natural o

simplemente ladera. Cuando los taludes son hechos por el hombre se denominan cortes o taludes

artificiales, según sea la génesis de su formación; en el corte, se realiza una excavación en una

formación térrea natural (desmontes), en tanto que los taludes artificiales son los lados inclinados de

los terraplenes.

2.4. MÉTODOS DE ANÁLISIS DE ESTABILIDAD

Los métodos de cálculo para analizar la estabilidad de un talud se pueden clasificar en dos grandes

grupos:

2.4.1. MÉTODOS DE CÁLCULO EN DEFORMACIONES

Consideran en el cálculo las deformaciones del terreno además de las leyes de la estática. Su

aplicación práctica es de gran complejidad y el problema debe estudiarse aplicando el

método de los elementos finitos u otros métodos numéricos.

2.4.2. MÉTODOS DE EQUILIBRIO LÍMITE

Se basan exclusivamente en las leyes de la estática para determinar el estado de equilibrio de

una masa de terreno potencialmente inestable. No tienen en cuenta las deformaciones del

terreno. Suponen que la resistencia al corte se moviliza total y simultáneamente a lo largo de

la superficie de corte.

Se pueden clasificar a su vez en dos grupos:

2.4.2.1. Métodos exactos

La aplicación de las leyes de la estática proporciona una solución exacta del problema con la

única salvedad de las simplificaciones propias de todos los métodos de equilibrio límite

(ausencia de deformaciones, factor de seguridad constante en toda la superficie de rotura,

etc.). Esto sólo es posible en taludes de geometría sencilla, como por ejemplo la rotura planar

y la rotura por cuñas.


15

2.4.2.2. Métodos no exactos

En la mayor parte de los casos la geometría de la superficie de rotura no permite obtener una

solución exacta del problema mediante la única aplicación de las leyes de la estática. El

problema es hiperestático y ha de hacerse alguna simplificación o hipótesis previa que

permita su resolución.

Se pueden considerar así los métodos que consideran el equilibrio global de la masa

deslizante, hoy en desuso, y los métodos de las dovelas o rebanadas, que consideran a la

masa deslizante dividida en una serie de fajas verticales.

Los métodos de las dovelas o rebanas pueden clasificarse en dos grupos:

· Métodos aproximados: no cumplen todas las ecuaciones de la estática. Se pueden

citar por ejemplo los métodos de Fellenius, Janbu y Bishop simplificado.

· Métodos precisos o completos: cumplen todas las ecuaciones de la estática. Los más

conocidos son los de Morgenstern-Price, Spercer y Bishop riguroso.


16

2.5. MODELOS DE ROTURA DE ROCAS

2.5.1. ROTURA PLANAR

Se llama rotura planar o plana a aquella en la que el deslizamiento se produce a través de una

única superficie plana.

Es la más sencilla de las formas de rotura posibles y se produce cuando existe una

fracturación dominante en la roca y convenientemente orientada respecto al talud.

Frecuentemente se trata de fallas que interceptan al talud.

También puede producirse en terrenos granulares en los que, entre dos terrenos de buenas

características resistentes, se intercala un estrato de poco espesor de material con menos

resistencia.

Este tipo de rotura no es muy frecuente, ya que deben darse las dos condiciones siguientes:

· Los rumbos o trazas horizontales del plano del talud y del plano de deslizamiento deben

ser paralelos o casi paralelos, formando entre sí un ángulo máximo de 20º.

· Los límites laterales de la masa deslizante han de producir una resistencia al deslizamiento

despreciable.


17

2.5.1.1. Análisis de estabilidad en rotura planar

En el caso de rotura planar el factor de seguridad FS se obtiene de forma directa como cociente entre

las fuerzas que tienden a producir el movimiento y las fuerzas resistentes del terreno que se oponen

al mismo, proyectadas todas según la dirección del plano de rotura. Al calcular FS de esta manera,

se supone implícitamente constante a lo largo de toda la superficie de rotura, lo cual se acepta a

pesar de no ser estrictamente cierto.

En el caso más general, se considera que el plano de deslizamiento se encuentra limitado en su parte

superior por una grieta de tracción, que se puede suponer plana, total o parcialmente llena de agua.

En el plano de rotura aparecen unas presiones intersticiales que dependen de la situación de la línea

de saturación y de las características del terreno.


18

2.5.2. ROTURA POR CUÑAS

Se denomina rotura por cuña, aquella que se produce a través de dos discontinuidades

oblicuamente a la superficie del talud, con la línea de intersección de ambas aflorando en la

superficie del mismo y buzando en sentido desfavorable.

Este tipo de rotura se origina preferentemente en macizos rocosos en los que se da una

disposición adecuada, en orientación y buzamiento de las diaclasas.

2.5.2.1. Geometría de la rotura por cuñas

Si proyectamos el plano del talud y las discontinuidades en una proyección semiesférica

equiareal de Schmidt, la disposición típica de los casos en que es posible este tipo de rotura,

es como el que aparece en la figura adjunta. En ella se aprecian dos familias de

discontinuidades de rumbos oblicuos respecto al del talud, quedando el rumbo de éste

comprendido entre los de las familias de discontinuidades.

La dirección de deslizamiento es la de la intersección de las dos familias de discontinuidades

y ha de tener menos inclinación que el talud.


19

CAPITULO III: ASPECTOS GENERALES

3.1. UBICACIÓN

3.1.1. UBICACIÓN GEOGRÁFICA.

Geográficamente La presente zona de estudio se encuentra localizada en la parte Nor-

Occidental de los andes peruanos.

Figura 1. Imagen satelital de la zona de estudio

3.1.2. UBICACIÓN POLÍTICA.

Departamento: Cajamarca

Provincia: Cajamarca

Distrito: Cajamarca.

Caserío: Chamis


20

El área de estudio se encuentra en el caserío de Chamis, con una extensión de 8 km2 (800 ha),

ubicada en la zona 17S, de coordenadas UTM (WGS 84):

Tabla: Vértices del área de estudio.

VERTICE NORTE ESTE

V1 9 212000 770 000

V2 9 208 000 770 000

V3 9 208 000 768 000

V4 9 212 000 768 000


21

3.2. ACCESIBILIDAD

El acceso principal hacia la zona de estudio es la carretera afirmada Cajamarca – Chamis la cual

cruza prácticamente toda el área con una dirección NW.; de dicha carretera parten caminos de

herradura dirigidos a los diferentes lugares de la zona, los cuales utilizamos para recorrer la zona

durante el estudio.

Figura 2. Carretera sin asfaltar a Chamis

Caminos de herradura

Podemos citar los diferentes caminos de herradura y pequeños caminos que son utilizados por los

pobladores del lugar, para desplazarse de un lugar a otro, que van tanto al caserío de Chamis como

a Cajamarca, los cuales al igual que las diferentes carreteras, han sido de mucha utilidad para

efectuar de manera aceptable el trabajo de campo respectivo.


22

3.3. CLIMA Y VEGETACIÓN

3.3.1. CLIMA

En la ciudad de Cajamarca y alrededores el clima es seco, templado y soleado durante el día,

refrigerando en la noche.

Temperatura media anual: 13.5ºC (máxima media: 20.4º C y mínima media: 6.6ºC).Estación

de lluvias intensas: diciembre a marzo. Las lluvias determinan durante el año dos estaciones:

La seca, que corresponde al otoño e invierno en el hemisferio sur y en la costa peruana, de

intenso sol, bastante templado durante el día y refrigerado en las noches, se presenta durante

los meses de mayo a septiembre; mientras que la temporada de lluvias, pertenece al verano

costeño y del mismo hemisferio, se da en los meses de julio y agosto.

Tabla 2. El Clima En Cajamarca

Figura 3. Clima en Chamis


23

3.3.2. PRECIPITACIÓN

La parte alta de la microcuenca del río manzanas, está ubicado entre los 3,000 y 3,900

m.s.n.m., y aun cuando no existe una estación meteorológica en estos lugares, podemos

estimar una precipitación similar a la zona de Porcón que tiene una precipitación entre 1000

a 1280 milímetros al año, diferenciándose una época seca (junio – octubre) y lluviosa

(noviembre – abril).

Figura 4. Precipitaciones durante el año

Fuente: www.clima.geocdel.com

3.3.3. TEMPERATURA

La temperatura de estas áreas, está alrededor de los 10 ºC. En promedio, aun cuando en

épocas secas la temperatura desciende a menos 4 ºC. Sobre todo en las madrugadas; las

temperaturas máximas pueden llegar de 14º a 16 ºC.


24

Figura 5. Rangos de temperatura en Cajamarca

Fuente: www.clima.geocdel.com

Figura 6. temperatura en el mes de febrero-2013


25

3.3.4. HUMEDAD RELATIVA

En la época de lluvia (octubre a marzo), generalmente están cubiertas de neblina a partir de

las 3 a 4 de la tarde, sobre todo en la parte de Sexemayo, Cushunga y Carhuaquero. La

humedad relativa es muy baja en la época de sequía (Junio a Setiembre), pudiendo ser en

algunos casos menos del 30 % y muy alta en la época de lluvia, que puede llagar hasta 98 %

cuando la neblina es permanente.

3.3.5. VEGETACIÓN

Con una vegetación de plantas silvestres, árboles y arbustos, eucaliptos, pinos, entre otros. El

uso de la tierra se desarrolla una agricultura temporal (en época de lluvia), en donde se

suelen sembrar maíz, papa, legumbres, principales en la alimentación de la población, entre

otros, se encuentran también el sembrío de alfalfa y forraje, esenciales en la alimentación del

ganado, etc.

Figura 7. Vegetación en Chamis

3.4. TRABAJOS PREVIOS

La zona ha sido estudiada anteriormente por:

Luis Reyes Rivera, 1980; Boletín Nº 31 – serie A ”Geología de los cuadrángulos de

Cajamarca, San Marcos y Cajabamba” – INGEMMET

Recursos Hídricos y Manuales Jequetepeque INVENTARIO DE FUENTES DE AGUAS

SUBTERRÁNEAS EN EL VALLE JEQUETEPEQUE – CHAMÁN.

http//:www.inrena.gob.pe

Gilberto Cruzado Vásquez, 2009; “Gestión del riesgo frente a la amenaza de deslizamientos

(zona de urubamba, corisorgona y ronquillo)” - CARE

Alumnos de la escuela académica profesional de Ingeniería Geológica.


26

CAPITULO IV: DESCRIPTORES GEOLÓGICOS

4.1. GEOMORFOLOGÍA

La zona de estudio presenta un relieve variado, con pendiente bajas al norte y mayores

pendientes al sur.

Se distinguen valles en V, con laderas empinadas, y cubriendo el basamento rocoso la presencia

de suelos orgánicos, es decir recubiertos por depósitos cuaternarios principalmente aluviales,

productos de la erosión.

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

4.1.1. TOPOGRAFÍA

La zona de estudio presenta un relieve muy accidentado que es correspondiente a la cordillera

occidental de los andes peruanos, consta al Norte y Noroeste con una pendiente de 0-20º y en

las partes bajas (Sureste) con una pendiente más empinada de 15-40º al flanco derecho del rio

Cuschunga aguas abajo, donde se observa la mayor concentración de depósitos cuaternarios

como son eluviales y Coluviales, indicando que los procesos de meteorización y erosión tienen

un efecto medianamente importante en la zona.


27

4.1.2. ELEMENTOS DEL RELIEVE

4.1.2.1. Drenaje

En esta área predomina el drenaje de tipo dendrítico especialmente en el material

sedimentario. Estos drenajes cuentan con agua en la mayoría de los casos, en épocas de

lluvia, por lo que el resto del año sucede lo contrario. Estos pequeños drenajes son afluentes

de los ríos antes mencionados los cuales llevan sus aguas al río Marañón.

En la zona es común encontrar drenajes en formación (Cárcavas) y quebradas que ayudan a

drenar el curso del agua en época de lluvias. Predominando la erosión de fondo provocando

deslizamientos y desplomes de algunas zonas frágiles.

Dentro de la zona de estudio se localizan 3 ríos principales: Río Manzanas (con dirección W-

E), el río Cuschunga (con dirección WNW-ESE), y el río Balconsillo (con dirección SW-

NE).

El comportamiento del Río Manzanas tienen mayormente una dinámica fluvial representada

por la sedimentación de materiales gruesos hasta arenas finas dentro de sus cauces .En

cambio los ríos Cuschunga y Balconcillo son mayormente erosivos tanto de fondo como

lateral, transportando materiales gruesos y finos en temporadas de lluvias, transportando el

material con gran velocidad hasta la unión con el río Manzanas.

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


28

4.1.2.2. Superficies de erosión

Se considera la existencia de una sola superficie de erosión siguiendo los niveles

topográficos comprendidos entre los 3200-3400 msnm, generada por procesos de flujo de las

aguas de escorrentía y a su vez controlado principalmente por la composición litológica.

Figura 10. Superficie de erosión 3200 - 3400 msnm

4.1.2.3. Valles

La zona presenta principalmente valles con perfil transversal en V, originados por los ríos

Manzanas, Cuschunga y Balconsillo. Estos valles son típicos de una zona con evolución

geomorfológica joven.

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


29

4.1.2.4. Terrazas

Las terrazas encontradas en la zona de estudio son del tipo aluviales y fluviales,

principalmente como producto de la acción fluvial del rio Manzanas y el río Balconsillo.

Figura 12. Terraza aluvial en la zona de estudio

4.1.2.5. Colinas

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

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


30

4.1.2.6. Laderas

La zona presenta laderas desde moderadamente inclinadas hasta laderas empinadas.

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

4.1.3. PROCESOS MORFOLÓGICOS

La erosión y meteorización en la zona de estudio se presenta de manera anisotrópica, en la

parte sur se presenta con mayor intensidad produciendo pendientes mas abruptas mientras que

hacia el norte no es muy intensa produciendo pendientes mas homogéneas y medos

inclinadas.

4.1.3.1. Cárcavas

Estructura reconocida por que permite el paso del agua y ésta por su poder erosivo va

socavando la superficie del terreno, pero en grandes dimensiones; solo presenta flujo de agua

en época lluviosa.

Figura 15. Cárcavas en la zona de estudio


31

4.1.3.2. Remoción de masas

Dentro del área de estudio se evidenciaron deslizamientos a lo largo principalmente de las

formaciones Chúlec y Pariatambo, y en depósitos cuaternarios, Lo que nos indica que la zona

de estudio se encuentra en un alto riesgo geológico.

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

Figura 17. Deslizamiento en la zona de estudio


32

4.2. HIDROLOGÍA E HIDROGEOLOGÍA

La zona evaluada pertenece a la cuenca del río Tres río, incluye tres importantes sub-cuencas, el río

Manzanas, el río Cuschunga y el río Balconcillo, que son de segundo orden según el sistema de

Horton, cuyos afluentes son quebradas que en épocas de estiaje permanecen secas. Estos ríos son

afluentes de la cuenca del río Tres Ríos.

La influencia hidrogeológica depende la precipitación, en el mes de febrero de este año la

precipitación máxima en la zona llegó hasta 3.5 mm.

En la zona se cuenta con una laguna, “Laguna Mataracocha”, que es una superficie libre e influye en

la evapotranspiración que se presenta.

Figura 18. Precipitación del mes de febrero de 2013

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


33

4.3. LITOLOGÍA

La diferente litología que se presenta en la zona interviene en el comportamiento geotécnico, puesto

que se encuentra rocas clásticas de la Formación Farrat y la Formación Inca, y rocas no clásticas de

las Formaciones Chulec, Pariatambo, Yumagual y Quilquiñan-mujarrum.

4.3.1. FORMACIÓN FARRAT

Se diferencia por su alta resistencia a la erosión, esta formada por estratos de gran espesor de

areniscas blancas y algunos paquetes finos de lutitas en su base y algunos horizontes de

limolitas en el centro. Esta formación es de edad Aptiana – Cretáceo inferior. Presentan un

rumbo y buzamiento promedio de S70°W-30°SW.

Su alta resistencia le permite ser más estable frente a procesos geodinámicos. Y su alta

porosidad y permeabilidad le dan característica de una unidad geológica propicia para

comportarse como acuífero.

Figura 20. Areniscas blancas de la Formación Farrat.


34

Tabla 3. Columna Estratigráfica de la Formación Farrat


35

4.3.2. FORMACIÓN INCA

Esta unidad es basal de la trasgresión albiana. Está ampliamente distribuida en el área de

Cajamarca, teniendo su localidad típica en los Baños del Inca donde tiene 75m de grosor

aproximadamente. En el área de estudio presenta 50m de espesor. Consiste en lutitas

ferruginosas, generalmente gris pardo con intercalaciones de limolitas, también pardo

amarillentas, y algunos horizontes de areniscas calcáreas. Hidrogeológicamente puede

comportarse como acuitado por la poca permeabilidad que presentan.

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


36

Tabla 4. Columna Estratigráfica de la Formación Inca


37

4.3.3. FORMACIÓN CHÚLEC

Esta formación se distingue claramente por su constitución litológica de calizas, calizas

arenosas, que ocurren en estratos gruesos de 20 cm a 1 m de espesor y margas beigs,

usualmente están intercaladas con capas de lutitas pardas y en ocasiones con lutitas grises

oscuras. La formación chúlec es diferenciable por su coloración crema en superficie y por su

menor resistencia a la erosión, se estima su espesor entre 600-800 m.

En la zona encontramos a la la Fm. Chúlec conformada por intercalación de calizas con lutitas

pardo amarillentas. Cerca del contacto con el intrusivo Chamis se encuentra marmolizada.

Es una unidad muy fosilífera, conteniendo ejemplares de. Knemiceras, Parangonceras.

Exogyras y bivalvos muy abundantes.

Figura 22. Calizas nodulares de la Formación Chulec.

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


38

Tabla 5. Columna estratigráfica de la Formación Chulec


39

4.3.4. FORMACIÓN PARIATAMBO

El área consiste de una alternancia de lutitas con lechos delgados de calizas bituminosas

negruzcas, estratos calcáreos con nódulos silíceos y dolomíticos, con un característico olor

fétido al fracturarlas.

La formación Pariatambo yace concordantemente sobre la formación Chúlec e infrayace, con

suave discordancia a la formación Yumagual.

En el techo de esta Formación se encuentra un horizonte de chert, que ayuda a diferenciarla

en campo.

Pariatambo es muy fosilífera, conteniendo ejemplares de Brancoceras. Lyelliceras,

Oxytropidoceras, además de bivalvos y crinoides. Su edad ha sido determinada como del

Albiano medio. Su espesor promedio en la zona de estudio es de 250m presentándose una

intercalación de lutitas, margas y calizas en estratos delgados.

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


40

Figura 25. Horizonte de Chert, en el tope de la Formacion Pariatambo

Tabla 6. Columna Estratigráfica de la Formación Pariatambo.


41

4.3.5. FORMACIÓN YUMAGUAL

Suprayace con leve discordancia a la formación Pariatambo con un ángulo entre 8° - 12°. Está

conformada por una secuencia de 3 facies diferenciadas litológicamente.

Debido a las características litológicas identificadas; conformada básicamente por calizas y

algunas facies fosilíferas nos permite relacionar su ambiente de sedimentación que

correspondiendo a una plataforma marina.

Figura 26. Calizas intercaladas con lutitas de la Formación Yumagual

4.3.6. GRUPO QUILQUIÑAN – MUJARRUM

Presenta un espesor variable de 300 – 350 m, consiste calizas pardas masivas tipo de gran

dureza, en estratos potentes de 0.70 – 2 m.

Figura 27. Calizas del Grupo Quilquiñan – Mujarrum


42

4.3.7. INTRUSIVO CHAMIS

Es un intrusivo dioritico, en la zona de estudio se encuentra alterado, con una alteración argílica a

argílica intermedia, presentando principalmente, caolinita y montmorillonita, que se sobreimpone a

una alteración potásica. En zonas de Stockwork se pueden identificar hasta tres familias de venillas,

venillas primarias del tipo A que Son irregulares, discontinuas y sinuosas rellenadas con magnetita,

cuarzo y pirita. Venillas del tipo B Son continuas, planares, con caras paralelas y normalmente con

algún bandeamiento interno, Constituidas por cuarzo de grano grueso, sulfatos se presentan en el

eje (centro) de estas venillas y en bandas irregulares paralelas a las paredes. Y finalmente venillas

del tipo D, son más tardías y más gruesas rellenadas por sílice.

Figura 28. Afloramiento de Dioritas con alteración argílica

4.3.8. DEPÓSITOS CUATERNARIOS

Son principalmente depósitos aluviales que cubren la zona, compuestos por gravas subredondeas en

una matriz de arena y limos.

Figura 29. Depósito aluvial


43

4.4. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

El área estudiada pertenece a una zona paratectónica; como estructura principal tenemos al sinclinal

Chamis, que representa la deformación dúctil, además se presenta deformación frágil evidenciada

por la presencia de fallas de dirección que han sido utilizados por los agentes meteóricos para

formar los causes de los ríos. A continuación describimos las estructuras encontradas:

4.4.1. SINCLINAL

La zona es intersectada por el eje del sinclinal Chamis con una dirección SE-NW cuya

formación se le atribuye al segundo movimiento del Ciclo Andino que se habría dado en el

Terciario Superior caracterizado por un régimen compresivo controlado por esfuerzos con

dirección SW-NE, además como se observa en la proyección estereográfica utilizando el

software Dips, el eje de éste sinclinal posee un plunge de 12° en dirección NW lo que nos

muestra que habría sido afectado por un levantamiento epirogenético que sería el cuarto

movimiento del Ciclo Andino producido en el Mio-Plioceno.

De todos los datos tomados en campo, utilizando la proyección estereográfica, se ha

determinado los planos mayores, con lo que se obtuvo la inclinación y dirección de inclinación

promedio de los flancos: flanco izquierdo 59/22, flanco derecho 32/230; dirección del eje 299

y plunge 12. Con estos datos se afirma que es un sinclinal asimétrico que, como veremos más

adelante en el análisis de diaclasas, presenta deformación en la charnela.

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

Chamis


44

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

4.4.2. MICROPLIEGUES

El macizo rocoso en su totalidad no es continuo, homogéneo, isotrópico y linealmente

elástico; por lo tanto sus componentes responden con diferente deformación frente a los

mismos esfuerzos, así, en una estratificación rítmica de lutitas y calizas como se muestra en la

imagen los estratos responden de una manera diferente a los esfuerzos, deformándose

individualmente, formando estructuras menores como el caso de los micropliegues; esto se

evidencia en que las lutitas por se menos competentes tienden a sufrir mayor deformación, a

diferencia de las calizas que son más competentes.

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


45

4.4.3. FALLAS

Producto de deformación frágil, en la zona se encuentran fallas normales y de dirección que a

continuación se describen:

4.4.3.1. Fallas normales

En la zona estudiada existe un mayor porcentaje de fallas normales, las cuales están

asociadas a fuerzas de tracción.

En la zona encontramos sistemas de fallas normales que se habrían formado por esfuerzos

tensionales producto de la relajación de los esfuerzos que formaron el plegamiento.

Figura 33. Falla normal en calizas de la Formación Chúlec

4.4.3.2. Falla de dirección

En la zona se ha identificado sistemas de fallas de dirección las cuales han sido utilizadas

como zonas de debilidad para formar los causes de drenaje. También se observan fallas de

dirección de carácter local.

Figura 34. Falla dextral en la Formación Pariatambo.


46

4.4.3.3. Fracturas en cuña

Como se aprecia en la siguiente imagen, esto se produce por la existencia de dos familias de

diaclasas de rumbos oblicuos respecto a una tercera, quedando el rumbo de ésta comprendido

entre los de las familias anteriores.

En la proyección estereográfica se puede observar que el punto de intersección de los

círculos máximos de las dos familias de diaclasas es exterior al círculo máximo que

representa la tercera.

Figura 35. Fracturas en Cuña en la Formación Yumagual

4.4.4. DIACLASAS

Están asociadas a las estructuras principales, producto del comportamiento frágil del macizo rocoso

frente a los esfuerzos. Cuando la curva Esfuerzo/Deformación llega al punto de rotura, sólo se

requiere de un Δσ para producir que el material responda fracturándose, si este Δσ es lo

suficientemente grande puede producir un fallamiento. En la figura 36 se puede observar la

deformación de un macizo frente a esfuerzos, así el segmento OA representa la deformación de un

material linealmente elástico, al incrementar el esfuerzo, la deformación empieza a aumentar más

rápidamente para cada incremento en esfuerzo con lo que la curva de esfuerzo deformación asume

luego una pendiente cada vez más pequeña hasta que en el punto B de la curva se vuelve horizontal.

Este fenómeno se conoce como fluencia del material, y el esfuerzo en el punto B se denomina

esfuerzo de fluencia. En la región de B hasta C, el material se vuelve perfectamente plástico, lo que

significa que puede deformarse sin un incremento en el esfuerzo, es en este momento donde se


47

produce los plegamientos en un macizo rocoso. Después de sufrir las grandes deformaciones que se

presentan durante la fluencia en la región BC el material empieza a mostrar un endurecimiento por

deformación. Durante este proceso, el material sufre cambios en sus estructuras cristalina y atómica,

lo que origina un incremento en la resistencia del material a futuras deformaciones. Por tanto, una

deformación adicional requiere de un incremento en el esfuerzo, y la curva Esfuerzo/Deformación

toma una pendiente positiva desde C hasta D. Finalmente el esfuerzo alcanza su valor máximo, es a

partir de este momento en el que se produce el fracturamiento del macizo. Cuando existe una

reducción en la carga, relajamiento de esfuerzo, el material responde deformándose dúctilmente

hasta el punto E donde se produce una segunda rotura del material.

Cuando el esfuerzo inicial era compresivo, hasta el punto D, se habrá producido la formación de un

pliegue y como el material geológico no es homogéneo asociado al plegamiento se producen

diaclasas de tensión en la charnela y diaclasas de compresión en el seno, un incremento en el

esfuerzo provocará la formación de fallas inversas o como en nuestro caso fallas de dirección al

actuar una cupla de estos esfuerzos; luego, en la etapa de relajación de esfuerzos se produce una

estricción en el macizo hasta llegar a la rotura (punto E) generando fallas normales. Junto con estos

fallamientos también se generan diaclasas producto de la liberación de esfuerzos que se distribuyen

en todo el macizo rocoso.

Figura 36. Curva Esfuerzo/Deformación


48

Figura 37. Diaclasas en la Formación Ymagual

Como se aprecia en la proyección estereográfica en esta estación se ha identificado tres familias de

diaclasas, D1 que representa la cara del talud, D2 que presenta cierta ortogonalidad con el plano de

estratificación lo que nos permite concluir que el plegamiento que ha formado el sinclinal Chamis se

a dado por esfuerzos perpendiculares a los flancos produciendo una máxima deformación en la

chanela; y una tercera familia D3 oblicua a las dos anteriores que define una blocosidad irregular.

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


49

Figura 39. Diaclasas en la Formación Chúlec

Esta estación está ubicada en el flanco derecho del sinclinal Chamis, como se puede apreciar en la

proyección estereográfica, se han identificado dos familias de diaclasas y un irregular D1, la cara del

talud, D2 perpendicular al plano de estratificación y DI la diaclasa irregular.

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


50

CAPITULO V: DESCRIPTORES GEOTÉCNICOS

5.1. CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS

Se han realizado estaciones geomecánicas en diferentes afloramientos, pudiendo clasificarlos en

cinco tipos de macizos rocosos, que se diferencian por su composición litológica, propiedades de la

matriz rocosa, condiciones de las discontinuidades y clasificación de la calidad de roca.

5.1.1. MACIZO I

En esta denominación agrupamos a los depósitos cuaternarios, que en la zona son

principalmente aluviales, están compuestos por gravas subredondeadas con matriz de arenas,

limos, consideramos su peso especifico 19 kN/m3, ángulo de fricción interna 36° y cohesión

2 kN/m2. Estos depósitos son inestables a pesar que se encuentran en áreas de baja pendiente,

su inestabilidad se refleja por desarrollarse remociones en masa y deslizamientos. La baja

cohesión que poseen hace que al infiltrase el agua pluvial, erosione el material provocando

hundimientos y posteriormente el deslizamiento.

Figura 41. Hundimientos en materiales cuaternarios


51

Se realizó una sección geomecánica (sección AA’) para determinar la estabilidad de la ladera

utilizando el software Slide 5, obteniéndose un factor de seguridad de 3.9 en condiciones normales

y en condiciones saturadas un factor de seguridad de 0, lo que nos muestra la inestabilidad frente a

la acción de la presión de poros que aumenta cuando el agua pluvial se infiltra, esto explicaría el

porqué de los asentamientos y deslizamientos que se encuentran en depósitos cuaternarios de la

zona, que se producirían en épocas de lluvia. La solución para este problema es disminuir la presión

de poros para lo cual se puede realizar canales de coronación para drenar el agua de lluvia y

disminuir su infiltración.

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

normales.

Figura 43. Izquierda: sección AA’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 0 en condiciones

de saturación, no drenada.

Como se observa en la figura 43, en condiciones no drenadas, el esfuerzo cortante se anula, esto

sucede porque la presión de poros aumenta de tal forma que sobrepasa el coeficiente de fricción


52

interna. Lo que conllevaría a que se produzca la falla en el terreno, pero la superficie de falla

graficada en las figuras 42 y 43 (cóncava hacia arriba) no se produciría en la realidad, sino que se

produciría un hundimiento en la cabecera, y el material reptaría sobre el substrato rocoso. Así como

se muestra en la figura 41. Como ya se dijo el principal causante de esta inestabilidad en el agua

pluvial que aumenta la presión de poros, como se muestra en la figura 44, en condiciones normales

del talud que estamos analizando, el esfuerzo normal efectivo está por debajo de 1400 kPa, pero el

esfuerzo normal total supera los 2200 kPa, lo que indica una presión de poros de hasta 800 kPa.

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

poros.

La solución es obviamente eliminar esta presión de poros, con lo que el factor de seguridad

aumentaría a 4.5 como se observa en la figura 45. Esto se puede lograr realizando un canal de

coronación para drenar el agua de lluvia y evitar que se infiltre.

Figura 45. Izquierda: sección AA’. Derecha: Máximos esfuerzos normal y cortante en la superficie con FS = 4.5 en condiciones

drenadas. El esfuerzo normal total y el esfuerzo normal efectivo coinciden puesto que ya no se tiene presión de poros.


53

5.1.2. MACIZO II

5.1.2.1. Caracterización de la matriz rocosa

Identificación

Dentro de este macizo se encuentran las Formaciones Farrat e Inca, compuestas por areniscas

y lutitas, principalmente, las areniscas poseen un peso específico de 25 kN/m3 y las lutitas 27

kN/m3, promediando el peso especifico utilizado en este macizo rocoso será de 26 kN/m

3.

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

Meteorización

Las areniscas generalmente se presentan decoloradas, rojizas, la roca fresca es de color

blaquesino, mientras que las lutitas por ser menos resistentes a la meteorización a veces se lo

encuentra desintegrada.


54

Resistencia

Para romper las areniscas se requieren varios golpes con el martillo de geólogo,

clasificándose como una roca dura, pero las lutitas son muy débiles, por lo que se puede

considerar un valor promedio de: σci = 50 MPa

5.1.2.2. Descripción de las discontinuidades

Tipos de discontinuidades

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

irregulares.

Figura 47. Discontinuidades en el macizo rocoso II


55

Descripción de las discontinuidades

Orientación

De 161 datos obtenidos y procesados en el software Dips, se determina la orientación

preferente de las tres familias de discontinuidades que, como se aprecia en la imagen de las

proyecciones estereográficas, son:

DISCONTINUIDAD ORIENTACIÓN

DIP DD

Plano de estratificación 82 217

Familia 1 83 258

Familia 2 53 65

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


56

Espaciado

Como se aprecia en el histograma el espaciado predominante que se presenta en esta macizo

es de 0.2 a 0.6 m:

DESIGNACIÓN ESPACIADO (m)

1 > 2

2 0.6 – 2

3 0.2 – 0.6

4 0.06 – 0.2

5 < 0.06

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

Persistencia

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

DESIGNACIÓN PERSISTENCIA (m)

1 < 1

2 1 – 3

3 3 – 10

4 10 – 20

5 > 20


57

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

Abertura

Según el histograma de frecuencias la abertura predominante en este macizo rocoso es de 1

a 5 mm.

DESIGNACIÓN ABERTURA (mm)

1 Nada

2 < 0.1

3 0.1 – 1.0

4 1.0 – 5.0

5 > 5

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


58

Rugosidad

La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso va desde suave a

rugosa predominando el tipo ligeramente rugosa.

DESIGNACIÓN RUGOSIDAD

1 Muy Rugosa

2 Rugosa

3 Ligeramente Rugosa

4 Ondulada - Suave

5 Lisa - pulida

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

Relleno

En este macizo rocoso la mayoría de discontinuidades no poseen relleno.

DESIGNACIÓN RELLENO

1 Ninguno

2 Duro < 5mm

3 Duro > 5mm

4 Suave < 5mm

5 Suave > 5mm


59

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

Meteorización

Las discontinuidades en este macizo rocoso presentan ligera a moderada meteorización,

predominando la primera.

DESIGNACIÓN METEORIZACIÓN

1 Inalterada

2 Ligeramente Alterada

3 Moderadamente Alterada

4 Muy Alterada

5 Descompuesta

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


60

Filtraciones

Dependen de la estación climática, en nuestro caso, las discontinuidades están

predominantemente secas por que la toma de datos se realizo en una época seca.

DESIGNACIÓN FILTRACIÓN

1 Seco

2 Húmedo

3 Mojado

4 Goteo

5 Flujo

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

Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso II pueden resumirse en la siguiente tabla.

PARÁMETRO VALOR

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN

UNIAXIAL (MPa) 50

ESPACIADO (m) 0.2 – 0.6

PERSISTENCIA (m) < 1

ABERTURA (mm) 1 – 5

RUGOSIDAD Ligeramente Rugosa

RELLENO Ninguno

METEORIZACIÓN Ligeramente alterada

FILTRACIÓN Seco


61

5.1.2.3. Clasificación geomecánica del macizo rocoso

Clasificación RQD

Utilizando la ecuación de Priest & Hudson (1976):

( )

: Número de fracturas identificadas en el macizo rocoso por metro lineal

En este macizo roco se han identificado 7 fracturas por metro lineal

Entonces:

= 7

R.Q.D (%) CALIDAD DE LA ROCA

< 25 Muy mala

25 – 50 Mala

50 – 75 Regular

75 – 90 Buena

90 – 100 Excelente

Clasificación RMR

CALCULO RMR UTILIZANDO LA TABLA DE BIENIAWSKI (1989)

PARÁMETROS VALOR PUNTAJE


UNIAXIAL (Mpa) 50 4

RQD (%) 84.42 17

ESPACIADO (m) 0.2 – 0.6 10

CONDICIÓN DE LAS

DISCONTINUIDADES

PERSISTENCIA

(m) < 1 6

ABERTURA (mm) 1 - 5 1

RUGOSIDAD Ligeramente Rugosa 3

RELLENO Ninguno 6

METEORIZACIÓN Ligeramente alterada 5

FILTRACIONES Seco 15

RMR 67

TIPO DE MACIZO ROCOSO II

CALIDAD BUENA


62

Clasificación GSI

GSI = 60

CALIDAD = REGULAR A BUENA

RMR = GSI + 5

RMR = 65

El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 2 unidades del valor calculado utilizando los

parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es el mínimo.


63

5.1.2.4. Determinación de propiedades geomecánicas

Utilizando del software RocLab determinamos las propiedades geomecánicas del macizo

rocoso.

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

Estas propiedades las utilizamos para determinar el comportamiento del macizo rocoso, para

lo cual realizamos el análisis de estabilidad de una ladera (sección BB’) en el software Slide

5. Como se observa en la figura siguiente es una ladera estable con un factor de seguridad

mínimo igual a 1.9

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


64

5.1.3. MACIZO III


Identificación

Este macizo rocoso está compuesto de rocas intrusivas, del pórfido Chamis, por ser de un

origen ígneo, merece un tratamiento individual. Es un pórfido diorítico que presenta

alteración argílica su peso específico promedio es de 28 kN/m3.

Figura 58. Matriz rocosa del macizo rocoso III

Meteorización y alteración

Es importante diferenciar estos dos términos y en este macizo podemos diferenciarlos, la

meteorización se produce por la influencia de los agentes atmosféricos, desintegrando y

descomponiendo la roca. Y la alteración se produce por la influencia de fluidos magmáticos,

los cuales reaccionan con la roca cambiándolo su composición química y propiedades físicas.

Así la matriz rocosa de este macizo que inicialmente era una diorita ahora lo encontramos

como arcillas, montmorillonita, caolinita.


65

Resistencia

La roca diorita en sí es resistente, pero como lo encontramos argilizada, su resistencia ha

disminuido, para este macizo consideraremos una resistencia de: σci = 25 MPa



En este macizo podemos encontrar varios sistemas de fracturas que están rellenadas de

minerales como, magnetita, cuarzo, pirita, y algunos otros minerales, formando Stock Works.

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


66


Orientación

De 211 datos obtenidos y procesados en el software Dips, se ha determinado la presencia de

cinco familias de diaclasas que pertenecen a un sistema de cizalla con orientación NW – SE,

las mismas que son rellenadas por fluidos mineralizantes.


DIP DD

Familia 1 53 215

Familia 2 51 166

Familia 3 36 15

Familia 4 39 78

Familia 5 64 253

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


67

Espaciado


es de 0.06 a 0.2 m:


1 > 2

2 0.6 – 2

3 0.2 – 0.6

4 0.06 – 0.2

5 < 0.06

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

Persistencia

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


1 < 1

2 1 – 3

3 3 – 10

4 10 – 20

5 > 20


68

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

Abertura

Según el histograma de frecuencias la abertura predominante en este macizo rocoso es > 5

mm.


1 Nada

2 < 0.1

3 0.1 – 1.0

4 1.0 – 5.0

5 > 5

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


69

Rugosidad

La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es rugosa.


1 Muy Rugosa

2 Rugosa


4 Ondulada - Suave

5 Lisa - pulida

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

Relleno

A diferencia de los demás macizos rocosos, en éste en particular, las discontinuidades están

rellenas de minerales como óxidos de hierro, cuarzo, pirita, etc., predominando un relleno

duro mayor de cinco milímetros de espesor.


1 Ninguno

2 Duro < 5mm

3 Duro > 5mm

4 Suave < 5mm

5 Suave > 5mm


70

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

Meteorización

Dado que el macizo rocoso está alterado por fluidos hidrotermales, esto influye en las

paredes de las discontinuidades por lo que se clasifica como muy alterada.


1 Inalterada



4 Muy Alterada

5 Descompuesta

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


71

Filtraciones




1 Seco

2 Húmedo

3 Mojado

4 Goteo

5 Flujo

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

Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso III pueden resumirse en la siguiente

tabla.

PARÁMETRO VALOR


UNIAXIAL (MPa) 25


PERSISTENCIA (m) 1 – 3

ABERTURA (mm) > 5

RUGOSIDAD Rugosa

RELLENO Duro > 5 mm

METEORIZACIÓN Muy Alterada

FILTRACIÓN Seco


72


Clasificación RQD


( )



Entonces:

= 12


< 25 Muy mala

25 – 50 Mala

50 – 75 Regular

75 – 90 Buena


Clasificación RMR




UNIAXIAL (Mpa) 25 4

RQD (%) 66.26 13

ESPACIADO (m) 0.06 – 0.2 8

CONDICIÓN DE LAS

DISCONTINUIDADES

PERSISTENCIA

(m) 1 – 3 4

ABERTURA (mm) > 5 0

RUGOSIDAD Rugosa 5

RELLENO Duro > 5 mm 2

METEORIZACIÓN Muy Alterada 1


RMR 52

TIPO DE MACIZO ROCOSO III

CALIDAD REGULAR


73

Clasificación GSI

GSI = 50

CALIDAD = REGULAR

RMR = GSI + 5

RMR = 55


parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es bajo.


74



rocoso.

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

Con estas propiedades realizamos el análisis de estabilidad en la sección CC’, obteniendo un factor

de seguridad de 5.7, esta estabilidad tal ves esté dada por la poca pendiente que tiene la superficie.

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


75

5.1.4. MACIZO IV


Identificación

En este macizo se agrupan a las rocas calcáreas de las Formaciones Chulec, Yumagual y el

Grupo Quilquiñan-Mujarrum, son calizas masivas con algunas intercalaciones de lutitas, el

peso específico promedio que se considera para este macizo es de 27 kN/m3.

Figura 70. Matriz rocosa del macizo rocoso IV

Meteorización

La superficie de la roca presenta una coloración gris amarillenta mientras que la roca fresca

es de color gris oscuro. Cerca del contacto con el intrusivo la roca ha sufrido una alteración

metamórfica por aumento de temperatura, convirtiéndose en mármol.


76

Resistencia

Para romper la roca se requieren hasta cuatro golpes con el martillo de geólogo,

clasificándose como una roca dura, por sus propiedades e intercalaciones con lutitas se puede

considerar el valor de: σci = 75 MPa



Se ha identificado tres familias de discontinuidades, el plano de estratificación y dos familias

de diaclasas, además de algunas irregulares

Figura 71. Discontinuidades en el macizo rocoso IV


77


Orientación





DIP DD


Familia 1 81 283

Familia 2 57 78

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


78

Espaciado


es de 0.2 a 0.6 m:


1 > 2

2 0.6 – 2

3 0.2 – 0.6

4 0.06 – 0.2

5 < 0.06


Persistencia

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


1 < 1

2 1 – 3

3 3 – 10

4 10 – 20

5 > 20


79

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

Abertura


mm.


1 Nada

2 < 0.1

3 0.1 – 1.0

4 1.0 – 5.0

5 > 5

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


80

Rugosidad

La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es ligeramente

rugosa.


1 Muy Rugosa

2 Rugosa


4 Ondulada - Suave

5 Lisa - pulida

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

Relleno



1 Ninguno

2 Duro < 5mm

3 Duro > 5mm

4 Suave < 5mm

5 Suave > 5mm


81

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

Meteorización

Las discontinuidades en este macizo rocoso presentan ligera a moderada meteorización,

predominando la primera.


1 Inalterada



4 Muy Alterada

5 Descompuesta

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


82

Filtraciones




1 Seco

2 Húmedo

3 Mojado

4 Goteo

5 Flujo

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

Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso IV pueden resumirse en la siguiente

tabla.

PARÁMETRO VALOR


UNIAXIAL (MPa) 75



ABERTURA (mm) > 5


RELLENO Ninguno

METEORIZACIÓN Ligeramente alterada

FILTRACIÓN Seco


83


Clasificación RQD


( )



Entonces:

= 6


< 25 Muy mala

25 – 50 Mala

50 – 75 Regular

75 – 90 Buena


Clasificación RMR




UNIAXIAL (Mpa) 75 7

RQD (%) 87.81 17

ESPACIADO (m) 0.2 – 0.6 10

CONDICIÓN DE LAS

DISCONTINUIDADES

PERSISTENCIA

(m) < 1 6

ABERTURA (mm) > 5 0


RELLENO Ninguno 6

METEORIZACIÓN Ligeramente alterada 5


RMR 69

TIPO DE MACIZO ROCOSO II

CALIDAD BUENA


84

Clasificación GSI

GSI = 65

CALIDAD = BUENA

RMR = GSI + 5

RMR = 70

El valor del RMR calculado a partir del GSI difiere en 1 unidad del valor calculado utilizando los

parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es casi nulo.


85



rocoso.

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

Con las propiedades geomecánicas obtenidas para este macizo, analizamos la estabilidad de una

ladera, en la sección DD’, en la que se observa que es relativamente estable, con un factor de

seguridad mínimo de 1.5

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


86

5.1.5. MACIZO V


Identificación

En este macizo se ha separado a rocas calcáreas de la Formación Pariatambo, por

comportarse diferente a las rocas calcáreas de las otras formaciones, puesto que posee mayor

contendido de lutitas, lo que hace que presente mayor deformabilidad plástica, y a demás

dentro de su composición posee mayor contenido orgánico por su origen euxínico. Se

considera, para este macizo, un peso específico promedio de 25 kN/m3.

Figura 82. Matriz rocosa en la Formación Pariatambo

Meteorización

Su alto contenido en materia orgánica lo hace más susceptible a la meteorización, y las

lutitas que presenta son fisilmente erosionables. En algunas áreas se encuentra

completamente desintegrada.


87

Resistencia

Su estructura laminada hace que posea baja resistencia, de tal manera que con un golpe del

martillo de geólogo se puede fracturar fácilmente, las lutitas se desmenuzan con la punta del

martillo. Por lo que se puede considerar un valor promedio de: σci = 35 MPa



En esta macizo se puede diferenciar tres familias de discontinuidades, una de ellas es el

plano de estratificación.

Figura 83. Discontinuidades en el macizo rocoso V


88


Orientación





DIP DD


Familia 1 62 341

Familia 2 79 109

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


89

Espaciado


es de 0.06 a 0.2 y de 0.2 a 0.6 m con mayor predominancia del primero.


1 > 2

2 0.6 – 2

3 0.2 – 0.6

4 0.06 – 0.2

5 < 0.06


Persistencia

La persistencia predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es < 1 m, aunque

también se presentan discontinuidades de 1 a 3 m


1 < 1

2 1 – 3

3 3 – 10

4 10 – 20

5 > 20


90

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

Abertura


mm.


1 Nada

2 < 0.1

3 0.1 – 1.0

4 1.0 – 5.0

5 > 5

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


91

Rugosidad

La rugosidad predominante de las discontinuidades en este macizo rocoso es ligeramente

rugosa.


1 Muy Rugosa

2 Rugosa


4 Ondulada - Suave

5 Lisa - pulida

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

Relleno



1 Ninguno

2 Duro < 5mm

3 Duro > 5mm

4 Suave < 5mm

5 Suave > 5mm


92

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

Meteorización

Las discontinuidades en este macizo rocoso presentan ligera a muy meteorización,

predominando una meteorización moderada.


1 Inalterada



4 Muy Alterada

5 Descompuesta

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


93

Filtraciones




1 Seco

2 Húmedo

3 Mojado

4 Goteo

5 Flujo

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

Las condiciones de las discontinuidades del macizo rocoso V pueden resumirse en la siguiente tabla.

PARÁMETRO VALOR


UNIAXIAL (MPa) 35



ABERTURA (mm) > 5


RELLENO Ninguno

METEORIZACIÓN Moderadamente alterada

FILTRACIÓN Seco


94


Clasificación RQD


( )



Entonces:

= 15


< 25 Muy mala

25 – 50 Mala

50 – 75 Regular

75 – 90 Buena


Clasificación RMR




UNIAXIAL (Mpa) 35 4

RQD (%) 55.78 13

ESPACIADO (m) 0.06 – 0.2 8

CONDICIÓN DE LAS

DISCONTINUIDADES

PERSISTENCIA

(m) < 1 6

ABERTURA (mm) > 5 0


RELLENO Ninguno 6

METEORIZACIÓN Moderadamente

alterada 3


RMR 58

TIPO DE MACIZO ROCOSO III

CALIDAD REGULAR


95

Clasificación GSI

GSI = 50

CALIDAD = REGULAR

RMR = GSI + 5

RMR = 55


parámetros de Bieniawski por lo que el porcentaje de error es bajo.


96



rocoso.

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

Con los valores de las propiedades del macizo rocoso, analizamos la estabilidad de la sección EE’

obteniendo un factor de seguridad de 6, lo que indica una buena estabilidad.

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


97

5.2. IDENTIFICACIÓN DE ÁREAS INESTABLES

Para tipificar la estabilidad de la zona se tomado en cuenta tres factores principales, el tipo de

macizo rocoso según se clasifico en el ítem anterior; la geomorfología, poniendo énfasis en la

pendiente de la superficie; y por último la presencia de zonas de debilidad como estructuras

geologicas, y presencia de deslizamientos o paleodeslizamientos.

Teniendo en cuenta estas variables, se ha clasificado en 3 áreas con diferente estabilidad.

5.2.1. ZONAS CON INESTABILIDAD ALTA

En esta zona se encuentran las áreas donde se ha identificado hundimientos, deslizamientos y

remociones de masa, que son principalmente depósitos cuaternarios y macizos rocosos con

baja a regular calidad y están afectadas por estructuras geológicas como fallas.

Figura 94. Deslizamiento en material cuaternario

Figura 95. Inestabilidad en talud de carretera


98

5.2.2. ZONAS CON INESTABILIDAD MEDIA

Estas zonas se ubican en macizos rocosos de buena calidad pero la pendiente de la superficie

muy inclinada, estos escarpes son susceptibles de deslizamientos, caídas de rocas y otras

formas de remociones de masa. Aunque no es muy evidente por la cobertera vegetal.

Figura 96. Pendientes escarpadas, susceptibles a remociones de masa

Figura 97. Paleo deslizamiento recubierto por vegetación


99

5.2.3. ZONAS CON INESTABILIDAD BAJA

Estas zonas lo encontramos al Norte y Sur oeste del área de estudio, se caracteriza

principalmente por presentar bajas pendientes, menores a 10°, aunque pueden formarse

algunos hundimientos en épocas de lluvia, pero son ocasionales.

Figura 98. Áreas de baja pendiente, presentan baja inestabilidad

5.3. ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS GEOTÉCNICAS

En el área de estudio se encuentran diferentes estructuras geotecnicas como taludes de carretera,

puentes, muros de contención. A continuación realizaremos el análisis geotécnico de algunas de

ellas, para ello se ha tenido que medir sus dimensiones en campo con las cuales obtendremos el

factor de seguridad en diferentes condiciones utilizando para el caso de taludes el software Slide y

para el caso de puentes y muros utilizaremos el paquete Geoestru.

Las condiciones que se toman en cuenta para el análisis de estabilidad son dos, en condiciones

normales teniendo en cuenta la cohesión y fricción del material y en condiciones de saturación, no

drenadas, en las que se anula la fricción, esto para determinar la susceptibilidad de la estructura a

fallar en épocas de lluvia o eventuales fenómenos climáticos.


100

5.3.1. TALUD DE CARRETERA EN MACIZO ROCOSO

Este talud se midió en la Formación Yumagual cuyos planos de estratificación buzan en

sentido opuesto al talud, sus dimensiones son:

Altura 5 m, inclinación 65° al NE, ancho de carretera 6.5 m, pendiente de ladera en la

cabecera 20°, pendiente de ladera en el pie 45.

Es un talud estable con factor de seguridad de 2.7 en condiciones normales y 1.2 en

condiciones no drenadas.

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

Figura 100. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en macizo rocoso, y equilibrio de fuerzas en una dovela, en

condiciones normales. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.


101

Figura 101. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en macizo rocoso, y equilibrio de fuerzas en una dovela, en

condiciones no drenadas. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.

5.3.2. TALUD DE CARRETERA EN MATERIAL CUATERNARIO

Este talud se midió en depósitos aluviales, sus dimensiones son:

Altura 2.3 m, inclinación 82° al NE, ancho de carretera 4 m, pendiente de ladera en la

cabecera 20°, pendiente de ladera en el pie 50.

Es un talud inestable como se aprecia en las siguientes figuras, en condiciones normales el

factor de seguridad es 0.9, es por esta razón que el talud está fallando como se muestra en las

fotografías, y en condiciones no drenadas el factor de seguridad es 0.2 lo que significaría un

colapso inminente de toda la ladera. Este problema se solucionaría drenando la zona con

canales de coronación y disminuyendo el talud hasta 60° con lo que el factor de seguridad

aumentaría a 1.6

Figura 102. Talud de carretera en material cuaternario


102

Figura 103. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en material cuaternario, y equilibrio de fuerzas en una

dovela, en condiciones normales. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.

Figura 104. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en material cuaternario, y equilibrio de fuerzas en una

dovela, en condiciones no drenadas. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.

Figura 105. Izquierda: Factor de seguridad del talud de carretera en material cuaternario, en condiciones normales y

disminuyendo la inclinación del talud a 60°. Derecha: Factor de seguridad a lo largo de toda la superficie.


103

5.3.3. MURO DE CONTENCIÓN

Es un muro de concreto que está soportando el material utilizado para afirmar la carretera, para

realizar su análisis sólo se pudo medir las dimensiones externas, dado que no conocemos su

cimentación, se ha asumido ciertos valores.

Figura 106. Muro de contención en la zona de estudio

Figura 107. Dimensiones consideradas en el análisis de estabilidad


104

Figura 108. Análisis de estabilidad del muro de contención

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

que es un muro estable.

5.3.4. MUROS DE UN PUENTE

estabilidad es un muro inestable que con tan solo 10 Kg/cm2 de cargas externas su factor de

seguridad es critico. Y eso se evidencia en las fallas que presenta la precaria construcción.

Figura 109. Puente construido en materiales cuaternarios

Este puente se ha construido en un deposito aluvial, está formado por dos muros que le sirven de

zapata, por cuestiones académicas solo analizaremos uno de los muros de la misma manera como lo

realizamos en el muro de contención con la diferencia que sobre el muro aplicaremos una fuerza que

sería el peso del puente y los pesos externos de los transeúntes. Como se observa en el análisis de


105

Figura 110. Dimensiones consideradas en el análisis de estabilidad

Figura 111. Análisis de estabilidad sin considerar cargas externas

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


106

CONCLUSIONES

La zona se encuentra influenciada por estructuras geológicas como fallas regionales y locales

a demás forma parte del sinclinal Chamis, un pliegue una dirección SE-NW cuya formación

se le atribuye al segundo movimiento del Ciclo Andino que se habría dado en el Terciario

Superior caracterizado por un régimen compresivo controlado por esfuerzos con dirección

SW-NE, estos esfuerzos son los que producen el fracturamiento de los macizos rocoso

haciendo que disminuya su calidad.

La zona se ha diferenciado en cinco tipos de macizos de acuerdo a sus propiedades

geomecánicas, el MACIZO I formado por materiales cuaternarios principalmente gravas,

arenas y limos; el MACIZO II formado por rocas clásticas de las Formaciones Farrat e Inca,

presenta un RMR = 67 y GSI = 60 clasificándose como un macizo de buena calidad, el

MACIZO III formado por rocas intrusivas, dioritas, del intrusivo Chamis, presenta un RMR

= 52 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de regular calidad, el MACIZO IV formado

por rocas no clásticas de las Formaciones Chimú, Yumagual y el grupo Quilquiñan –

Mujarrum, presenta un RMR = 69 y GSI = 65 clasificándose como un macizo de buena

calidad, y finalmente el MACIZO V formado por rocas no clásticas de la Formación

Pariatambo, presenta un RMR = 58 y GSI = 50 clasificándose como un macizo de regular

calidad.

En la zona de estudio se ha identificado tres zonas con diferente inestabilidad tomando en

cuenta tres factores principales, el tipo de macizo rocoso según su calidad; la pendiente de la

superficie; y por último la presencia de zonas de debilidad, una zona de inestabilidad alta,

caracterizada por depósitos cuaternarios y macizos rocosos con baja a regular calidad donde

se ha identificado hundimientos, deslizamientos y remociones de masa. Otra zona de

inestabilidad media, en macizos rocosos de buena calidad pero la pendiente de la superficie

muy inclinada que lo hace ser susceptible a remociones de masa. Y una zona de

inestabilidad baja principalmente por presentar bajas pendientes.

La zona de investigación esta constituida litológicamente por rocas clásticas de las

Formaciones Inca y Farrat, por calizas arenosas de la Formación Chúlec, calizas

bituminosas arcillosas de la Formación Pariatambo, y calizas micríticas de la Formación

Yumagual y del grupo Quilquiñan – Mujarrum, también se encuentra rocas intrusivas del

Intrusivo Chamis que están afectadas de alteración argílica y argílica intermedia, y depósitos

cuaternarios aluviales. Esta diferente litología le da la connotación anisotrópica y

heterogénea por lo que no es posible tratarlo como un solo macizo rocoso.


107

El análisis de estabilidad en estructuras geotécnicas construidas en la zona de estudio reveló

algunas condiciones que inestabilizan dichas estructuras, así, se analizó un talud de carretera

en un macizo rocoso obteniendo un factor de seguridad de 2.7 en condiciones normales y 1.2

en condiciones no drenadas lo que indica un talud estable esto es por que dicho talud se

encuentra en un macizo de buena calidad y además los planos de estratificación buzan en

dirección opuesta a la inclinación del talud. Se analizo también un talud de carretera en

materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de seguridad de 0.9 en condiciones

normales, es por esta razón que el talud está fallando, una de las razones es que el talud

presenta una inclinación muy empinada, y en condiciones no drenadas el factor de seguridad

es 0.2 lo que significaría el colapso de toda la ladera en un eventual fenómeno de lluvia. Otra

estructura que se tomo en cuenta fue un muro de contención en el borde de la carretera, este

muro es estable con un factor de seguridad de 2.8. y finalmente se analizó la estabilidad en

un muro de un puente construido en materiales cuaternarios en el que se obtuvo un factor de

seguridad de 1.7 sin considerar cargas externas, y considerándolas el factor de seguridad es

critico soportando tan solo 10 Kg/cm2.


108

RECOMENDACIONES

Se recomienda reconstruir el puente construido en materiales cuaternarios, profundizando la

cimentación y aumentando su altura, a demás de aumentar la base de la cimentación y el

ancho de coronación con lo que se aumentaría su capacidad de carga.

Se recomienda realizar drenes en la cabecera del área de inestabilidad alta, principalmente de

los depósitos aluviales ya que la infiltración de agua pluvial es uno de los factores mas

influyentes en la inestabilidad de éstas áreas. Canales de coronación serian los mas indicados

y de menor costo con lo que se disminuiría la infiltración y por ende la presión de poros en

el macizo.

En los taludes de carretera construidos en materiales cuaternarios se recomienda disminuir la

inclinación del talud al menos hasta 60° ya que este es uno de los factor de su

inestabilidad. Los canales de coronación también son propicios en estos casos por las

mismas razones antes expuestas.


109

BIBLIOGRAFÍA

Luis I. Gonzales de Vallejo (2004), INGENIERIA GEOLOGICA, Prentice Hill, Madrid-

España.

CARACTERIZACIÓN DE MACIZOS ROCOSOS, M. FERRER y L. GONZÁLEZ DE

VALLEJO (1999). Manual de campo para la descripción y caracterización de macizos

rocosos en afloramientos. IGME, Madrid, 107 p. 2.- L. GONZÁLEZ DE VALLEJO, M.

FERRER, L. ORTUÑO y C. OTEO (2002). Ingeniería geológica. Prentice Hall. Madrid, 715

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Análisis de Estabilidad en Macizos Rocosos Aplicando el Criterio el Criterio de Rotura de

Hoek y Brown - Prof. ROJAS G., Silvio H. - Universidad de Los Andes – Facultad de

Ingeniería – Escuela de Civil

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BRAJA M. DAS, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, California State University-

Sacramento-USA, Thomas L. Inc. 2001.

DELGADO V. MANUEL, Ingeniería de Cimentaciones, México, Ed. Alfa-omega Grupo

Editor, 1999.

JIMENEZ SALAS/ JUSTO ALPAÑEZ, Geotecnia de Cimentaciones, Tomo II, Ed. La


110

ANEXOS

Mataracocha

3300 m3200 m

3100 m

3400 m

3500 m3000 m

3400

m

3100 m

3400 m

3500 m

Rio Cuschunga

Rio ManzanasRio B

alc

onsillo

768000

768000

768500

768500

769000

769000

769500

769500

770000

7700009208

000

9208

500

9208

500

9209

000

9209

000

9209

500

9209

500

9210

000

9210

000

9210

500

9210

500

9211

000

9211

000

9211

500

9211

500

9212

000

9212

000

0 250 500 750 1,000125m

1/12500ESCALA: Sistema de coordenadas proyectadas:WGS_1984_UTM_Zone_17S

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCAFACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA

PLANO TOPOGRÁFICOGEOTECNIA I

DOCENTE: Ing. WILVER MORALES CESPEDES Cajamarca, marzo de 2013

PLANO N°

01GRUPO I

µ

SIMBOLOGIACurvas mayoresCurvas menoresAccesosDrenajeLaguna

CHAMIS

M

Q-al

Ks-yu

Ks-qm

Ki-pa

T-di

Ki-chu

Q-al

Ki-chu

Ki-f

Ki-in

Ki-f

Ki-chu

Mataracocha

3300 m3200 m

3100 m

3400 m

3500 m3000 m

3400

m

3100 m

3400 m

3500 m

Rio Cuschunga

Rio ManzanasRio B

alc

onsillo

768000

768000

768500

768500

769000

769000

769500

769500

770000

7700009208

000

9208

500

9208

500

9209

000

9209

000

9209

500

9209

500

9210

000

9210

000

9210

500

9210

500

9211

000

9211

000

9211

500

9211

500

9212

000

9212

000

0 250 500 750 1,000125m




PLANO GEOLOGICOGEOTECNIA I


PLANO N°

02GRUPO I

µSIMBOLOGIA

Curvas de nivelDrenajeLagunaAccesos

EstructurasFallaFalla inferida

M Sinclinal

LEYENDALitología

Q-alT-diKs-qmKs-yuKi-paKi-chuKi-inKi-f

AA'

3000

3200

3400

2800

msnmA

A'



PERFIL GEOLÓGICOGEOTECNIA I


PERFIL N°

01GRUPO I0 300 600 900 1,200150m

1/12500ESCALA:LEYENDAQ-al T-diKs-qmKs-yu

Ki-paKi-chu

Mataracocha

3300 m3200 m

3100 m

3400 m

3500 m3000 m

3400

m

3100 m

3400 m

3500 m

Rio Cuschunga

Rio ManzanasRio B

alc

onsillo

768000

768000

768500

768500

769000

769000

769500

769500

770000

7700009208

000

9208

500

9208

500

9209

000

9209

000

9209

500

9209

500

9210

000

9210

000

9210

500

9210

500

9211

000

9211

000

9211

500

9211

500

9212

000

9212

000

0 250 500 750 1,000125m




IMAGEN SATELITALGEOTECNIA I


PLANO N°

03GRUPO I

µ

SIMBOLOGIACurvas de nivelAccesosDrenajeLaguna

CHAMIS

Mataracocha

Rio Cuschunga

Rio ManzanasRio B

alc

onsillo

768000

768000

768500

768500

769000

769000

769500

769500

770000

7700009208

000

9208

500

9208

500

9209

000

9209

000

9209

500

9209

500

9210

000

9210

000

9210

500

9210

500

9211

000

9211

000

9211

500

9211

500

9212

000

9212

000

0 250 500 750 1,000125m




PLANO DE ELEVACIONESGEOTECNIA I


PLANO N°

04GRUPO I

µSIMBOLOGIA

DrenajeAccesosLaguna

Elevación msnm

3450 - 35203400 - 34503350 - 34003300 - 33503250 - 33003200 - 32503150 - 32003100 - 31503000 - 3100

CHAMIS

Mataracocha

Rio Cuschunga

Rio ManzanasRio B

alc

onsillo

768000

768000

768500

768500

769000

769000

769500

769500

770000

7700009208

000

9208

500

9208

500

9209

000

9209

000

9209

500

9209

500

9210

000

9210

000

9210

500

9210

500

9211

000

9211

000

9211

500

9211

500

9212

000

9212

000

0 250 500 750 1,000125m




PLANO DE PENDIENTESGEOTECNIA I


PLANO N°

05GRUPO I

µ

SIMBOLOGIADrenajeAccesosLaguna

Pendiente Grados

0.000.00 - 10.0010.00 - 15.0015.00 - 25.0025.00 - 35.0035.00 - 90.00

CHAMIS

Mataracocha

Rio Cuschunga

Rio ManzanasRio B

alc

onsillo

768000

768000

768500

768500

769000

769000

769500

769500

770000

7700009208

000

9208

500

9208

500

9209

000

9209

000

9209

500

9209

500

9210

000

9210

000

9210

500

9210

500

9211

000

9211

000

9211

500

9211

500

9212

000

9212

000

0 250 500 750 1,000125m




PLANO GEOMORFOLÓGICOGEOTECNIA I


PLANO N°

06GRUPO I

µ

SIMBOLOGIADrenajeAccesosLaguna

GeoformasPlanicieLaderaEscarpeValle

CHAMIS

0 250 500 750 1,000125m




PLANO GEOMECÁNICOGEOTECNIA I


PLANO N°

07GRUPO I

µSIMBOLOGÍACurvas de nivelAccesosDrenajeLaguna

é

é Secciones Geomecánicas

LEYENDAMacizos rocosos

Macizo IMacizo IIMacizo IIIMacizo IVMacizo V

MACIZO LITOLOGIA RMR GSIMacizo I Gravas, arenas, limosMacizo II Areniscas, luttas 67 60Macizo III Diorita 52 50Macizo IV Calizas, luttas 69 65Macizo V Luttas, Cal izas 58 50

é

é

é

é

é

é

é

é

é

é

Mataracocha

3300 m3200 m

3100 m

3400 m

3500 m3000 m

3400

m

3100 m

3400 m

3500 m

Rio Cuschunga

Rio ManzanasRio B

alc

onsillo

768000

768000

768500

768500

769000

769000

769500

769500

770000

7700009208

000

9208

500

9208

500

9209

000

9209

000

9209

500

9209

500

9210

000

9210

000

9210

500

9210

500

9211

000

9211

000

9211

500

9211

500

9212

000

9212

000

AA'

B

B'

C

C'

D

D'

E

E

0 250 500 750 1,000125m




PLANO DE INESTABILIDADESGEOTECNIA I


PLANO N°

08GRUPO I

µSIMBOLOGÍA

DrenajeCurvas de nivelAccesosLaguna

LEYENDAInestabilidad

ALTAMEDIABAJA

Mataracocha

3300 m3200 m

3100 m

3400 m

3500 m3000 m

3400

m

3100 m

3400 m

3500 m

Rio Cuschunga

Rio Manzanas

Rio B

alc

onsillo

768000

768000

768500

768500

769000

769000

769500

769500

770000

7700009208

000

9208

500

9208

500

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9209

000

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500

9209

500

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9210

000

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500

9210

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000

9211

000

9211

500

9211

500

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000

9212

000

D'

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EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS

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Transcript of EXPLORACIÓN GEOTÉCNICA EN EL CASERÍO DE CHAMIS