UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA “Norte de la universidad peruana”
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLÓGICA
“INFORME SALIDA DE CAMPO”
ASIGNATURA: ASIGNATURA:
DOCENTE:
MECÁNICA DE ROCAS Ing. Montoya Toroverero Franklin
INTEGRANTES:
MARCHENA CHAVEZ Jasson REQUELME QUILICHE, José Humberto SALAZAR MATARA Jessica Fiorella TAPIA CABRERA, Hernando. TASILLA SOTO, Liliana Esther.
Cajamarca, Junio del 2017
RESUMEN El área de estudio está comprendida dentro de la cordillera de los andes, ubicada en el centro poblado de sangal sangal – la la encañada, en el distrito de Baños Del Inca de Cajamarca En el modelo geológico, se describió, las características geológicas, mediante el estudio de su geomorfología, geología local y geología estructural. Estas variables son de suma importancia para el estudio geomecánico. El modelo geomecánico, consta de realizar la identificación, descripción y caracterización de los macizos rocosos, en la cual se realizó la obtención de diferentes parámetros (espaciado, persistencia, persistencia, abertura, rugosidad, etc.). Para luego hacer las clasificaciones RQD por Deere, RMR de Bieniawski y el GSI por Hoeck Brown. Según estas clasificaciones se les dio una valoración para determinar su respectiva, que se encuentra en un rango de MEDIA calidad. Finalmente se realizó el modelo matemático, donde se utilizó el software RocData que nos da parámetros geomecanicos (la resistencia a la compresión uniaxial, fuerza de tracción, el módulo de deformación, ángulo de fricción, cohesión etc.). En el software Dips se desarrolló la interpretación de rotura en los macizos rocosos.
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RESUMEN El área de estudio está comprendida dentro de la cordillera de los andes, ubicada en el centro poblado de sangal sangal – la la encañada, en el distrito de Baños Del Inca de Cajamarca En el modelo geológico, se describió, las características geológicas, mediante el estudio de su geomorfología, geología local y geología estructural. Estas variables son de suma importancia para el estudio geomecánico. El modelo geomecánico, consta de realizar la identificación, descripción y caracterización de los macizos rocosos, en la cual se realizó la obtención de diferentes parámetros (espaciado, persistencia, persistencia, abertura, rugosidad, etc.). Para luego hacer las clasificaciones RQD por Deere, RMR de Bieniawski y el GSI por Hoeck Brown. Según estas clasificaciones se les dio una valoración para determinar su respectiva, que se encuentra en un rango de MEDIA calidad. Finalmente se realizó el modelo matemático, donde se utilizó el software RocData que nos da parámetros geomecanicos (la resistencia a la compresión uniaxial, fuerza de tracción, el módulo de deformación, ángulo de fricción, cohesión etc.). En el software Dips se desarrolló la interpretación de rotura en los macizos rocosos.
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ABSTRACT The study area is located within the Cordillera de los Andes, located in the center of Sangal - la Laguna, in the district of Baños Del Inca in Cajamarca In the geological model, the geological characteristics were described, by the study of its geomorphology, local geology and structural geology. These variables are of great importance for the geomechanical geomechanical study. The geomechanical model consists of the identification, id entification, description and characterization of rocky massifs, in which different parameters were obtained (spacing, persistence, aperture, roughness, etc.). Then make the RQD ratings by Deere, RMR de Bieniawski and the GSI by Hoeck Brown. According to these t hese classifications they were given an assessment to determine their respective, which is in a range of MALA - MEDIA quality. Finally, the mathematical model was used, where the RocData software gave us geometric parameters (uniaxial compression strength, tensile force, deformation modulus, friction angle, cohesion, etc.). In the Dips software the interpretation of rupture was developed in the rocky massifs.
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ÍNDICE INTRODUCCION ............................................................................................................................. 5
CAPITULO I: ASPECTOS PRELIMINARES ..................................................................... 6 1.1
OBJETIVOS .......................................................................................................................... 6
1.1.2 Objetivos generales .................................................................................................................. 6 1.2.2
Objetivos específicos ............................................................................................................. 6
1.2
RECURSOS HUMANOS ...................................................................................................... 6
1.3
RECURSOS MATERIALES ................................................................................................. 6
1.4
METODOLOGÍA ................................................................................................................. 7
1.4.1 Etapa preliminar de gabinete .................................................................................................. 7 1.4.2 Etapa de campo ...................................................................................................................... 7 2
Etapa de gabinete ................................................................................................................... 7
CAPITULO II: ASPECTOS GENERALES ......................................................................... 8 2.1 UBICACIÓN ............................................................................................................. 8 2.3. CLIMATOLOGÍA ..................................................................................................... 9 CAPITULO III: MARCO TEORICO ................................................................................. 10 3.1.
BASES TEÓRICAS ............................................................................................................. 10
3.1.1. El índice de calidad de la roca RQD (ROCK QUALITY DESIGNATION) ...................... 10 3.1.2. RMR según Bieniawski (1989) ........................................................................................... 11 3.1.3. Parámetros de caracterización de los macizos rocosos. ...................................................... 11 3.1.4. GSI ...................................................................................................................................... 14
CAPITULO IV: MODELO GEOLOGICO......................................................................... 16 4.1. GEOMORFOLOGÍA ................................................................................................................ 16 4.2. GEOLOGIA LOCAL ................................................................................................................ 16 4.3.1 Formación Cajamarca ............................................................................................................. 16 4.3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL ................................................................................................. 17
Diaclasas o grietas ............................................................................................................... 17 CAPITULO V: MODELO GEOMECANICO. ................................................................... 18 5.1 PUNTO DE CONTROL ............................................................................................................ 18 5.1.1 GENERALIDADES................................................................................................................ 18 5.1.2 DESCRIPCIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES ............................................................. 21 5.1.3
CARACTERÍSTICAS DE LAS DISCONTINUIDADES .................................................. 22
CAPITULO VI: MODELO MATEMATICO ..................................................................... 27 PUNTO DE CONTROL N° 1 .......................................................................................................... 27
CONCLUSIONES ............................................................................................................... 30 3
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 30 ANEXOS ............................................................................................................................. 31
ÍNDICE DE IMÁGENES IMAGEN N° 1: Ubicación Geográfica del área de estudio. ............................................................. 8 IMAGEN N° 2: Accesibilidad a nuestra zona de estudio (Fuente Google Maps) ............................... 8 IMAGEN N° 3: mapa de temperatura mínima y máxima de Cajamarca (Fuente SENAMHI) ........ 9 IMAGEN N° 4: Clasificación GSI, el macizo rocos presenta un GSI aproximadamente de 52 ......... 26
IMAGEN N° 5: Propiedades geomecánicas mediante el RocData ................................................. 27
INDICE DE TABLAS Tabla 1: Clasificación del Índice de calidad de la roca (RQD), según Deer (1968) ........................ 10 Tabla 2: Índice de la calidad MRM .................................................................................................. 11 Tabla 3 Clasificación Geomecanica RMR (1989) ........................................................................... 14 Tabla 4: coordenadas de ubicación de punto de control .................................................................. 18 Tabla 5 Determinación de blocosidad .............................................................................................. 19 Tabla 6: Grado de meteorización ..................................................................................................... 20 Tabla 7 Resistencia a la compresión uniaxial .................................................................................. 20 Tabla 8 Este cuadro describe las diferentes características que poseen los planos de estratificación. .......................................................................................................................................................... 22
Tabla 9 Este cuadro describe las diferentes características que poseen los planos de la familia de diaclasas N°1. ................................................................................................................................... 23 Tabla 10 Este cuadro describe las diferentes características que poseen los planos de la familia de diaclasas N02 .................................................................................................................................... 23 Tabla 11 Índice de calidad R.Q.D ................................................................................................... 24 Tabla 12 Cuadro que muestra los parámetros de las discontinuidades y sus respectivas valoraciones. ..................................................................................................................................... 25 Tabla 13 Cuadro de valoración según Bieniawski ........................................................................... 25
INDICE DE FOTOS FOTO N° 1: Estratos de la Formación Cajamarca ........................................................................... 16 FOTO N° 2: Familia de diaclasas y estrato ...................................................................................... 17 FOTO N° 3: En la imagen se puede observar el macizo rocoso donde se llevó a cabo todo el estudio geomecánico, asimismo se observa el talud del macizo la cual se hizo lectura de su Dip 77 y Dip Direction 205. ......................................................................................................................... 19 FOTO N° 4: Planos de estratificación en el macizo rocoso ............................................................. 21 FOTO N° 5: Se observa 1 familias de diaclasas y fracturas irregulares en el bloque rocoso, las cuales poseen diferente orientación a los planos de estratificación ................................................. 21
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INTRODUCCION La Mecánica de Rocas se encarga del estudio teórico y práctico de las propiedades y comportamiento mecánico de los macizos rocosos, y de su respuesta ante la acción de fuerzas aplicadas en su entorno físico. Los macizos rocosos son discontinuos y pueden presentar propiedades heterogéneas y/o anisótropas. En la naturaleza las rocas aparecen muy comúnmente atravesadas por distintos caracteres geológicos estructurales y discontinuidades de variado origen geológico, como la estratificación, esquistosidad, pliegues, fallas, y juntas o diaclasas. Los factores geológicos que dominan el comportamiento y las propiedades mecánicas de los macizos rocosos, son: la litología, propiedades de la matriz rocosa, la estructura geológica, las discontinuidades, el estado de esfuerzos a que está sometido el material, el grado de alteración o meteorización y las condiciones Hidrogeológicas. La caracterización geomecánica es indispensables para el desarrollo y construcción de cualquier proyecto de ingeniería. El presente Proyecto de Investigación tiene como finalidad determinar, conocer y predecir el comportamiento del macizo rocoso presente en el punto de control analizado ubicado en Sangal – La Encañada. Ante la acción de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellos, para calificar y cuantificar el grado de resistencia del macizo, haciendo uso de los diferentes sistemas de clasificación geomecánica del macizo rocoso tanto en campo ( ԌSI) como en gabinete (RMR). Para finalmente utilizar Software para corroborar con lo obtenido en campo y así tener un mejor análisis geomecánico.
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CAPITULO I: ASPECTOS PRELIMINARES 1.1 OBJETIVOS 1.1.1 Objetivos generales Determinar las características geomecánicas del macizo rocoso 1.1.2 Objetivos específicos
Realizar la caracterización geomecánica utilizando la clasificación RMR, RQD y GSI de Hoeck – Brown.
Determinar los parámetros de resistencia de las rocas mediante el modelo numérico utilizando el software Dips.
1.2 RECURSOS HUMANOS
MARCHENA CHÁVEZ, Jasson Andree
REQUELME QUILICHE, Jose Humberto
SALAZAR MATARA Jessica Fiorella
TAPIA CABRERA, Hernando.
TASILLA SOTO, Liliana Esther.
1.3 RECURSOS MATERIALES En el presente proyecto de investigación se ha utilizado materiales y equipos que han sido necesarios e importantes para el cálculo del RQD, RMR y GSI. Los cuales son:
Equipos
Brújula Geotécnica
Brújula Brunton
GPS navegador
Flexómetro y wincha
Protactor
Picota
Lupa 20x
Lápiz de dureza
Ácido Clorhídrico 18 %
Cámara
6
Instrumentos
Plano geológico y satelital
Libreta de Campo
Tablas Geomecánicos
Formato Dips-geomecánicos
1.4 METODOLOGÍA 1.4.1 Etapa preliminar de gabinete
Obtención de conocimientos a través de los temas impartidos por el docente en clase.
Reconocimiento de la zona de estudio a través de imágenes satelitales.
Recopilación de información de estudios previos de nuestra zona.
1.4.2 Etapa de campo
Se realizó una análisis geomorfológico, petrológico, estratigráfico y estructural de la zona de estudio.
Se obtuvo datos geomecanicos de las estructuras presentes en cada punto de control de la zona de estudio.
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Etapa de gabinete
Con los datos obtenidos en campo, se procesó e interpreto, mediante la utilización de softwares como: SAS Planet, ArcGis 10.2.3, DIPs, Y RockData. Con los cuales se logró obtener los planos finales como también la interpretación de las gráficas de las envolventes de Hoek y Brown.
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CAPITULO II: ASPECTOS GENERALES 2.1 UBICACIÓN Geográficamente la zona de estudio se encuentra localizada en la parte Noroccidental del territorio peruano en:
DEPARTAMENTO: Cajamarca
DISTRITO: La Encañada
PROVINCIA: Cajamarca
CENTRO POBLADO : Sangal
IMAGEN N° 1: Ubicación Geográfica del área de estudio.
2.2.
ACCESIBILIDAD
La zona de estudio se encuentra a 17.4 Km de la ciudad de Cajamarca. Para poder acceder al área de estudio se toma la carretera afirmada Cajamarca – Otuzco - Criadero De Truchas.
IMAGEN N° 2: Accesibilidad a nuestra zona de estudio (Fuente Google Maps) 8
2.3.
CLIMATOLOGÍA
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, 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.
IMAGEN N° 3: mapa de temperatura mínima y máxima de Cajamarca (Fuente SENAMHI)
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CAPITULO III: MARCO TEORICO 3.1. BASES TEÓRICAS 3.1.1. El índice de calidad de la roca RQD (ROCK QUALITY DESIGNATION) El índice RQD (Rock Quality Designation), fue propuesto para proveer un estimado cuantitativo de la calidad de la masa rocosa, a partir de los testigos de diamantina. Palmstrom (1982) sugirió que, cuando los testigos no estén disponibles para la traza de discontinuidades; expresando el grado de fracturación, partir de cartografiado geotécnico en función al número de fracturamiento por metro cúbico (Jr), determinadas al realizar el levantamiento litológico – estructural en área o zona determinada. Calculado mediante la fórmula: = 100 ∗ e(−.) ∗ (0.1λ + 1)
Dónde: =
° ()
De acuerdo a este parámetro, la calidad de la roca está dada por la siguiente tabla. Tabla 1: Clasificación del Índice de calidad de la roca (RQD), según Deer (1968)
ÍNDICE DE CALIDAD R.Q.D (%)
CALIDAD
CLASE
VALORACIÓN
100 – 90
Muy Buena
V
20
90 – 75
Buena
IV
17
75 – 50
Mediana
III
13
50 – 25
Mala
II
6
25 – 0
Muy Mala
I
3
Fuente: Vallejo (2002)
10
3.1.2. RMR según Bieniawski (1989) La clasificación geomecánica RMR, también conocida como clasificación geomecánica de Bieniawski, fue presentada por el Ingeniero Bieniawski en 1973 y modificada sucesivamente en 1976, 1979, 1984 y 1989. Es 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. (Haro, 2004). Donde: (1) Resistencia del macizo rocoso (2) R.Q.D (3) Espaciado entre discontinuidades (4) Estado de las discontinuidades (5) Flujo de agua en las discontinuidades = (1) + (2) + (3) + (4) + (5)
Obtención del índice de calidad RMR Tabla 2: Índice de la calidad MRM CLASE
CALIDAD
COHESION
Muy Buena
VALORACION (RMR) 100 – 81
>4 Kg/cm2
ANGULO DE ROZAMIENTO <45°
I II
Buena
80 – 61
3-4 Kg/cm2
35°-45°
III
Media
60-41
2-3 Kg/ cm2
25°-35°
IV
Mala
40 – 21
1-2 Kg/cm2
15°-25
V
Muy Mala
<20
<1 Kg/cm2
<15°
Fuente: Vallejo (2002)
3.1.3. Parámetros de caracterización de los macizos rocosos.
Resistencia a la compresión uniaxial
Para medir el índice de la resistencia a la compresión uniaxial se pueden determinar mediante ensayos de compresión uniaxial, biaxial y triaxial, además también por métodos de estimación directa como son el uso del martillo de geólogo determinado según el número de golpes que pueda resistir cada una de las discontinuidades del macizo. Así en campo hemos determinado utilizando tablas de estimación según (Marinos y Hoeck, 2000).
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RQD
El RQD, (Rock Quality Designation), se ha determinado por la fórmula estudiada anteriormente el cual va a ser un parámetro más para la valoración del RMR de las estaciones estudiada a lo largo de toda la zona de estudio.
Espaciamiento
El espaciamiento de las discontinuidades está definida por la distancia perpendicular que existe entre los planos de cada discontinuidad, y es importante este parámetro para la valoración del RMR, en la zona de estudio se han cuantificado para cada una de las discontinuidades de esa manera el equipo ha creído conveniente tomar el valor promedio de cada espaciamiento y determinar su valor según tablas de valoración.
Condición de las discontinuidades
Las condiciones de cada discontinuidad han sido medidas de acuerdo a las características que presentan cada discontinuidad; así se ha medido entre las principales la persistencia, la apertura, la rugosidad, el relleno y la meteorización las cuales por dichas características se ha valorado con tablas y cuadros comparativos, estas pasamos a describirlas a continuación.
Persistencia
Es la distancia hasta dónde llega una diaclasa, ya que esta puede ser interferida por otras familias de discontinuidades las cuales interfieren cortándolas o termina allí dichas discontinuidades.
Abertura
La apertura se refiere a la distancia perpendicular que separa las paredes adyacentes de una discontinuidad abierta. Según los métodos que sugiere la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas (ISRM) limita el término abertura a discontinuidades abiertas donde el espacio es agua o aire. E s así que cuando esta discontinuidad se encuentra rellena de algún material esta pasa a la denominación de Relleno, así en la zona de estudio hemos considerado de igual manera el promedio para su respectiva cuantificación y.
Rugosidad
La rugosidad de una discontinuidad es el factor determinante de la resistencia al cizallamiento esta disminuye al aumentar la abertura, está a la vez está asociado a dos parámetros como son la ondulación (macro rugosidad) y la aspereza (micro rugosidad) lo cual va a permitir que una roca sea resistente al desplazamiento, así en nuestra zona de 12
estudio se han cuantificado por métodos comparativos con tablas existentes según (Gavilanes Hernán, Introducción a la Ingeniería de Túneles 2004).
Relleno
El relleno está determinado por la cantidad de material que se encuentra separando las paredes adyacentes de una discontinuidad que puede ser calcita, óxidos, milonita, arcillas, brechas de falla, etc. Para su cuantificación se ha medido los rellenos en varias partes del macizo, sacando de esta manera el valor promedio para su valoración final dentro de la cuantificación del valor del RMR para la caracterización de nuestro macizo rocoso.
Meteorización
Es un parámetro muy particular el cual no se puede medir directamente sino que utilizamos este criterio de una manera comparativa para intentar cuantificarla ya que influye mucho en las propiedades de las rocas tales como su resistencia, rugosidad y de esta manera altera sus propiedades iniciales.
Agua subterránea o cantidad de flujo
La cantidad de agua es un agente que va a modificar el estado inicial de cada discontinuidad, este funciona dentro de los poros de la roca y se debe de tener en cuenta la permeabilidad tanto primaria y secundaria así como también la conductividad hidráulica ya que esta puede ser anisotrópica.
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Tabla 3 Clasificación Geomecanica RMR (1989)
3.1.4. GSI El GSI es un nuevo índice de calidad geomecánica para macizos rocosos y se basa en la identificación y clasificación en campo de dos características fundamentales. La macroestructura y la condición de superficies de discontinuidades. Es estimado a partir de inspecciones visuales del macizo rocoso expuesto en las superficies de excavaciones, tales como afloramientos taludes y túneles.
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Imagen 1. Índice Geológico de resistencia GSI
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CAPITULO IV: MODELO GEOLOGICO Se denomina modelo geológico a la representación simplificada de los factores de tipo geológico que lo definen, de cara a la resolución de los problemas geotécnicos. En el modelo geológico se pondrá especial atención en la parte estructural del macizo rocoso. El proceso que se va a seguir para llegar a la representación final de los factores geológicos que define el modelo, partiendo de la información geológica disponible del macizo rocoso consta de una fase preliminar de recogida de toda la información sobre topografía, y geología. Los factores geológicos en cuenta son los siguientes.
4.1. GEOMORFOLOGÍA Geomorfológicamente, el punto de control se encuentra afectado por una zona de escarpe y por una terraza que ha formado el rio Chonta.
4.2. GEOLOGIA LOCAL 4.3.1 Formación Cajamarca Litológicamente, consta de secuencias de calizas de gran espesor las mismas que en superficie las encontramos de color amarillenta debido al intemperismo que sufren, en la superficie fresca es de color gris oscura con algunas venillas de calcita.
FOTO N° 1: Estratos de la Formación Cajamarca
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4.3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL En la salida, debido al tiempo, no se han reconocido estructuras como plegamientos o fallas; sin embargo por investigaciones hemos encontrado que la zona si está afectada por estas estructuras. La siguiente información fue extraída del Proyecto “Construcción – Regulación de las Aguas del río Chonta, mediante la Presa Chonta” realizada en al año 2013
En las fallas puestas en evidencia, se observan que la primera tiene un azimut de 305°NE, buzamiento de 70° NE con un relleno milonitizado de 0,45 m en promedio, mientras que la segunda falla tiene un azimut de 145° NE, buzamiento de 34° SW, con relleno de falla de 0,10 m.
Sinclinal Sangal con dirección NWW – SEE, en cuyo núcleo se emplaza la Formación Celendín, mientras que en el flanco Sur son visibles los afloramientos de las calizas de la Formación Cajamarca
Diaclasas o grietas En el punto de control se identificó dos familias de diaclasas.
FOTO N° 2: Familia de diaclasas y estrato 17
CAPITULO V: MODELO GEOMECANICO Aquí se representan las propiedades mecánicas de las rocas y de los macizos rocosos, así como también las propiedades mecánicas de las discontinuidades. (P. Ramirez Byanguren) Las propiedades mecánicas de los macizos rocosos deben incluir de los parámetros de deformación y de resistencia, a fin de estudiar el comportamiento del macizo rocoso frente a procesos de desestabilización por efecto de la construcción de la obra; esto implica el empleo de criterios de rotura aplicables en función de las características del macizo rocoso. Las tres clasificaciones más utilizadas son la Bieniawski (RMR), la de Barton, Lien y Lunde (Q) y la de Hoek Brown (GSI). Las dos primeras utilizan un parámetro, RQD, que constituye la base de la clasificación de Deere. (Pedro Ramírez. O., 2004)
5.1 PUNTO DE CONTROL El punto de control donde se llevó acabo el estudio geomecánico del macizo rocoso, primero se determinó sus coordenadas UTM, se procedió a la observación, identificación y descripción del afloramiento rocoso. Asimismo, se hizo la toma de lectura de DIP/DIP DIRECTION de las discontinuidades y talud. Y por último se desarrolló la toma de parámetros (espaciado, persistencia, abertura, etc.) de las discontinuidades, que a continuación se describe.
5.1.1 GENERALIDADES
Ubicación Tabla 4: coordenadas de ubicación de punto de control
COORDENADAS (DATUM WGS – 84) NORTE ESTE COTA ZONA 92159300 787191 2969 15 g
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Macizo rocoso
Talud
FOTO N° 3: En la imagen se puede observar el macizo rocoso donde se llevó a cabo todo el estudio geomecánico, asimismo se observa el talud del macizo la cual se hizo lectura de su Dip 77 y Dip Direction 205.
Identificación Clasificación genética: Rocas sedimentarias. Clasificación litológica: Calizas mudstone, nodulares. En bloques de gran espesor. Unidad litoestratigráfico: Formación Cajamarca, del Cretáceo Inferior.
Determinación de blocosidad
Tabla 5 Determinación de blocosidad
Termino del Bloque Tabulares
Descripción de las Discontinuidades Conjunto dominante de diaclasas paralelas como por ejemplo planos de estratificación, con otras no persistentes, el espesor de los bloques es mucho menor que su longitud y anchura.
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Grado de meteorización
Tabla 6: Grado de meteorización Grado de Descripción fracturación Moderadamente Decoloración evidente. Superficie moteada y alterada, llegando meteorizada
incluso a presentarse por debajo de la superficie de la roca
Resistencia a la compresión simple
Tabla 7 Resistencia a la compresión uniaxial
Clase Descripción
Identificación de campo
Resistencia a la compresión (mpa)
Se requiere muchos golpes del 70 martillo para fracturarla La clase obtenida del macizo rocoso estudiado pertenece a un R4, la cual indica un tipo de roca dura.
R 4
Roca dura
Corrección de la resistencia de compresión uniaxial con los ábacos de BIENIAWSKI.
Grafico 1: Muestra el Abaco de corrección de la compresión uniaxial, el cual le da una valoración de “7”.
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5.1.2 DESCRIPCIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES
Planos de estratificación
FOTO N° 4: Planos de estratificación en el macizo rocoso
Diaclasas
FOTO N° 5: Se observa 1 familias de diaclasas y fracturas irregulares en el bloque rocoso, las cuales poseen diferente orientación a los planos de estratificación
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5.1.3 CARACTERÍSTICAS DE LAS DISCONTINUIDADES
Estratificación
Tabla 8 Este cuadro describe las diferentes características que poseen los planos de estratificación.
Corrección del espaciado entre discontinuidad con los ábacos de BIENIAWSKI.
Gráfico 1: Muestra el Abaco de corrección del espaciado entre discontinuidades, el cual le da una valoración de “12 ”.
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Familia de diaclasas:
Familia de diaclasas 01
Tabla 9 Este cuadro describe las diferentes características que poseen los planos de la familia de diaclasas N°1.
Familia de diaclasas 02
Tabla 10 Este cuadro describe las diferentes características que poseen los planos de la familia de diaclasas N 02
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Clasificación RQD
Se calcula mediante la siguiente formula: = 100 ∗ (−.) (0.1 + 1)…………. (1)
Dónde: x =
° ()
23
=
11 2
= 5.5……………….. (2)
Reemplazando (2) en (1) = 100 ∗ (−.∗.) (0.1 ∗ 5.5 + 1) = 89.42
Basándonos en los rasgos de los valores RQD, el macizo rocoso, tiene la valoración siguiente: Tabla 11 Índice de calidad R.Q.D Índice de calidad R.Q.D (%)
Calidad
Clase Valoración
100 – 90
Muy Buena
V
20
90 – 75
Buena
IV
17
75 – 50
Mediana
III
13
50 – 25
Mala
II
6
25 - 0
Muy Mala
I
3
El valor encontrado el bloque rocoso estudiado tiene una calidad Mediana.
Corrección del RQD con los ábacos de BIENIAWSKI.
Gráfico 2: Muestra el Abaco de corrección de RQD, el cual le da una valoración de “17”.
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7
Clasificación RMR (Bieniawski)
Tabla 12 Cuadro que muestra los parámetros de las discontinuidades y sus respectivas valoraciones.
= (1) + (2) + (3) + (4) + (5)
Donde: (1) Resistencia del macizo rocoso (2) R.Q.D (3) Espaciado entre discontinuidades (4) Estado de las discontinuidades (5) Flujo de agua en las discontinuidades = 7 + 1 7 + 12 + 11 + 1 0 = 57
Obtención del índice de calidad RMR Tabla 13 Cuadro de valoración según Bieniawski VALORACION CLASE CALIDAD (RMR)
COHESION
ANGULO DE ROZAMIENTO
I
Muy Buena
100 – 81
>4 Kg/cm2
<45°
II
Buena
80 – 61
3-4 Kg/cm2
35°-45°
III
Media
60 – 41
2-3 Kg/cm2
25°-35°
IV
Mala
40 – 21
1-2 Kg/cm2
15°-25
V
Muy Mala
<20
<1 Kg/cm2
<15°
Macizo rocoso estudiado pertenece a una calidad media. 25
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Clasificación GSI (Hoek & Brown)
GSI=52
.
IMAGEN N° 4: Clasificación GSI, el macizo rocos presenta un GSI aproximadamente de 52.
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CAPITULO VI: MODELO MATEMATICO El modelo numérico confluye una parte de la información obtenida, del modelo geológico y del modelo geomecánico. En este modelo, el objeto de estudio es el análisis tensodeformaciones, obtenidas una vez satisfechas las condiciones de contorno del problema. La ventaja del modelo numérico consiste en la posibilidad de calcular tanto las tensiones como las deformaciones de un cuerpo sometido a fuerzas externas. PUNTO DE CONTROL N° 1 Determinación de las propiedades geomecanicas – rocdata.
IMAGEN N° 5: Propiedades geomecánicas mediante el RocData
Utilizando el software RocData determinamos las propiedades geomecánicas del macizo rocoso. Nos muestra los parámetros de Hoek-Brown (mb = 2.012, s= 0.0039) y Morh Coulomb (Angulo de fricción = 32.07°, cohesión = 4.706Mpa). Este es un gráfico biaxial en el cual el eje de las abscisas muestra el esfuerzo principal mayor y en el eje de las ordenadas el esfuerzo principal menor. La gráfica de color rojo representa la línea de Morh Coulomb y la curva de color azul representa la gráfica de Hoek-Brown. La línea Mogi de color verde define la relación entre las tensiones principales efectivas mayor y menor para la cual se produce la transición de la rotura frágil a la rotura dúctil, como la 27
envolvente de tensiones principales queda sobre la línea Mogi, esto indica un modo de rotura frágil. Además de ello, mencionamos que dicho afloramiento presenta una resistencia a la tracción igual a -0.172Mpa, una resistencia compresiva uniaxial de 5.386 Mpa, una resistencia compresiva triaxial o global del macizo rocoso igual a 17.004 Mpa, además de un módulo de deformación de 13734.28 Mpa.
Análisis de discontinuidades Dips Para determinar si el macizo rocoso presenta una rotura en cuña, planar o toppling se realiza la cinemática de rotura a partir de datos consistentes del ángulo de fricción, talud y sus discontinuidades.
Imagen 6: Diagrama de polos del estrato y de las discontinuidades.
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Imagen 7: Análisis cinemático de ruptura en cuña.
El tipo de rotura más crítica en el macizo rocoso es de tipo en cuña, con un porcentaje critico de 66.67%, dato que el software Dips género.
La intersección de la Discontinuidad 2 y la Discontinuidad 1, tienen un Trend: 188° y Plunge: 32°. Debido a que el Plunge es menor al buzamiento del talud, la rotura en cuña cae al SW.
La intersección del Estrato y la Discontinuidad 2, tienen un Trend: 288° y Plunge: 13°. Debido a que el Plunge es menor al buzamiento del talud, la rotura en cuña cae al SW en función a la Discontinuidad 2.
La intersección del Estrato y la Discontinuidad 2, tienen un Trend: 53° y Plunge: 56°. Debido a que el Plunge es menor al buzamiento del talud, la rotura en cuña cae al SW en función a la Discontinuidad 1.
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CONCLUSIONES
Se realizó la caracterización geomecánica de las discontinuidades en el macizo rocoso, donde se concluye que la resistencia a la compresión uniaxial es de 70Mpa, esto indica un tipo de roca dura. Asi mismo se determinó la clasificación geomecanica del macizo rocoso según el RQD, obteniendo un valor de 89.42 indicando una calidad buena de tipo IV con una valoración de 17.
La calidad del macizo rocoso presente en el punto de control pertenece una calidad media por presentar un RMR de valoración 57 según Bieniawski.
Los parámetros geomecánicos obtenidos en el Roc Data del punto de control fueron: la resistencia a la compresión uniaxial, fuerza de tracción, el módulo de deformación, ángulo de fricción y cohesión.
La interpretación del análisis de rotura que presenta los macizos rocosos se llevó a cabo en el software Dips, en la cual se pudo evidenciar que el macizo rocoso predomina un tipo de rotura en cuña.
BIBLIOGRAFIA
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. L. GONZÁLEZ DE VALLEJO, M. FERRER, L. ORTUÑO y C. OTEO (2002). Ingeniería geológica. Prentice Hall. Madrid, 715 p.
Díaz Suárez, J. Ingeniería de suelos Ltda. 1998. “Deslizamientos y estabilidad de
taludes en zonas tropicales”.
Carrillo, M., Linkimer, L., Rodríguez, A. & Zúñiga, H. (2002). Clasificación geomecánica y análisis estabilidad de taludes del macizo rocoso Coris, Cartago, Costa Rica.
Valeriano, F. Análisis de Estabilidad Probabilístico del Talud de la Cantera Espinal – Juliaca.
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