geomecanica de rocas

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INGENIERÍA GEOLOGICA GEOMÉCANICA DE ROCAS

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

Como sabemos la mecánica de rocas de ocupa del estudio teórico y practico de las propiedades y comportamiento mecánico de los materiales rocosos, y de su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico.El desarrollo de la mecánica de rocas se inició como consecuencia de la utilización del medio geológico para obras superficiales y subterráneas y explotación de recursos mineros.Los distintos ámbitos de aplicación de la mecánica de rocas se pueden agrupar en aquellos en que el material rocoso constituye la estructura (excavación de tuneles, galerías, taludes, etc), aquellos en que la roca es el soporte de otras estructuras (cimentaciones de edificios, presas, etc).El presente informe tiene como objetivo principal hallar las propiedades del comportamiento mecánico del macizo rocoso por medio del RQD, así como también hallando el rumbo y buzamiento de las fallas, fracturas, diaclasas, estratificación y descripción de la geología general.Se analizó su geomorfología, estructural, estratigrafía y sedimentología. Y se llegó a una conclusión enlazando todos estos resultados.

1. GENERALIDADES

1.1 UBICACIÓN Y ACCESIBILIDADLa zona de estudio se encuentra ubicada al Noreste de la ciudad del Cusco, denominado “Abra de Corao”.UBICACIÓN GEOGRÁFICA:- ZONA: 19L - COORDENADAS: 182182 E

8506982 N

A la zona de estudio es posible acceder por la carretera Cusco – Pisac, a 10 minutos del centro arqueológico Q´enqo.

1.2 OBJETIVOS El objetivo principal del presente trabajo de campo es zonificar,

describir, evaluar e identificar el macizo rocoso con sus respectivas características.

Hallar el RQD y de acuerdo al resultado indicar si es posible construir un túnel por dicha zona.

1.3 METODOLOGIA DE TRABAJO Trabajo de Gabinete: Primeramente se recopilo bibliografía

(Cuadrángulo de Calca, libros, folletos) también se consiguió los planos topográficos y geológicos de dicha zona. Después de realizar el trabajo de campo se procesó los datos adquiridos hallando ahí el RQD y las direcciones del buzamiento.

Trabajo de Campo: En esta parte se realizó todo lo concerniente a la toma de datos (rumbo, buzamiento, tipo de talud, caracterización del macizo rocoso así como también de la matriz rocosa), para luego realizar los cálculos en gabinete.

1.4 INSTRUMENTOS Y MATERIALES

INTRUMENTOS Brújula GPS Picota

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Wincha Rayador Lupa

MATERIALES Escalimetro Plano geológico Plano topográfico Esquema de trabajo Lápiz Tablero

CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO MECÁNICA DE ROCAS.- se ocupa del estudio teórico y práctico de las propiedades y comportamiento mecánico de los materiales rocosos, y de su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico.

MATRIZ ROCOSA es el material rocoso exento de discontinuidades, o los bloques de <<roca intacta> que quedan entre ellas. Mecánicamente queda caracterizada por su peso específico, resistencia y deformabilidad.Valores típicos del peso específico y porosidad de las rocasROCA PESO ESPECIFICO(g/cm³) POROSIDAD (%)AndesitaAnfibolitaareniscabasaltocalizacarbóncuarcita

2,2-2,352.9-3.02.3-2.62.7-2.92.3-2.61.0-2.02.6-2.7

10-15 ------5-25 (16,0)0,1-25-20 (1 1,0)100,1-0,5

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cretadiabasadioritadolomíaesquistogabro gneisgranitograuvacamármollutitapizarrariolitasaltobayeso

1.7-2.32.92.7-2.852.5-2.62.5-2.83.0-3.12.7-3.02.6-2.72.82.6-2.82.2-2.62.5-2.72.4-2.62.1-2.21.9-2.32.3

300,1-----0,5l-030,1-0,20,51- ,50,5-1,5(0 ,9)30,3-2 (0,6)2-15

0,1-14-6514-405

Propiedades de la matriz rocosa y métodos para su determinación

PROPIEDADES METODOS DE DETERMINACION

PROPIEDADES DE IDENTIFICACION Y CLASIFICACION

Composion mineralogica.Fabrica y texturaTamaño de granoColor.Porosidad(n)Peso especifico(ɣ)Contenido en humedadPermeabilidad(coeficiente de permeabilidad,k)Durabilidad.Alterabilidad(indice de alterabilidad)

Descripcion visualMicroscopia optica y electronica.Difraccion de rayos xTecnicas de laboratorio

Ensayo de permeabilidad

Ensayos de alterabilidad

PROPIEDADES MECANICAS Resistencia a comprension simple(σc.)Resistencia a traccion(σp)Velocidad de ondas sonicas(vp, vs)Resistencia (parametros c y φ)Deformabilidad(modulos de deformacion

Ensayo de comprensioin uniaxial.Ensayo de carga puntualMartillo d schmindt.Ensayo de traccion directa.Ensayo de traccion indirectaMedida de velocidad de ondas elasticas en

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elasticas estaticas o dinamicas:E,v)

laboratorioEnsayo de comprension triaxialEnsayo de comprension uniaxialEnsayo de velocidad sonica.

MACIZO ROCOSO.- es el conjunto de los bloques de matriz rocosa y de las discontinuidades de diverso tipo que afectan al medio rocoso. Mecánicamente los macizos rocosos son medios discontinuos, anisótropos y heterogéneos. Prácticamente puede considerarse que presentan una resistencia a la tracción nula.

ANISOTROPÍA: la presencia de planos de debilidad de orientaciones preferentes (estratificación, laminación, familias de diaclasas tectónicas) implica diferentes propiedades y comportamiento mecánico en función de la dirección considerada.

DISCONTINUIDAD.- es cualquier plano de origen mecánico o sedimentario que independiza o separa los bloques de matriz rocosa en un macizo rocoso.

Su comportamiento mecánico queda caracterizado por su resistencia al corte o, en su caso, por la del material de relleno.

TIPOS DE DISCONTINUIDADES:ESPACIAMIENTO (S).- El espaciamiento de las discontinuidades es la distancia media entre dos planos de discontinuidad del macizo rocoso en dirección perpendicular a los planos de discontinuidad.RUGOSIDAD.- Conocido también como el grado de aspereza de las superficies de discontinuidad, es un parámetro importante que caracteriza la condición de la discontinuidad.ABERTURA.- Es la distancia perpendicular entre paredes adyacentes de una discontinuidad, cuyo espacio intermediario puede estar contenido con relleno o sin ello.PERSISTENCIA.- Influyen en la magnitud en que el material rocoso y la separación de las discontinuidades afectan el comportamiento del macizo rocoso.ALTERACIÓN.- El grado de alteración de las superficies de las discontinuidades, esto es clasificado de acuerdo a la recomendación del ISRM:RELLENO.- Tiene doble influencia en el comportamiento, el espesor del relleno que evita que se cierren las asperezas de la fractura y posee su propia característica como es la resistencia al corte, permeabilidad y características deformacionales.TAMAÑO DE BLOQUE.- El macizo rocoso es conceptuado como bloques discretos limitados por delgadas discontinuidades, y su comportamiento es gobernado por la combinación de las características del bloque y discontinuidades.

ÍNDICE DE LA CALIDAD DE LA ROCA.- índice cuantitativo que nos muestra la relación de longitudes mayores de 10 cm de un testigo de perforación entre la longitud total perforada (LP)

RQD(%)

Designación Jv(disc/

Designación

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m3)100 Roca fuerte y masiva <1.0 Bloques muy grandes90-100 excelente 1-3 Bloques grandes75-90 buena 3-10 Bloques de tamaño

medio50-75 regular 10-30 Bloques pequeños25-50 pobre >30 Bloques muy pequeños

<25Muy pobre >60 Roca “triturada”

NÚMERO DE FAMILIAS.- Es el número de familias que componen un sistema de discontinuidades. El macizo también puede contener discontinuidades individuales.

CANTIDAD VOLUMÉTRICA DE DISCONTINUIDADES (JV).- Una densidad real o volumétrica puede ser expresada en términos del número de discontinuidades por unidad de área o unidad de volumen del macizo rocoso.Se presenta una relación entre el RQD y el Jv.RQD = 115 – 3.3JvHETEROGENEIDAD: las zonas con diferente litología, grado de alteración o meteorización, contenido en agua, etc., pueden presentar propiedades muy diferentes.

Estimación aproximada y clasificación de la resistencia a compresión simple de suelos y rocas a partir de índices de campo.

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CAPÍTULO III: ESTRATIGRAFÍA

GRUPO SAN JERÓNIMO:La Formación Kayra (eoceno inferior)Aflora ampliamente al sur de la ciudad del Cusco, donde forma parte del sinclinal de Anahuarqui y anticlinal de Puquín, al oeste. Igualmente lo hace en el sinclinal de Ancaschaca, en Yaurisque-Paruro, en el sinclinal de San Lorenzo y en el sector de Cusibamba-Sanka.Esta esencialmente constituida por areniscas feldespáticas, intercaladas con niveles de lutitas rojas; este conjunto se desarrolló en un medio fluvial entrelazado y llanura de inundación. La parte media superior es más gruesa y está compuesta por areniscas feldespáticas y microconglomerados con clastos volcánicos y cuarciticos de un medio fluvial altamente entrelazado. La formación acaba con facies areno-peliticas de llanura de inundación y canales divagantes. Las paleocorrientes indican una procedencia de aportes del S y SO.

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Esta formación está al norte de la falla Tambomachay y ha sido dividida en 8 secuencias de tercer orden grano-estrato crecientes.

CAPÍTULO IV: GEOMORFOLOGÍA

CAPÍTULO V: GEOLOGÍA ESTRUCTURAL

Falla Tambomachay: Es la mayor estructura de deformación frágil que establece todo un comportamiento dinámico en la región. Inicialmente esta falla se ha comportado como inversa en contacto fallado al grupo San Jerónimo (Capas Rojas) (piso) con la formación Yuncaypata techo posteriormente a fines del terciario e inicios del cuaternario esta falla ha rejugado en falla transcurrente (falla de Rumbo o de desgarre) dando lugar a la abertura de la cuenca del Cusco y la posterior formación y deformación de la falla Kenco y todo un sistema enrrejado de fallas E-W y SE- NW.El comportamiento actual parece del tipo normal (sebrier et.al 1982 Cabrera J. 1984 E. Hauman 1986).

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Estudio Sismotectónico de la Falla Tambomachay – Cusco: La sismotectónica de las fallas activas del Cusco es poco conocida, y dentro de los temas de Investigación encaminados para el año 2013, se viene analizando la microsismcidad registrada por una red sísmica local compuesta por 6 estaciones de banda ancha, instalados sobre la falla Tambomachay, además de la estación sísmica CUS de la Red Sísmica Nacional. A la fecha se ha registrado importante actividad microsísmica (Octubre 2012 a Enero 2013) con posible origen en esta falla, así como de otros que sugieren la existencia de áreas de deformación local que serán monitoreadas posteriormente. El sistema de fallas del Cusco han dado origen a importantes sismos en el pasado (por ejemplo, 5 de abril de 1986, M=5.5) y que han producido daños importantes en las localidades entorno a las zonas epicentrales.

Fallas Post – Sedimentarias: Después de la sedimentación de la cuenca Pillao de los esfuerzos de compresión y la cuenca San Sebastián y activándose las fallas Cusco , Tankarpata, Kenco, Huancaro , Saphy, Salineras y Pumamarca todos estos controlados a la estructura mayor de la falla de Tambomachay.

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La presencia de estructuras regionales de deformación y dislocación, han creado desde tiempos remotos, un conjunto de estructuras con un relieve inconfundible, que en la mayoría de los casos ha inestabilizado los bordes superior e inferior, modificando la morfología, creando cuencas de sedimentación, variando la escorrentía de las aguas superficiales y subterráneas así como condicionando la tectónica de la región. Por ejemplo podemos decir que la presencia de la falla Tambomachay ha dado lugar a la formación de la cuenca Plio –cuaternaria Cusco, ha condicionado la existencia de todo un sistema de deformación como la flexura San Sebastián, sistema de fallas Kenko y el intrincado sistema de fallas menores. Igualmente la falla Tancarpata ha desplazado largamente las líneas de crestas de los cerros Huanacaure y Molleorco y quizá haya creado las condiciones para la formación del valle del mismo Nombre.

CAPÍTULO VI: DATOS

DIACLASAS1°tramo

1° fam. N 334 81 NEN 341 82 NEN 336 83 NE

2° fam. N 44 70 NWN 60 83 NWN 40 74 NW

3° fam. N 19 13 EN 09 13 EN 12 20 E

4° fam. N 350 50 W2°tramo

1° fam.

2° fam.

3° fam.

3°tram 1° fam. N 40 85 NW

FALLAS1 N 351 81 W2 N 21 85 NW34567

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o N 37 72 NWN 48 87 NW

2° fam. N 289 71 NWN 291 86 NWN 292 78 NW

3° fam. N 24 13 SEN 15 20 SEN 16 15 SE

4°tramo

1° fam.

2° fam.

3° fam.

CAPITULO VII: ANALISIS DE DATOS:PROYECCIONES ESTEREOGRÁFICAS:RQD:

CAPITULO VII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES La resistencia mecánica de éstos materiales disminuye según el contenido de

finos que poseen en sus horizontes, y en la zona estudiada se encuentran estos finos en gran cantidad.

Hay mucha fracturación de la roca por lo que no serviría para hacer excavaciones, o en todo caso se necesitaría un buen soporte haciendo mas costoso el proyecto.