ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOLÓGICA
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
EVALUACIÓN GEOTÉCNICO-AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO EN LA CIUDAD DE CAJAMARCA
Para el curso de: Geotecnia Ambiental
Presentado Por: Alumnos:
-Elvis Rubén Alcántara Quispe -Nora Melissa Arteaga Fernández
-Danny Lili Torres Lucano
Docente:
Ing. Reinaldo Rodríguez Cruzado
Cajamarca – Perú
2014
i
DEDICATORIA
Este trabajo de investigación está dedicado a nuestros padres, quienes nos brindan su apoyo día a día; y quienes nos motivan a seguir adelante.
ii
AGRADECIMIENTO
Agradecemos a nuestra alma mater, la Universidad Nacional de Cajamarca y a los docentes de la Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica, por brindarnos sus
conocimientos y por ayudarnos en nuestra formación profesional.
iii RESUMEN
El deslizamiento Ronquillo se encuentra en el cerro de mismo nombre al NW de la Ciudad de Cajamarca y presenta actualmente un peligro latente para la población y para los proyectos de desarrollo urbano que se pretenden implementar en sus alrededores, así que este trabajo se centró en el análisis Geotécnico-Ambiental de metodologías para su remediación. La complicada historia geológica del lugar ha generado que los macizos encontrados en el deslizamiento Ronquillo sean de muy baja resistencia, además sumado a su gran envergadura, dificultan la implementación de metodologías convencionales de remediación; pero según el análisis de elementos finitos muestra que una combinación de métodos de drenaje, subdrenaje y bio-ingeniería de reforestación de laderas; puede elevar el factor de seguridad del deslizamiento Ronquillo hasta hacerlo seguro incluso frente a terremotos de gran magnitud. Cuando se implementen las medidas propuestas en este trabajo, se logrará que el desarrollo urbano de la ciudad de Cajamarca este seguro, junto con su propios habitantes.
Palabras claves: Deslizamiento, talud, riesgo Sistema de Hoek y Brown, Modelamento
iv ABSTRACT
The Ronquillo slip , on the hill of the same name, is placed in the northwest of the city of Cajamarca and currently has a latent danger over population and urban development projects that are to be implemented in around, so this work focused on the Geotechnical-Environmental remediation methodologies for its analysis. The complicated geological history of the place has generated clumps found in slip Ronquillo very low resistance are also added to its large, difficult to implement remediation conventional methodologies; but according to the finite element analysis shows that a combination of drainage, sub-drainage sub-drainage and bio-engineering reforestation of slopes methods; can raise the safety factor of sliding Ronquillo until it safe even against large earthquakes. If the measures proposed in this paper are implemented, it will ensure the urban development of the city and the safety of its inhabitants.
v DEDICATORIA ... i AGRADECIMIENTO ... ii RESUMEN ... iii ABSTRACT ... iv CONTENIDO ... v FIGURAS ... viii FOTOS ... ix TABLAS ... x CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN ... 1
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 1
1.1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ... 1
1.1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 1
1.1.3 JUSTIFICACIÓN ... 1
1.1.4 ALCANCES O DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA... 1
1.1.5 LIMITACIONES ... 2
1.2 OBJETIVOS ... 2
1.2.1. GENERAL ... 2
1.2.2. ESPECÍFICOS ... 2
1.3 FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS ... 2
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO ... 3
2.1 ANTECEDENTES ... 3
1.2.1 BOLETÍN N° 31 IMGEMMET ... 3
1.2.2 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y ESTRUCTURAL DE LA ZONA DE URUBAMBA, CAJAMARCA-PERÚ ... 3
1.2.3 RIESGO GEOLÓGICO EN LA REGIÓN CAJAMARCA ... 3
1.2.4 MAPAS GEOLÓGICOS DEL DE CAJAMARCA HOJA 15-f-1-III Y DE SAN MARCOS HOJA 15-g-iV A ESCALA 1:50 000 ... 3
1.2.5 ESTUDIO ESTRATIGRÁFICO DEL CRETÁCEO SUPERIOR EN LOS ALREDEDORES DE LA CIUDAD DE CAJAMARCA ... 4
1.2.6 INFORMES DE MECÁNICA DE ROCAS Y DE GEOTECNIA DE LOS ESTUDIANTES DE LA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA ... 4
vi
URUBAMBA - TRES RÍOS 2013” ... 4
2.2 BASES TEÓRICAS ... 4
2.2.1 EL MODELAMIENTO GEOLÓGICO ... 4
2.2.2 EL SISTEMA HOEK Y BROWN ... 7
2.2.3 PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO ... 8
2.2.4 MÉTODOS DE MANEJO Y ESTABILIZACIÓN ... 14
2.2.5 OBRAS DE DRENAJE Y SUBDRENAJE ... 19
2.2.6 LA VEGETACIÓN Y LOS DESLIZAMIENTOS ... 23
2.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS ... 25
CAPÍTULO III. MATERIALES Y MÉTODOS ... 27
3.1 UBICACIÓN ... 27
3.2 ACCESIBILIDAD ... 28
3.3 CLIMA ... 28
3.4 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 28
3.4.1 TIPO Y MÉTODO DE LA INVESTIGACIÓN... 29
3.4.2 POBLACIÓN DE ESTUDIO ... 29
3.4.3 MUESTRA ... 29
3.4.4 UNIDAD DE ANÁLISIS ... 29
3.5 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN ... 29
3.5.1 TÉCNICAS ... 29
3.5.2 INSTRUMENTOS Y MATERIALES ... 29
3.6 PROCEDIMIENTO Y TÉCNICA DE RECOLECCIÓN DE DATOS. ... 30
3.6.1 PROCEDIMIENTO ... 30
3.6 TRATAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS ... 32
CAPÍTULO IV. EL DESLIZAMIENTO RONQUILLO ... 34
4.1 ASPECTOS GEOLÓGICOS ... 34 4.1.1 DISTRIBUCIÓN DE PENDIENTES ... 34 4.1.1 GEOMORFOLOGÍA ... 34 4.1.3 GEOLOGÍA LOCAL ... 35 4.1.4 GEOLOGÍA ESTRUCTURAL ... 43 4.1.5 HIDROGEOLOGÍA ... 47 4.1.6 GEODINÁMICA ... 49
vii
4.2.1 SECTOR MOYOPATA ... 50
4.2.2 DESLIZAMIENTO RONQUILLO NORTE ... 51
4.2.3 DESLIZAMIENTO URUBAMBA II ... 53
4.3 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO ... 54
4.3.1 PROPIEDADES GEOMECÁNICAS DE LAS UNIDADES INGENIERILES ... 55
4.3.2 GEOMETRÍA DE ENTRADA ... 59
4.3.3 ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS ... 60
4.4 PROPUESTA GEOTÉCNICO-AMBIENTAL ... 62
4.4.1 FASES DEL DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y MONITOREO DE LA REMEDIACIÓN DEL DESLIZAMIENTO. ... 63
4.4.2 FASE DE PLANEACIÓN ... 65
4.4.3 NUEVO ANÁLISIS CON LAS MEDIDAS PLANTEADA ... 71
CAPÍTULO V. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ... 73
5.1 TRATAMIENTO ESTADÍSTICO ... 73
5.2 CONTRASTACIÓN CON LA HIPÓTESIS ... 75
5.3 CONSIDERACIONES FINALES ... 75
CAPÍTULO VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 76
6.1 CONCLUSIONES ... 76
6.2 RECOMENDACIONES ... 76
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 77
ANEXOS ... 79
A. DATOS DE CAMPO ... 80
B. RESÚMEN DE DATOS DE CAMPO ... 81
C. GEOMECÁNICA DE LAS UNIDADES INGENIERILES ... 82
D. PERFILES ... 83
E. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO ANTES DE IMPLEMENTACIÓN DE LAS MEDIDAS DE REMEDIACIÓN ... 84
F. ANÁLISIS DE ESTABILIDAD DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO DESPUÉS DE LA IMPLEMENTACIÓN DE LAS MEDIDAS DE REMEDIACIÓN ... 85
viii
Figura 1: Flujo de información en el sistema Hoek y Brown ... 8
Figura 2: Diagrama idealizado mostrando la transición de un macizo rocoso intacto a uno muy fracturadocon mientras crece el tamaño de la muestra. Fuente: Hoek (2007). ... 10
Figura 3: Gráfico de las envolventes de rotura para el criterio generalizado de Hoek y Brown y del criterio de Mohr Coulomb asociado. La resistencia a la compresión uniaxial y la resistencia global del macizo rocoso son definidas en este gráfico. ... 13
Figura 4: Problemas y soluciones de estabilidad de taludes en las carreteras secundarias. 15 Figura 5: Esquema en planta de canales colectores Espina de Pescado. (Suarez, J. 2009) . 20 Figura 6: Máquinas tuneleadoras para microtúneles (TMBM) ... 22
Figura 7: Estabilización de taludes utilizando vegetación. (Suarez, J. 2009) ... 24
Figura 8: Ubicación de la zona de investigación. ... 27
Figura 9: Cuadro de clima de Cajamarca (fuente: http://wiki.sumaqperu.com/es/Archivo:Clima_Cajamarca_cuadro) ... 28
Figura 10: Interfaz del programa RocData V4. ... 32
Figura 11: Porcentaje de área de las unidades geomorfológicas. ... 35
Figura 12: Porcentaje de área de las unidades estratigráficas. ... 36
Figura 13: Falla inversa inferida Capillanía NW-SE... 44
Figura 14: Falla dextral inferida Manzano y fallas inversas inferidas Manzano 1, 2 y 3.... 46
Figura 15: Escarpe de deslizamiento Ronquillo Norte y Ronquillo 2. ... 46
Figura 16: Porcentajes de áreas de los acuíferos de la zona. ... 47
Figura 17: Plano geodinámico de la zona de investigación... 49
Figura 18: Perfil geológico Del sector Moyopata. ... 51
Figura 19: Perfil geológico del paleodeslizamiento Ronquillo. ... 52
Figura 20: Perfil geológico del deslizamiento Urubamba II. ... 54
Figura 21: Extracto del plan N°6, mostrando la ubicación del perfil D-D’ ... 59
Figura 22: Perfil D-D’, el cual corta a la zona crítica del deslizamiento Ronquillo. ... 60
Figura 23: Geometría global del perfil a analizar. ... 60
Figura 24: Perfil del deslizamiento Ronquillo diseñado en el Programa Phase2 y listo para ser analizado. ... 61
Figura 25: Gráfico de desplazamientos totales, calculado con el programa Phase2, además se muestra el factor de seguridad de 0.8. ... 61
ix
deslizamiento (Popescu, 2001). ... 64
Figura 28: Plano mostrando las medidas de remediación elegidas en este informe. ... 66
Figura 29: Sistema de bosques radiales (Suárez, J. 2009) recomendados para el deslizamiento Ronquillo ... 68
Figura 30: Estilo en el que una galería de drenaje cambia los regímenes de flujos subterráneos en zonas de moderada pendiente, como en el cerro Ronquillo. Suarez, J. (2007) ... 70
Figura 31: Evolución de la línea de nivel freático al construir una galería de drenaje, por lo que invertir en una obra como esta sería la mejor solución para remediar el deslizamiento Ronquillo. Suarez, J. (2007). ... 70
Figura 32: Geometría del Deslizamiento Ronquillo con la disminución del nivel freático prevista con la implementación de las medidas antes mencionadas. ... 71
Figura 33: Modelo final de resistencia con los cambios del nivel freático realizados, mostrando un factor SRF de 1.21 ... 72
Figura 34: Relación entre el GSI Directo y el Cuantificado. ... 73
FOTOS Foto 1: Cerro Ronquillo, ejemplo de una unidad de Montañas y Colinas, del tipo fluvio-erosional (Izquierda). Depósito cuaternario, ejemplo de una unidad Agradacional-Deposicional del tipo de pie de monte aluvial (Derecha). ... 35
Foto 2: Formación Carhuaz en el Sector de Moyopata ... 37
Foto 3: Areniscas de la formación Farrat, miembro superior. ... 37
Foto 4: Intercalaciones de areniscas y lutitas de la formación Inca. ... 38
Foto 5: Intercalación de Calizas arenosas y lutitas calcáreas en la formación Chúlec. ... 38
Foto 6: Intercalación de lutitas y calizas de la Formación Pariatambo. ... 39
Foto 7: Calizas de la Formación Yumagual. ... 39
Foto 8: Afloramiento del volcánico San Jose. ... 40
Foto 9: Fangolita ... 40
Foto 10: Depósitos fluviales en el cauce del Río Tres Ríos. ... 41
Foto 11: Depósitos coluviales de zona. ... 41
x
edificado diversas construcciones urbanas. ... 42
Foto 14: Sinclinal Capillanía. ... 43
Foto 15: Falla sinestral inferida Urubamba ... 44
Foto 16: Falla dextral inferida Ronquillo. ... 45
Foto 17: Falla dextral inferida Tres Ríos. ... 45
Foto 18: Acuíferos fisurados en un depósito cuaternario de la zona. ... 47
Foto 19: Evidencias de acuíferos fisurados en la formación Pariatambo. ... 48
Foto 20: Tobas del volcánico Huambos. ... 48
Foto 21: Calizas de la formación Chúlec, las cuales tienen baja porosidad y baja fracturación por lo que forman acuitardos. ... 49
Foto 22: Vista panorámica del Valle de Moyopata. ... 51
Foto 23: Vista del Cerro ronquillo desde el cerro Corisorgona. ... 52
Foto 24: Vista del deslizamiento Urubamba II. ... 53
Foto 25: Fracturamiento por tracción de una fangolita consolidada (Noviembre del 2014), señal de la actividad del deslizamiento Ronquillo... 54
Foto 26: Torrenteras recomendadas (Suárez, 2009) prefabricadas (izquierda) o de concreto (derecha). ... 65
Foto 27: Sistema de torrenteras actual en el cerro Ronquillo, sistema que ayuda a la filtración en lugar de mitigarla ... 67
Foto 28: Lugar sobre el deslizamiento Ronquillo apto para el sembrío de Eucaliptos. ... 68
Foto 29: Túnel de drenaje para estabilizar el deslizamiento del estribo de un viaducto en la vía a Acapulco en México, el cual podría ser ejemplo para aplicarlo en el deslizamiento Ronquillo. ... 69
Foto 30: Vista desde el deslizamiento Ronquillo de la ciudad de Cajamarca, una dualidad que se puede remediar con las metodologías correctas. ... 72
TABLAS Tabla 1: Geoformas de carácter. Villota. H. (2005) ... 5
Tabla 2: Clasificación de los procesos agradacionales, según agente responsable. Villota. H. (2005) ... 5
Tabla 3: Criterios generales para seleccionar un factor de seguridad para el diseño de taludes. ... 17
xi
Tabla 5: Delimitación del área de estudio. ... 27
Tabla 6: Principales accesos a la zona de estudio: ... 28
Tabla 7: Factor D, Resis. Comp. Un. y Constante “mi” de la estación geomecánica S0-H1-P1 ... 31
Tabla 8: Cálculo del GSI directo de la estación geomecánica S0-H1-P1 ... 31
Tabla 9: Cálculo del GSI cuantificado de la estación geomecánica S0-H1-P1 ... 32
Tabla 10: Distribución de pendientes dentro del área de estudio. ... 34
Tabla 11: Distribución de geoformas en el área de estudio. ... 34
Tabla 12: Unidades Estratigráficas de la zona de investigación. ... 36
Tabla 13: Acuíferos de la zona de investigación. ... 47
Tabla 14: Área de deslizamiento de Ronquillo y de la zona de riesgo. ... 50
Tabla 15: Datos generales de las estaciones geomecánicas. ... 55
Tabla 16: Datos de entrada del método de Hoek-Brown... 56
Tabla 17: Unidades Ingenieriles analizadas en el presente estudio. ... 57
Tabla 18: Promedio de datos de entrada para el método de Hoek-Brown por unidad Ingenieril. ... 57
Tabla 19: Parámetros del tipo de roca y de macizo de las unidades ingenieriles ... 57
Tabla 20: Parámetros de los criterios de rotura de Hoek-Brown y Mohr-Coulomb de las unidades ingenieriles. ... 58
Tabla 21: Parámetros Ingenieriles de los macizos rocosos de las unidades analizadas. ... 59
Tabla 22: Métodos de estabilidad de deslizamientos y su disponibilidad en el deslizamiento Ronquillo ... 63
Tabla 23: Propiedades de las Áreas a reforestas propuestas ... 68
Tabla 24: Características de las galerías propuestas. ... 69
Tabla 25: Coordanadas y características propuetas para la instalación de inclinómetros, .. 71
Tabla 26: Porcentaje de reducción de resistencias de las Unidades ingenieriles. ... 74
Tabla 27: Porcentaje de reducción del módulo de deformación de las Unidades ingenieriles. ... 74
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 1 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Los riesgos geológicos son muy comunes a lo largo de todos los Andes y han causado la pérdida de millones de vidas a lo largo del tiempo, la interrogante siempre ha sido como prevenir o mitigar los daños que puedan causar.
En la ciudad de Cajamarca los riesgos geológicos incluyen los causados por movimientos de masa además de las inundaciones debido a los drenajes juveniles e inestables, de todos ellos el que se estudiará en la presente investigación es el deslizamiento del Ronquillo.
1.1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cuáles son las implicancias Geotécnico-Ambientales del deslizamiento Ronquillo en la ciudad de Cajamarca?
1.1.3 JUSTIFICACIÓN
El deslizamiento Ronquillo será el más grande movimiento de masa en miles de años visto en la ciudad de Cajamarca y al encontrarse en una parte elevada, será catastrófica para las edificaciones y vidas que se encuentren en su camino hasta estabilizarse.
Las medidas de mitigación que se puedan llevar a cabo deben ser estudiadas desde una perspectiva geotécnico-ambiental para así poder tener un sustento científico adecuado para realizar las inversiones necesarias.
1.1.4 ALCANCES O DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
1.1.4.1 Delimitación Espacial
El Cerro Ronquillo y la ciudad de Cajamarca
1.1.4.2 Delimitación Temporal
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 2
1.1.4.3 Delimitación de la Investigación
Se centrará en la evaluación geotécnico-ambiental del deslizamiento Ronquillo.
1.1.5 LIMITACIONES
Las pruebas de laboratorio son costosas y serán remplazadas por pruebas en campo, además el tiempo de investigación limitarán los estudios que se puedan realizar.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1. GENERAL
Evaluar geotécnicamente y ambientalmente el deslizamiento Ronquillo en la ciudad de Cajamarca.
1.2.2. ESPECÍFICOS
Describirla geología del Cerro Ronquillo.
Estudiar los factores condicionantes y desencadenantes del deslizamiento Ronquillo. Estudiar los posibles métodos de mitigación del deslizamiento Ronquillo.
1.3 FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS
El deslizamiento Ronquillo tendrá un gran impacto negativo en la ciudad de Cajamarca además de afectar el desarrollo urbano en la zona Ronquillo por varias décadas. Por lo que es fundamental realizar métodos de remediación en la zona del deslizamiento para evitar las futuras pérdidas humanas, económicas y de infraestructura. Los métodos para mitigar los efectos del deslizamiento son los de reforestación y drenaje superficial y subterráneo. Los cuales tiene un costo aceptable, y que será muy útil para la población de Ronquillo y de la ciudad de Cajamarca.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 3 CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
2.1 ANTECEDENTES
1.2.1 BOLETÍN N° 31 IMGEMMET
REYES, L. (1980) Realizó para el INGEMMET el estudio geológico de los cuadrángulos de Cajamarca, San Marcos y Cajabamba, hojas 15-f, 15-g y 16-g. Realizó un cartografiado a escala 1:100 000 en base a un estudio estratigráfico y estructural, teniendo énfasis en la importancia económica de los yacimientos relacionados a dichos estudios. Concluyendo que la geodinámica actual es el resultado de la tectónica y de los procesos meteóricos, generando así diversos geoambientes cada uno con características especiales.
1.2.2 CARACTERIZACIÓN GEOLÓGICA Y ESTRUCTURAL DE LA ZONA DE URUBAMBA, CAJAMARCA-PERÚ
LAGOS, A. (2012) Estudió la relación existente entre los eventos tectónicos y las manifestaciones ígneas en el área de Urubamba-Cajamarca. Desarrollando un cartografiado de estructuras para determinar las componentes el comportamiento de los esfuerzos actuantes en la zona. Concluyendo en que las zonas de dilatación por donde emergieron los cuerpos intrusivos tienen una dirección mayor NE-SW.
1.2.3 RIESGO GEOLÓGICO EN LA REGIÓN CAJAMARCA
ZAVALA, V. y MALENA, R. (2011) Evaluaron la ocurrencia de peligros geológicos (movimientos e masa) y geohidrológico (inundaciones y erosión fluvial), en términos de susceptibilidad, así como de sus factores detonantes (precipitaciones y sismicidad) para así determinar el grado de peligrosidad.
1.2.4 MAPAS GEOLÓGICOS DEL DE CAJAMARCA HOJA 15-f-1-III Y DE SAN MARCOS HOJA 15-g-iV A ESCALA 1:50 000
Se tomaron los criterios de división de unidades volcánicas realizadas por Navarro, P. (2007) quien cartografió las hojas de Cajamarca 15-f-I y de San Marcos 15-g-IV a escala 1:50 000 para el INGEMMET.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 4 1.2.5 ESTUDIO ESTRATIGRÁFICO DEL CRETÁCEO SUPERIOR EN LOS ALREDEDORES DE LA CIUDAD DE CAJAMARCA
Herrera, E (2012) realizó una tesis sobre las formaciones sedimentarias del Cretáceo Superior en los alrededores de Cajamarca, realizando e interpretando diversas columnas Estratigráficas de dichas unidades.
1.2.6 INFORMES DE MECÁNICA DE ROCAS Y DE GEOTECNIA DE LOS
ESTUDIANTES DE LA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE
INGENIERÍA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA
Estos informes de zonas se realizaron en los curos de Mecánica de Rocas y de Geotecnia I, tomando de ellos principalmente sus criterios de cartografiado e interpretación, destacamos los estudios de BAZÁN, O. et al (2011, 2012), VIGO, L. et al (2010) y DÁVILA, W. (2011) entre otros.
1.2.7 “ANÁLISIS GEOLÓGICO, GEOTÉCNICO Y DE PELIGROS DE LA ZONA URUBAMBA - TRES RÍOS 2013”
Este informe se realizó para el curso de Geotecnia I, para el cual se Caracterizó la inestabilidad de la zona Urubamba – Tres Ríos a través de sus variables geológicas, geotécnicas y de peligro. ALCÁNTARA, E., ARTEAGA N., EUGENIO M., RODRIGO R., TORRES D. (2013).
2.2 BASES TEÓRICAS
2.2.1 EL MODELAMIENTO GEOLÓGICO
A) Geomorfología
Para el estudio geomorfológico se tomó los conceptos de las siguientes obras: I) Villota. H. (2005) ha propuesto tres aspectos esenciales de la geomorfología La geomorfología tiene por objeto:
a. La descripción de las formas del terreno.
b. La explicación de su génesis, o sea, de su origen y evolución a través del tiempo geológico.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 5 c. La definición de la naturaleza y distribución de los materiales que
constituyen las geoformas.
d. La clasificación de los paisajes, principalmente con base en su morfología, origen, edad y composición.
e. La explicación y descripción de los agentes modeladores. Además clasifica a las geoformas de la siguiente manera:
GEOFORMAS DE CARÁCTER TECTÓNICO-DEGRADACIONAL Y DENUDACIONAL
GEOFORMAS DE LAS CADENAS MONTAÑOSAS Y
COLINADAS
Relieve montañoso o colinado estructular-erosional y relieve montañoso
glacio-estructural
Relieve Complejo volcano-glaciario y volcano-erosional
Relieves Modelados por procesos denudaciones. GEOFORMAS DE LAS ALTIPLANICIES, SUPERFICIES COLINADAS, ALOMADAS Y ONDULADAS Altiplanura o Altiplanicies
Superficie de Aplanamiento (Planation Surface)
Tabla 1: Geoformas de carácter. Villota. H. (2005)
Proceso geomorfológico Fuerza o agente
Sedimentación coluvial Gravedad, lluvia, escurrimiento difuso
Sedimentación deluvial Gravedad y agua del suelo
Sedimentación aluvial (costero, marino, lacustre)
Agua de escorrentía
Corrientes de deriva litoral y corrientes de marea
Sedimentación eólica Viento
Sedimentación glaciárica Glaciares
Sedimentación mixta Combinación de los anteriores
Tabla 2: Clasificación de los procesos agradacionales, según agente responsable. Villota. H. (2005)
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 6
B) Geología Regional
La geología regional es una rama de las ciencias geológicas que se ocupa de la configuración geológica de cada continente, país, región o de zonas determinadas de la Tierra.
C) Geología Estructural
Para el estudio de la geología estructural se tomó en cuenta las obras la orbra de Belousov, V. (1974) quien define:
La geología estructural es una parte de la geotectónica, es decir, de esa asignatura geológica que estudia las particularidades de la estructura y desarrollo de la corteza terrestre relacionada con los procesos mecánicos, movimientos y deformaciones que en ella tienen lugar.
La corteza terrestre se compone de rocas que constituyen cuerpos de formas diversas. Así, por ejemplo, las rocas sedimentarias yacen en forma de estratos. Estos pueden ser horizontales, también inclinados o encorvados en pliegues. Las rocas magmáticas intrusivas forman cuerpos en forma de domos., cilindros, filones ramificados, etc. Toda la corteza terrestre se compone de cuerpos adyacentes formados por rocas diferentes.
Semejantes cuerpos se denominan formas de yacimiento de las rocas, formas estructurales, o simplemente, estructuras. El objetivo de la geología estructural estriba, precisamente, en el estudio de las formas de yacimiento de las rocas, o de las formas estructurales.
Ante todo, se estudia el aspecto exterior, o morfología, de las formas estructurales. El resultado de dicho estudio puede ser clasificación de estas últimas de acuerdo a sus indicios morfológicos. Por ejemplo, los pliegues, en semejante clasificación, pueden dividirse en lineales, cupuliformes, rectos, inclinados, etc.
El objetivo siguiente consiste en estudiar la cinemática o “mecanismo” de la formación de estructuras, en este caso se estudian aquellos desplazamientos del material de la corteza terrestre que motivaron directamente el origen de formas estructurales concretas.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 7
D) Hidrogeología
La hidrogeología es una rama de las ciencias geológicas (dentro de la Geodinámica Externa), que estudia las aguas subterráneas en lo relacionado con su circulación, sus condicionamientos geológicos y su captación, así su definición dice «La hidrogeología es la ciencia que estudia el origen y la formación de las aguas subterráneas, las formas de yacimiento, su difusión, movimiento, régimen y reservas, su interacción con los suelos y rocas, su estado (líquido, sólido y gaseoso) y propiedades (físicas, químicas, bacteriológicas y radiactivas); así como las condiciones que determinan las medidas de su aprovechamiento, regulación y evacuación» (Mijailov, L. 1985. Hidrogeología. Editorial Mir. Moscú, Rusia. 285 p)
De acurdo al punto de vista hidrogeológico las formaciones pueden clasificarse en: 1. Acuíferos: Capaces de recibir y transmitir el agua (gravas, arenas, calizos, etc.) con
capacidad de drenaje alta. Y por su textura se pueden clasificar en: porosos (gravas, arenas, arcosas, etc.); acuíferos kársticos y fisurados (debido a grietas y fisuras de origen mecánico o disolución). Por sus circunstancias hidráulicas y estructurales pueden ser: acuíferos libres, acuíferos cautivos o confinados y acuíferos semiconfinados.
2. Acuitardos: Capaces de almacenar el agua en cantidades, pero lo transmiten con dificultad (limos, arenas limosas, arenas arcillosas, etc.) con capacidad de drenaje medio a baja.
3. Acuicludos: pueden almacenar el agua en grandes cantidades, pero tienen la posibilidad de transmitirle, y se drenan con mucha dificultad el agua se encuentra en los poros de la formación y no puede ser liberada (arcillas, arcillas plásticas, limos arcillosos, etc.)
4. Acuifugos: formaciones incapaces de almacenar y transmitir el agua, están representadas por las rocas compactas, como granitos y gneis, y a veces incluso calizas muy compactas sin karstificar.
2.2.2 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 disturbación “D”) además de la
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 8 Resistencia a la Compresión Uniaxial , se puede determinar los parámetros del criterio de Hoek y Brown (la constantes , y ) requeridos para el cálculo de los parámetros ingenieriles del Macizo Rocoso (La Resistencia Tensional ( ), la Resistencia a la Compresión Uniaxial ( ), la Resistencia Global ( ) y el Módulo de Deformación ( )), que se utilizan en cualquier análisis numérico de cálculo de sobrecargas, estabilización y diseño de Taludes y Túneles; adicionalmente se han desarrollado fórmulas empíricas para determinar los parámetros del criterio de Mohr-Coulomb (la cohesión y el ángulo de fricción ) y el Módulo de Deformación ( ).
Figura 1: Flujo de información en el sistema Hoek y Brown
2.2.3 PROPIEDADES DEL MACIZO ROCOSO
2.2.3.1 El Criterio Generalizado de Hoek-Brown
Hoek, E. (2007) define el criterio de rotura generalizado de Hoek y Brown para macizos rocosos fracturados se define por:
Ecuación 1: (
) y son el máximo y mínimo 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 características del macizo rocoso y es el esfuerzo de compresión uniaxial para las piezas de roca intacta
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 compresión 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 Índice de Resistencia Geológica GSI para el macizo rocoso.
MACIZO ROCOSO PROPIEDADES DE LA ROCA INTACTA PARÁMETROS DEL CRITERIO DE ROTURA DE HOEK Y BROWN PARÁMETROS INGENIERILES DEL MACIZO ROCOSO ANÁLISIS DE PRE-DISEÑO, DISEÑO Y POST-DISEÑO.
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2.2.3.2 Propiedades de la Roca Intacta
Según Hoek, E. (2007), para las piezas de roca intacta del macizo rocoso, la Ecuación 1 se simplifica a:
Ecuación 2: (
)
La relación entre los esfuerzos principales de rotura de una roca dada se define por dos constantes, la resistencia a la compresión uniaxial y una constante
. Siempre que sea posible los valores de estas constantes deben ser determinados por análisis estadístico de resultados de ensayos triaxiales (Para el cálculo del y a partir de pruebas triaxiales, ver Hoek 2007 ó utilizar el programa RocData descargable de www.rocscience.com)
2.2.3.3 Influencia del Tamaño de la Roca
Hoek y Brown 1980 han sugerido que la resistencia a la compresión uniaxial de de una muestra de roca con un diámetro de d mm está relacionada con la
resistencia a la compresión uniaxial de una muestra de 50 mm de diámetro por la siguiente relación:
Ecuación 3: ( )
La reducción de la resistencia se debe a la mayor oportunidad para el fracturamiento a través y alrededor de los granos ("bloques" de la roca intacta) a medida que más granos son incluidos en el ensayo, y eventualmente la resistencia alcanzará un valor constante.
El criterio de rotura de Hoek-Brown sólo debe aplicarse a los macizos rocosos en los que hay un número suficiente de discontinuidades muy próximas entre sí, con características superficiales similares, para asumir al comportamiento de fractura como isotrópico.
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Figura 2: Diagrama idealizado mostrando la transición de un macizo rocoso intacto a uno muy fracturadocon mientras crece el tamaño de la muestra. Fuente: Hoek (2007).
En la Figura 2, que muestra la transición de un espécimen isotrópico de roca intacta, pasando por un macizo rocoso muy anisotrópo en el cual el fallamiento es controlado por una o dos discontinuidades, llegando a un macizo rocoso isotrópico muy fracturado.
2.2.3.4 El Índice de Resistencia Geológica
La resistencia de macizo rocoso fracturado depende de las propiedades de las piezas de roca intacta y también de la libertad de estas piezas para deslizar y girar en diferentes condiciones tensionales. Esta libertad es controlada por la forma geométrica de las piezas de roca intacta, así como del estado de las superficies que separan las piezas. Hoek, E. (2007).
El Índice de Resistencia Geológica (GSI), proporciona un número que, cuando se combina con las propiedades de las rocas intactas, se puede utilizar para estimar la reducción de la resistencia del macizo rocoso para diferentes condiciones geológicas. Este sistema se presenta en la Tabla B-3, para las macizos rocosos blocosos.
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2.2.3.5 El Factor de Disturbación D
Hoek, E. (2007), define a D como un factor que depende del grado de perturbación debido a los daños por voladura y relajación tensional, y es utilizado cuando no se presenta un macizo inalterado. Este varía desde 0 para macizos rocosos sin disturbación in situ, a 1 para macizos rocosos muy perturbados. Algunas directrices para la selección de D.
2.2.3.6 La Resistencia a la compresión uniaxial y tensional del macizo rocoso
La resistencia a la compresión uniaxial del macizo rocoso se obtiene mediante el la suposición de en la ecuación 1, dando como resultado:
Ecuación 4:
Y, la resistencia tensional del macizo rocoso como:
Ecuación 5:
La Ecuación 5 se obtiene suponiendo en la Ecuación 1. Esto representa una condición de tensión biaxial. Hoek (1983) mostró que, para materiales quebradizos, la resistencia a la tracción uniaxial es igual a la resistencia a la tracción biaxial.
2.2.3.7 Los Parámetros de Mohr-Coulomb
Dado que muchos software geotécnicos están programados en términos del criterio de rotura de Mohr-Coulomb, a veces es necesario determinar el equivalente ángulo de fricción y fuerza de cohesión cada macizo rocoso y rango de tensiones. (Hoek, E. 2007), El proceso de ajuste implica equilibrar las áreas por encima y por debajo de la gráfica de Mohr-Coulomb, resultando:
Ecuación 6:
*
( ) ( )( ) ( )+
Ecuación 7:[( ) ( ) ]( ) ( )( )√ ( ( ) ) (( )( )) Cuando
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 12 Tenga en cuenta que el valor de , el límite superior de la tensión confinante sobre la que se considera la relación 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 tensión normal dada, se encuentra por sustitución de valores de y en la ecuación:
Ecuación 8:
La gráfica equivalente en términos del esfuerzo principal mayor y menor, se define por:
Ecuación 9:
2.2.3.8 Resistencia del Macizo Rocoso
La resistencia a la compresión uniaxial del macizo rocoso está dada por la Ecuación 4. El fallamiento inicia en el límite de una excavación cuando es superada por la tensión inducida en ese límite y se propaga desde este punto de iniciación en un campo de tensión biaxial y con el tiempo se estabiliza cuando la fuerza local, definida por la Ecuación 1, es mayor que las tensiones y inducidas. La mayoría de los modelos numéricos pueden seguir este proceso de propagación de la fractura y este nivel de análisis 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 diseño (Hoek, E. 2007).
Sin embargo, hay ocasiones en que es útil considerar el comportamiento global de un macizo rocoso en lugar de detallar el proceso de propagación del fallamiento descrito anteriormente. Esto lleva al concepto de "resistencia del macizo rocoso" global:
Ecuación 10:
Con y determinados por los rangos de tenciones dando:
Ecuación 11:
( ( ))( )
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 13
Figura 3: Gráfico de las envolventes de rotura para el criterio generalizado de Hoek y Brown y del criterio de Mohr Coulomb asociado. La resistencia a la compresión uniaxial y la resistencia global
del macizo rocoso son definidas en este gráfico. Fuente: Hoek (2007)
2.2.3.9 Determinación del
La cuestión de determinar el valor apropiado de para su uso en la Ecuación 6 y Ecuación 7 depende de su aplicación específica:
Túneles: donde el valor de resulta de las curvas características equivalentes
para los dos criterios de fractura para túneles profundos o poco profundos.
Ecuación 12:
(
)
Taludes: aquí el factor de seguridad calculado y la forma y ubicación de la superficie de falla tienen que ser equivalentes.
Ecuación 13:
(
)
Dónde: es el peso específico de la roca intacta y es la profundidad del túnel o altura del talud. Para usos generales (criterio generalizado de Hoek y Brown) el Rango para la Envoltura de Rotura es igual a:
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 14 Esta ecuación está basada en la observación empírica que el rango de tensiones asociado con la fractura frágil ocurre cuando es menor a un cuarto de
2.2.3.10 El Módulo de Deformación
La siguiente ecuación derivada es la que mejor se ajusta para el cálculo del módulo de deformación (Hoek, 2007):
Ecuación 15: ( ) ( (( ) ) ) Usando la relación del módulo MR propuesta en 1968 por Deere (modificado por Hoek, 2007) es posible estimar el módulo de la roca intacta de:
Ecuación 16:
Esta relación es muy útil cuando no se encuentran valores directos del módulo intacto ( ) disponibles o cuando es difícil encontrar muestras sin disturbaciones, concluyendo en:
Ecuación 17: ( (( ) ) )
2.2.4 MÉTODOS DE MANEJO Y ESTABILIZACIÓN
El objetivo principal de un estudio de estabilidad de taludes o laderas, es diseñar medidas de prevención, control, remediación y/o estabilización para reducir los niveles de amenaza y riesgo. Se han desarrollado gran cantidad de técnicas probadas para el manejo de los taludes inestables o los deslizamientos). Generalmente, los beneficios más significativos desde el punto de vista de reducción de amenazas y riesgos, se obtienen con las medidas de prevención (Suarez, J. 2009).
Schuster y Kockelman (1996) proponen una serie de principios y metodologías para la reducción de amenazas de deslizamiento, utilizando sistemas de prevención, los cuales requieren de políticas del Estado, la colaboración y toma de conciencia por parte de las comunidades.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 15 La estabilización de los deslizamientos en actividad o potencialmente inestables, es un trabajo relativamente complejo que requiere de metodologías especializadas de diseño y construcción. Cada sistema tiene su base teórica y sus procedimientos constructivos. En el presente capítulo se indican algunos de los sistemas de remediación que se han utilizado en el mundo, pero en otros capítulos del libro, se explican con mayor detalle (Suarez, J. 2009).
Figura 4: Problemas y soluciones de estabilidad de taludes en las carreteras secundarias.
2.2.4.1 Escogencia del Factor De Seguridad
La remediación de un deslizamiento o de un talud inestable, generalmente no es una estabilización total y definitiva, sino relativa y en ciertas condiciones, provisional (Suarez, J. 2009). Ante esta realidad, es importante determinar hasta donde se debe llegar en el proceso de remediación. Cornforth (2005) explica que los factores de seguridad razonables y la magnitud de la estabilización deben determinarse teniendo en cuenta los siguientes factores:
El tamaño del deslizamiento. Teniendo en cuenta que es mucho más difícil modelar en forma precisa un deslizamiento pequeño que uno de gran magnitud, el factor de seguridad para remediación de un deslizamiento pequeño, debe ser superior al de un deslizamiento de gran tamaño. Igualmente, el costo para subir el factor de seguridad en un deslizamiento grande, puede ser muy alto, lo cual en ocasiones, conduce a conclusiones incorrectas acerca de que los deslizamientos grandes no se pueden estabilizar.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 16
El tipo de movimiento. En los movimientos masivos de masas rígidas, las técnicas de estabilización son más efectivas que en los movimientos blandos tipo flujo de lodos, etc. En los movimientos de suelos rígidos se pueden consideran factores de seguridad menores que en movimientos de flujo.
La magnitud de los estudios realizados. Si la información recolectada en los estudios es muy completa y confiable, se pueden permitir factores de seguridad menores que en los casos en los cuales la información es escasa y la incertidumbre es mayor.
El potencial de consecuencias. En los casos en los cuales las consecuencias del deslizamiento involucran un riesgo grande de vidas humanas o propiedades, se requieren factores de seguridad mayores, por ejemplo, si está involucrado un hospital o una escuela, los factores de seguridad deben ser mayores que en el caso de un campo deportivo.
La experiencia del profesional con los suelos del sitio. Cuando se tiene experiencia previa confiable del comportamiento real de los suelos, se pueden permitir factores de seguridad menores que cuando se desconoce el comportamiento real de los materiales.
Posibilidad de ocurrencia de eventos extremos. Si en el análisis no se tuvieron en cuenta los eventos extremos, se deben incluir factores de seguridad mayores ante la ocurrencia de estos fenómenos.
A continuación, se presenta la tabla, que puede servir como base general para la toma de decisiones sobre factores de seguridad. Con frecuencia, al aumentar el factor de seguridad también aumentan los costos requeridos para la construcción del talud. En ocasiones, la construcción de taludes estables podría resultar no sólo costosa sino poco práctica y se deben asumir los riesgos inherentes a la construcción de un talud relativamente inestable.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 17
Tabla 3: Criterios generales para seleccionar un factor de seguridad para el diseño de taludes.
2.2.4.2 Metodologías De Remediación
Una vez analizado el talud, definidos los niveles de amenaza y riesgo, el mecanismo de falla y analizados los factores de equilibrio, se puede pasar al objetivo final que es el diseño del sistema de prevención, control o estabilización.Existen varias formas de enfocar y resolver cada problema específico y la metodología que se requiere emplear en cada caso, depende de una serie de factores técnicos, sociales, económicos y políticos, con una gran cantidad de variables en el espacio y en el tiempo (Suarez, J. 2009).
Existen varias formas de enfocar y resolver cada problema específico y la metodología que se requiere emplear en cada caso, depende de una serie de factores técnicos, sociales, económicos y políticos, con una gran cantidad de variables en el espacio y en el tiempo.
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Tabla 4: Listado de algunos métodos de remediación de las amenazas por deslizamiento.
Las técnicas de remediación comprenden las siguientes alternativas generales (Suarez, J. 2009):
Prevención para evitar que ocurra la amenaza o el riesgo.
Elusión de la amenaza para evitar que ésta genere riesgos.
Control de los movimientos para disminuir la vulnerabilidad.
Estabilización para disminuir la probabilidad de ocurrencia de la amenaza aumentando el factor de seguridad.
Los métodos de mitigación o prevención de la amenaza pueden reducir de forma significativa, la ocurrencia de deslizamientos. La prevención permite el manejo de las áreas relativamente grandes, teniendo en cuenta que los procesos naturales pueden ocurrir en diversos sectores dentro de un área de susceptibilidad similar, de forma repetitiva o múltiple.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 19 2.2.5 OBRAS DE DRENAJE Y SUBDRENAJE
El drenaje y el subdrenaje son metodologías de remediación o prevención de deslizamientos muy eficientes; su utilización es muy frecuente y existen métodos de análisis y diseño que se basan en el flujo de agua tanto superficial como subterráneo (Suarez, J. 2009).
Los métodos de estabilización de deslizamientos que contemplan el control del agua tanto superficial como subterránea, son muy efectivos y son generalmente más económicos que la construcción de grandes obras de contención, en cuanto tienden a desactivar la presión de poros, considerada como el principal elemento desestabilizante de los taludes.
Existen varias metodologías de drenaje superficial y profundo. El objetivo principal de estos métodos es disminuir la presión de poros y de esa forma, aumentar la resistencia al corte, eliminar las fuerzas hidrostáticas desestabilizantes y mejorar el factor de seguridad de las superficies de falla por debajo del nivel de agua.
2.2.5.1 Drenaje Superficial
Su objetivo principal es mejorar la estabilidad del talud reduciendo la infiltración y evitando la erosión. El sistema de recolección de aguas superficiales debe captar la escorrentía, tanto del talud como de la cuenca de drenaje arriba del talud y llevar el agua a un sitio seguro, lejos del talud que se va a proteger .
Tipos De Obra De Drenaje Superficial
Las obras de drenaje generalmente consisten en:
Canales para redireccionar el agua de escorrentía. Se debe impedir que el agua de escorrentía se dirija hacia la zona inestable.
Zanjas de corona. Son zanjas interceptoras de la escorrentía en la parte alta del talud.
Diques en la corona del talud. Son diques en relleno, colocados arriba de la corona, con el objeto de desviar hacia los lados las aguas de escorrentía.
Drenes Franceses. Son zanjas rellenas de material granular grueso que tienen por objetivo captar y conducir las aguas de escorrentía.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 20
Trinchos o Cortacorrientes. Consisten en diques a través del talud para desviar lateralmente, las aguas de escorrentía.
Torrenteras. Son estructuras que recogen las aguas de los canales, diques o cortacorrientes y las conducen hacia abajo del talud. Generalmente, incluyen elementos para disipar la energía del flujo del agua.
Sellado de grietas con arcilla o mortero. El objeto es impedir la infiltración de agua hacia el deslizamiento.
Imprimación del talud con asfalto o impermeabilización con mortero. La impermeabilización tiene por objeto evitar los cambios de humedad en el suelo.
Recubrimiento con plásticos. Aunque el recubrimiento no impide la infiltración, sí protege contra el impacto de las gotas de lluvia, disminuye los volúmenes de agua infiltrada y mantiene la humedad natural.
Conformación y nivelación del terreno. El objetivo es evitar o eliminar las depresiones y empozamientos de agua superficiales para disminuir los volúmenes de infiltración.
Canales Interceptores a Mitad Del Talud
En los taludes de gran altura y en los suelos susceptibles a la erosión, se recomienda construir canales transversales de drenaje a mitad de talud, así como canales interceptores en todas y cada una de las bermas intermedias de un talud.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 21 Estos canales deben revestirse apropiadamente y las aguas deben conducirse a torrenteras de disipación de energía. Generalmente, los canales de los taludes se construyen en tamaños y configuraciones estándar. El ingeniero debe comprobar que el tamaño estándar es suficiente para cada caso en particular y si es necesario diseñar canales de mayor capacidad.
Es muy común que estos canales se construyan con pendientes muy bajas y al taponarse, se desborden y se produzcan cárcavas de erosión localizadas. Los canales en la mitad del talud, deben tener una pendiente que impida la sedimentación de materiales.
Se recomienda que la pendiente sea superior al 2% y si es posible, mayor al 5%. Las bermas junto a los canales, deben ser lo suficientemente anchas para que exista un sobreancho de protección para los canales, en el caso de producirse derrumbes de las coronas de los taludes resultantes.
2.2.5.2 Galerías De Drenaje
La galería de drenaje es un túnel cuyo objetivo específico es disminuir las presiones de poros y controlar las corrientes profundas de agua subterránea en un talud (Suarez, J. 2009). El uso de galerías de drenaje es para mejorar las condiciones de estabilidad de los taludes, para el caso de presiones muy altas de poros y es común para la estabilización de los grandes deslizamientos (Valore, 1996).
Los túneles de drenaje para la remediación de deslizamientos normalmente se excavan por métodos manuales, iniciando en la salida inferior del túnel, de forma similar como se hacen los túneles para los proyectos de minería. Si el material del talud es autoportante, no se requieren entibados, pero es común que se coloquen travesaños y apoyos de madera, en las zonas donde se presentan problemas para la estabilidad del túnel.
Ocasionalmente, se puede necesitar elementos de soporte en concreto armado o una estructura metálica. Cuando una galería es construida en materiales meteorizados, hay que colocar un soporte permanente, en forma de concreto lanzado reforzado.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 22 En este caso, la pantalla de concreto debe estar colocada sobre un sistema de drenaje diseñado con sus respectivos lloraderos para facilitar el proceso de salida del agua que se va a drenar. Generalmente, los túneles para la estabilización de los deslizamientos se dejan expuestos a la atmosfera. Sin embargo, en ocasiones los túneles se rellenan con grava que actúa como filtro y elemento de contención interna (Suarez, J. 2009).
En algunos países las medidas de seguridad exigidas por los códigos dificultan o imposibilitan la construcción de túneles para la estabilización de los deslizamientos. Como alternativa a la excavación manual, se pueden utilizar máquinas tuneleadoras para microtúneles (MTBM), las cuales se manejan generalmente a control remoto.
Figura 6: Máquinas tuneleadoras para microtúneles (TMBM)
Estas máquinas son similares a las grandes máquinas tuneleadoras con una cabeza que corta y un sistema de excavación y retiro de los materiales. Las microtuneleadoras presentan muchos problemas cuando se encuentran grandes bloques de roca dura, o cuando aparecen mantos blandos de limo, arena o grava. A. Criterios para el Diseño de Galerías de Drenaje
La fijación de su ubicación requiere un estudio geotécnico detallado.
La sección del túnel se hace de un tamaño lo suficientemente grande para acomodar los trabajadores, facilitar su construcción y para el paso de carretillas o de carros manuales sobre rieles. Una sección típica es de 1.5 m de ancho por 2.2 m de altura (diámetro equivalente de 2 m), con pendiente entre 1% y 3%.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 23
Generalmente, se recomiendan diámetros equivalentes de túnel de 1/20 de altura del talud. Si se requieren teóricamente diámetros muy grandes, este efecto se puede suplir colocando pozos verticales y drenes de penetración dentro de la galería.
Las galerías de drenaje se colocan generalmente, por debajo de la posible zona de falla y en la parte inferior del acuífero que se desea controlar.
Los túneles de drenaje deben diseñarse de forma que intercepten las zonas de alta permeabilidad o de recarga, para disminuir los niveles de agua subterránea de un deslizamiento.
Los túneles de drenaje deben ser diseñados para que drenen por gravedad.
Cuando la permeabilidad de los materiales en sentido vertical es mayor debido a la orientación de las discontinuidades, el agua fluye fácilmente hacia la galería, pero cuando la orientación de los estratos es horizontal, el agua puede pasar por la galería sin fluir hacia ella.
En estos casos, hay que construir pozos verticales o subdrenes inclinados desde la galería, para interceptar las zonas de flujo. Entre más alto el pozo vertical, su efecto es mayor.
2.2.6 LA VEGETACIÓN Y LOS DESLIZAMIENTOS
El efecto de la vegetación sobre la estabilidad de los taludes ha sido muy debatido en los últimos años. El estado del arte actual deja muchas dudas e inquietudes y la cuantificación de los efectos de estabilización de las plantas sobre el suelo no ha tenido una explicación universalmente aceptada (Suarez, J. 2009).
Sin embargo, la experiencia ha demostrado el efecto positivo de la vegetación, para evitar problemas de erosión, reptación y fallas subsuperficiales (Suarez, J. 2009). Los árboles y arbustos de raíz profunda le aportan una resistencia cohesiva significativa a los mantos de suelo más superficiales y al mismo tiempo, facilitan el drenaje subterráneo, reduciendo en esta forma la probabilidad de deslizamientos poco profundos; pero su efecto no es el mismo en deslizamientos profundos.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 24
Figura 7: Estabilización de taludes utilizando vegetación. (Suarez, J. 2009)
El objetivo principal de un estudio de estabilidad de taludes o laderas en zonas urbanas, es diseñar medidas de prevención, control, remediación y/o estabilización para reducir los niveles de amenaza y riesgo. Se han desarrollado gran cantidad de técnicas probadas para el manejo de los taludes inestables o los deslizamientos. Generalmente, los beneficios más significativos desde el punto de vista de reducción de amenazas y riesgos, se obtienen con las medidas de prevención (Suárez 2009).
2.2.6.1 Efectos De La Vegetación Sobre El Talud
Para analizar los fenómenos del efecto de la vegetación sobre el suelo, se requiere investigar las características específicas de la vegetación en el ambiente natural que se esté estudiando (Suarez, J. 2009).
Entre los factores importantes se sugiere analizar los siguientes: volumen y densidad de follaje, tamaño, ángulo de inclinación y aspereza de las hojas, altura total de la cobertura vegetal, presencia de varias capas diferentes de cobertura vegetal, tipo, forma, profundidad, diámetro, densidad, cubrimiento y resistencia del sistema de raíces.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 25 El tipo de vegetación tanto en el talud como en el área arriba del talud es un parámetro importante para su estabilidad. La vegetación cumple dos funciones principales: en primer lugar tiende a determinar el contenido de agua en la superficie y además da consistencia por el entramado mecánico de sus raíces.
2.2.6.2 Factores Más Importantes Intercepta la lluvia
Aumenta la capacidad de infiltración
Extrae la humedad del suelo
Grietas por desecación
Raíces refuerzan el suelo, aumentando resistencia al cortante
Anclan el suelo superficial a mantos más profundos
Aumentan el peso sobre el talud
Transmiten al suelo fuerza del viento
Retienen las partículas del suelo, disminuyendo susceptibilidad a la erosión
La deforestación puede afectar la estabilidad de un talud de varias formas:
Disminuyen las tensiones capilares de la humedad superficial
Se elimina el factor de refuerzo de las raíces
Se facilita la infiltración masiva de agua
2.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS
DESLIZAMIENTO
Los deslizamientos (“Landslides”) consisten en “movimientos de masas de roca, residuos o tierra, hacia abajo de un talud”. En el término “deslizamiento” se incluyen tanto los procesos de erosión como los procesos denudacionales. (Suarez J. 2007).
TALUD
Un “talud” o ladera es una masa de tierra que no es plana sino que presenta una pendiente o cambios significativos de altura. En la literatura técnica se define como “ladera” cuando su conformación actual tuvo como origen un proceso natural y “talud” cuando se conformó artificialmente. (Suarez J. 2007)
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 26
RIESGO
Riesgo es la vulnerabilidad ante un potencial perjuicio o daño para las unidades, personas, organizaciones o entidades. Cuanto mayor es la vulnerabilidad mayor es el riesgo, pero cuanto más factible es el perjuicio o daño, mayor es el peligro (Suarez J. 2007).
SISTEMA HOEK Y BROWN
Sistema geomecánico que permite calcular las propiedades de los macizos rocosos necesarias para los análisis geotécnicos de pre-diseño, diseño y post-diseño de obras ingenieriles (Hoek, E. 2007).
MODELAMIENTO MATEMÁTICO
Permite un cálculo tanto de las tensiones como de las deformaciones (análisis 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 (Gavilanes, H; Andrade, B. 2004).
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 27 CAPÍTULO III. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 UBICACIÓN
El valle de Cajamarca se encuentra localizada al NW de los andes del Perú; tiene un área de 3600 Has.
Las coordenadas UTM, Datum WGS 84 se especifican a continuación:
Tabla 5: Delimitación del área de estudio.
VÉRTICE LATITUD LONGITUD
V1 9212000 776000
V2 9206000 776000
V3 9206000 770000
V4 9212000 770000
Políticamente la zona de investigación se encuentra ubicada en:
País: : Perú
Región : Cajamarca
Departamento : Cajamarca
Provincia : Cajamarca
Distritos : Cajamarca, Los Baños del Inca.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 28 3.2 ACCESIBILIDAD
La zona de investigación presenta diversos accesos a las zonas de investivación a partir 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 6: Principales accesos a la zona de estudio:
Acceso Estado
Cajamarca - Urubamba Carreteras afirmada Cajamarca - Ronquillo Carreteras afirmada Cajamarca – Chamis Carreteras afirmada
3.3 CLIMA
En la ciudad de Cajamarca el clima es seco y templado; con precipitaciones en los meses de Diciembre - Abril y un clima soleado, la temperatura máxima media es de 21.5° C y la temperatura mínima media es de 5,5 ° C.
El estudio de la zona se hizo en los meses de Setiembre – Noviembre del presente año, en los cuales hay ausencia de precipitaciones, y en el día es un clima soleado con temperaturas máxima de 22 °C, mientras que en las noches la temperatura mínima es de 3°C
Figura 9: Cuadro de clima de Cajamarca (fuente: http://wiki.sumaqperu.com/es/Archivo:Clima_Cajamarca_cuadro) 3.4 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
Para poder plantear las técnicas y métodos a utilizar en la investigación, es necesario realizar la operacionalización de las variables.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 29 3.4.1 TIPO Y MÉTODO DE LA INVESTIGACIÓN
El problema investigado tiene características descriptivas, comparativas, explicativas y relacionantes. Los métodos de investigación serán: Descriptivo, analítico, comparativo, deductivo y explicativo.
3.4.2 POBLACIÓN DE ESTUDIO
Deslizamiento Ronquillo.
3.4.3 MUESTRA
Estaciones geomecánicas en el área del Ronquillo.
3.4.4 UNIDAD DE ANÁLISIS
Características geotécnico- ambientales del deslizamiento Ronquillo.
3.5 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN
3.5.1 TÉCNICAS
Observación y tomas fotográficas. Pruebas geomecánicas de campo.
Documentación por medio de tablas geomecánicas.
Uso de Software para el análisis e interpretación de resultados.
3.5.2 INSTRUMENTOS Y MATERIALES Picota marca estwing mango corto. Lápiz rayador 88CM General Tools Lupa de 10x Baush & Lamp. Lápices y lapiceros.
Cámara digital Cannon PowerShot. Protactor Escala 1/1000
Brújula Brunton mod. 5006. GPS Garmin eTrex 20.
Tablas geomecánicas y de registro. Laptop Compac.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 30 Software RocData v4.
Software ArcGIS v10.2. Software Phase2 V8 Wincha.
3.6 PROCEDIMIENTO Y TÉCNICA DE RECOLECCIÓN DE DATOS.
3.6.1 PROCEDIMIENTO
El procedimiento de recolección de datos utilizado para cada una de las variables independientes se muestra a continuación.
3.6.1.1 Litología
Para la recolección de datos del tipo y clase de roca se utilizaron los criterios de Hoek (2007), este ítem de litología está incluido en el “Registro Geotécnico General Para Los Datos de Entrada Del Sistema Hoek Y Brown”.
3.6.1.2 Tectonismo
Para la recolección de datos del grado de fracturamiento se utilizaron el índice de trabazón de la tabla GSI para macizos homogéneos o según el tipo de macizo para macizos heterogéneos.
3.6.1.3 Propiedades de la Roca Intacta
En esta etapa se utilizó la tabla de registro tablas geomecánicas 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 también su cota respectiva. b. Se identificó las propiedades geomecánicas de la roca intacta para estimar los
parámetros del macizo rocoso del sistema Hoek-Brown necesarios en los análisis numéricos.
Factor de disturbación (D): El cual solo será aplicado para el análisis de taludes.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 31 Resistencia a la compresión uniaxial: Este parámetro se determinará según
la clasificación empírica de Brown (1981)
Constante de Hoek- Brown (mi): Se utilizará los índices, de acuerdo al tipo de roca encontrada en campo.
Tabla 7: Factor D, Resis. Comp. Un. y Constante “mi” de la estación geomecánica S0-H1-P1
1. Factor D (Anexo 6) 2. Resis. Comp. Un. (σci) (Anexo 5)
3. Constante "mi" (Anexo 4) PARA: 1=Talud, 2=Túnel,
3=Discont.
V
A
LO
R
Calidad Valor medio (Mpa) Tipo de roca mi
1 0 R4 75 Arenisca 12
Índice de resistencia geológica (GSI): se determinará de dos formas:
Directa: Utilizando las sugerencias del asignando un valor de GSI de acuerdo si el macizo rocosos es homogéneo (cuando se tiene un sólo tipo de roca con la misma resistencia) o heterogéneo (Cuando se tienen 2 o más tipos de roca con diferente resistencia)
Tabla 8: Cálculo del GSI directo de la estación geomecánica S0-H1-P1
DIRECTO (Anexo 1 y 2) Macizo Tipo V A LO R D EL G SI 1 = Homogéneo.
Anotar la estructura (In, Bl, MBl, Def, Des, Lam/Ciz) y Las condiciones de las
disc. (MB, B, R, M, MM)
2 = Heterogéneo. Anotar el tipo de Estructura y Composición.
1 MBl-MB 68
Cuantificado: Se hallará el RQD (se calculara el número de discontinuidades por metro ), como también se describirá las condiciones de las discontinuidades según Bieniawski (1989), el cual toma en cuenta 5 parámetros como son la persistencia, abertura, rugosidad, relleno, alteración.
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 32
Tabla 9: Cálculo del GSI cuantificado de la estación geomecánica S0-H1-P1
CUANTIFICADO, GSI = (RQD/2)+(Jcond.*1.5)
RQD Cond. de las Disc. Bieniawski (1989) "Jcond."
GSI C AL C UL ADO RQD=100*(e^(-0.1*λ))*(0.1*λ+1) Persist. (m) Abertura
(mm) Rugosidad Relleno Alteración
SUMAT
O
R
IA
6 = < 1 6 = Nada 6=Muy Rug 6=Ninguno 6=Inalterada
L o n g . "L " (m ) Nú m er o d e Dis c. "ND " λ=N D/L R QD
4 = 1-3 5 = <0.1 5=Rugosa 4=Duro<5mm 5=Lig. Alt 2 = 3-10 4 = 0,1-1,0 3=Lig. Rug 2=Duro>5mm 3=Mod. Alt 1 = 10-20 1 = 1,0-5,0 1=Ondulad-lisa 2=Suave<5mm 1=Muy Alt
0 = >20 0= >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 ANÁLISIS DE DATOS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
Se utilizó el Programa RocData V4, el cual cuenta con las ecuaciones del sistema de Hoek 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 compresión uniaxial, del GSI (el cual será el promedio aritmético entre el GSI directo y de cuantificado) y del mi, (el valor D se deja en 0).
EVALUACIÓN GEOTECNICO AMBIENTAL DEL DESLIZAMIENTO RONQUILLO Página 33 Los resultados obtenidos de cada estación fueron agrupados en una base de datos e introducidos en el programa ArcGIS V10.2 para poder realizar la zonificación de los macizos rocosos según sus propiedades encontradas.
Estas propiedades ingenieriles se relacionaron para cada unidad ingenieril definida para así generalizarlas a cada afloramiento rocoso.
El diseño final fue analizado con el Phase2 V8, porque es el mejor software disponible para analizar movimientos complejos, como el que se generara en el deslizamiento Ronquillo.
