Caracterizacion Geomecanica Del Cerro Callacpuma
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CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA
DEL CERRO CALLACPUMA LOS BAÑOS
DEL INCA-CAJAMARCA
DESCRIPCIÓN BREVE En el presente trabajo se realiza el estudio de la caracterización
Geomecánica de un macizo rocoso, un talud, ubicado en el distrito de
Baños del Inca-Cajamarca, definiendo sus unidades litológicas
pertenecientes a la Formación Farrat y a la Formación Carhuaz.
Brigada Jhunior´s Mecanica de Rocas I
1
CARACTERIZACIÓN GEOMECÁNICA DEL CERRO CALLACPUMA
LOS BAÑOS DEL INCA-CAJAMARCA
*Roger S. Lucano Alvarado, Hugo A. Castañeda Guzmán, José L. Díaz Espinoza, Willy M. Mendoza Cercado, Jiam C. Terán
Chomba
*Correo Electrónico: [email protected]
Universidad Privada del Norte Escuela Profesional de Ingeniería de Minas
RESUMEN
En el presente trabajo se realiza el estudio de la caracterización
Geomecánica de un macizo rocoso, un talud, ubicado en el
distrito de Baños del Inca-Cajamarca, definiendo sus unidades
litológicas pertenecientes a la Formación Farrat y a la
Formación Carhuaz.
Para ello, se ha realizado un mapeo geomecanico y ensayos de
carga puntual de las muestras en el que obtuvimos la valoración
de un RMR, necesario para clasificar el talud entre un macizo
malo a regular. Además de un análisis de estabilidad de taludes
en el que evaluamos al macizo mediante análisis
estereográfico. También encontramos el factor se seguridad el
cual nos permite conocer cuál es el factor de amenaza de que el
talud falle en la peores condiciones.
Palabras Claves: Macizos rocosos, taludes, deslizamientos,
clasificación geomecánica
ABSTRACT
In this paper the study of Geomechanics characterization of a
rock mass, a bank located in the district of Baños del Inca,
Cajamarca is performed, defining their lithological units
belonging to Farrat Carhuaz Training and Education.
To do this, he has made a geomechanical mapping and point
load tests of samples in which we obtained a valuation RMR
necessary to classify the batter between a bad regulate solid. In
addition to a slope stability analysis in which we evaluate the
massif by stereographic analysis. We also found the safety
factor is which allows us to know what is the factor of threat
that the slope failure in the worst conditions.
Keywords: rocky massifs, slopes, landslides, geomechanics
classification.
2
INTRODUCCIÓN
En el presente informe de la salida de campo que
desarrollamos los alumnos de Ingeniería de Minas, al distrito de
Baños del Inca, en la localidad de Shaullo Chico.
Es evidente que este trabajo de mapeo geomecanico es muy
importante no solo para prevenir posible riesgo geológico, sino
para comprender y evaluar el tipo de roca. Además a través del
estudio se puede llegar a prevenir posibles riesgos geológicos y
determinar si existen beneficios económicos. Es por ello que
hacemos el alcance de algunos datos que obtuvimos
directamente de la zona en el momento que la visitamos.
Es una zona propicia para realizar trabajos geológicos de
distinta índole ya que cuenta con distintos tipos de estructuras
geológicas aptas para realizar estudios geomecánicos, una de
estas zonas es el centro poblado Shaullo Chico, donde se desea
determinar las condiciones del talud entre ellas su estabilidad y
clasificación del macizo rocoso, pero como evaluar estos
parámetros. Para la caracterización de un macizo rocoso se
hacen estudios in situ donde se toman datos y estos son
procesados en laboratorio cuyo objetivo es reproducir sobre una
muestra de roca, los posibles niveles de esfuerzos a que serán
sometidos los materiales en sitio y determinar de esta forma sus
características de resistencia mecánica, estos análisis de
laboratorio pueden realizarse mediante ensayos de carga
puntual en el que se mide el índice de resistencia a la
compresión el cual nos brinda una valoración en tablas de
determinación de RMR. Ademas de ello identificaremos que
tipo de falla se pude dar en el talud de estudio.
El objetivo de esta investigación es dar a conocer la
caracterización del macizo rocoso en la zona de estudio,
utilizando tablas de valoración de la roca y fórmulas
matemáticas las cuales nos ayudaran a obtener resultados reales
y precisos. También se concreta objetivos específicos.
Realizar el estudio geomecanico de los macizos
rocosos.
Determinar los parámetros geomecánicos de los
macizos estudiados.
Determinar qué tipo de falla puede ocurrir en el talud de
estudio.
UBICACIÓN.
Departamento: Cajamarca
Provincia: Cajamarca.
Distrito: La zona de estudios está ubicada a 10 Km. al
sureste de la provincia de Cajamarca en el distrito de
Baños del Inca, específicamente en el caserío Shaullo
Chico.
Coordenadas UTM.
N 9206000 E 783000
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ZONA DE ESTUDIO
ACCESIBILIDAD
El lugar donde se realizó el estudio geológico presenta la
siguiente accesibilidad.
Carretera Asfaltada: De Cajamarca a Baños del Inca presenta
una carretera en buenas condiciones a una extensión de 7 Km.,
se llega utilizando vehículos particulares u ómnibus que
brindan servicio público diario.
GEOLOGÍA REGIONAL
Las características geológicas que presenta el departamento de
Cajamarca, se encuentran relacionadas a su origen formacional
y a su tectónica. El Grupo Salas es el más antiguo, y
corresponde al Paleozoico, Odovicico inferior.
El Grupo Goyllarisquizga del Cretácico inferior presenta
areniscas, calizas y lutitas de las formaciones Chimú, Santa
Carhuaz y Farrat, las mismas que presentan fracturas. Las
formaciones Inca, Chulec, Pariatambo y Yumagual, Pulluicana,
Quilquiñan, y Cajamarca (cretácico medio-superior) son
principalmente calizas y lutitas. Los depósitos volcánicos
paleógenos y neógenos se encuentran constituidos
generalmente por flujos piroclásticos y de lava. Estos
corresponden al Grupo Calipuy y al Volcánico Huambos.
GEOLOGÍA LOCAL.
Recubrimiento Litológico
Las rocas sedimentarias tienen una distribución
cronoestratigráfica, ubicadas en el cretáceo inferior,
recubriendo una pequeña parte del área, aproximadamente un
15 % del total local. Es una secuencia consistente de areniscas
y cuarcitas con intercalaciones de horizontes lutáceos y
calcáreos delgados, denotando facies intermitentes de la cuenca
geosinclinal. La litología más importante y persistente son los
depósitos cuaternarios semiconsolidados a no consolidados,
que cubren un área mayor del 85 % del total y están ubicados
hacia el noroeste, oeste, suroeste y sur de la cuadrícula,
sirviendo de base de cimentación de la ciudad de Baños del
Inca. Estos depósitos se encuentran en una secuencia
estratigráfica constantemente intercalados entre estratos de
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arcillas, arcillas limosas, arcillas arenosas inorgánicas con
estratos y/o lentes de gravas, cantos rodados y arenas finas y
gruesas. Toda la secuencia está comúnmente recubierta por
sedimentos orgánicos superficiales y en algunos lugares se
encuentran éstos sedimentos orgánicos dentro de las
intercalaciones de los sedimentos inorgánicos. La secuencia
demuestra una alta influencia de facies sedimentarias lacustres
con intermitencias aluvio-fluviales. La descripción de cada una
de las unidades litológicas se realiza a continuación, teniendo
en consideración que las características indicadas se encuentran
dentro del área de estudio.
El área de estudio, está constituido por dos grandes zonas
litológicas:
Formación Carhuaz
Es una alteración de areniscas con matices rojizos violáceos y
verdosos con lutitas grises. Hacia el tope bancos de cuarcitas
blancas intercalados con lutitas grises y areniscas. Yace con
suave discordancia a la formación Santa en infrayace
similarmente a la formación Farrat. Está definido que la
formación Carhuaz pertenece al Valanginiano superior
Hauteriviano y Barremiano del cretáceo inferior.
Formación Farrat
Consta de areniscas y cuarcitas blancas de grano medio a
grueso, en algunos sectores con estratificación cruzada y
marcas de oleaje como en el la parte SE de la ciudad en el
Cerro Callacpuma, confundiéndose con la formación Chimú.
Estructuralmente suprayace a la formación Carhuaz y subyace
similarmente a la formación Inca con tendencia gradual. Por los
fósiles encontrados se le asigna su ubicación cronológica al
Cretáceo inferior.
GEOMORFOLOGÍA
La zona de investigación presenta un relieve variado,
dependiendo de la formación donde nos encontremos, con una
pendiente de 30° - 35° de noreste al sureste. Se aprecian valles
del tipo U, con algunas laderas empinadas cuyos estratos están
cortando perpendicularmente al plano de las laderas, y
cubriendo el basamento rocoso la presencia de suelos orgánicos
y algunos depósitos cuaternarios, productos de la erosión.
Asimismo existe la presencia de depósitos cuaternarios de
origen aluvial, eólico, fluvial y fluvioglaciar. Los de origen
aluvial y fluvial se presentan inconsolidados y están
conformados por gravas.
PROYECCIONES ESTEREOGRÁFICAS
Concepto de polo en un plano
Cuando en un estereograma aparecen gran cantidad de
círculos mayores correspondientes a proyecciones β de
planos, es difícil hacer una lectura y posterior
interpretación, ya que las trazas de los diferentes planos se
cruzan entre si y son difíciles de separar e identificar.
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Afortunadamente, es posible representar la orientación de
un plano mediante la normal a ese plano. La normal es la
línea perpendicular al plano y por tanto se proyecta como
un punto que recibe el nombre de polo del plano y
pordefinición, se sitúa a 90° del centro del círculo mayor
que representa al plano Fig. 1
Fig. 1 a) Proyección en el hemisferio inferior de la esfera, de un plano y su
polar. b) Estereograma del plano anterior y de su polo.
Método para proyectar el polo de un plano
Conocemos la orientación de un plano definido mediante
dirección y buzamiento, y vamos a proyectar este plano
tanto en proyección ciclográfica como polar, para
visualizar las relaciones entre los dos tipos de proyección.
El plano es, por ejemplo, N40°E – 30°S.
En primer lugar y como es costumbre, marcar la dirección
del plano en la primitiva y girar el transparente hasta que
esta marca este situada sobre el diámetro N-S de la falsilla.
Podemos dibujar el círculo mayor correspondiente
(proyección ciclográfica).
En esta misma posición, (dirección del plano sobre el
diámetro N-S de la falsilla), el polo vendrá representado
por la perpendicular al plano, situada sobre el diamtero
EO. Contamos desde el centro de la falsilla y en sentido
contrario al buzamiento del plano el valor del ángulo de
buzamiento, y este punto representa el polo (P), o bien,
desde la primitiva hacia dentro al ángulo complementario
al valor del buzamiento (ángulo de inmersión del polo, en
este caso 60°, ya que 90°-30°= 60°) y obtenemos el mismo
puto anterior. Para comprobar que efectivamente esta línea
es perpendicular al plano, contamos sobre el diámetro E-O
el ángulo entre el plano y su polo, y efectivamente es de
90°. La forma más rápida para dibujar directamente el
polo, una vez colocada la dirección del plano sobre el
diámetro N-S de la falsilla, es contar el buzamiento del
6
plano desde la chincheta hacia la primitiva, en sentido
sentido contrario al del buzamiento del plano.
Fig. 2 Proyección de un plano mediante un circulo mayor
(ciclográfica) y su normal (polo)
Representaciones Estereográficas
Diagrama de círculos máximos o diagrama beta
Únicamente se utiliza para la representación de
elementos planos. Se obtiene por proyección sobre el
plano ecuatorial, del círculo máximo de la superficie
plana considerada. Este círculo máximo representa la
intersección del plano con la esfera.
Diagrama de polos o diagrama pi
Cuando las medidas a representar en el diagrama son
muy numerosas, la representación mediante círculos
máximos puede dificultar la lectura de los resultados en
la falsilla, por lo que se suele recurrir a los diagramas de
polos o diagramas pi.
En este tipo de diagramas se representan únicamente los
polos de los planos o rectas, es decir la intersección de
la recta con la esfera en el caso de elementos lineales o
la intersección de la normal al plano con la esfera si se
trata de elementos planos.
Fig. 4 Diagramas de círculos máximos y de polos
Diagrama de densidad de polos
Es el diagrama de concentración de polos el cual agrupa
a los polos más cercanos y se busca un polo central de
ese grupo para volver a realizar los círculos mayores y
analizar el diagrama.
Fig. 5 Diagrama de concentración de polos.
7
Análisis cinemático de roturas en
roca
En el estudio de taludes excavados en
macizos rocosos suele ser muy útil la
determinación de las discontinuidades
existentes para su posterior
representación estereográfica junto con
la representación del propio talud.
Además, la proyección estereográfica
nos permitirá en algunos de estos casos
obtener las magnitudes angulares
necesarias para el cálculo del factor de
seguridad del talud. Al representar en
proyección estereográfica la
orientación del talud y de las
discontinuidades existentes en el
mismo se puede llegar a intuir un tipo
de rotura plana. Siempre que exista
alguna familia de discontinuidades de
dirección similar a la del talud pero
buzamiento menor que este. La
dirección del movimiento tras
producirse la rotura será perpendicular
a la dirección del talud y en el sentido
de buzamiento del mismo.
Tipos de roturas en macizos rocosos y su representación estereográfica.
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CARACTERIZACIÓN Y CLASIFICACIÓN
GEOMECÁNICA DEL MACIZO ROCOSO
Esta es una tarea de observación, mediciones y ensayos para
obtener parámetros cuantitativos útiles al diseño ingenieril. La
caracterización del macizo rocoso fundamentalmente explica el
porqué de la dificultad de modelar con exactitud el
comportamiento del cimiento real.
Con respecto a la clasificación geomecánica el desarrollo más
importante fue el índice de Designación de la Calidad de Roca
(RQD), donde se provee un estimado cuantitativo de la calidad
de la masa rocosa, a partir de los testigos de la perforación
diamantina, Palmstrom (1982) sugirió que, cuando los testigos
no están disponibles pero las trazas de la discontinuidades son
visibles en afloramientos superficiales o en socavones
exploratorios, el RQD puede ser estimado a partir del número
de discontinuidades por unidad de volumen. La relación
sugerida para masas rocosas libres de arcillas es:
𝑅𝑄𝐷 = 115 − 3.3𝐽𝑉
Donde 𝐽𝑉 es la suma del número de discontinuidades por
unidad de longitud de todas las familias de discontinuidades,
conocido como el conteo volumétrico de discontinuidades.
Bieniawski (1976) publico los detalles de una clasificación de
la masa rocosa denominada sistema de Clasificación
Geomecánica o Valoración de la Masa Rocosa RMR (Rock
Mass Rating).
El índice RMR se basa en la determinación de cinco (5)
parámetros intrínsecos del macizo rocoso:
1. Resistencia a la compresión simple de la roca
intacta.
2. Rock Quality Designation (RQD).
3. Espaciamiento de las discontinuidades.
4. Características de las discontinuidades.
5. Condiciones hidráulicas.
La orientación de las discontinuidades del macizo, se introduce
como un sexto parámetro (no intrínseco), para dar uso a
distintas aplicaciones (túneles, minas, cimentaciones y taludes).
Según lo anteriormente expuesto, el índice RMR se calculara
de la siguiente manera:
RMR = 1 + 2 + 3 + 4 + 5
En la aplicación de este sistema de clasificación geomecánicas,
es necesario dividir el macizo rocoso en estudio de regiones
estructurales, en donde cada región será analizada con un
cambio evidente en el macizo; tal como una falla o cambio
evidente en la composición mineralógica.
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PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN DEL MACIZO ROCOSO.
A. PARÁMETROS DE CLASIFICACIÓN Y VALORES
Parámetros E S C A L A D E V A L O R E S
1
Resistencia de la Roca Intacta
Carga Puntual > 80 kg/cm2
(8Mpa) 40-80 kg/cm2 (4-
8Mpa) 20-40 kg/cm2 (2-
4Mpa) 10-20 kg/cm2 (1-2
ZMpa) < 10 kg/cm2 (1Mpa)
A compresión Simple
(>200Mpa) (30000psi)
100-200Mpa (15000-30000psi)
50-100Mpa (7500-15000psi)
25-50Mpa (3500-7500psi)
10-25Mpa (1500-
3500psi)
3-10Mpa (450-
1500psi)
1-3Mpa (150-450psi)
Clasificación ISRM R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0
V A L O R 15 12 7 4 2 1 O
2 RQD 90-100% 75-90% 50-75% 25-50% <25%
V A L O R 20 17 13 8 3
3 Intensidad
natural de Juntas
Espaciado de Juntas > 3m (10ft) 1-3m (3-10ft) 0.3-1m (1-3ft) 50-300mm (0.21ft) < 50mm (<0.2ft)
Frecuencia de Juntas
< 0.3/m (<0.1/ft) 0.3-1/m (0.1-
0.3/ft) 1-3/m (0.3-1/ft) 3-20/m (1-6/ft) > 20/m (>6ft)
V A L O R 30 25 20 10 5
4 Condición de Juntas
Muy rugosas sin continuidad,
cerradas, paredes de roca dura.
Ligeramente rugosa <1mm de
separación, paredes de roca
dura.
Ligeramente rugosa <1mm de
separación, paredes de roca
suave.
Espejo de falla o relleno de espesor <5mm ó abiertos
15mm, fisuras continuas
Relleno blando (Gouge), de espesor >5mm ó abiertas >5mm, fisuras continuas
V A L O R 25 20 12 6 0
5 Agua
Subterránea
Cant. Infiltración 10m de túnel
Ninguna 25 Litros/min 25-125
Litros/min > 125 Litros/min
Presión de agua Esfuerzo principal
Cero 0.0-0.2 0.2-0.5 > 0.5
Condición General Totalmente Seco Sólo húmedo,
agua intersticial Ligera presión de
agua Serios problemas de agua
V A L O R 10 7 4 0
Tabla 1. Parámetros de clasificación del macizo rocoso
10
B. AJUSTE DE LA VALORACIÓN POR ORIENTACIÓN DE LAS DISCONTINUIDADES
Parámetro Muy Favorables Favorable Regular Desfavorable Muy desfavorable
Valoraciones
Túneles y Minas 0 -2 -5 -10 -12
Cimentaciones 0 -2 -7 -15 -25
Taludes 0 -2 -25 -50
C. CLASE DE MAS ROCOSA DETERMINADAS POR LAS VALORACIONES
Valoración 100 - 81 80 - 61 60 - 41 40 - 21 <21
Número de Clase I II II IV V
Descripción Roca Muy Buena Rocas Buena Roca Regular Roca Mala Roca muy Mala
D. SIGNIFICADO DE LAS CLASES DE ROCAS
Número de Clase I II II IV V
Tiempo de Autosostenimiento 20 años span 15 m 1 año span 5 m 1 semana span 5 m 10 hrs span 2.5 m 30 minutos span 1m
Cohesión de la masa rocosa Kpa >400 300 - 400 200 - 300 100 - 200 <100
Angulo de fricción de la masa rocosa
>45° 35° - 45° 25° - 35° 15° - 25° < 15°
Tabla 2. Tabla de Valoraciones del Macizo Rocoso
CLASE DE MASA ROCOSA
EXCAVACIÓN PERNOS DE ROCA ( 20 MM DE DIÁMETRO,
COMPLETAMENTE INYECTADOS SHOTCRETE CIMBRAS
I. Roca muy buena RRM: 81 - 100
Frente Completo 3 m de avance Generalmente no se quiere ningún sostenimiento excepto esporádicos
II. Rocas Buena RMR: 61 - 80
Frente Completo 1 - 1.5 m de avance. Sostenimiento completo a 20 m del frente
Localmente, pernos de 3 m en la corona, espaciados a 2.5 m con malla de alambre
ocasionalmente
50 mm en la corona donde sea requerido
Ninguno
III. Roca Regular RMR: 41 - 60
Socavón en el tope y banqueo 1.5 - 3 m de avance en el socavón. Iniciar el sostenimiento después de cada voladura.
Completar el sostenimiento a 10 m del frente
Pernos sistemáticos de 4 m de longitud, espacios 1.5 - 2 m en la corona y en las paredes, con la
malla de alambre en la corona
50 - 100 mm en la corona y 30 mm en las paredes
Ninguno
IV. Roca mala RMR: 21 40
Socavón en el tope y banqueo 1 - 1.5 m de avance en socavón. Iniciar el sostenimiento con el avance de la
excavación, 10 m de avance del frente
Pernos sistemáticos de 4 - 5 m de longitud espaciados 1 - 1.5 m en la corona y en las
paredes, con malla de alambres
100 - 150 mm en la corona y 100 mm en las paredes
Arcos ligeros a medianos espaciados a 1.5 m donde son requeridos
V. Roca muy mala RMR: <20
Galería múltiples 0.5 - 1 m de avance en el socavón de tope: Instalar el sostenimiento con el avance de la excavación.
Shotcrete tan pronto como sea posible después de la voladura
Pernos sistemáticos de 5 – 6 m de longitud espaciados 1 -1.5 m en la corona y en las
paredes , pernos de piso
150 - 200 mm en la corona, 150 mmm en las paredes
50 mm en el frente
Arcos medianos a pesados espaciados a 0.75 m con encostillado de acero y
marchavantes de ser necesario. Cerrar la sección (ivert)
Tabla 3. Pautas para la excavación y sostenimiento de un túnel rocos de 10 m de ancho de acuerdo con el sistema RMR (Según Bieniawski,
1989)
11
Tabla 4. Clasificación de la roca según ISRM, Geological Society of London y Bieniawski
Tabla 5. Clasificación del macizo rocoso con GSI
Gráfico 1. Variación del Factor de Seguridad con el ángulo
del talud.
Resistencia a la compresión simple
(MPa) ISRM (1981)
Geología society of London (1970)
Bieniawski Ejemplos
< 1 Suelos
1-5 Muy blanda Blanda > 1.25
Muy baja
Sal, lunita, marga, toba, carbón
5 – 12.5
Blanda Moderadamente blanda
12.5 – 25 Modernamente
Dura 25 – 50 Modernamente dura Baja Esquisto, pizarra
50 – 100 Dura Dura Media Rocas metamórficas, esquistos, mármol, granito,
arenisca,
100 – 200 Muy dura
Muy dura Alta Rocas ígneas y metamórficas duras, arenisca muy
cementada, caliza, dolomía.
>200 Extremadamente dura
Muy alta
>250 Extremadamente dura Cuarcita, grabo, basalto
12
Factor de Seguridad Nivel o grado
de Estabilidad Estático Seudoestatico
1.0 a 1.2 Menor a 1.0 Inestable
1.2 a 2.0 1.0 a 1.2 Estables
Mayor a 2.0 Mayor a 1.2 Muy estable
Tabla 6. Grado de estabilidad de taludes (Alva, J.; “Análisis
de Estabilidad de Taludes”; Curso de Actualización
Profesional, UNI-FIC, pag. 175–196; Lima; 2000.)
RQD
Jv (Fracturas/metro) RQD% Valuación
De A De A RMR
5 8 90 100 20
8 12 75 90 17
12 20 50 75 13
20 27 25 50 8
27 >27 0 25 3
Cálculo del RMR para la clasificación del macizo rocoso
DATOS
PUNTO AZIMUT (°) BUZAMIENTO (°)
1 110 22
2 54 19
3 81 24
4 126 50
5 104 22
6 69 14
7 123 26.5
8 111 31
9 131 44
10 155 23
11 124 24
12 162 43
TALUD 349 86
TÚNEL 170 0
FALLA 229 75
Tabla 07. Datos de Campo
Datos para la valoración del macizo rocoso
N° de discontinuidades.
Jv: 9, por un metro cuadrado
Área: 1 m2
13
14
Tabla N° 10. Valoración del RMR
Calculando el RQD
𝑅𝑄𝐷 = 115 − 3.3𝐽𝑣
𝑅𝑄𝐷 = 115 − 3.3 ∗ 9
𝑅𝑄𝐷 = 85.3%
Valoración del RMR
RMR= 4+17+10+20+10= 61
RMR = 61
Calculo del GSI
GSI= 61-5= 56
Ajuste por orientación de juntas
RMR= 56
Si consideramos que tenemos un talud seco, ya que no había
indicios de la presencia de agua en el talud y consideramos
el ángulo de talud de 84°, podemos verificar según la
Grafica N° 1 que tenemos un factor de seguridad
aproximadamente de 0.75, pero también vemos que la roca
no es mala ya que la valoración del RMR es igual a 61.
Datos de las muestras para laboratorio
MEDIDAS (mm)
MUESTRA LONGITUD
(L)
ANCHO
(W) ALTURA(D)
A1 65 61 25
A2 132 84 28
A3 185 93 25
A4 192 81 25
A5 145 73 25
Tabla N° 07. Datos de las muestras
PROCESAMIENTO DE DATOS
MUESTRA FUERZA
(KN)
TIEMPO
(s)
ÁREA
(𝒎𝒎𝟐)
A1 5.3 4.3 1525
A2 4.6 3.44 2352
A3 2.27 3.5 2325
A4 3.03 4.2 2025
A5 6.63 6.66 1925
Tabla N° 08. Datos obtenidos de laboratorio de carga
puntual
Nº de Ventana
Longitud de ventana(m)
Resistencia de la Roca Intacta RQD Frecuencia de
juntas Condición de
juntas Agua
Subterránea Orientación de estructuras principales
Comentarios ISMR/ Nº Muestra
M.Schmidt (Rb)
Valuación RMR
Jv Valuación RMR
Valuación de RMR
Valuación de RMR
Valuación de RMR
Dirección de
Buzamiento Angulo de
Buzamiento Cantidad
de Juntas 1 A1
4 9 17 10 20 10 174⁰ 84⁰ 9⁰
R3
15
FORMULAS MATEMÁTICAS
El índice de carga puntual se calcula de la siguiente manera:
𝐼𝑠 = 𝑃
𝐷𝑒2
Dónde:
Is = carga puntual en MPa
P = carga de rotura en kN,
𝐷𝑒2 = diámetro de la muestra en cm.
En el ensayo diametral 𝐷𝑒2 = 𝐷2
En el ensayo axial, de bloques o pedazos irregulares
𝐷𝑒2 =
4𝐴
𝜋
Donde 𝐴 = 𝑊𝐷 y entonces 𝐷𝑒2 =
4𝑊𝐷
𝜋
Correcciones
a) Is varía como una función de D en el ensayo diametral y
como una función de 𝐷𝑒 en el ensayo axial, de bloques y
pedazos irregulares, por eso se debe aplicar una
corrección para obtener un valor único de esfuerzo de
carga puntual para una muestra de roca. Y para que este
valor pueda ser usado para propósitos de clasificación de
la roca.
b) El valor de esfuerzo de carga puntual corregido 𝐼𝑠(50)de
una muestra de roca está definido como el valorIs medido
en un ensayo diametral con diámetro D= 50mm.
c) El método más efectivo de obtener 𝐼𝑠(50) es ejecutar
ensayos diametrales muy cerca de D=50mm. La
corrección entonces no será necesaria o se introducirá un
mínimo de error (p.e. en el caso de ensayos diametrales de
muestras cilíndricas NX con D=54mm, la corrección no
es necesaria). Sin embargo no todos los ensayos de carga
puntual son ejecutados con estas muestras por lo que la
siguiente corrección debe ser aplicada:
𝐼𝑠(50) = 𝐹 ∗ 𝐼𝑠
Donde el factor F se calcula mediante la siguiente expresión:
𝐹 = (𝐷𝑒
50⁄ )0.45
d) Para muestras con medidas cerca del estándar 50 mm, un
pequeño error será introducido si se usa la expresión:
𝐹 = (𝐷𝑒
50⁄ )0.50
e) Los resultados finales 𝐼𝑠(50) serán calculados eliminando
los dos valores más altos y los dos más bajos de una
muestra de 10 o más ensayos válidos y calculando el
promedio con los valores restantes. Si los ensayos válidos
fueran pocos solo se eliminará el mayor y el menor y se
calculará el promedio con los restantes.
f) Los resultados de los ensayos diametrales, axiales, de
bloques y pedazos irregulares deben ser calculados
separadamente.
g) A partir del índice de carga puntual corregido 𝐼𝑠(50)se
puede utilizar la fórmula de E. Broch y J. A. Franklin para
estimar la resistencia a la compresión no simple:
𝜎𝑐 = 𝐾 ∗ 𝐼𝑠(50)
𝐼𝑠(50) : Índice de carga puntual corregido para un diámetro de
muestra de 50 mm (en MPa)
𝜎𝑐 : Resistencia a la compresión simple estimada a partir del
𝐼𝑠(50) (en MPa)
K: Factor de conversión
16
De acuerdo con investigaciones recientes (Hawkins, 1998 y
Thuro, 2001), el factor K, puede variar entre 10 y 50, por lo que en
general se recomienda efectuar ensayos de compresión simple y
de carga puntual por cada grupo de muestras de un tipo de roca
dado, con el fin de determinar el factor de conversión.
Los ensayos de carga puntual son pruebas rápidas y de bajo costo,
que pueden ejecutarse en gran cantidad durante la ejecución de un
estudio.
Si el valor del factor “K” de correlación no está disponible, los
valores que pueden ser usados se presentan en el Cuadro 1.
Cuadro 1. Índices para conversión de 𝑰𝒔(𝟓𝟎)a la resistencia a la
compresión simple
Tamaño núcleo (mm) Valor de “K”
21.5 (núcleo Ex) 18
30 19
42 (núcleo Bx) 21
50 23
54 (núcleo Nx) 24
60 24.5
RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE CARGA PUNTUAL DE
LABORATORIO
MUESTRA
Diámetro del
Núcleo
Equivalente
𝑫𝒆𝟐(𝒎𝒎𝟐)
Carga
Puntual
𝑰𝒔(MPa)
Factor
(F)
Índice de
Carga
Puntual
𝑰𝒔(𝟓𝟎)
Resistencia de
Compresión
Simple
(𝝈𝒄)MPa
1A 1941.69 2.73 0.94 2.56 53.81
2A 2994.66 1.54 1.05 1.61 36.96
3A 2960.28 0.77 1.04 0.80 18.40
4A 2578.31 1.18 1.01 1.18 27.24
5A 2323.66 2.85 0.98 2.80 58.83
PROMEDIO 1.79 39.05
Tabla N° 09. Resultados obtenidos
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADO
Con las proyecciones estereográficas y con la concentración
de polo evaluamos un tipo de falla que podría darse por
deslizamiento, para ello también hemos tenido un
conocimiento previo que el tipo de roca es arenisca.
Además de ello mediante al análisis del macizo coros
evaluamos un tipo de roca R3.
Con un GSI de 55 nos da a entender que es un macizo no
muy fracturado por lo tanto de condiciones regulares y según
la valoración pertenece a un VERY BLOCK.
17
CONCLUSIONES.
Contar con una buena correlación entre el ensayo de
Carga Puntual (PLT) y de Resistencia a Compresión
Simple (RCS) puede ser de gran importancia, pues se
obtienen beneficios por la realización de ensayos más
rápidos y económicos, que pueden aportar la misma
seguridad en los cálculos de estructuras y actuaciones en
macizos rocosos.
Cuando se introdujo el ensayo de carga puntual se usó
principalmente para predecir el esfuerzo de compresión
uniaxial que en ese entonces era el ensayo establecido
para la clasificación de la roca. Ahora el esfuerzo de
carga puntual puede reemplazar al ensayo de compresión
uniaxial si se realiza siguiendo las normas establecidas.
Según los valores de la resistencia a la compresión en
MPa, para el caso de la muestra con rangos de 25- 50
según la ISRM (1976), la roca clasifica como baja.
El grado de esta roca es R3 “extremely estrong rock” y la
estimación de la dureza en el terreno es: roca muy baja-
se necesita como 1 golpe con martillo de geólogo para
romper la muestra.
Además de ello identificamos que podría ocurrir una falla
planar en el talud.
LISTA DE REFERENCIAS.
Normas ISRM (1985) y ASTM D5731-08.
González De Vallejo, Luis I. Ingeniería geológica.
Madrid, Esp. Prentice Hall, c2002.
http://www.ingenieriacivil21.com/2012/10/visita-de-
campo-al-caserio-de.html
http://es.calameo.com/read/000820129689db60d589f
http://es.calameo.com/read/0008201290381c003eea7
http://es.scribd.com/doc/95573082/Boletin-
N%C2%B031
http://www.ingemmet.gob.pe/Boletines/SerieB/00010
B/files/00010b.pdf
http://zeeot.regioncajamarca.gob.pe/sites/default/files/
GEOLOGIA.pdf
18
ANEXOS.
Foto N° 01. Reconocimiento del lugar de estudio.
Foto N° 02. Contacto litológico, formación Carhuaz y Farrat.
Foto N° 03. Roca In- Situ
Foto N° 04. Medida de Rumbo y Buzamiento
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Foto N° 05. Toma de muestras
Foto N° 06. Análisis de Carga Puntual
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