5.0 estudio geotecnia

5.0CONCLUSIONES DEL ESTUDIO

DE SUELOS Y gEOTECNICO

5.1 GENERALIDADES

5.1.1 OBJETIVO DEL ESTUDIO

El presente estudio tiene como objetivo la evaluación geotécnica del subsuelo para el diseño del pavimento y la evaluación de la estabilidad del talud rocoso para la ampliación de las márgenes derecha e izquierda de la Av. Raúl Ferrero en la Molina, específicamente de la altura de la progresiva 0+320 – 0+410, 0+460 - 0+480, 0+500 - 0+660, 1+120 – 1+170, 1+220-1+250, 1+260-1+280, 1+520 – 1+570 y 1+700-1+740; así mismo se realizó el diseño de la estructura del pavimento y de un muro de contención, que forma parte del proyecto.

El programa de trabajo consistió en:

1. Estudio de la geología local. Revisión de la información existente en el cuadrángulo geológico a escala 1:100,000 editado por el Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico, 1992 (hoja 25 j Lima).

2. Levantamiento geológico-geomecánico de superficie, incluyendo consideraciones de litología estructural y caracterización del macizo rocoso del talud.

3. Ejecución de excavaciones a cielo abierto, denominadas calicatas que permitan evaluar la estratigrafía del subsuelo hasta la profundidad de influencia de las cargas que transmita el pavimento.

4. Toma de muestras alteradas.5. Ejecución de ensayos estándar y ensayos de compactación Proctor y C.B.R.

(California Bearing Ratio).6. Ensayos de PDC in-situ.7. Análisis de los trabajos de campo y de laboratorio.8. Elaboración del perfil estratigráfico.9. Análisis geomecánico del macizo rocoso; en la caracterización de los macizos

rocosos se aplicaron los criterios de clasificación de Bieniawski 1976 y 1989 de acuerdo al sistema RMR (Rock Mass Rating System) y la estabilidad de taludes en rocas mediante el método SMR.

10. Análisis y diseño del pavimento y muro.11. Conclusiones y recomendaciones.

5.1.2 UBICACIÓN Y ACCESO DEL ÁREA DE ESTUDIO

El área de estudio está ubicada en la Av. Raúl Ferrero se inicia a 100 m de la Av. El Polo (GOLF LOS INCAS) y culmina a 180 m de la Alameda El Corregidor, en el Distrito de La Molina, Provincia y Departamento de Lima.

Las coordenadas del área del proyecto se indican en la Cuadro Nº 1

Barriga – Dall’Orto S.A.Expediente Técnico de la Ampliación de la Av. Ferrero (La Molina – Santiago de Surco) Ingenieros Consultores

CUADRO Nº 1Vértices del Área del Proyecto

CoordenadasNorte Este

8’660,000.000 284,000.000

8’664,000.000 288,000.000

5.1.3 TOPOGRAFÍA DEL ÁREA

El nuevo alineamiento que enlaza la Av. Ferrero, presenta según el trazo geométrico proyectado, un relieve topográfico ligeramente accidentado, interrumpido por el macizo rocoso que atraviesa la vía que determina su geometría final.

La información topográfica fue ejecutada por nuestra empresa Barriga Dall’Orto Ingenieros Consultores S.A., en base a la cual se desarrolló el informe.

5.1.4 CLIMA

El clima es templado, sol intenso en los meses de Enero a Marzo, temperaturas promedio de 220C entre Marzo y Julio, temperaturas promedio de 180C entre Julio y Diciembre.


5.2 GEOLOGÍA Y SISMICIDAD

5.2.1 GEOLOGÍA

5.2.1.1 Geología y Geomorfología Regional

Tomando como base el Boletín No.43 “Geología de los Cuadrángulos de Lima, LurÍn, Chancay y Chosica” de Septiembre de 1992, editado por el Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGEMMET), Lima-Perú; se evaluó la geología de la zona.

En base a la información de campo y la información consignada en la hoja 25 j del Boletín Nº 43 del Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGEMMET, 1992), se evaluó la geología y geomorfología de la zona en estudio.

La zona en estudio se encuentra limitada entre las coordenadas UTM 284,000 y 288,000 Este y 8’664,000 y 8’660,000 Norte, regionalmente la zona es considerada de relieve suave a ondulado.

5.2.1.2 Estratigrafía

Las unidades lito estratigráficas de la zona (Fig.1) están constituidas por unidades litológicas formadas por afloramientos rocosos y materiales no consolidados, cuyas edades van desde el Cretáceo hasta el Cuaternario reciente; están conformadas por rocas sedimentarías e ígneas.

Las unidades lito estratigráficas comprometidas son:

Depósitos AluvialesLos depósitos aluviales típicos. Se estima que este material aluvial tiene más de una decena de metros de espesor. Estos mantos aluviales están representados por grava gruesa a media, algunos cantos y ocasionales bloques menores a 35”, con matriz arenosa; esta granulometría heterogénea es de contornos sub-redondeados y de composición mayormente de rocas intrusitas, con ocasionales lentes de limo, arena bien graduada y arena mal graduada.

Depósitos EólicosEstos mantos de material eólico se acumulan tanto sobre afloramientos rocosos, como por debajo del material remplazado de la plataforma vial, presentando un espesor variable a lo largo de la vía. Por lo general se presentan en forma de mantos de arena que pueden corresponder a dunas en proceso de estabilización. Se constataron en las calicatas C- A, C-1 y C-2.

Depósitos Aluviales Están constituidos por el material acarreado por el río Rímac y Surco que forman terrazas las cuales están constituidas por gravas y cantos subredondeados con matriz arenosa y ocasionales lentes arenosos.

Formación AtocongoEsta formación se encuentra constituida por margas grises oscuras intercaladas con lutitas y caliza crética y se aprecian derrames andesíticos lo cual evidencia la influencia volcánica.


5.2.2 GEOLOGÍA Y GEOMORFOLOGÍA LOCAL

El panorama morfológico del área en estudio es el resultado del producto de las fuerzas internas (endógenas) y externas (exógenas), que han dado lugar a las diferentes formas geométricas y pendientes variables en el modelado del relieve de la superficie; sea que los procesos endógenos ó los exógenos han actuado con mayor o menor grado de intensidad, tectonismo y la acción de los vientos, todo esto en el área de estudio ha generado una morfología suave y ondulada.

El área de estudio se encuentra conformada típicamente por la Formación Atocongo que se describió anteriormente. Los taludes rocosos se constituyen por margas y rocas volcánicas como la andesita cuarcífera.

5.2.3 EVALUACIÓN DEL NIVEL DE RIESGO

Se ha identificado y observado los taludes en el campo por el equipo del consultor. Simultáneamente se ha considerado un puntaje para los factores de equilibrio actual, evolución, topografía, volumen de material inestable y daños materiales (Instituto Tecnológico Geominero, 1987).

El equilibrio actual (factor de estabilidad de masas o cuerpos rocosos) fue clasificado cualitativamente. El talud puede estar en evolución progresiva o nula. El factor topográfico se obtuvo tomando como referencia la pendiente de los taludes clasificados como suaves (menores de 10°), medianos (10 a 30º) y fuertes (mayores de 30º). El volumen del material movido, expresado en metros cúbicos, se ha clasificado en los rangos menores a 10, 10-100, 100-1000 y mayor de 1000 m3. Considerando la valoración de estos puntajes y otros factores topográficos, geológicos y estructurales se ha calificado los niveles de riesgo de los taludes inestables como Crítico, Moderado y Leve. Cada nivel de riesgo se puede interpretar como sigue:

Muy Crítico: La valoración es mayor de 12. Crítico: La valoración de los puntajes varía de 9 - 11. Intermedio: Problema moderado, valoración de los puntajes varía entre 5 - 8. Leve: Problema ligero, valoración de los puntajes es igual o menor de 4.

En el Anexo V.3.A se presenta la evaluación de nivel de riesgo de las estaciones geomecánicas.


5.3 INVESTIGACIONES DE CAMPO

5.3.1 TALUD ROCOSO

Para evaluar el macizo rocoso que compone los taludes de la margen Izquierda y derecha fue necesario realizar una investigación de campo, que consistió en el mapeo de discontinuidades del macizo rocoso, obtención de muestras de roca para ser ensayadas en laboratorio y ensayos de esclerometría in-situ (Martillo Schmidt).Las investigaciones de campo se iniciaron con el reconocimiento superficial del área comprometida en el presente estudio, el mismo que sirvió de base para la programación de los trabajos de campo subsiguientes.

En la margen izquierda se tomó en consideración cuatro estaciones geomecánicas y en la margen derecha cinco estaciones, las cuales se detallan en el Cuadro Nº 2, posteriormente se realizó el mapeo geomecánico y los registros lineales de discontinuidades (Ver Plano AF-EG-01).

CUADRO Nº 2Resumen de Estaciones Geomecánicas

Estación Zona Margen Ubicación

ES 1 MI 0+220-0+290

ES 1’ MI 0+220-0+290

ES 2 MI 0+840-0+880

ES 3 MD 1+120 – 1+160

ES 3’ MD 1+120 – 1+160

ES 4 MD 1+160 – 1+180

ES 5 MI 1+170 – 1+200

ES 6 MD 1+360 – 1+400

ES 7 MD 1+480 – 1+520

5.3.2 FINES DE PAVIMENTACIÓN

5.3.2.1 Calicatas

Se realizaron 6 calicatas denominadas C-1, C-2, C-3, C-4, C-A y C-B ubicadas convenientemente como se observa en el plano AF-EG-01. De cada una de las calicatas se han extraído muestras representativas alteradas con las que se ejecutaron ensayos estándar de clasificación de suelos, ensayos de compactación y CBR, además de ensayos especiales de Corte Directo.

Las calicatas realizadas alcanzaron una profundidad de excavación de 1.50 m. como máximo. De acuerdo a las excavaciones ejecutadas en el área del proyecto no se ha detectado el nivel freático, hasta la profundidad de exploración.


Los registros de las calicatas se presentan en el Anexo V.3.B de este Informe.

El Cuadro N° 3 presenta el resumen de la Exploración Geotécnica realizada en las calicatas.

CUADRO N° 3Resumen de Exploración Geotécnica en Calicatas

Calicata Profundidad (m) Muestra Ubicación

C-1

0.00 – 0.15 S/M

Lado Derecho0.15 – 0.35 S/M0.35 – 1.40 M – 11.40 – 1.50 M – 2

C-2 0.00 – 0.80 M – 1 Lado Derecho0.80 – 1.50 M – 2

C-3

0.00 – 0.15 S/M

Lado Derecho0.15 – 0.90 M – 10.90 – 1.30 M – 21.30 – 1.50 M – 3

C-40.00 – 0.15 S/M

Lado Derecho0.15 – 1.00 M – 11.00 – 1.50 M - 2

C-A

0.00 – 0.05 S/M

Lado Derecho0.05 – 0.20 M – 10.20 – 0.50 M – 20.50 – 1.50 M – 3

C-B0.00 – 0.05 S/M

Lado Derecho0.05 – 0.15 M – 10.015 – 1.00 M – 2|

5.3.2.2 Ensayos PDC

El penetrómetro dinámico de cono (PDC) es un método de ensayo no destructivo capaz de medir la capacidad estructural in situ del suelo de fundación. En este ensayo se mide la penetración dinámica por golpes y se elabora un perfil de resistencia en profundidad, el cual brinda una indicación de las propiedades de los materiales. Existe una correlación establecida entre el ensayo de CBR in situ y el ensayo de PDC (C. Tupia, 2001). Esta relación ha sido establecida en base a una serie de resultados de campo y laboratorio, mediante una tarea rutinaria que consiste en realizar ensayos de PDC in situ y CBR in situ.

Con el fin de obtener el valor del CBR de la subrasante de la vía en estudio, se ejecutaron 10 sondajes de Penetración Dinámica de Cono (PDC) en el área correspondiente a la Av. Raúl Ferrero denominados de PDC-1 a PDC-9, y PDC-A, alcanzando profundidades variables hasta 2.0 m. La ubicación de estos sondeos se presenta en el plano AF-EG-01.


Los registros de los ensayos PDC se presentan en el Anexo V.3.B de este Informe.

En el Cuadro Nº 4 se presenta la relación de sondajes PDC ejecutados, indicándose las profundidades alcanzadas y su ubicación.

CUADRO N° 4Resumen de Exploración Geotécnica de los Ensayos PDC

Calicata Profundidad (m) Ubicación

PDC-1 0.50 Lado Derecho

PDC-2 2.00 Lado Derecho

PDC-3 0.60 Lado Izquierdo





PDC-8 1.60 Lado Derecho (en C-3 a 1.0 m de profundidad)


PDC-A 1.60 Lado Derecho (en C-A a 0.90 m de profundidad)

5.3.2.3 Densidad de Campo

Se efectuaron 4 ensayos de densidad de campo empleando el método del cono de arena de 6”: C-1/D-1 a 1.10 m de profundidad, C-1/D-4 a 1.50 m de profundidad; C-2/D-2 a 0.90 m de profundidad y C-3/D-3 a 1.50 m de profundidad.

El Cuadro Nº 5 muestra los resultados de la densidad húmeda y densidad seca de los ensayos realizados.

CUADRO Nº 5Resumen de los Resultados de Densidad Cono de Arena

Sondaje Profundidad (m)

Densidad Húmeda (gr/cm3)

DensidadSeca (gr/cm3)

C-1/ D-1 1.10 1.91 1.88C-1 / D-4 1.50 1.58 1.57C-2 / D-2 0.90 1.36 1.35C-3 / D-3 1.50 1.48 1.47


5.4 ENSAYOS DE LABORATORIO

5.4.1 MUESTRAS DEL MACIZO ROCOSO

Con las muestras obtenidas de los taludes rocosos se realizaron los siguientes ensayos:

Ensayos de carga puntual (ASTM D 5731); Densidad de la roca (ASTM D 2937); Absorción, gravedad específica y porosidad de la roca (ASTM C 9783); Ensayo de esclerometría (Martillo Schmidt) y densidad.

Los ensayos se efectuaron en el laboratorio geotécnico del Consultor; el ensayo de carga puntual y esclerometría (Martillo Schmidt) se efectuaron in-situ. Los certificados de laboratorio de los ensayos realizados se presentan en el Anexo V.3.C del presente informe.

5.4.2 MUESTRAS DE SUELOS

Con las muestras alteradas obtenidas de los sondajes se realizaron los siguientes ensayos estándar: Clasificación de Suelos (ASTM – D – 2487); Análisis granulométrico (ASTM D 422); Ensayos de límite líquido y límite plástico (ASTM D 4318); Contenido de humedad (ASTM D 2216);

Los ensayos especiales realizados a las muestras fueron:

Ensayos de compactación Próctor modificado (ASTM D 1557); Ensayo CBR (ASTM D 1883); Ensayo de Corte Directo remoldeado (ASTM D 3080).

Los ensayos estándar, ensayos de compactación y CBR fueron realizados en el Laboratorio Geotécnico de HIDROENERGIA Consultores en Ingeniería S.R.L.; el ensayo de corte directo fue realizado en el laboratorio de la Universidad Nacional de Ingeniería.

Los certificados de los ensayos de laboratorio se presentan en el Anexo V.3.C.

El Cuadro Nº 6 se presenta un resumen de los resultados de los ensayos de laboratorio.

CUADRO Nº 6


Resumen de Ensayos de LaboratorioC

alic

ata

Profundidad (m)

Mue

stra Ensayo Estándar Ensayos Especiales

SUCS AASHTO FINOS%

W (%)

LL%

IP %

Proctor CBR %OCH

%MDS gr/cc

C-10.35 - 1.40 M – 1 GM A-1b 12.10 0.67 --- --- --- --- ---

1.40 - 1.50 M – 2 SP A-2-4 4.64 0.62 --- --- --- --- ---

C-20.00 - 0.80 M – 1 GP-GM A-1ª 5.05 0.35 --- --- --- --- ---

0.80 - 1.95 M – 2 SP A-2-4 4.91 0.56 --- --- 13.18 1.76 6.12

C-3

0.15 - 0.90 M – 1 GP-GM A-1ª 6.45 0.81 --- --- --- --- ---

0.90 - 1.30 M – 2 SP A-2-4 3.04 0.54 --- --- --- --- ---

1.30 - 1.50 M – 3 SP A-2-4 1.53 0.25 --- --- --- --- ---

C-40.15 - 1.00 M – 1 SP-SM A-1b 7.41 0.39 --- --- --- --- ---

1.00 - 1.50 M – 2 GP-GM A-1ª 6.10 0.71 --- --- 6.21 2.18 15.60

C-A

0.05 - 0.20 M – 1 SW-SM A-1ª 11.40 1.47 --- ---- --- --- ---

0.20 – 0.50 M – 2 GP-GM A-1ª 5.93 1.21 --- --- --- --- ---

0.50 – 1.50 M – 3 SP A-2-4 4.26 0.90 --- --- 16.52 1.70 7.20

C-B0.05 – 0.15 M – 1 SW-SM A-4 11.73 1.74 --- --- --- --- ---

0.15 – 1.00 M – 2 GP A-1ª 3.93 1.04 --- --- --- --- ---

El Cuadro Nº 7 se presenta los resultados obtenidos en el ensayo de corte directo remoldeado.

CUADRO Nº 7Resumen de Ensayos de Corte Directo

Material Profundidad (m)

Angulo de Fricción()

COHESIÓN (Kg/cm2)

C-1 1.40 – 1.50 29.2 º 0.00

5.5 PERFIL ESTRATIGRÁFICO


En base a la topografía y según los resultados de laboratorio, los registros de las calicatas y la evaluación RMR, se ha elaborado el perfil estratigráfico del terreno.

El perfil estratigráfico del área en estudio se puede dividir en cuatro zonas:

Sección A – A’

Esta sección involucra a la calicata C-B. El perfil estratigráfico está conformado inicialmente por la carpeta asfáltica del pavimento con un espesor de 5 cm, seguido de una arena bien gradada con limos (SW-SM), de color beige, que tiene un espesor de 0.10 m, correspondiente a la base de la estructura del pavimento flexible, bajo la cuál subyace una capa de 0.85 m. de espesor compuesto por una grava mal gradada (GP), con tamaños de hasta 8”.

Sección B-B’

Esta sección involucra a las calicatas C-1 y C-A, cuyo perfil estratigráfico presenta inicialmente la carpeta asfáltica de 0.05 m de espesor, seguida de una arena bien gradada con limos, (SW-SM) de color beige, de compacidad densa, que corresponde a la base del pavimento, cuyo espesor es variable de 0.20 m a 0.30 m. A continuación en la calicata C-1 se tiene un estrato de material de relleno en estado suelto, compuesto por una grava mal gradada con limos, que contiene además restos de desmonte de construcción, bloques de piedras, plásticos y otros, el espesor del estrato fue de 1.05 m, la densidad del material in situ es de 1.91 gr/cm3. Finalmente se encontró, en ambas calicatas, una arena mal gradada de partículas finas y en estado suelto, de coloración beige, que presenta una densidad natural de 1.58 gr/cm3, este material se presenta a profundidades variables, a partir de los 0.50 m a 1.40 m. Del ensayo de corte directo se tiene que el valor del ángulo de fricción es de 29.2º y su cohesión es c = 0.0 Kg/cm2.

Sección C-C’

El perfil de esta sección involucra a las calicatas C-2 y C-3, el cual está compuesto inicialmente, en la calicata C-3, por el material de base de la estructura del pavimento con 0.15 m de espesor, seguidamente se tiene un material de relleno en estado suelto, compuesto por grava mal gradada con limos, que contiene además restos de desmonte de construcción, bloques de piedra y roca, papeles y otros, este estrato se encuentra hasta la profundidad máxima de 0.90 m; finalmente se tiene una arena mal gradada, de partículas finas y en estado suelta. La densidad natural en la calicata C-2 es de 1.36 gr/cm3, mientras que en la calicata C-3 es de 1.48 gr/cm3; por debajo de 1.30 m de profundidad se encuentra mezclada con pequeñas gravas en poco porcentaje, este estrato se presenta a partir de los 0.80 m a 0.90 m hasta la profundidad de excavación.

Sección D – D’Esta sección involucra a la calicata C-4. El perfil estratigráfico está conformado inicialmente por el material de base, que pertenece a la estructura del pavimento


flexible, cuyo espesor es de 15 cm; a continuación se tiene un material de relleno compuesto por una arena mal gradada con limos (SP-SM), en estado suelto y de color gris claro, que contiene desmonte, que tiene un espesor de 0.85 m, bajo la cuál subyace una grava mal gradada con limos (GP-GM), en estado semi suelto, color beige claro, con tamaños hasta 8”, se encontró un bloque de piedras de aproximadamente 20” de diámetro a la profundidad de 1.00 m.

El perfil estratigráfico de las secciones se presenta en el plano AF-SE-01.


5.6 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL TALUD ROCOSO

5.6.1 CLASIFICACIÓN GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO

5.6.1.1 Consideraciones Generales

El comportamiento geomecánico de una masa rocosa depende de tres aspectos fundamentales que están interrelacionados entre sí:

a) La resistencia de la roca intacta, es decir el comportamiento de un espécimen de roca exenta de discontinuidades y fisuras.

b) El segundo aspecto está referido al grado de fracturamiento o al número y distribución de discontinuidades que afectan a la masa rocosa. Por ejemplo los planos de las discontinuidades ofrecerán diferentes grados de resistencia, según su grado de abertura, rugosidad que presenten, si estando abiertos, poseen material de relleno o no y tipo de material de relleno.

c) El tercer aspecto está referido a esfuerzos activos que actúan en el macizo rocoso. Por un lado están los esfuerzos de tensión que trasmiten las presiones hidrostáticas de las aguas subterráneas en las discontinuidades y por otro los esfuerzos debido a cargas litostáticas con las subsecuentes deformaciones y esfuerzos horizontales en las excavaciones y afloramientos.

5.6.1.2 Clasificación RMR-SMR

Este sistema de clasificación fue desarrollado por el profesor Z.T. Bieniaswski, en el Consejo Sudafricano para la investigación Científica e Industrial (CSIR) en 1973 y modificado en 1989. Esta clasificación tiene las siguientes ventajas:

a) Proporciona las cualidades del sitio investigado con un mínimo de parámetros de clasificación.

b) Proporciona información cuantitativa para propósitos de diseño.c) Es simple y significativa en términos, pues está basada en parámetros que

se pueden medir y que puede ser determinados rápidamente y a bajo costo.

El Sistema RMREl sistema RMR, como puede apreciarse en la Tabla Nº 1, cuenta con cinco parámetros básicos. Cada uno de los parámetros está subdividido en rangos de aplicación con sus puntuaciones respectivas.

1. Resistencia de la RocaBieniawski basa sus valuaciones en rangos de resistencia compresiva uniaxial de la roca intacta, o de acuerdo al Índice de Carga Puntual (PLT).

2. Designación de la Calidad de la Roca (RQD)El RQD, propuesto por Deere (1968), es de uso frecuente como una medida de la calidad de los testigos de perforación, en función al fracturamiento del macizo rocoso. El RQD es definido como la relación porcentual de la suma de las longitudes de testigos exentos de fracturas de 10 cm, o más, respecto a la longitud perforada.


RQDlong cm x

Longitud Perforada

1

0100de testigos

Cuando no se cuenta con testigos de perforación es posible estimar el RQD en un afloramiento rocoso, haciendo uso de la siguiente relación propuesta por Barton et-al (1974).

RQD = 115 - 3.3 JVJV = Nº de Fracturas/m3 de roca

Precisamente, los valores de RQD del presente estudio se han determinado utilizando la relación anterior.

3. Espaciamiento de DiscontinuidadesPara esta característica del macizo rocoso, Bieniawski en su clasificación RMR modificada de 1989, considera los rangos recomendados por la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas.

4. Condición de las DiscontinuidadesPara la valuación de este parámetro se toma en cuenta la separación o abertura de la discontinuidad, extensión, rugosidad y grado de las paredes y tipo de material de relleno.

5. Agua Subterránea en las JuntasToma en consideración la influencia del flujo de agua subterránea en rangos de flujo observado, la relación de la presión del agua en las discontinuidades con el esfuerzo principal mayor, o por alguna observación cualitativa general de las condiciones del agua subterránea.

La clasificación RMR ha sido complementada con factores de reducción que dependen de la interrelación de los elementos de orientación de las discontinuidades con los del talud, dando lugar al Sistema de Clasificación de Taludes Rocosos (SMR) (Romana, 1985). La evaluación final que se obtiene corresponde a una clase de talud determinado.

La Tabla N° 2 presenta el grado de dureza de la roca, la Tabla Nº 3 la clasificación de las condiciones de las discontinuidades, la Tabla Nº 4 la calidad de la roca, la Tabla Nº 5 el grado de fracturamiento de la roca, la Tabla Nº 6 el grado de meteorización de la roca y la Tabla Nº 7 presenta la clasificación de la roca intacta en base a dureza y meteorización.

Valoración SMR para Taludes en Roca Para cada clase de talud, la clasificación SMR del talud rocoso define las condiciones de estabilidad del talud, presenta los tipos de falla que pudieran ocurrir y sugiere las medidas correctivas a ser aplicadas.

Romana (1985), utilizando la valorización del macizo rocoso (RMR), introdujo los valores de ajuste por discontinuidades y por método de excavación de taludes, que permite calcular el valor del SMR mediante la siguiente expresión:

SMR = RMR - (F1 x F2 x F3) + F4

En el caso de ajuste de discontinuidades (F1, F2 y F3) se toma en cuenta si la falla a producirse es planar o por vuelco; también se considera la dirección de buzamiento y buzamiento de la discontinuidad. Con estos parámetros se obtiene rangos de valores de ajustes por discontinuidades que van desde la muy favorable a la muy desfavorable, tal como se aprecia en la Tabla Nº 1.


Para el caso del método de excavación de taludes, los valores de ajuste están en función si el talud es natural, si la excavación se hará por precorte, con voladura controlada, voladura regular o voladura deficiente (F4). Los valores de ajuste para los métodos de excavación de taludes y la descripción tentativa se presentan en la Tabla Nº 1.

La clasificación de macizos rocosos RMR - SMR para túneles, cimentaciones y taludes ha sido implementada en un programa de cómputo escrito en lenguaje Basic, el cual fue utilizado en el análisis del macizo rocoso. La Tabla Nº 8 presenta el resumen de clasificación RMR – SMR.

En el Anexo V.3.D se presenta la evaluación efectuada mediante la clasificación geomecánica de Bieniawski RMR y SMR de la margen derecha y de la margen izquierda de la Av. Raúl Ferrero.

Con la finalidad de evaluar cualitativamente la estabilidad de los taludes rocosos que permitan determinar su nivel de riesgo a la inestabilidad del mismo y para determinar cuantitativamente los parámetros de resistencia a ser utilizados en el diseño. Se ha utilizado la metodología propuesta por Romana (1985) que está implementada en el programa de cómputo RMR - SMR.

Se han evaluado los distintos macizos rocosos, con el objeto de determinar los parámetros geomecánicos, lo cual se ha realizado en base a los datos presentados en la Tabla Nº 1 de donde se obtiene los valores de RMR - SMR.

Durante la etapa de reconocimiento de campo los taludes evaluados fueron los más característicos en cuanto al tipo de roca y su riesgo de inestabilidad. Para uniformizar criterios de evaluación en la obtención de datos de campo, se utilizaron como guía las Tablas Nº 2, 3, 4, 5, 6 y 7.

En la Tabla Nº 8 se presenta un resumen completo de los resultados obtenidos para cada talud rocoso evaluado. Los parámetros de resistencia (cohesión y fricción) determinados son consistentes con los valores encontrados en la literatura técnica especializada por lo que serán utilizados en el diseño de taludes rocosos. La valorización SMR efectuada en la margen izquierda y derecha de los taludes de roca de la Av. Raúl Ferrero, ha sido utilizada para determinar el grado de estabilidad de los taludes y plantear las recomendaciones pertinentes para lograr su estabilidad.

En el Anexo V.3.D del presente informe se presentan los resultados la clasificación SMR.

A continuación se presentan las zonas estables que requieren algunas medidas complementarias:

MARGEN IZQUIERDA

ES-1- MI:Andesita cuarcífera, con valor del SMR = 61, es decir es una roca de buena calidad, estable. Material tipo II.

ES-1’- MI:Andesita cuarcífera, con SMR= 69. Se trata de una roca muy buena estable, Tipo II.


ES – 2 – MI:Andesita cuarcífera, con valor del SMR = 83 es una roca muy buena estable, Material tipo I.

ES – 5 – MI:Andesita, con valor del SMR = 78 es una roca buena estable, se presentara caída de algunos bloques de roca. Material tipo II.

MARGEN DERECHA

ES - 3- MDRoca metaforizada Marga, con valor del SMR = 58 es una roca de regular calidad, parcialmente estable. Material tipo III.

ES - 3´- MDRoca Andesita, con valor del SMR = 79 es una roca de buena calidad, estable con algunos bloques que pueden caer. Material tipo II.

ES – 4 – MDRoca Andesita, con valor del SMR = 70 es una roca de buena calidad, estable con algunos bloques que pueden caer. Material tipo II.

ES – 6 – MDRoca Andesita, con valor del SMR = 86 es una roca de buena calidad, estable. Material tipo I.

ES – 7 – MDRoca Andesita, con valor del SMR = 83 es una roca de buena calidad, estable. Material tipo I.


5.6.1.3 Interpretación de los Resultados

En los taludes sobre macizos rocosos con una o varias familias predominantes de discontinuidades, es muy útil representar el plano del talud y las familias de discontinuidades utilizando una proyección estereográfica o semiesférica. En este trabajo se utilizó la proyección semiesférica de Schmidt para analizar los datos de campo, tomados en una zona rocosa (Estación Geomecánica), tales como la dirección de buzamiento y buzamiento de las discontinuidades y su posición relativa respecto al plano del talud; mediante este procedimiento se puede deducir cual es el tipo de falla por estabilidad más probable en el talud.

A continuación se describen los resultados obtenidos en la evaluación geomecánica de gabinete.

MARGEN IZQUIERDA

ES–1-MISe presenta roca volcánica del tipo andesita cuarcifera, con espaciamientos de.0.80 m, resistentes, con aberturas de 10 mm aprox., aquí se realizó el conteo de discontinuidades. Se presentan cuatro discontinuidades principales, esto es debido a la dispersión en el rumbo y buzamiento de las discontinuidades. La familia predominante tiene una dirección de buzamiento DB 186º y buzamiento Buz 59º, lo cual no es favorable a la estabilidad del talud, que tiene una dirección de buzamiento de DB175º y buzamiento Buz 86º. Esto se confirma con el valor del SMR = 61 concluyéndose que se trata de una roca buena, estable en la cual sólo es necesario la limpieza de algunos bloques sueltos.

ES-1’-MISe presenta roca volcánica del tipo andesita cuarcífera, con espaciamientos de 1.00 m, resistentes, con aberturas de 10 mm aprox., aquí se realizó el conteo de discontinuidades, se presentan cuatro discontinuidades principales, esto es debido a la dispersión en el rumbo y buzamiento de las discontinuidades. La familia predominante tiene una dirección de buzamiento DB 161º y buzamiento Buz 67º, lo cual no es favorable a la estabilidad del talud, que tiene una dirección de buzamiento de DB180º y buzamiento Buz 81º. Esto se confirma con el valor del SMR = 69 concluyéndose que se trata de una roca buena, estable en la cual sólo es necesario la limpieza de algunos bloques sueltos.

ES- 2 -MISe presenta roca volcánica del tipo andesita cuarcifera, con espaciamientos de 0.80 m, resistentes, con aberturas de 10 mm aprox., aquí se realizó el conteo de discontinuidades, se presentan tres discontinuidades principales, esto es debido a la dispersión en el rumbo y buzamiento de las discontinuidades. La familia predominante tiene una dirección de buzamiento DB 186º y buzamiento Buz 71º, lo cual no es favorable a la estabilidad del talud, que tiene una dirección de buzamiento DB 272º y buzamiento Buz 81º. Esto se confirma con el valor del SMR = 83. Concluyéndose que se trata de una roca muy buena, estable en la cual no es necesario realizar ningún trabajo.


ES – 5- MI.- Se presenta roca volcánica del tipo andesita, con espaciamientos de 0.80 m, resistentes, con aberturas de 10 mm aprox, aquí se realizó el conteo de discontinuidades, se presentan tres discontinuidades principales, esto es debido a la dispersión en el rumbo y buzamiento de las discontinuidades. La familia predominante tiene una dirección de buzamiento DB 174º y buzamiento Buz 78º, lo cual no es favorable a la estabilidad del talud, que tiene una dirección de buzamiento de DB 174º y buzamiento Buz 81º. Esto se confirma con el valor del SMR = 78 concluyéndose que se trata de una roca buena, estable, en la cual solo es necesario la limpieza de algunos bloques sueltos.

MARGEN DERECHA

ES – 3- MDSe presenta roca meteorizada del tipo marga fracturada, con persistencia de 0.30 m, resistentes con aberturas de 10 mm aprox., aquí se realizó el conteo de discontinuidades; se presentan tres discontinuidades principales, esto es debido a la dispersión en el rumbo y buzamiento de las discontinuidades. La familia predominante tiene una dirección de buzamiento DB 182º y buzamiento Buz 85º lo cual es favorable a la estabilidad del talud, que tiene una dirección de buzamiento de DB 265º y buzamiento Buz 80º. Esto se confirma con el valor del SMR = 58, concluyéndose que se trata de una roca regular, parcialmente estable, presenta fallas por volteo y cuña.

ES – 3’- MDSe presenta roca meteorizada del tipo marga fracturada, con persistencia de 0.50 m, resistentes con aberturas de 10 mm aprox., aquí se realizó el conteo de discontinuidades; se presentan tres discontinuidades principales, esto es debido a la dispersión en el rumbo y buzamiento de las discontinuidades. La familia predominante tiene una dirección de buzamiento DB 350º y buzamiento Buz 74º lo cual no es favorable a la estabilidad del talud, que tiene una dirección de buzamiento de DB 270º y buzamiento Buz 82º. Esto se confirma con el valor del SMR = 79, concluyéndose que se trata de una roca buena, estable.

ES - 4.- MDSe presenta roca volcánica del tipo andesita, con persistencia de 1.00 m, resistentes, con aberturas de 10 mm aprox., aquí se realizó el conteo de discontinuidades, se presentan tres discontinuidades principales, esto es debido a la dispersión en el rumbo y buzamiento de las discontinuidades. La familia predominante tiene una dirección de buzamiento DB 343º y buzamiento Buz 85º, lo cual es favorable a la estabilidad del talud, que tiene una dirección de buzamiento de DB 315º y buzamiento Buz 64º. Esto se confirma con el valor del SMR = 70, concluyéndose que se trata de una roca buena, estable, se recomienda la limpieza de algunos bloques sueltos. Existe falla de volteo y cuña.

ES – 6 – MDSe presenta roca volcánica del tipo andesita, con persistencia de 1.50 m, resistentes, con aberturas de 10 mm aprox., aquí se realizó el conteo de discontinuidades, se presentan tres discontinuidades principales, esto es debido a la dispersión en el rumbo y buzamiento de las discontinuidades. La familia predominante tiene una dirección de buzamiento DB 327º y buzamiento Buz 76º, lo cual favorable a la estabilidad del talud, que tiene una dirección de buzamiento DB de 185º y buzamiento Buz 50º. Esto se confirma con el valor del SMR = 86. Concluyéndose que se trata de una roca buena estable.


ES – 7 – MDSe presenta roca volcánica del tipo andesita, con persistencia de 1.50 m, resistentes, con aberturas de 10 mm aprox., aquí se realizó el conteo de discontinuidades, se presentan tres discontinuidades principales, esto es debido a la dispersión en el rumbo y buzamiento de las discontinuidades. La familia predominante tiene una dirección de buzamiento DB 348º y buzamiento Buz 69º, lo cual favorable a la estabilidad del talud, que tiene una dirección de buzamiento DB de 340º y buzamiento Buz 55º. Esto se confirma con el valor del SMR = 83 concluyéndose que se trata de una roca buena estable.

A continuación se presenta la evaluación específica para aquellas zonas que presentan problemas de estabilidad, principalmente disturbamiento y aberturas de los planos de las discontinuidades principales por tectonismo y/o corte del pie del talud. Cada una de las zonas tiene correspondencia con algunos de los tipos de materiales descritos.

Se menciona el tipo de medida recomendada para cada caso. Aunque una recomendación general es la de evitar, en lo posible hacer mayores cortes del talud, en áreas con inestabilidad evidente. A continuación se presentan estas Zonas:

ES–1-MI y ES-1’-MIRoca volcánica del tipo andesita cuarcífera, con el valor del SMR = 61 y 67 concluyéndose que se trata de una roca buena, estable actualmente, en caso que se realice el corte del talud con voladura controlada se recomienda desquinchar y limpiar todos los bloques sueltos necesarios con una limpieza de algunos bloques sueltos.

ES-3-MDRoca meteorizada marga disturbada, con aberturas y corte del pie del talud, con clasificación SMR = 58, lo cual la describe como una roca regular, con tendencia a Falla por Volteo y Cuña. Se recomienda después del corte que se le dará se refuerce con shocrete con la finalidad de evitar que caigan roca.

La proyección estereográfica de las discontinuidades presentes en los taludes del macizo rocoso ha sido determinada con el programa de cómputo conteo, que representa de manera gráfica las discontinuidades agrupándolas en “set” o familias principales, para luego determinar el tipo de falla más probable de ocurrencia en el talud. Una vez determinado el tipo de falla se analiza para cada caso mediante el programa Swedge (para Fallas tipo Cuña) y el Programa Rocplane 2.0 (para Falla tipo Planar) encontrando su factor de seguridad cuyos resultados se presentan en el Anexo V.3.D.

En base al análisis ejecutado en los taludes rocosos se puede identificar los siguientes tipos de falla:

a) Falla tipo planarSe trata del tipo de falla más sencillo que se puede presentar en un talud y se produce cuando existe una fractura dominante en la roca y está convenientemente orientada respecto al talud. En la salida del programa Conteo la zona de ocurrencia de falla planar está limitada por el ángulo de fricción y el buzamiento del talud.


La obtención del factor de seguridad se realizó con el programa de cómputo Rocplane, los factores de seguridad en condiciones estáticas y pseudo estáticas son mayores que 1.0 lo que indica que no existe posibilidad de que se presenten fallas planares.

b) Falla tipo cuña Este tipo de falla se produce a través de dos discontinuidades dispuestas oblicuamente a la superficie del talud, con la línea de intersección de ambas aflorando en la superficie del mismo y buzamiento desfavorable. La obtención del factor de seguridad se realizó con el programa de computo Swedge en tres dimensiones, entrando en la caracterización geométrica del problema. (Ver Tabla N° 10 Resumen de Falla tipo Cuña).

5.6.2 CORTE DE TALUD EN ROCA

El material a cortar en roca se realizó según los perfiles y secciones del proyecto y en el Cuadro Nº 8 se presenta un resumen de material de corte de los cuales se consideraron 6 secciones típicas que se presentan en láminas donde se indica el material a remover y el ángulo de corte.


CUADRO Nº 8Resumen e Materiales de Corte


5.11 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En la zona de trabajo se han identificado afloramientos rocosos como rocas volcánicas del tipo andesita cuarcífera.

La evaluación geológica – geomecánica del macizo rocoso de la Margen Izquierda y Derecha de la Av. Raúl Ferrero, se realizó mediante la Clasificación Geomecánica de Bieniawski (RMR) y el SMR. A continuación se detalla en el siguiente cuadro los resultados de esta evaluación:

Ubicación Estación Geomecánica Litología RMR

BásicoRMR

Ajustado SMR

Margen Izquierda

ES-1 – MI Andesita Cuarcífera 67 42 61

ES-2 – MI Andesita Cuarcífera 77 52 83

Margen Derecha

ES-1’ – MD Andesita Cuarcífera 75 50 69

ES-3 – MD Andesita Cuarcífera 52 24 58

ES-3’ – MD Andesita Cuarcífera 72 47 79





En el Laboratorio de Mecánica de Rocas de Hidroenergia, se han realizado Ensayos de Carga Puntual y Propiedades Físicas en muestras de rocas comprometidas al Talud.


5.11 REFERENCIAS

Barton N., Lien R. y Lunde J., 1974, “Analysis of Rock Mass Quality and Support Practice in Tunnel”, Norwegian Geotechnical Institute.

Bieniawski Z. T. 1976, “Rock Mass Classification in Rock Engineering”, Symposium on Exploration for Rock Engineering, Johannesburg.

Bieniawski Z.T. 1989, “Enginnering Rock Mass Classification”, Willey Interscience Publication, USA.

De 31odríg G.A. 1982, “Clasificaciones Geomecánicas Aplicadas a los taludes de Roca Tecniterrae S-308”.

Goodman, Richard E. “Introduction to Rock Mechanics” John Willey & Sons, 1989.

Gonzalez de Vallejo, Luis “Ingeniería Geológica” Prentice hall, 2002. Hoek E., Bray J.W. 1977, “Rock Slope Engineering”, London, 2da. Edición. Hoek E., Brown E.T. 1985, “Excavaciones Subterráneas en Rocas “, McGraw

Hill, México. “Manual de Ingeniería de Taludes”, Instituto Tecnológico Geominero de España Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico (INGEMMET, 1992), “Geología de los

Cuadrángulos de Lima, Lurin, Chancay y Chosica”. Martinez, A. (1990) “Geotecnia para Ingenieros – Principios Básicos”, Lima-

Perú. Lambe T.W. y Whitman R.V. (1969), “Soil Mechanics”, John Wiley, N.Y. 31odríguez o.j.m y Oteo C, “Curso aplicado a cimentaciones”, COAM.


5.11 PANEL FOTOGRAFICO


5.10 LAMINAS

A continuación se adjuntas las siguientes laminas:

Lamina Nº 5.10.1 Secciones Típicas Tramo 0+480.00Lamina Nº 5.10.2 Secciones Típicas TramoLamina Nº 5.10.3 Secciones Típicas Tramo 1+160.00Lamina Nº 5.10.4 Secciones Típicas Tramo 1+250.00Lamina Nº 5.10.5 Secciones Típicas Tramo 1+260.00Lamina Nº 5.10.6 Secciones Típicas Tramo


5.11 ANEXOS

Los Anexos se encuentran en el Volumen V (V.3- Sumario de Ensayos de Suelos y Otros) según siguiente detalle:

V.3.A Evaluación de Nivel de Riesgo Método EspañolV.3.B Registros de Exploración de Campo V.3.C Ensayos de Laboratorio V.3.D Análisis de Estabilidad en Roca


5.0 estudio geotecnia

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