caracterización geomecánica mediante el sistema hoek y brown del valle de cajamarca

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA GEOLGICA

TESIS PROFESIONAL

CARACTERIZACIN GEOMECNICA MEDIANTE EL SISTEMA HOEK Y

BROWN DEL VALLE DE CAJAMARCA

Para el curso de:

Seminario de Tesis

Presentado Por:

Alumnos:

-Elvis Rubn Alcntara Quispe

-Karen Juliana Torres Arroyo

-Danny Lili Torres Lucano

Docente:

Ing. Zenn Quispe Mamani

Cajamarca Per

2014

I

AGRADECIMIENTO

Agradecemos a nuestra alma mater,

la Universidad Nacional de

Cajamarca y en especial a los docentes

de la Escuela Acadmico Profesional de

Ingeniera Geolgica, por brindarnos sus

conocimientos que nos han ayudado

a formarnos como buenos profesionales.

II

DEDICATORIA

Este trabajo est dedicado a nuestros

padres, quienes nos dieron la vida

y con sus sabios concejos nos han

formado como personas de bien.

III

RESUMEN

El valle de Cajamarca est formado por diversos tipos de rocas, los mismos que han

sufrido muchos eventos de deformacin, dando como resultado complejas Unidades

Ingenieriles las que se pueden dividir en tres grandes grupos: unidades estratigrficas

(formaciones sedimentarias Cretceas, secuencias volcnicas Palegenas y Negenas y

depsitos inconsolidados cuaternarios), unidades intrusivas (Stocks prfido Latticos y

Domos microdiortico) y unidades de alteracin (Silicificacin y Argilitizacin). Los

parmetros de la roca intacta fueron procesados para obtener los parmetros ingenieriles

promedio para cada Unidad Ingenieril, los cuales fueron zonificados mediante sus rangos

de GSI y de Resistencia Global, y como resultado fue la definicin de nueve Unidades

Geomecnicas con las siguientes caractersticas: Isotrpico lineal con casi nula resistencia,

Isotrpico lineal con resistencia extremadamente dbil, Isotrpico lineal con resistencia

muy dbil, Transicional Isotrpico lineal a Isotrpico parablico con resistencia muy dbil,

Isotrpico parablico con resistencia muy dbil, Isotrpico parablicos con resistencia

dbil, Transicional de Isotrpicos parablicos a Anisotrpico con resistencia moderada,

Anisotrpico con resistencia alta y Anisotrpico con resistencia muy alta. Estas unidades

muestran una alta correlacin con la reduccin de la resistencia de la roca intacta ( ), con

respecto a la del macizo rocoso ( ).

Palabras claves: Macizo Rocoso, Valle de Cajamarca, Geomecnica, Modelamiento

Matemtico, Sistema Hoek y Brown.

IV

ABSTRACT

The Cajamarca valley consists of various types of rocks, they have undergone many

deformation events, resulting in complex Engineering Units which can be divided into

three groups: Stratigraphic Units (Cretaceous sedimentary formations, Paleogene and

Neogene volcanic sequences and Quaternary unconsolidated deposits), Intrusive Units

(porphyry latite Stocks and microdiorite domes) and Alteration Units (Silicification and

Argillization). The parameters of the intact rock were processed to obtain the average

engineering parameters for each Engineering Unit, which were zoned by their ranges of

GSI and Global Resistance, and as a result was the definition of nine geomechanical units

with the following features: Linear Isotropic with almost no resistance, Linear Isotropic

with extremely weak resistance, Linear Isotropic with very weak resistance, Transitional

from Linear Isotropic to Parabolic Isotropic with very weak resistance, Parabolic Isotropic

with very weak resistance, Parabolic Isotropic with weak resistance, Transitional from

Parabolic Isotropic to Anisotropic with moderate resistance, Anisotropic with high

resistance and Anisotropic with very high resistance. These units show a high correlation

with the reduction of the strength of the intact rock ( ), with respect to the rock mass

( ).

Key Words: Rock Mass, Cajamarca Valley, Geomechanics, Mathematical Modeling,

Hoek y Brown System.

V

CONTENIDO Pg.

AGRADECIMIENTO ............................................................................................................ I

DEDICATORIA ................................................................................................................... II

RESUMEN .......................................................................................................................... III

ABSTRACT ........................................................................................................................ IV

CONTENIDO . ................................................................................................................ V

FIGURAS . ..................................................................................................................... VII

TABLAS . ...................................................................................................................... IX

CAPTULO I. INTRODUCCIN ......................................................................................... 1

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 1

1.1.1 Definicin del problema ....................................................................................... 1

1.1.2 Formulacin del problema .................................................................................... 1

1.1.3 Justificacin .......................................................................................................... 1

1.1.4 Alcances o delimitacin del problema.................................................................. 2

1.1.5 Limitaciones ......................................................................................................... 2

1.2 OBJETIVOS ................................................................................................................ 2

1.2.1. General................................................................................................................. 2

1.2.2. Especficos ........................................................................................................... 2

1.3 FORMULACIN DE LA HIPTESIS ...................................................................... 3

1.4 IDENTIFICACIN DE VARIABLES ....................................................................... 3

CAPTULO II. MARCO TERICO ..................................................................................... 4

2.1 ANTECEDENTES ...................................................................................................... 4

2.1.1 Estudios Nacionales e Internacionles ................................................................... 4

2.1.2 Estudios Locales ................................................................................................... 4

2.2 BASES TERICAS .................................................................................................... 5

2.2.1 Modelamientos del Macizo Rocoso ..................................................................... 5

2.2.2 Modelacin Matemtica del Anlisis de Estabilidad ........................................... 5

2.2.3 El Sistema Hoek y Brown .................................................................................... 6

2.2.4 Propiedades del Macizo Rocoso ........................................................................... 7

2.2.5 El Comportamiento de Falla y Post-Falla .......................................................... 14

2.2.6 Confiabilidad de las Estimaciones de la Resistencia del Macizo Rocoso .......... 17

2.3 DEFINICIN DE TRMINOS BSICOS ............................................................... 18

CAPTULO III. MATERIALES Y MTODOS ................................................................. 19

VI

3.1 UBICACIN ............................................................................................................. 19

3.1.1 Geogrfica .......................................................................................................... 19

3.2 ACCESIBILIDAD .................................................................................................... 20

3.3 METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN ......................................................... 21

3.3.1 Operacionalizacin de Variables ........................................................................ 21

3.3.2 Tipo y Mtodo de la Investigacin ..................................................................... 22

3.3.3 Poblacin de Estudio .......................................................................................... 22

3.3.4 Muestra ............................................................................................................... 22

3.3.5 Unidad de Anlisis ............................................................................................. 22

3.4 TCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN ......................................... 22

3.4.1 Tcnicas .............................................................................................................. 22

3.4.2 Instrumentos y Materiales ................................................................................. 22

3.5 PROCEDIMIENTO Y TCNICA DE RECOLECCIN DE DATOS. ................... 23

3.5.1 Procedimiento ..................................................................................................... 23

3.6 TRATAMIENTO Y ANLISIS DE DATOS Y PRESENTACIN DE

RESULTADOS ............................................................................................................... 25

CAPTULO IV. GEOMECNICA DEL VALLE DE CAJAMARCA .............................. 27

4.1 GEOMORFOLOGA ................................................................................................ 27

4.1.1 Distribucin de pendientes ................................................................................. 27

4.1.2 Distribucin de altitudes ..................................................................................... 27

4.1.3 Unidades Geomorfolgicas (Geoformas) ........................................................... 28

4.2 GEOLOGA LOCAL ................................................................................................ 29

4.2.1 Unidades Estratigrficas ..................................................................................... 29

4.2.2 Unidades Intrusivas ............................................................................................ 32

4.2.3 Unidades de Alteracin ...................................................................................... 33

4.3 GEOLOGA ESTRUCTURAL ................................................................................. 34

4.2.1 Estructuras Primarias .......................................................................................... 34

4.2.2 Estructuras Secundarias de Origen No Tectnico .............................................. 34

4.2.3 Estructuras Secundarias de Origen Tectnico .................................................... 34

4.4 ZONIFICACIN GEOMECNICA DEL VALLE DE CAJAMARCA ................. 35

4.4.1 Unidad 0 ............................................................................................................. 38

4.4.2 Unidad 1 ............................................................................................................. 38

4.4.3 Unidad 2 ............................................................................................................. 39

VII

4.4.3 Unidad 3 ............................................................................................................. 40

4.4.3 Unidad 4 ............................................................................................................. 40

4.4.3 Unidad 5 ............................................................................................................. 41

4.4.3 Unidad 6 ............................................................................................................. 42

4.4.3 Unidad 7 ............................................................................................................. 42

4.4.3 Unidad 8 ............................................................................................................. 43

4.4.3 Unidad 9 ............................................................................................................. 44

CAPTULO V. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS ...................................... 45

5.1 TRATAMIENTO ESTADSTICO ........................................................................... 45

5.2 CONSIDERACIONES FINALES ............................................................................ 48

5.3 CONTRASTACIN CON LA HIPTESIS ............................................................. 50

CAPTULO VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................... 51

6.1 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 51

6.2 RECOMENDACIONES ........................................................................................... 52

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................ 53

ANEXOS ............................................................................................................................. 55

FIGURAS Pg.

Figura 1: Flujo de informacin en el sistema Hoek y Brown ................................................ 6

Figura 2: Diagrama idealizado mostrando la transicin de un macizo rocoso intacto a uno

muy fracturadocon mientras crece el tamao de la muestra. Fuente: Hoek (2007). ............. 8

Figura 3: Visualizacin 3D del criterio de Hoek y Brown (izquierda) y en caso de 10% de

errores (GSI 0.1GDI y D0.1D) donde se aprecia una clara mejora de los resultados

(derecha). ............................................................................................................................. 10

Figura 4: Grfico de las envolventes de rotura para el criterio generalizado de Hoek y

Brown y del criterio de Mohr Coulomb asociado. La resistencia a la compresin uniaxial y

la resistencia global del macizo rocoso son definidas en este grfico. ................................ 12

Figura 5: Caractersticas post-falla sugeridas por Hoek (2007) para macizos rocosos de:

alta calidad (izquierda), calidad media (centro) y calidad pobre (derecha)......................... 14

Figura 6: Modificaciones en las frmulas del criterio de Hoek y Brown por Carter,

Diederichs y Carvalho (2009) para macizos rocosos en condiciones de Astillamiento o

Estrujamiento. ...................................................................................................................... 15

VIII

Figura 7: Diagrama que muestra el tipo de modelo que se recomienda utilizar de acuerdo

con la complejidad de los movimientos (Stead,, 2006). ...................................................... 16

Figura 8: Comparacin de la envoltura de resistencia pico estimado con la aproximacin

SRM comparado con los resultados del criterio de Hoek y Brown. ................................... 17

Figura 9: Plano de ubicacin de la zona de investigacin (tachado en rojo) dentro de la

provincia de Cajamarca (izquierda), departamento de Cajamarca (superior derecha) y Per

(inferior derecha). ................................................................................................................ 20

Figura 10: Interfaz del programa RocData V3. ................................................................... 25

Figura 11: Porcentaje de rea de las unidades geomorfolgicas. ........................................ 28

Figura 12: Distribucin de las reas se las unidades geomecnicas obtenidas. .................. 37

Figura 13: Flujo de detritos en un depsito coluvial en el cerro Ronquillo. ....................... 38

Figura 14: Unidad Ingenieril Tual-Purhuay 2 en el cerro Rosario Horco, ejemplo de la

Unidad Geomecncia 1. ....................................................................................................... 39

Figura 15: Unidad Ingenieril Carhuaz 1 en la quebrada Arenas, ejemplo de la Unidad

Geomecnica 2. ................................................................................................................... 39

Figura 16: Unidad Ingenieril Rumiorco 3 en la carretera Cajamarca-Cumbemayo, nica

unidad de la Unidad Geomecnica 3. .................................................................................. 40

Figura 17: Unidad Ingenieril Pariatambo 1 en el cerro Mojarrn, ejemplo de la Unidad

Geomecnica 4. ................................................................................................................... 41

Figura 18: Unidad Ingenieril Chlec 2 en la carretera Baos del Inca-La Encaada,

ejemplo de la Unidad Geomecnica 5. ................................................................................ 41

Figura 19: Unidad Ingenieril Pariatambo 2 en el Ro Urubamba, ejemplo de la Unidad

Geomecnica 6. ................................................................................................................... 42

Figura 20: Unidad Ingenieril Farrat 2 en el cerro Condorpuuna, nico miembro de la

Unidad Geomecnica 7. ....................................................................................................... 43

Figura 21: Unidad Ingenieril Cajamarca 1 en el cerro Lluspicaga, ejemplo de la Unidad

Geomecnica 8. ................................................................................................................... 43

Figura 22: Unidad Ingenieril Silif. en el cerro Rumi Rumi, nica de la Unidad

Geomecnica 9 .................................................................................................................... 44

Figura 23: Distribucin de los rangos de correlacin obtenidas. ........................................ 47

Figura 24: Relacin existente entre las unidades geomecnicas encontradas con el

porcentaje de reduccin de resistencia. ............................................................................... 49

IX

TABLAS Pg.

Tabla 1: Variables de investigacin....................................................................................... 3

Tabla 2: Delimitacin del rea de estudio. .......................................................................... 19

Tabla 3: Principales accesos a la zona de estudio: .............................................................. 20

Tabla 4: Operacionalizacin de variables. ........................................................................... 21

Tabla 5: Factor D, Resis. Comp. Un. y Constante mi de la estacin geomecnica S0-H1-

P1 ......................................................................................................................................... 24

Tabla 6: Clculo del GSI directo de la estacin geomecnica S0-H1-P1 ........................... 24

Tabla 7: Clculo del GSI cuantificado de la estacin geomecnica S0-H1-P1 ................... 25

Tabla 8: Distribucin de pendientes dentro del rea de estudio. ......................................... 27

Tabla 9: Distribucin de altitudes. ....................................................................................... 27

Tabla 10: Distribucin de las unidades geomorfolgicas (geoformas). .............................. 28

Tabla 11: Unidades estratigrficas-ingenieriles .................................................................. 29

Tabla 12: Propiedades de la roca intacta de las unidades estratigrficas-ingenieriles. ....... 30

Tabla 13: Propiedades ingenieriles de las unidades estratigrfico-ingenieriles. ................. 31

Tabla 14: Unidades intrusivas-ingenieriles. ........................................................................ 32

Tabla 15: Propiedades de la roca intacta de las unidades intrusivas-ingenieriles. .............. 32

Tabla 16: Propiedades ingenieriles de las unidades intrusivas-ingenieriles. ....................... 32

Tabla 17: Unidades de alteracin. ....................................................................................... 33

Tabla 18: Propiedades de la roca intacta de las unidades de alteracin. ............................. 33

Tabla 19: Propiedades ingenieriles de las unidades de alteracin. ...................................... 33

Tabla 20: Rangos de clasificacin de Macizos Rocosos segn su GSI. .............................. 35

Tabla 21: Rangos de para la clasificacin de los macizos rocosos. .......................... 35

Tabla 22: Unidades Geomecnicas obtenidas a partir de la clasificacin de las unidades

Ingenieriles segn su GSI y su . ................................................................................... 36

Tabla 23: Distribucin de las Unidades Geomecnicas obtenidas. ..................................... 37

Tabla 24: Resultados del anlisis por el coeficiente de correlacin de Pearson.................. 45

Tabla 25: Rangos de correlacin hallados. .......................................................................... 46

Tabla 26: Unidades Ingenieriles ordenadas segn su porcentaje de reduccin de su

resistencia. ........................................................................................................................... 48

1

CAPTULO I. INTRODUCCIN

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.1 Definicin del problema

En la elaboracin de cualquier obra ingenieril se requiere conocer la calidad del macizo

rocoso sobre el cual se trabajar para elegir el mtodo de construccin ms adecuado que

asegure la longevidad de dichos proyectos.

El sistema Hoek y Brown, es uno de los sistemas de anlisis numrico ms usado

actualmente para caracterizar los macizos rocosos de cualquier lugar por ser flexible,

eficaz, eficiente y rpido. Se utilizan 4 parmetros de la roca intacta como datos de entrada

para obtener los parmetros del criterio de rotura de Hoek y Brown utilizados para calcular

los parmetros del macizo rocoso.

El presente estudio caracterizar geomecnicamente los macizos rocosos del valle de

Cajamarca mediante el sistema Hoek y Brown para que todos los proyectos ingenieriles

que busquen el crecimiento tanto urbano como rural de ambas ciudades tengan una base

tcnica adecuada.

1.1.2 Formulacin del problema

Cules son las caractersticas geomecnicas del valle de Cajamarca segn el sistema Hoek

y Brown?

1.1.3 Justificacin

Una caracterizacin geomecnica del valle de Cajamarca servir como base para todos los

proyectos ingenieriles que se piensan desarrollar y se ven detenidos por la necesidad de

2

realizar estudios geomecnicos que toman mucho tiempo y resultan ser muy costosos,

incluso inapropiados por no haber sido planificado correctamente.

Zonificar los macizos rocosos del valle de Cajamarca permitir unificar criterios

geomecnicos frente a los diversos tipos de roca que se pueden encontrar para lo cual el

sistema Hoek y Brown es la ms recomendable por su flexibilidad, eficacia y rapidez.

El presente trabajo ser el primero en la provincia de Cajamarca pero se puede extender a

toda la regin y as realizar un verdadero ordenamiento territorial.

1.1.4 Alcances o delimitacin del problema

1.1.4.1 Delimitacin Espacial

El valle de Cajamarca.

1.1.4.2 Delimitacin Temporal

La investigacin tendr una duracin de 4 meses (abril, 2014 - julio, 2014).

1.1.4.3 Delimitacin de la Investigacin

Se centrar en la caracterizacin geomecnica mediante el sistema Hoek y Brown del valle

de Cajamarca.

1.1.5 Limitaciones

Las pruebas de resistencia son costosas y sern remplazadas por pruebas en campo. La

lejana entre macizos rocosos en el rea de estudio har difcil el transporte, adems de

restringir el tiempo con respecto a la fecha lmite de presentacin final.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1. General

Caracterizar geomecnicamente el valle de Cajamarca mediante el sistema Hoek y Brown.

1.2.2. Especficos

Describir la geologa del valle de Cajamarca.

Calcular los parmetros geomecnicos de los macizos rocosos.

Zonificar la geomecnica del valle de Cajamarca.

3

1.3 FORMULACIN DE LA HIPTESIS

Las caractersticas geomecnicas de los macizos rocosos del valle de Cajamarca dependen

de sus propiedades de roca intacta, las cuales a su vez se diferencian por sus lito-morfo-

estructuras presentes.

1.4 IDENTIFICACIN DE VARIABLES

Las variables que componen la investigacin son las siguientes:

Tabla 1: Variables de investigacin.

VIABLES DEPENDIENTES (Efecto) VARIABLES INDEPENDIENTES (Causa)

Geologa Litologa

Tectonismo

Geomecnica Propiedades de la roca intacta

Fuente: Elaboracin propia

La operacionalizacin de las variables se presenta en la seccin 3.3.1

4

CAPTULO II. MARCO TERICO

2.1 ANTECEDENTES

2.1.1 Estudios Nacionales e Internacionles

Hoek, E. y Brown, E. (1997) presentaron la clasificacin GSI para su uso en el

criterio de fractura de Hoek y Brown, reemplazando as la al sistema RMR, el cual

contiene parmetros innecesarios para el clculo de las propiedades de resistencia

de los macizos rocosos.

Budetta, P. y Nappi, M. (2011) realizaron por primera vez un cartografiado

geotcnico mediante el GSI en los macizos rocosos heterogneos de la formacin

de San Mauro (Cilento, Itatalia).

Hoek, E. Carter, T.G. y Diederichs, M.S. (2013) presentaron oficialmente el primer

GSI cuantificable a partir del RQD y las condiciones de las discontinuidades del

RMR de Bieniawski (1989).

2.1.2 Estudios Locales

Reyes, L. (1980) Realiz para el INGEMMET el estudio geolgico de los

cuadrngulos de Cajamarca, San Marcos y Cajabamba, hojas 15-f, 15-g y 16-g,

estudi la estratigrafa y la geologa estructural a escala 1:100 000.

NAVARRO, C. (2007) Realiz para el INGEMMET el Mapa Geolgico del

Cuadrngulo de Cajamarca 15-f (hoja 15-f I) y San Marcos 15-g (hoja 15-g IV), a

escala 1:50 000, estableciendo las secuencias volcnicas de los volcnicos

Huambos y San Pablo.

Zavala, V. y Malena, R. (2011) Evaluaron la ocurrencia de peligros geolgicos y

geohidrolgico en trminos de susceptibilidad, as como de sus factores detonantes

para as determinar el grado de peligrosidad.

5

2.2 BASES TERICAS

2.2.1 Modelamientos del Macizo Rocoso

2.2.1.1 El Modelamiento Geolgico

El modelo geolgico de la zona en donde se situar la estructura por construirse, se inicia

con el levantamiento geolgico a una escala que permita poner nfasis a los dominios

estructurales delimitados por las discontinuidades existentes; se describen y caracterizan

los parmetros de mayor importancia para el diseo o construccin. Al tratarse de un

medio discontinuo como es un macizo rocoso, su comportamiento depender de las

propiedades de las caractersticas estructurales que lo constituyen, como son los planos de

discontinuidad y de las condiciones geolgicas e hidrogeolgicas que rodean la obra por

construirse.

2.2.1.2 El Modelamiento Geomecnico

Suarez, J. (2007) menciona que las clasificaciones geomecnicas usan factores exclusivos

relevantes para las condiciones de construccin y estabilizacin de taludes, y entonces, una

profunda comparacin con cualquier sistema numrico de estabilidad no sera apropiada.

Estos sistemas permiten la clasificacin de los macizos rocosos mediante categoras

empricas, a partir de estas categoras se puede realizar el planeamiento para el pre-diseo,

diseo y post-diseo de estructuras ingenieriles sin la utilizacin de un factor de seguridad.

2.2.1.3 El Modelo Matemtico

Suarez (2007), menciona que en el modelo numrico confluye una parte de la informacin

obtenida en los dos modelos anteriores, principalmente del modelo geomecnico. En este

modelo, el anlisis tenso-deformacional es objeto de estudio, lo cual se obtiene una vez

satisfechas las condiciones de contorno del problema, las ecuaciones diferenciales de

equilibrio y las ecuaciones constitutivas. Tiene la posibilidad de calcular tanto las tensiones

como las deformaciones de un cuerpo sometido a fuerzas externas.

2.2.2 Modelacin Matemtica del Anlisis de Estabilidad

Su finalidad es analizar las condiciones de estabilidad de los taludes naturales y la

seguridad y funcionalidad del diseo en los taludes artificiales. Los objetivos principales

del anlisis matemtico de los taludes son los siguientes:

6

Determinar las condiciones de estabilidad del talud.

Investigar los mecanismos potenciales de falla (analizar cmo ocurre la falla).

Determinar la sensitividad o susceptibilidad de los taludes a diferentes mecanismos de

activacin (Efecto de las lluvias, sismos, etc.).

Comparar la efectividad de las diferentes opciones de remediacin o estabilizacin y

su efecto sobre la estabilidad del talud.

Disear los taludes ptimos en trmino de seguridad, confiabilidad y economa.

Para el anlisis de estabilidad se dispone de varias herramientas tales como: Tablas o

bacos, Anlisis grficos, Clculos manuales, Hojas de Clculo y Uso de Software

Podemos destacar tres grandes grupos de mtodos numricos (Anexo A-3), el primero el

del anlisis estereogrfico y cinemtico, el cual intuye la probabilidad de fallamiento segn

su la disposicin de la fractura crtica, el talud y el material. Los mtodos de equilibrio

lmite, donde se busca estimar el valor del Factor de Seguridad el cual es la relacin

entre las fuerzas actuantes y resistentes. Y los mtodos numricos, los cuales tienen la

ventaja de realizar anlisis tenso-deformacionales en cada una de las etapas del

fallamiento.

2.2.3 El Sistema Hoek y Brown

El criterio de rotura de Hoek y Brown utiliza como datos de entrada de la roca intacta (la

constante , el GSI y el factor de disturbacin D) adems de la Resistencia a la

Compresin Uniaxial , se puede determinar los parmetros del criterio de Hoek y

Brown (la constantes , y ) requeridos para el clculo de los parmetros ingenieriles

del Macizo Rocoso (La Resistencia Tensional ( ), la Resistencia a la Compresin

Uniaxial ( ), la Resistencia Global ( ) y el Mdulo de Deformacin ( )), que se

utilizan en cualquier anlisis numrico de clculo de sobrecargas, estabilizacin y diseo

de Taludes y Tneles; adicionalmente se han desarrollado frmulas empricas para

determinar los parmetros del criterio de Mohr-Coulomb (la cohesin y el ngulo de

friccin ) y el Mdulo de Deformacin ( ).

Figura 1: Flujo de informacin en el sistema Hoek y Brown

MACIZO ROCOSO

PROPIEDADES DE LA ROCA

INTACTA

PARMETROS DEL CRITERIO

DE ROTURA DE HOEK Y BROWN

PARMETROS INGENIERILES DEL MACIZO

ROCOSO

ANLISIS DE PRE-DISEO,

DISEO Y POST-DISEO.

7

2.2.4 Propiedades del Macizo Rocoso

2.2.4.1 El Criterio Generalizado de Hoek-Brown

El criterio de rotura generalizado de Hoek y Brown para macizos rocosos fracturados se

define por:

Ecuacin 1: (

)

y son el mximo y mnimo esfuerzo principal efectivo en la fractura

es el valor de la constante m de Hoek y Brown para el macizo rocoso

y son las constantes que dependen de las caractersticas del macizo rocoso y

es el esfuerzo de compresin uniaxial para las piezas de roca intacta

Los esfuerzos normal y de cizalla estn relacionados a los esfuerzos principales por la

ecuacin publicada por Balmer en 1952 y su forma corregida se muestra a continuacin:

Ecuacin 2:

Ecuacin 3: ( )

Donde

Ecuacin 4: (

)

En orden de usar el criterio de Hoek y Brown para estimar la resistencia y deformabilidad

de los macizos rocosos fracturados, se requieren tres propiedades del macizo rocoso:

La resistencia a la compresin uniaxial de las piezas de roca intacta

El valor de la constante de Hoek y Brown para estas piezas de roca intacta y

El valor del ndice de Resistencia Geolgica GSI para el macizo rocoso.

2.2.4.2 Propiedades de la Roca Intacta

Para las piezas de roca intacta del macizo rocoso, la Ecuacin 1 se simplifica a:

Ecuacin 5: (

)

La relacin entre los esfuerzos principales de rotura de una roca dada se define por dos

constantes, la resistencia a la compresin uniaxial y una constante . Siempre que sea

posible los valores de estas constantes deben ser determinados por anlisis estadstico de

8

resultados de ensayos triaxiales (Para el clculo del y a partir de pruebas triaxiales,

ver Hoek 2007 utilizar el programa RocData descargable de www.rocscience.com)

Cuando las pruebas de laboratorio no son posibles, las tablas B-1 y B-2 pueden utilizarse

para obtener estimaciones de y .

2.2.4.3 Influencia del Tamao de la Roca

Hoek y Brown 1980a han sugerido que la resistencia a la compresin uniaxial de de

una muestra de roca con un dimetro de d mm est relacionada con la resistencia a la

compresin uniaxial de una muestra de 50 mm de dimetro por la siguiente relacin:

Ecuacin 6: (

)

La reduccin de la resistencia se debe a la mayor oportunidad para el fracturamiento a

travs y alrededor de los granos ("bloques" de la roca intacta) a medida que ms granos son

incluidos en el ensayo, y eventualmente la resistencia alcanzar un valor constante.

El criterio de rotura de Hoek-Brown slo debe aplicarse a los macizos rocosos en los que

hay un nmero suficiente de discontinuidades muy prximas entre s, con caractersticas

superficiales similares, para asumir al comportamiento de fractura como isotrpico.

Cuando la estructura analizada es grande y los bloques son pequeos en comparacin, el

macizo rocoso puede ser tratado como un material de Hoek-Brown.

Figura 2: Diagrama idealizado mostrando la transicin de un macizo rocoso intacto a uno muy

fracturadocon mientras crece el tamao de la muestra. Fuente: Hoek (2007).

9

En la Figura 2, que muestra la transicin de un espcimen isotrpico de roca intacta,

pasando por un macizo rocoso muy anisotrpo en el cual el fallamiento es controlado por

una o dos discontinuidades, llegando a un macizo rocoso isotrpico muy fracturado.

2.2.4.4 El ndice de Resistencia Geolgica

La resistencia de macizo rocoso fracturado depende de las propiedades de las piezas de

roca intacta y tambin de la libertad de estas piezas para deslizar y girar en diferentes

condiciones tensionales. Esta libertad es controlada por la forma geomtrica de las piezas

de roca intacta, as como del estado de las superficies que separan las piezas.

El ndice de Resistencia Geolgica (GSI), proporciona un nmero que, cuando se combina

con las propiedades de las rocas intactas, se puede utilizar para estimar la reduccin de la

resistencia del macizo rocoso para diferentes condiciones geolgicas. Este sistema se

presenta en la Tabla B-3, para las macizos rocosos blocosos.

La Tabla B-3 tambin se ha ampliado en 2006 por Hoek y otros para hacer frente a rocas

molsicas y en 2005 por Marinos y otros, para utilizarla en rocas ofiolticas.

Inicialmente el valor del GSI era estimada directamente del RMR, sin embargo, esta

correlacin ha demostrado ser poco fiable, particularmente para los macizos rocosos de

baja calidad y con peculiaridades litolgicas no ajustables en la clasificacin RMR. Por

consiguiente, se recomienda que el valor del GSI debe ser estimado directamente por

medio de los grficos presentados en la Tabla B-3 y la tabla B-4 no de la clasificacin

RMR.

En el 2013 Hoek, Carter y Diederichs realizaron una propuesta formal para la

cuantificacin de la tabla GSI sobre la base de dos parmetros bien establecidos, las

Condiciones de las Discontinuidades y el RQD. La nueva tabla GSI modificada para

permitir su cuantificacin se muestran en la Tabla B-5.

De esta forma el GSI puede ser calculado de la siguiente manera:

Ecuacin 7: d

El RQD puede ser calculado de la expresin:

Ecuacin 8: ( )

Donde es el promedio de discontinuidades por metro.

Y las se obtienen de la sumatoria de las variables de la Tabla B-6.

10

2.2.4.5 El Factor de Disturbacin D

El D es un factor que depende del grado de perturbacin debido a los daos por voladura y

relajacin tensional, y es utilizado cuando no se presenta un macizo inalterado. Este vara

desde 0 para macizos rocosos sin disturbacin in situ, a 1 para macizos rocosos muy

perturbados. Algunas directrices para la seleccin de D se presentan en la Tabla B-7.

La influencia del dao por voladura se considera de la siguiente manera:

Ecuacin 9: (

)

Ecuacin 10: (

)

Y

Ecuacin 11:

( )

Para sugerencias del uso del factor D en tuneleria se debe consultar a Hoek (2007).

Vn y Vsrhelyi (2013) mostraron que el criterio de Hoek y Brown es sensitivo a la falta

de certeza del GSI y del factor de disturbacin D, pudindose generar valores muchas

veces ms altos de lo normal; recomendaron as realizar mediciones ms exactas del GSI y

del factor de disturbacin para poder reducir estos problemas de sensibilidad.

Figura 3: Visualizacin 3D del criterio de Hoek y Brown (izquierda) y en caso de 10% de errores

(GSI 0.1GDI y D0.1D) donde se aprecia una clara mejora de los resultados (derecha).

Fuente: Vn y Vsrhelyi (2013)

11

2.2.4.6 La Resistencia a la compresin uniaxial y tensional del macizo rocoso

La resistencia a la compresin uniaxial del macizo rocoso se obtiene mediante

el la suposicin de en la ecuacin 1, dando como resultado:

Ecuacin 12:

Y, la resistencia tensional del macizo rocoso como:

Ecuacin 13:

La Ecuacin 13 se obtiene suponiendo en la Ecuacin 1. Esto representa

una condicin de tensin biaxial. Hoek (1983) mostr que, para materiales quebradizos, la

resistencia a la traccin uniaxial es igual a la resistencia a la traccin biaxial.

2.2.4.7 Los Parmetros de Mohr-Coulomb

Dado que muchos software geotcnicos estn programados en trminos del criterio de

rotura de Mohr-Coulomb, a veces es necesario determinar el equivalente ngulo de friccin

y fuerza de cohesin cada macizo rocoso y rango de tensiones. El proceso de ajuste implica

equilibrar las reas por encima y por debajo de la grfica de Mohr-Coulomb, resultando:

Ecuacin 14: * ( )

( )( ) ( ) +

Ecuacin 15: [( ) ( ) ]( )

( )( ) ( ( ) ) (( )( ))

Cuando

Tenga en cuenta que el valor de , el lmite superior de la tensin confinante sobre la

que se considera la relacin entre el los criterios de Mohr-Coulomb y Hoek-Brown, tiene

que ser determinado para cada caso individual.

La resistencia cizallante de Mohr-Coulomb , para una tensin normal dada, se

encuentra por sustitucin de valores de y en la ecuacin:

Ecuacin 16:

La grfica equivalente en trminos del esfuerzo principal mayor y menor, se define por:

Ecuacin 17:

12

2.2.4.8 Resistencia del Macizo Rocoso

La resistencia a la compresin uniaxial del macizo rocoso est dada por la Ecuacin 12.

El fallamiento inicia en el lmite de una excavacin cuando es superada por la tensin

inducida en ese lmite y se propaga desde este punto de iniciacin en un campo de tensin

biaxial y con el tiempo se estabiliza cuando la fuerza local, definida por la Ecuacin 1, es

mayor que las tensiones y inducidas. La mayora de los modelos numricos pueden

seguir este proceso de propagacin de la fractura y este nivel de anlisis detallado es muy

importante cuando se considera la estabilidad de las excavaciones en la roca y de los

sistemas de apoyo a la hora del diseo.

Sin embargo, hay ocasiones en que es til considerar el comportamiento global de un

macizo rocoso en lugar de detallar el proceso de propagacin del fallamiento descrito

anteriormente. Esto lleva al concepto de "resistencia del macizo rocoso" global:

Ecuacin 18:

Con y determinados por los rangos de tenciones dando:

Ecuacin 19: ( ( ))( )

( )( )

Figura 4: Grfico de las envolventes de rotura para el criterio generalizado de Hoek y Brown y del

criterio de Mohr Coulomb asociado. La resistencia a la compresin uniaxial y la resistencia global

del macizo rocoso son definidas en este grfico.

Fuente: Hoek (2007)

13

2.2.4.9 Determinacin del

La cuestin de determinar el valor apropiado de para su uso en la Ecuacin 14 y

Ecuacin 15 depende de su aplicacin especfica:

Tneles: donde el valor de resulta de las curvas caractersticas equivalentes

para los dos criterios de fractura para tneles profundos o poco profundos.

Ecuacin 20:

(

)

Taludes: aqu el factor de seguridad calculado y la forma y ubicacin de la superficie

de falla tienen que ser equivalentes.

Ecuacin 21:

(

)

Dnde: es el peso especfico de la roca intacta y es la profundidad del tnel o altura del talud.

Para usos generales (criterio generalizado de Hoek y Brown) el Rango para la Envoltura de

Rotura es igual a:

Ecuacin 22:

Esta ecuacin est basada en la observacin emprica que el rango de tensiones asociado

con la fractura frgil ocurre cuando es menor a un cuarto de

2.2.4.10 El Mdulo de Deformacin

La siguiente ecuacin derivada es la que mejor se ajusta para el clculo del mdulo de

deformacin (Hoek, 2007):

Ecuacin 23: ( ) (

(( ) ))

Usando la relacin del mdulo MR propuesta en 1968 por Deere (modificado por Hoek,

2007) es posible estimar el mdulo de la roca intacta de:

Ecuacin 24:

Esta relacin es muy til cuando no se encuentran valores directos del mdulo intacto ( )

disponibles o cuando es difcil encontrar muestras sin disturbaciones, concluyendo en:

Ecuacin 25: (

(( ) ))

14

2.2.5 El Comportamiento de Falla y Post-Falla

Los diseos de sostenimiento en minera o en fines civiles se basan principalmente en el

uso de los productos de las clasificaciones de macizos rocosos, no slo como una

herramienta para la evaluacin del apoyo emprico, sino tambin para la caracterizacin de

la resistencia del macizo rocoso. Sin embargo, para muchas minas profundas y tneles

profundos donde los altos estados de tensiones pueden ser problemticos, se vuelve, con

frecuencia, muy difcil caracterizar con precisin la resistencia del macizo rocoso y

desarrollar diseos apropiados de soporte a travs del uso de las tablas de apoyo basados

en las clasificacin de macizos rocosos convencionales o mediante la aplicacin del

criterio generalizado de Hoek-Brown. En general, la caracterizacin de la resistencia del

macizo rocoso a travs del uso de las relaciones de Hoek-Brown como las bases para el

diseo de sistemas de soportes se fundamenta en el principio de que la estructura dentro

del macizo rocoso acta reduciendo ambas la cohesin y friccin interna representadas por

la degradacin del s y m respectivamente en el criterio de Hoek y Brown.

La mayora de las herramientas de los sistemas de clasificacin convencionales (RMR, Q,

RMi y GSI) trabajan bien, pero en los ambos extremos de dichas clasificaciones, para

macizos de muy baja resistencia y macizos de muy alta resistencia. Carter, Diederichs y

Carvalho (2009) recomiendan una variacin en las frmulas del criterio general de Hoek y

Brown para macizos rocosos en condiciones de astillamiento o estrujamiento (Figura 6).

Cuando se usan modelos numricos para estudiar el proceso de fallamiento del macizo

rocoso, se requiere la estimacin de las caractersticas post-pico o post-falla del macizo

rocoso. No se pueden dar reglas para en estos problemas pero, las caractersticas post-falla,

ilustrados en la Figura 5, son sugeridas como un punto de partida.

Figura 5: Caractersticas post-falla sugeridas por Hoek (2007) para macizos rocosos de: alta

calidad (izquierda), calidad media (centro) y calidad pobre (derecha).

15

Cuando se trabaja en ambos extremos de la escala de los macizos rocosos (alta calidad y

baja calidad); Carter, Diederichs y Carvalho (2009) sugieren las siguientes modificaciones:

Figura 6: Modificaciones en las frmulas del criterio de Hoek y Brown por Carter, Diederichs y

Carvalho (2009) para macizos rocosos en condiciones de Astillamiento o Estrujamiento.

Al momento de elegir qu modelo matemtico se utilizar se debe considerar que cada

problema es diferente y es difcil establecer criterios generales sobre qu modelo se debe

utilizar en cada caso. En algunas ocasiones, se pueden utilizar varios tipos de modelo y se

debe escoger aquel con el cual se tenga mayor experiencia y familiaridad. En la Figura 7

se muestra, en forma esquemtica que los mtodos de lmite de equilibrio son muy tiles

para el anlisis sencillo de estabilidad de taludes.

16

Figura 7: Diagrama que muestra el tipo de modelo que se recomienda utilizar de acuerdo con la

complejidad de los movimientos (Stead,, 2006).

Si los patrones de comportamiento del suelo son complejos, se requiere un modelo de

elementos finitos o diferencias finitas y si los materiales se encuentran fracturados, se

recomienda utilizar un modelo de elementos discretos o de elementos de contorno.

Los modelos matemticos siempre utilizan ecuaciones propias todas ellas muy laboriosas o

imposibles de realizar en un tiempo razonable, para solucionar estos problemas han

surgido muchas empresas dedicadas ntegramente al desarrollo de Software geomecnicos

y van realizando constantes investigaciones en este campo, como Rocscience

(www.rocscience.com) cuyos programas son: Dips, Examine, Phase2, RocLab, RocData,

RocFall, RocPlane, RocSupport, RS3, Settle3D, Slide, Swedge y Unwedge; cada uno de

ellos aplicable a cada caso geotcnico especfico.

Otra gran empresa es Itasca (http://www.itascacg.com) dedica a los software con mtodos

de diferencias finitas y elementos discretos (Flac 2D-3D, UDEC-3DEC, PFC 2D- 3D).

Existen otras empresas dedicadas a disear programas espesficamente de diseo

geotcnico como Plaxis (www.plaxis.nl), GeoSlope (www.geo-slope.com), Geo5

(www.finesoftware.eu), SEEP2D (http://aquaveo.com/software/gms-seep2d) entre otros.

17

2.2.6 Confiabilidad de las Estimaciones de la Resistencia del Macizo Rocoso

Las tcnicas descritas en las secciones precedentes de este trabajo pueden ser usadas para

estimar las caractersticas de resistencia y deformacin de los macizos rocosos fracturados

isotrpicos. Cuando se aplica este procedimiento para problemas de diseo en ingeniera

de rocas, la mayora de usuarios solo consideran el promedio o media de estas

propiedades. De hecho, todas las propiedades exhiben una distribucin acerca de la media,

incluso bajo las condiciones ms ideales, y esta distribucin puede tener un impacto

significante sobre los clculos de diseo.

Vallejos y otros (2013) realizaron un estudio sobre el comportamiento de resistencia y

deformabilidad del macizo rocoso del complejo mfico de la mina El Teniente en Chile,

donde utilizaron el mtodo del Macizo Rocoso Sinttico SRM (Synthetic Rock Mass)

usando el programa PFC 3D para representar a la roca intacta y utilizando una Malla de

Fractura Discreta (Discrete Fracture Network) para representar a las discontinuidades; sus

resultados comparados con el criterio de Hoek y Brown se muestran a continuacin.

Figura 8: Comparacin de la envoltura de resistencia pico estimado con la aproximacin SRM

comparado con los resultados del criterio de Hoek y Brown.

Fuente: Vallejos y otros (2013).

Como se puede apreciar en la Figura 8, el mtodo SRM (muy complejo y que requiere de

software y hardware especiales) puede calcular las propiedades de resistencia y

deformabilidad del macizo rocoso de la mina El Teniente, pero sus resultados son

comparables con los del criterio de Hoek y Brown (ms simple y no requiere mayor

18

software y hardware) para dicho macizo rocoso con GSI=70, los otros resultados con

GSI=80 y GSI=90 son descartados automticamente ya que, como se explic, el criterio no

es aplicable en macizos rocosos de muy buena calidad.

Entonces se puede tomar en cuenta las palabras de Hammh (2009) quien menciona que es

mejor estar aproximadamente bien que precisamente mal, destacando que los modelos

simples trabajan muy bien en geomecnica ya que la naturaleza inexacta de los de entrada

utilizados en los modelos matemticos impide lograr un resultado real a pesar de tener

las ecuaciones ms complejas y/o los algoritmos ms completos.

2.3 DEFINICIN DE TRMINOS BSICOS

Macizo Rocoso

Es la suma los bloques de matriz rocosa o roca intacta y las discontinuidades o

superficies de debilidad que las separan. (Gonzales, L. 2004).

Valle de Cajamarca

Valle ubicado en los andes del norte del Per, engloba las ciudades de Cajamarca y

Baos del Inca y sus reas circundantes.

Geomecnica

Implica el estudio geolgico del comportamiento del suelo (mecnica de suelos) y

rocas (mecnica de rocas).

Modelamiento Matemtico

Permite un clculo tanto de las tensiones como de las deformaciones (anlisis tenso-

deformacional) de un cuerpo sometido a fuerzas externas, una vez satisfechas las

condiciones de contorno del problema, las ecuaciones de equilibrio y las ecuaciones

constitutivas del material.

Sistema Hoek y Brown

Sistema geomecnico que permite calcular las propiedades de los macizos rocosos

necesarias para los anlisis geotcnicos de pre-diseo, diseo y post-diseo de obras

ingenieriles.

19

CAPTULO III. MATERIALES Y MTODOS

3.1 UBICACIN

3.1.1 Geogrfica

El valle de Cajamarca se encuentra localizada al NW de los andes del Per; tiene un rea

de 182 Km2 o 18200 Has.

Las coordenadas proyectadas UTM, Datum WGS 84 se especifican a continuacin:

Tabla 2: Delimitacin del rea de estudio.

VRTICE LATITUD LONGITUD

V1 9214000 784000

V2 9201000 784000

V3 9201000 770000

V4 9214000 770000

Polticamente la zona de investigacin se encuentra ubicada en:

Pas: : Per

Regin : Cajamarca

Departamento : Cajamarca

Provincia : Cajamarca

Distritos : Cajamarca, Jess, Llacanora, Los Baos del Inca y Magdalena

20

Figura 9: Plano de ubicacin de la zona de investigacin (tachado en rojo) dentro de la provincia

de Cajamarca (izquierda), departamento de Cajamarca (superior derecha) y Per (inferior

derecha).

3.2 ACCESIBILIDAD

La zona de investigacin presenta diversos accesos a las zonas de investivacin a partid de

la ciudad de Cajamarca, los principales accesos (rutas asfaltadas y/o afirmadas) a las zonas

de estudio se describen en la siguiente tabla:

Tabla 3: Principales accesos a la zona de estudio:

Acceso Estado

Ruta Nacional 8 (Carretera a la costa) Asfaltada

Ruta Nacional 8A (Carretera Cajamarca-Cumbemayo) Asfaltada

Ruta Nacional 3N (Carretera Cajamarca-Bambamarca) Asfaltada por tramos.

21

Acceso Estado

Carretera San Pablo-Cajamarca Afirmada

Carretera Cajamarca-Jess Asfaltada

Carretera Baos del Inca-La Encaada Asfaltada

Carretera Cajamarca-Cajabamba Asfaltada

Carretera Cajamarca-El porvenir Afirmada

3.3 METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN

Para poder plantear las tcnicas y mtodos a utilizar en la investigacin, es necesario

realizar la operacionalizacin de las variables.

3.3.1 Operacionalizacin de Variables

Para explicar la metodologa de investigacin se presenta primero la operazionalizacin de

las variables que involucran a la misma.

Tabla 4: Operacionalizacin de variables.

VARIABLE DEFINICIN CONCEPTUAL INDICADORES NDICE/TEM

Variables Independientes (Causas):

Litologa Estudia las caractersticas fsicas y

qumicas de las rocas Tipo de Roca Tipo y clase

Tectonismo Es la deformacin de las rocas por

actividades tectnicas. Deformacin Tectnica

Grado de

fracturamiento

Propiedades

de la Roca

Intacta

Son las caractersticas fsicas y de

resistencia de los macizos rocosos

medidas en campo

La Resistencia a la Compresin

Uniaxial Valor (MPa.)

GSI Tipo y valor

La constante Valor

El factor de Distrubacin Valor

Variables Dependientes (Efectos):

Geologa

Estudia la composicin y estructura

interna de la Tierra, y los procesos

por los cuales ha ido

evolucionando.

Geomorfologa Geoformas

Estratigrafa Unidades Lito-

Estratigrficas

Geologa Estructural Estructuras

Geomecnica

Son las propiedades ingenieriles

del macizo rocoso que tienen que

ser calculadas indirectamente.

Resistencia tensional ( ) Valor (MPa)

Resistencia a la compresin

uniaxial ( ) Valor (MPa)

Resistencia Global ( ) Valor (MPa)

Mdulo de deformacin ( ) Valor (MPa)

22

3.3.2 Tipo y Mtodo de la Investigacin

El problema investigado tiene caractersticas descriptivas, comparativas, explicativas y

relacionantes. Los mtodos de investigacin sern: Descriptivo, analtico, comparativo,

deductivo y explicativo.

3.3.3 Poblacin de Estudio

Los macizos rocosos del valle de Cajamarca.

3.3.4 Muestra

Los cortes de carretera, quebradas y todos los afloramientos rocosos accesibles. Detallar.

3.3.5 Unidad de Anlisis

Se analizarn las propiedades de la roca intacta para calcular los parmetros de Hoek y

Brown necesarios para obtener la resistencia del Macizo Rocoso.

3.4 TCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN

3.4.1 Tcnicas

Observacin y tomas fotogrficas.

Pruebas geomecnicas de campo.

Documentacin por medio de tablas geomecnicas.

Uso de Software para el anlisis e interpretacin de resultados.

3.4.2 Instrumentos y Materiales

Picota marca estwing mango corto.

Lpiz rayador 88CM General Tools

Lupa de 10x Baush & Lamp.

Lpices y lapiceros.

Cmara digital Cannon PowerShot.

Protactor Escala 1/1000

Brjula Brunton mod. 5006.

GPS Garmin eTrex 20.

Tablas geomecnicas y de registro.

Laptop Compac.

23

Software RocData v3.

Software ArcGIS v10.1.

Wincha.

3.5 PROCEDIMIENTO Y TCNICA DE RECOLECCIN DE DATOS.

3.5.1 Procedimiento

El procedimiento de recoleccin de datos utilizado para cada una de las variables

independientes se muestra a continuacin.

3.5.1.1 Litologa

Para la recoleccin de datos del tipo y clase de roca se utilizaron los criterios de Hoek

(2007) de la Tabla B-2, este tem de litologa est incluido en el Registro Geotcnico

General Para Los Datos de Entrada Del Sistema Hoek Y Brown.

3.5.1.2 Tectonismo

Para la recoleccin de datos del grado de fracturamiento se utilizaron los ndice de

trabazn de la tabla GSI para macizos homogneos Tabla B-3 o segn el tipo de macizo de

la Tabla B-4 para macizos heterogneos.

3.5.1.3 Propiedades de la Roca Intacta

En esta etapa se utiliz la tabla de registro tablas geomecnicas para documentar las

propiedades de la roca intacta. Los datos utilizados en estas tablas son los siguientes:

a. Data GPS: El sistema utilizado es UTM, datum WGS-84, se tomaron de cada punto

sus coordenadas tanto este y norte como tambin su cota respectiva.

b. Se identific las propiedades geomecnicas de la roca intacta para estimar los

parmetros del macizo rocoso del sistema Hoek-Brown necesarios en los anlisis

numricos.

Factor de disturbacin (D): El cual solo ser aplicado para el anlisis de taludes.

Utilizando las sugerencias del anexo 3.

Resistencia a la compresin uniaxial: Este parmetro se determinar segn la

clasificacin emprica de Brown (1981) (Tabla B-1) la cual utiliza los golpes del

martillo realizados sobre el macizo rocoso.

24

Constante de Hoek- Brown (mi): Se utilizar los ndices del anexo 2 de acuerdo al

tipo de roca encontrada en campo.

Tabla 5: Factor D, Resis. Comp. Un. y Constante mi de la estacin geomecnica S0-H1-P1

1. Factor D (Anexo 6) 2. Resis. Comp. Un. (ci) (Anexo 5)

3. Constante "mi"

(Anexo 4)

PARA: 1=Talud, 2=Tnel,

3=Discont.

VA

LO

R

Calidad Valor medio (Mpa) Tipo de roca mi

1 0 R4 75 Arenisca 12

ndice de resistencia geolgica (GSI): se determinar de dos formas:

Directa: Utilizando las sugerencias del anexo 1 asignando un valor de GSI de

acuerdo si el macizo rocosos es homogneo (cuando se tiene un slo tipo de roca

con la misma resistencia) o heterogneo (Cuando se tienen 2 ms tipos de roca

con diferente resistencia)

Tabla 6: Clculo del GSI directo de la estacin geomecnica S0-H1-P1

DIRECTO (Anexo 1 y 2)

Macizo Tipo

VA

LO

R D

EL

GS

I

1 = Homogneo.

Anotar la estructura (In, Bl, MBl, Def,

Des, Lam/Ciz) y Las condiciones de las

disc. (MB, B, R, M, MM)

2 = Heterogneo. Anotar el tipo de Estructura y

Composicin.

1 MBl-MB 68

Cuantificado: Se hallar el RQD (se calculara el numero de discontinuidades por

metro ), como tambin se describir las condiciones de las

discontinuidades segn Bieniawski (1989), el cual toma en cuenta 5 parmetros

como son la persistencia, abertura, rugosidad, relleno, alteracin.

25

Tabla 7: Clculo del GSI cuantificado de la estacin geomecnica S0-H1-P1

CUANTIFICADO (Anexo 3), GSI = (RQD/2)+(Jcond.*1.5)

RQD Cond. de las Disc. Bieniawski (1989) "Jcond."

GS

I C

AL

CU

LA

DO

RQD=100*(e^(-

0.1*))*(0.1*+1)

Persist.

(m)

Abertura

(mm) Rugosidad Relleno Alteracin

SU

MA

TO

RIA

6 = < 1 6 = Nada 6=Muy Rug 6=Ninguno 6=Inalterada

Lo

ng

. "L

" (m

)

N

mer

o d

e

Dis

c. "

ND

"

=

ND

/L

RQ

D

4 = 1-3 5 = 5 0=Suave 0=Suave>5mm 0=Descomp.

2.4 25 10.4 72 6 5 6 6 1 24 72

3.6 TRATAMIENTO Y ANLISIS DE DATOS Y PRESENTACIN DE

RESULTADOS

Se utiliz el Programa RocData V3, el cual cuenta con las ecuaciones del sistema de Hoe y

Brown para procesar los datos de campo y hallar las propiedades ingenierles de los

macizos rocosos.

Los datos de entrada fueron los tomados en campo, siendo solo necesario indicar los

valores de la Resistencia a la compresin uniaxial, del GSI (el cual ser el promedio

aritmtico entre el GSI directo y de cuantificado) y del mi, (el valor D se deja en 0)

Figura 10: Interfaz del programa RocData V3.

26

Los resultados obtenidos de cada estacin fueron agrupados en una base de datos e

introducidos en el programa ArcGIS V10.2 para poder realizar la zonificacin de los

macizos rocosos segn sus propiedades encontradas.

Estas propiedades ingenieriles se relacionaron para cada unidad ingenieril definida para as

generalizarlas a cada afloramiento rocoso.

27

CAPTULO IV. GEOMECNICA DEL VALLE DE CAJAMARCA

4.1 GEOMORFOLOGA

Para caracterizar la geomorfologa se recurri primero al anlisis de pendientes y altitudes

(morfologa) para luego definir las geoformas segn Villota (2005) en la Geomorfologa

aplicada a levantamientos edafolgicos y zonificacin de tierras (IGAC, 2005)

4.1.1 Distribucin de pendientes

La distribucin de lass pendientes de la zona de estudio (Plano N: 3), es:

Tabla 8: Distribucin de pendientes dentro del rea de estudio.

PENDIENTES DESCRIPCIN REA (Has.) PORCENTAJE

0-2 Terrenos llanos 4013.84 22.05

2-5 Terrenos inclinados con suave pendiente 2369.76 13.02

5-15 Terrenos con pendiente moderada 6501.16 35.72

15-25 Terrenos con pendiente fuerte 4058.88 22.30

25-45 Terrenos con pendiente escarpada 1226.62 6.74

>45 Terrenos muy escarpados 29.74 0.16

4.1.2 Distribucin de altitudes

Las altitudes van desde los 2617m.s.n.m. hasta los 3857m.s.n.m (Plano N: 4) y se pueden

clasificar de la siguiente manera:

Tabla 9: Distribucin de altitudes.

ELEVACIN REA (Has.) PORCENTAJE ELEVACIN REA (Has.) PORCENTAJE

3800 41.47 0.23

3200-3300 547.00 3.01

28

4.1.3 Unidades Geomorfolgicas (Geoformas)

El resumen de las unidades geomorfolgicas (geoformas) establecidas en el presente

estudio se muestra a continuacin:

Tabla 10: Distribucin de las unidades geomorfolgicas (geoformas).

SIMBOLOGA REA (Has.) PORCENTAJE DESCRIPCIN

GMC-c-e 130.82 0.72 Colina estructural

GMC-c-fe 2160.49 11.87 Colina fluvio-erosional

GMC-m-fe 2086.73 11.47 Montaa fluvio-erosional

GMC-m-e 2330.96 12.81 Montaa estructural

GMC-m-k 361.15 1.98 Montaa krstica

GMC-m-mp 972.97 5.35 Montaa de mantos de piroclastos

GMC-m-ci 2038.68 11.20 Montaa de campos de ignimbritas

GAD-t-fl/al 4434.51 24.37 Terraza fluvio-aluvial

GAD-p-al 1740.58 9.56 Pie de monte aluvial

GAD-p-co 1943.18 10.68 Pie de monte coluvial

El porcentaje de rea de las unidades se puede apreciar mejor a continuacin:

Figura 11: Porcentaje de rea de las unidades geomorfolgicas.

Se destaca la fuerte presencia de unidades de carcter agradacional-deposicional (GAD),

sobre las unidades de montaas y colinas (GMC).

La descripcin de cada unidad Geomorfolgica se puede apreciar en el Anexo C

Unidades Geomorfolgicas (Geoformas)

0.72

11.87

11.47

12.81

1.98 5.35

11.20

24.37

9.56

10.68

PORCENTAJE (%) DE REA DE LAS UNIDADES GEOMORFOLGICAS

GMC-c-e

GMC-c-fe

GMC-m-fe

GMC-m-e

GMC-m-k

GMC-m-mp

GMC-m-ci

GAD-t-fl/al

GAD-p-al

29

4.2 GEOLOGA LOCAL

Las unidades geolgicas definidas por el INGEMMET, y cartografiadas por de Reyes

(1980) y Navarro (2007), han sido acomodadas para el presente estudio, generando las

siguientes Unidades Ingenieriles clasificables segn su comportamiento geomecnico.

Se han identificado 3 grupos generales de unidades Ingenieriles:

4.2.1 Unidades Estratigrficas

El resumen de las propiedades de las unidades estratigrficas caracterizadas se muestra a

continuacin:

Tabla 11: Unidades estratigrficas-ingenieriles

Eratema/Era Sistema/Periodo Serie/poca Unidad Lito-estratigrfica Unidad Ingenieril Esp (m)

CE

NO

ZO

ICO

CUATERNARIO HOLOCENO

Dep. Fluviales

Su

elo

20

Dep. Coluviales 30

Dep. Aluviales 30

Dep. Lagunares 40

NEGENO MIOCENO

Sec. Volc. San Jos San Jos 2 350

San Jos 1 250

Sec. Volc. Tual-Purhuay

Tual-Purhuay 3 350

Tual-Purhuay 2 250

Tual-Purhuay 1 125

PALEGENO OLIGOCENO Sec. Volc. Rumiorco Rumiorco 3 400

ME

SO

ZO

ICO

CRETCEO

SUPERIOR

Fm. Celendn

Celendn 3 60

Celendn 2 40

Celendn 1 50

Fm. Cajamarca Cajamarca 2 100

Cajamarca 1 300

Fm. Quilquian Quilquian 80

Fm. Mujarrn Mujarrn 120

Fm. Yumagual

Yumagual 3 240

Yumagual 2 100

Yumagual 1 210

INFERIOR

Fm. Pariatambo Pariatambo 2 70

Pariatambo 1 80

Fm. Chlec

Chlec 3 70

Chlec 2 100

Chlec 1 80

Fm. Inca Inca 2 30

Inca 1 50

Fm. Farrat Farrat 2 100

Farrat 1 350

Fm. Carhuaz Carhuaz 2 250

Carhuaz 1 100

Fm. Santa Santa 80

Fm. Chim Chim 2 100

Chim 1 200

30

El promedio de las propiedades de roca intacta las unidades estratigrficas-ingenieriles se

detallan a continuacin:

Tabla 12: Propiedades de la roca intacta de las unidades estratigrficas-ingenieriles.

Unidad

Ingenieril

RES. COM. UNIAX ( ) LITOLOGA GSI

CLASE Media

Mpa Rocas mi

Tipo

*

Sub-tipo

**

Valor

GSI

Chim 1 R4 75 Arenisca 17 1 5 y 12 62.6

Chim 2 R3 41.7 Arenisca 17 1 8 y 12 47.5

Santa R1 3 Pizarra 6 2 8 y 10 25

Carhuaz 1 R1 7 Limolita, Pizarra y Lutitas 5.3 2 5, 8 y 10 24.3

Carhuaz 2 R2 y R3 25 Arenisca y Limolita 16 2 4, 5, 7 y 8 40.8

Farrat 1 R3 y R4 51.25 Arenisca 17 1 5, 7, 8 y 12 60.4

Farrat 2 R3, R4 y R5 80 Areniscas y M. Cong. 17.3 1 3, 5, 8 y 12 66.6

Inca 1 R2 y R3 23.6 Areniscas, Limolitas y Lutitas 13.9 1 y 2 8, 12, 19/4, 5 y 8 41.6

Inca 2 R1, R2, R3 y R4 22.6 Arenisca, Limolita y Lutita 7.7 1 y 2 16 y 19/4, 5, 7 y 8 40

Chlec 1 R2, R3 y R4 30.4 C. Micrtica y C. Espartica 8.3 1 y 2 19 y 22/3, 4, 5 y 7 44.8

Chlec 2 R2, R3 y R4 35 C. Micrtica 8 2 3, 4 y 7 43.8

Chlec 3 R2 y R3 30 C. Micrtica y C. Espartica 9 1 y 2 4, 5 y 6 55.5

Pariatambo 1 R1 y R2 14 Pizarra y C. Micrtica 7.8 1 y 2 16 y 19/4, 7 y 8 32.5

Pariatambo 2 R2, R3 y R4 39.6 C. Micrtica, C. Espartica y Chert 9.8 1 y 2 12/3, 4, 7 y 8 44.7

Yumagual 1 R2, R3 y R4 40 C. Micrtica y Espartica 9 1 y 2 7 y 8/3, 4 y 5 59.5

Yumagual 2 R1, R2 y R3 14 C. Micrtica 8 2 4, 5 y 6 42.5

Yumagual 3 R3 y R4 52.1 C. Micrtica y C. Espartica 9.7 1 y 2 5/3 y 4 64.1

Mujarrn R2 y R3 25 C. Micrtica 8 2 4 y 5 46

Quilquian R1 3 Lutita 4 2 8 19.5

Cajamarca 1 R4 y R5 155 C. Cristalina 12 1 3, 5 y 8 78

Cajamarca 2 R4 y R5 90 C. Espartica 10 2 3 61.8

Celendn 1 R1 y R2 12 Lutita y C. Micrtica 5 2 6 y 8 24.5

Celendn 2 R3 35 C. Espartica 10 2 3 y 4 59.5

Celendn 3 R1 3 Lutita 4 2 8 18

Rumiorco 3 R2 15 Toba 13 1 22 24

Tual-Purhuay 1 R1 y R2 9 Brecha 19 2 6 35.5

Tual-Purhuay 2 R0 y R1 1.8 Toba 13 1 22 21

Tual-Purhuay 3 R1, R2 y R3 22 Toba y Brecha 17.5 1 y 2 15 y 22/ 5 35

San Jos 1 R0 y R1 2.2 Toba 13 1 22 18.3

San Jos 2 R0 y R1 2.6 Toba 13 1 22 18.5

* 1=Resistencia Homognea, 2=Resistencia Heterognea

** Cuadrante dentro de la tabla GSI = Para macizos de resistencia homognea ver anexo B-3,

Para macizos heterogneos ver anexo B-4.

31

Las propiedades ingenieriles de las unidades estratigrfico-ingenieriles calculadas con el

programa RocData v3 se muestran a continuacin:

Tabla 13: Propiedades ingenieriles de las unidades estratigrfico-ingenieriles.

Unidad

Ingenieril

Parmetros del criterio de

Hoek y Brown

Parmetros del

criterio de Mohr-

Coulomb

Parmetros Ingenieriles del Macizo

Rocoso

s a c

Chim 1 4.470 0.0157 0.502 18.75 5.270 38.859 -0.263 9.299 22.030 17886.7

Chim 2 2.626 0.0030 0.507 10.43 2.358 34.388 -0.048 2.194 8.944 5656.8

Santa 0.412 0.0002 0.531 0.75 0.078 19.229 -0.002 0.036 0.219 410.7

Carhuaz 1 0.355 0.0002 0.533 1.75 0.170 18.154 -0.004 0.079 0.468 602.6

Carhuaz 2 1.918 0.0014 0.511 6.25 1.247 31.718 -0.018 0.858 4.473 2910.5

Farrat 1 4.133 0.0123 0.503 12.81 3.484 38.205 -0.152 5.610 14.351 13027.1

Farrat 2 5.248 0.0245 0.502 20.00 6.012 40.192 -0.373 12.428 25.899 23256.5

Inca 1 1.727 0.0015 0.510 5.90 1.142 30.814 -0.021 0.861 4.023 2995.4

Inca 2 0.903 0.0013 0.511 5.65 0.876 25.446 -0.032 0.747 2.775 2673.3

Chlec 1 1.156 0.0022 0.508 7.60 1.312 27.440 -0.057 1.346 4.320 4087.3

Chlec 2 1.075 0.0019 0.509 8.75 1.468 26.850 -0.063 1.460 4.777 4140.3

Chlec 3 1.837 0.0071 0.504 7.50 1.586 31.227 -0.116 2.483 5.632 7517.3

Pariatambo 1 0.700 0.0006 0.519 3.50 0.474 23.378 -0.011 0.286 1.442 1366.4

Pariatambo 2 1.360 0.0021 0.508 9.90 1.800 28.786 -0.062 1.744 6.084 4638.2

Yumagual 1 2.119 0.0111 0.503 10.00 2.266 32.387 -0.210 4.160 8.243 10927.7

Yumagual 2 1.026 0.0017 0.510 3.50 0.574 26.475 -0.023 0.540 1.855 2429.8

Yumagual 3 2.691 0.0185 0.502 13.03 3.271 34.368 -0.359 7.031 12.398 16252.5

Mujarrn 1.163 0.0025 0.508 6.25 1.088 27.485 -0.053 1.190 3.586 3971.6

Quilquian 0.226 0.0001 0.545 0.75 0.056 14.915 -0.002 0.023 0.146 299.3

Cajamarca 1 5.470 0.0868 0.501 38.75 13.633 40.157 -2.459 45.580 58.680 50118.7

Cajamarca 2 2.556 0.0143 0.502 22.50 5.456 33.971 -0.505 10.665 20.509 18712.0

Celendn 1 0.337 0.0002 0.532 3.00 0.286 17.812 -0.008 0.138 0.784 798.2

Celendn 2 2.354 0.0111 0.503 8.75 2.038 33.302 -0.165 3.640 7.554 10222.0

Celendn 3 0.214 0.0001 0.550 0.75 0.053 14.474 -0.002 0.020 0.138 274.5

Rumiorco 3 0.861 0.0002 0.533 3.75 0.509 24.874 -0.004 0.166 1.594 867.1

T-P 1 1.898 0.0008 0.515 2.25 0.438 31.650 -0.004 0.224 1.568 1302.0

T-P 2 0.774 0.0002 0.541 0.45 0.057 23.910 0.000 0.016 0.174 252.7

T-P 3 1.717 0.0007 0.516 5.50 1.032 30.787 -0.009 0.530 3.633 1977.9

San Jos 1 0.703 0.0001 0.549 0.55 0.064 23.016 0.000 0.015 0.194 239.2

San Jos 2 0.708 0.0001 0.548 0.65 0.076 23.083 0.000 0.018 0.231 263.0

32

4.2.2 Unidades Intrusivas

Las unidades intrusivas-ingenieriles caracterizadas dentro de la zona de estudio se

muestran a continuacin:

Tabla 14: Unidades intrusivas-ingenieriles.

Eratema/Era Sistema/Periodo Serie/poca Unidad Lito-estratigrfica Unidad Ingenieril Esp

(m)

CENOZOICO NEGENO

MIOCENO Domo Micro-diortico M. Diorita 500

OLIGOCENO Stocks latticos P. Latita 150

El promedio de las propiedades de roca intacta las unidades estratigrficas-ingenieriles se

detallan a continuacin:

Tabla 15: Propiedades de la roca intacta de las unidades intrusivas-ingenieriles.

Unidad Ingenieril

RES. COM. UNIAX ( ) LITOLOGA GSI

CLASE

Media

Mpa

Rocas mi Tipo* Sub-tipo **

Valor

GSI

P. Latita R3 35 P. Latita 20 1 8 60

M. Dioritia R5 175 M. Diorita 20 1 3 83






Tabla 16: Propiedades ingenieriles de las unidades intrusivas-ingenieriles.

Unidad

Ingenieril


Hoek y Brown

Parmetros del

criterio de Mohr-

Coulomb


Rocoso

s a c

P. Latita 4.793 0.012 0.503 8.750 2.472 39.506 -0.086 3.745 10.483 10520.4

M. Dioritia 10.898 0.151 0.500 43.750 18.467 46.064 -2.429 67.999 91.564 66834.4

33

4.2.3 Unidades de Alteracin

Las unidades de alteracin caracterizadas dentro de la zona de estudio se muestran a

continuacin:

Tabla 17: Unidades de alteracin.

Eratema/Era Sistema/Periodo Serie/poca Unidad Lito-estratigrfica Unidad Ingenieril Esp

(m)

? ?

? Silicificacin Silif. 150

? Argilitizacin Arg. 250




El promedio de las propiedades de roca intacta las unidades de alteracin se detallan a

continuacin:

Tabla 18: Propiedades de la roca intacta de las unidades de alteracin.

Unidad Ingenieril RES. COM. UNIAX ( ) LITOLOGA GSI

CLASE Media Mpa Rocas mi Tipo* Sub-tipo** Valor

Silif. R5 175 Slice M. 20 1 1 89

Arg. R0 y R1 1.2 Toba y P. Latita 18.3 1 y 2 25 y 26/8 12.8



Tabla 19: Propiedades ingenieriles de las unidades de alteracin.

Unidad

Ingenieril


Hoek y Brown

Parmetros del

criterio de Mohr-

Coulomb


Rocoso

s a c

Silif. 13.503 0.295 0.500 43.750 21.518 47.584 -3.818 94.954 110.904 94406.1

Arg. 0.813 0.000 0.571 0.300 0.033 23.941 0.000 0.005 0.103 128.7

34

4.3 GEOLOGA ESTRUCTURAL

4.2.1 Estructuras Primarias

Son estructuras sin-deposicionales presentes en las rocas sedimentarias y volcnicas, sus

caractersticas geomtricas pueden afectar a la resistencia del macizo rocoso generando

anisotropas y planos de debilidad.

4.2.2 Estructuras Secundarias de Origen No Tectnico

Son estructuras formadas principalmente por el peso litosttico sobre el macizo rocoso,

destacando principalmente improntas de carga y dobladuras de estratos; estas estructuras

son locales y de menor injerencia en la resistencia del macizo rocoso.

4.2.3 Estructuras Secundarias de Origen Tectnico

Estas estructuras son generadas por las fuerzas tectnicas que han afectado a la zona

estudiada, destacando 2 tipos generales: Estructuras concordantes (Pliegues) y disyuntivas

(Fallas).

Las grandes fallas y pliegues de carcter regional han afectado localmente a los macizos

rocosos, encontrando en los ejes de estas muchos macizos fracturados y con muy malas

calidades de discontinuidades.

Figura 12: Macizo rocoso de la Unidad Ingenieril Santa, afectado por pliegues y fallas locales al

estar cerca de una gran falla regional (Falla Cruz Blanca).

35

4.4 ZONIFICACIN GEOMECNICA DEL VALLE DE CAJAMARCA

La zonificacin geomecnica de los macizos rocosos del valle de Cajamarca se realiz

teniendo en cuenta los valores de GSI y de la Resistencia Global del Macizo rocoso ,

de cada unidad ingenieril.

El criterio de clasificacin segn el GSI fue su implicancia en el tipo de comportamiento

del macizo rocoso:

Tabla 20: Rangos de clasificacin de Macizos Rocosos segn su GSI.

Macizo Rango de GSI Tipo de Macizo

1 75 Anisotrpico

Modificado de Hoek y Marinos (2007) y Carter Diederichs y Carvalho (2008).

El criterio de clasificacin segn la Resistencia Global del Macizo Rocoso fue la

clasificacin de Brown (1980).

Tabla 21: Rangos de para la clasificacin de los macizos rocosos.

Macizo Rango de (MPa) Tipo de Macizo

0 0-0.25 Resistencia casi nula

1 0.25-1 Extremadamente Dbil

2 1-5 Muy Dbil

3 5-25 Dbil

4 25-50 Moderadamente Resistente

5 50-100 Resistente

6 100-250 Muy Resistente

7 >250 Extremadamente Resistente

Modificado de Brown (1980).

36

La tabulacin de cada unidad ingenieril con sus valores y tipos de GSI y

se muestra a continuacin:

Tabla 22: Unidades Geomecnicas obtenidas a partir de la clasificacin de las unidades

Ingenieriles segn su GSI y su .

Unidad Ingenieril GSI Unidad Geomecnica

Valor Tipo Valor Tipo Caractersticas Unidad

Chim 1 62.6 3 22.0299 3 3-3 6

Chim 2 47.5 3 8.94386 3 3-3 6

Santa 25 1 0.218869 0 1-0 1

Carhuaz 1 24.3 1 0.468192 1 1-1 2

Carhuaz 2 40.8 3 4.47331 2 3-2 5

Farrat 1 60.4 3 14.3512 3 3-3 6

Farrat 2 66.6 4 25.899 4 4-4 7

Inca 1 41.6 3 4.02335 2 3-2 5

Inca 2 40 3 2.77469 2 3-2 5

Chlec 1 44.8 3 4.31959 2 3-2 5

Chlec 2 43.8 3 4.77653 2 3-2 5

Chlec 3 55.5 3 5.632 3 3-3 6

Pariatambo 1 32.5 2 1.44225 2 2-2 4

Pariatambo 2 44.7 3 6.08447 3 3-3 6

Yumagual 1 59.5 3 8.24322 3 3-3 6

Yumagual 2 42.5 3 1.85499 2 3-2 5

Yumagual 3 64.1 3 12.3976 3 3-3 6

Mujarrn 46 3 3.58565 2 3-2 5

Quilquian 19.5 1 0.146096 0 1-0 1

Cajamarca 1 78 5 58.6795 5 5-5 8

Cajamarca 2 61.8 3 20.5086 3 3-3 6

Celendn 1 24.5 1 0.783552 1 1-1 2

Celendn 2 59.5 3 7.5537 3 3-3 6

Celendn 3 18 1 0.137646 0 1-0 1

Rumiorco 3 24 1 1.59446 2 1-2 3

P. Latita 60 3 10.4829 3 3-3 6

Tual-Purhuay 1 35.5 3 1.56763 2 3-2 5

Tual-Purhuay 2 21 1 0.174172 0 1-0 1

Tual-Purhuay 3 35 2 3.63269 2 2-2 4

San Jos 1 18.3 1 0.193969 0 1-0 1

San Jos 2 18.5 1 0.230894 0 1-0 1

M. Dioritia 83 5 91.5636 5 5-5 8

Silif. 89 5 110.904 6 5-6 9

Arg. 12.8 1 0.10286 0 1-0 1

37

El resultado final es la definicin de 9 unidades geomecnicas adems de una unidad que

considera a los materiales inconsolidados (suelos):

Tabla 23: Distribucin de las Unidades Geomecnicas obtenidas.

UNIDAD

GEOMECNICA UNIDADES INGENIERILES

RANGO

DE GSI

RANGO DE

REA

(Has.)

PORC.

(%)

0 Dep. Laguanares, Aluviales y Coluviales - - 8343.56 45.84

1 Santa, Quilquian, Celendn 3, Tual-Purhuay 2,

San Jos 1, San Jos 2, Arg. >25 0-0.25 692.25 3.80

2 Carhuaz 1, Celendn 1 >25 0.25-1 463.27 2.55

3 Rumiorco 25-35 1-5 2044.73 11.23

4 Pariatambo 1, Tual-Purhuay 3 25-35 1-5 3396.96 18.66

5 Carhuaz 2, Inca 1, Inca 2, Chlec 1, Chlec 2,

Yumagual 2, Mujarrn, Tual-Purhuay 1 35-65 1-5 263.05 1.45

6

Chim 1, Chim 2, Farrat 1, Chlec 3,

Pariatambo 2, Yumagual 1, Yumagual 3,

Cajamarca 2, Celendn 2, P. Latita

35-65 5-25 2191.02 12.04

7 Farrat 2 65-75 25-50 2.41 0.01

8 Cajamarca 1, M. Diorita >75 50-100 592.85 3.26

9 Silif. >75 100-250 209.92 1.15

A continuacin se muestra mejor la distribucin de las reas de las unidades geomecnicas

obtenidas:

Figura 13: Distribucin de las reas se las unidades geomecnicas obtenidas.

45.84

3.80 2.55

11.23

18.66

1.45 12.04

0.01 3.26 1.15

PORCENTAJE (%) 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

38

A continuacin se realiza la descripcin de cada unidad geomecnica obtenida, adems de

consejos para posibles proyectos que se piensen desarrollar sobre ellos.

4.4.1 Unidad 0

- Se sugiere realizar mayores estudios en esta unidad para poder caracterizarla

correctamente.

- Existe la necesidad de utilizar una nomenclatura y codificacin adecuada para poder

caracterizar los suelos del valle de Cajamarca que poseen en especial muchos bloques

y cantos rodados, los cuales no se acomodan bien dentro de las clasificaciones

convencionales de los sistemas SUCS y AASHTO.

- La importancia de estudiar los depsitos inconsolidados recae en la prevencin de

desastres naturales relacionados a ellos, como: derrumbes, avalanchas, flujos, etc.

Figura 14: Flujo de detritos en un depsito coluvial en el cerro Ronquillo.

4.4.2 Unidad 1

- Comportamiento: Isotrpico-Lineal (Material Mohr-Coulomb) por lo que debe

tratrselo como si fuera un suelo, mas no como macizo rocoso en s.

- Resistencia Global: En un material con una resistencia casi nula y se debe tener

cuidado al trabajar con l.

- Tipo de Rotura: Circular a travs del macizo.

- Mtodos de anlisis sugerido: Equilibrio lmite (Dobelas).

39

Figura 15: Unidad Ingenieril Tual-Purhuay 2 en el cerro Rosario Horco, ejemplo de la Unidad

Geomecncia 1.

4.4.3 Unidad 2



- Resistencia Global: En un material con una resistencia extremadamente dbil y se

debe tener cuidado al trabajar con l.



Figura 16: Unidad Ingenieril Carhuaz 1 en la quebrada Arenas, ejemplo de la Unidad

Geomecnica 2.

40

4.4.3 Unidad 3



- Resistencia Global: En un material con una resistencia muy dbil y se debe tener

cuidado al trabajar con l.



Figura 17: Unidad Ingenieril Rumiorco 3 en la carretera Cajamarca-Cumbemayo, nica unidad

de la Unidad Geomecnica 3.

4.4.3 Unidad 4

- Comportamiento: Transicin de Isotrpico-Lineal a Isotrpico Parablico (Material

Mohr-Coulomb/Hoek-Brown) por lo que se debe considerar tratarlo como ambos.

- Resistencia Global: En un material con una resistencia dbil y se debe tener cuidado al

trabajar con l.


- Mtodos de anlisis sugerido: Equilibrio lmite (Dobelas) y Matemticos (Elementos

finitos, elementos de contorno).

41

Figura 18: Unidad Ingenieril Pariatambo 1 en el cerro Mojarrn, ejemplo de la Unidad

Geomecnica 4.

4.4.3 Unidad 5

- Comportamiento: Isotrpico Parablico (Material Hoek-Brown) por lo que se debe

tratarlo como un macizo rocosos muy blocoso.

- Resistencia Global: En un material con una resistencia muy dbil.

- Tipo de Rotura: Circular a travs de las discontinuidades del macizo.

- Mtodos de anlisis sugerido: Matemticos (Elementos finitos, elementos discretos).

Figura 19: Unidad Ingenieril Chlec 2 en la carretera Baos del Inca-La Encaada, ejemplo de la

Unidad Geomecnica 5.

42

4.4.3 Unidad 6

- Comportamiento: Isotrpico Parablico (Material Hoek-Brown) por lo que se debe

tratarlo como un macizo rocosos muy blocoso.

- Resistencia Global: En un material con una resistencia dbil.

- Tipo de Rotura: Circular a travs de las discontinuidades del macizo.

- Mtodos de anlisis sugerido: Matemticos (Elementos finitos, elementos de

contorno).

Figura 20: Unidad Ingenieril Pariatambo 2 en el Ro Urubamba, ejemplo de la Unidad

Geomecnica 6.

4.4.3 Unidad 7

- Comportamiento: Isotrpico Parablico-Anisotrpico (Material Hoek-

Brown/Anisotrpico), por lo que se debe tratarlo como un macizo rocosos blocoso.

- Resistencia Global: En un material con una moderada resistencia.

- Tipo de Rotura: Circular a travs de las discontinuidades, complejo a travs de las

discontinuidades.

- Mtodos de anlisis sugerido: Matemticos (Elementos Finitos, Elementos Discretos

Hbridos).

43

Figura 21: Unidad Ingenieril Farrat 2 en el cerro Condorpuuna, nico miembro de la Unidad

Geomecnica 7.

4.4.3 Unidad 8

- Comportamiento: Anisotrpico, por lo que se debe tratarlo como un macizo rocosos

masivo.

- Resistencia Global: En un macizo resistente.

- Tipo de Rotura: Planar, en cua y complejo a travs de las discontinuidades

- Mtodos de anlisis sugerido: Estereogrfico, Cinemtico, Matemticos (Elementos

discretos, Hbridos).

Figura 22: Unidad Ingenieril Cajamarca 1 en el cerro Lluspicaga, ejemplo de la Unidad

Geomecnica 8.

44

4.4.3 Unidad 9

- Comportamiento: Anisotrpico, por lo que se debe tratarlo como un macizo rocosos

masivo.

- Resistencia Global: En un macizo muy resistente.

- Tipo de Rotura: Planar, en cua y complejo a travs de las discontinuidades

- Mtodos de anlisis sugerido: Estereogrfico, Cinemtico, Matemticos (Elementos

discretos, Hbridos).

Figura 23: Unidad Ingenieril Silif. en el cerro Rumi Rumi, nica de la Unidad Geomecnica 9

45

CAPTULO V. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS

5.1 TRATAMIENTO ESTADSTICO

Las propiedades de la roca intacta de los 186 datos: Unidad Ingenieril, ( ), mi, GSI

(Directo, Cuantificacado y Promedio), RQD, Condiciones de las Discontinuidades

(Jcond.);

caracterización geomecánica mediante el sistema hoek y brown del valle de cajamarca

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