Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Minas.

Estudiantes:

Francisco Javier Mafla Hernández 1, Brian Torres Barrios1, Andrés Felipe Álvarez Tapias1

<fjmaflahe@unal.edu.co>,<btorresb@unal.edu.co >, < andresalvarezt@gmail.com>

1Departamento de Ingeniería Civil.

Docente: Álvaro Castro Caicedo.

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1 Resumen.

Este informe realizado por estudiantes de la Universidad Nacional de Colombia para el curso de

Mecánica de Rocas pretende realizar una descripción geotécnica de las diferentes geomorfologías

vistas en salida de campo.

En el estudio de la mecánica de rocas la parte analítica y la parte práctica se enmarcan en la

observación y análisis de las características del terreno a trabajar, definidas mediante el

comportamiento físico de la roca dado por ensayos de laboratorio. La adecuada caracterización de

suelos y rocas son estudiados precisamente por ramas de la mecánica que difieren en el estudio de

los procesos de rotura, campos de tensiones entre suelos y rocas, módulos elásticos, flujo del agua.

En el ámbito de la ingeniería civil se destaca por su campo tan amplio de acción debido a las

diversas geologías presentes a lo largo del territorio nacional tales como túneles, laderas y

cimentaciones en rocas.

2 Objetivo.

❖ Desarrollar la capacidad de describir geotécnicamente terrenos rocosos y no rocosos.

2.1 Objetivos secundarios.

● Relacionar lo observado en campo con lo aprendido en clases de mecánica de rocas.

● Dicotomía entre la teoría de mecánica de rocas y la práctica de la mecánica de rocas.

3 Descripción de cada situación:

3.1 Parada primera. Lugar: Variante Caldas parcelación Asturias

Imagen 1 Vista en planta de la 1ra parada. Imagen tomada de Google Maps.

Imagen 2 Visita frontal de la obra donde se aprecia el sistema de pilas y muros.

3.1.1 Análisis de las características del Terreno.

Características del terreno.

Lo

observado.

Suelo

1.Suelo residual

2. El suelo parece no tener suficiente tiempo geológico

3. Estructura homogénea granulométricamente y

mineralógicamente.

4. Presencia de rocas ígneas.

5. Color rojizo.

6. Exposición de arenas y arcillas.

Alrededores

1. Zona de vegetación con grandes árboles.

2. Se miran movimientos activos de tierra.

Aguas 1. Se miran riachuelos y la zona parece estar húmeda.

3.1.1.1 Teoría de lo observado del suelo.

Suelo residual: Estos suelos son los que resultan de la meteorización de rocas en el sitio donde se

encuentran, es decir, no son transportados como sedimentos, y como observamos en la figura x el

suelo en esta obra presenta altos grados de meteorización, la cual se define como la alteración

físico-química de las rocas en superficie, debido a las reacciones con soluciones atmosféricas

líquidas o gaseosas, por ende se puede intuir que esta meteorización deriva del clima que presenta el

sitio ( temperatura baja y altos niveles de precipitación en lluvias), la naturaleza de la roca original,

el drenaje y la actividad bacteriana.

Tiempo geológico: Encontramos un suelo joven que está cerca de su roca madre y el clima y la

precipitación no han podido desarraigar o transportarlo lejos de su origen en comparación con otros

suelos más erosionados. Además aún no se visualizan horizontes definidos.

Estructura homogénea granulométricamente y mineralógicamente: Para este suelo se puede

observar que su estructura es homogénea, no se ve clara una diferencia en la estratificación del

suelo, presenta el mismo color (rojo) y la misma estructura física, de lo que se puede concluir que

tiene las mismas propiedades mecánicas en todo el talud y que debe ser producto de la erosión de la

misma roca, es decir, presenta una homogeneidad mineralógica, lo que concuerda con lo dicho

anteriormente, que es un suelo joven y residual.

Presencia de rocas ígneas : La presencia de rocas ígneas es muy común en casi todos los lugares y

manifiestan que su origen viene del magma .Abundante en Colombia debido a que las cordillera

occidental es una formación geológica nueva de mucha actividad volcánica reciente, también

podemos observar que el color del suelo es común en meteorización de rocas ígneas.

Suelos Rojizos : Los suelos rojizos se deben a un proceso denominado rubefacción o rubificación y

es producto de la pigmentación por la presencia de hierro principalmente de la hematites .

Encontrar este tipo de suelos nos puede dar una idea de la topología de la zona como terras rosas,

lateríticas o red beds ( que contienen paleosuelos enterrados ) . En nuestro caso las red beds quedan

descartadas debido a que no se presenta litificación y la más adecuada podría ser que estamos bajo

una tipología de terras rosas por las características arcillosas del suelo producida principalmente de

la erosión de piedra caliza .La meteorización de este suelo presenta dificultades a la hora de erigir

obras de ingeniería civil.

Exposición de arenas y arcillas: Podemos observar que en el suelo se presentan altos porcentajes

de arcillas lo que se relaciona con las dificultades que han tenido en la obra, gracias a la gran

humedad del sector por las lluvias, la arcilla se convierte en un suelo difícil de manejar entonces lo

más recomendable sería darle un buen manejo de aguas para poder garantizar estabilidad y así

poder reducir costos en la obra que se quiere realizar, además que en los alrededores del sector

observamos un movimiento activo de tierra como lo mencionamos a continuación.

1.1.1.1 Teoría de lo observado de los alrededores

Plantaciones de eucalipto : El eucalipto nos da una idea de las condiciones de la zona donde se

encuentra por lo general estos se desarrollan en zonas húmedas sus raíces pueden alcanzar los 10

metros aunque también extiende ramificaciones en superficie. El pasto que se puede apreciar en las

imágenes puede ser producto de la gran sombra que aplican estos árboles sobre el terreno.

Pinos: Los pinos son árboles invasores que muestran una gran altura y desplazando a especies

naturales de la región su altura puede llegar a 40 metros y su forma pueden abarcar gran cantidad de

sombra sobre el suelo.

Movimientos activos de tierra : Se presenta un desplazamiento rotacional de tierra caracterizadas

por una superficie de rotura curva.

Imagen 3 Esquema de un falla rotacional recuperada de gidahatari.com.

1.1.1.2 Teoría de lo observado sobre aguas.

Los riachuelos se forman por la acumulacion de agua sobre un cause o bien sobre unas cotas

topográficas bajas en un terreno con cotas superiores generando arrastre de partículas por masas de

aguas que bajan por la pendiente, esto va generando erosión en la montaña e induce a diseñar

teniendo en cuenta este factor .Muchas veces estos riachuelos se forman por fallas geológicas.

3.1.2 Obras

La obra que se observa es un pantalla de concreta compuesta de tres elementos : Pilas de

cimentación , muros de concreto y anclajes ( activos ) como se puede observar en la siguiente

figura. Las pilas se anclan a al terreno con el fin de ayudar a el muro de concreto entre ellas y estos

a su vez se sujetan al terreno mediante anclajes activos como se muestra en la figura

Imagen 4 vista en corte y frontal donde se aprecian los principales elementos de la obra de contención

El tipo de anclaje visto en esta parada nos muestra y comprueba que la tierra está en movimiento

por lo cual el muro debe ser diseñado con el fin de evitar desplazamiento. Se pueden apreciar las

fuerzas que actúan sobre el muro en el siguiente esquema

Las pilas de fundación cumplen la función clara de estabilizar y rigidizar las pantallas .El muro

sirve para distribuir mejor las presiones a lo largo de un área ( de concreto ) y los cables para

asegurar toda la estructura a una capa más resistente del suelo. En la obra siguiente veremos un

sistema de anclajes sin pantalla.

Imagen 5 Vista loca, Sistema de columnas para construcción de bodega

Imagen 6Vía existente cercana a la obra. Foto tomada en campo.

Imagen 7 Vía existente cercana a la obra. Foto tomada en campo.

3.2 Parada segunda. Imagen 8 vista frontal donde se aprecia el sistema en conjunto de los anclajes.

1.1.2

3.2.1 Obras

Imagen 9 Esquema de los elementos vistos en perfil y frontal.

La obra erigida es un sistema de pequeños apantallamientos de concreto con anclajes que transmiten

la carga al interior del terreno. Sobre el macizo rocoso no se observa una sobrecarga por lo que

puede darse que los anclajes sean de tipo pasivo. El sistema está formado por anclajes, placas y

unas pequeñas pantallas de concreto las cuales sirven para redistribuir mejor la carga de tensión

generada por los cables. El tipo de suelo presente aquí tiene un color amarillo quemado qué

clasificado dentro de la tabla munsell ( ver imagen ) podría estar en la fila uno, columna última,

asociados principalmente a suelos con contenido de goetita . “Estos suelos son indicativos de

meteorización bajo ambientes anaerobios donde cristales grandes de este mineral confieren una

pigmentación amarilla al suelo, mientras de cristales pequeños de este mineral confieren tonalidades

de color marrón; más frecuentemente estos colores asociados a la goetita ocurren en climas

templados. Se relaciona con condiciones de media a baja fertilidad del suelo.”(Francisco A. Ovalles

Vian) . Sobre el terreno se observa la presencia de pasto y árboles de gran tamaño a los alrededores

y la función de la obra parece ser la ampliación de la calzada existente

Imagen 10 Tabla de mursell recuperada de

Imagen 11 Foto localizada. Sistema de apantallamiento sin vaciado de Concreto

Imagen 12Corte de Talud para construcción de sistema de apantallamiento con anclajes.

Para esta obra se hizo un desconfinamiento del terreno original lo cual cambio el comportamiento

del macizo y las partículas interior que antes estaban bajo ciertos esfuerzos fueron liberados. Más

adelante en la parada del túnel se aprecia un caso similar de desconfinamiento por actores humanos.

3.3 Parada tercera.

3.3.1 Terreno

El túnel falso está ubicado en la vía Amaga, se puede observar que la topografía del terreno es

montañosa y con altas pendientes y que en su mayoría está constituida por rocas ígneas extrusivas

tipo Basalto.

3.3.2 Obras

Se observó uno de los falsos túneles, obras civiles que se realizaron para mejorar los sitios

inestables que se estaban teniendo en la vía y para manejo de la escorrentía superficial mediante

estructuras de drenajes, este tipo de obras además de mejorar la movilidad, de ser financieramente

viables, también sirven para corregir fallas geológicas que puedan taponar la vía durante la época

invernal, se pudo concluir durante la visita que la obra fue diseñada por la necesidad de minimizar

el impacto ambiental de la vía, esto se realiza especialmente cuando se realizan cerca de zonas

urbanas. El túnel fue diseñado con vigas que van disminuyendo de sección y con una losa muy

reforzada hechas en concreto reforzado, ya que el material que se trata en este sector es roca, en la

visita también se pudo observar cómo se retiene el material sobre la losa del túnel, el cual debe ser

retirado esporádicamente para que la losa no sufra de sobrecargas

Imagen 14 Falso túnel vista desde abajo.

Imagen 13 Falso túnel vista de Perfil

3.4 Parada cuarta.

3.4.1 Obras

Imagen 15 Obra en estabilización.

Se está realizando una estabilización de una ladera que ha venido presentando una falla activa y

movimientos recientes de material (los constructores de la calzada la requieren estabilizada para

continuar sus obras). En el terreno se pudo identificar un depósito coluvial compuesta de gabros

como el material principal de este macizo rocoso que presenta un comportamiento de falla súbita

por lo cual determinamos en campo que era frágil al impacto. Esta característica nos da un indicio

del tipo de roca, para este caso ÍGNEA ; Las fallas se deben principalmente a tres tipos de esfuerzos

: Tensionales, compresivos y de cizalla ; en este caso la fractura se dio debido a un esfuerzo que se

transmite por la roca debido a un golpe (ensayo realizado en campo por el docente para mirar la

fragilidad de la roca) .

Imagen 16 Diagrama del esfuerzo Sigma C vS E para una roca frágil

Elementos de contención:

En el lugar se pueden observar cuatro tipos de estabilización geotextil, anclajes malla de contención

y barreras artesanales de madera además de un canal rectangular con caída de saltos para el control

de las aguas.

Descripción de las funciones de estos estabilizantes:

Geotextil: Estabilizante sintético plano formado por fibras poliméricas similar una tela , de gran

deformabilidad que sirven como : Separador, refuerzo, filtración , drenaje planar, protección. En

nuestro caso el geotextil cumple:

1. la función de refuerzo ayudando a eliminar fuerzas de volcamiento trabajando en dirección

contraria a los empujes y .a absorber cualquier esfuerzo generado por tensión.

2. Ayudando al paso de fluidos a través de los poros impidiendo que las partículas sólidas

traspasen.

3. Protección de objetos angulosos

Las mallas de acero sirven para evitar rodamientos de cantos a la carretera y ayudarle a soportar

esfuerzos mínimos de tensión para evitar deslizamientos y las barreras artesanales dan cierto

Angulo de estabilidad a algunos puntos del terreno sobre la falla.

Imagen 17 Vista de Perfil de ladera estabilizada

Imagen 18 Vista abajo de la vía. Canal de transporte de aguas y sedimentos

3.5 Parada quinta.

Imagen 19 Vista en planta. El punto rojo indica la roca A analizada. Imagen tomada de Google Maps Lugar: Amagá

Cantera la Cascada

3.5.1 Terreno

Se observó que la topografía del terreno es montañosa y con altas pendientes, en efecto, sabemos

que Amagá se encuentra en el flanco occidental de la cordillera Central Colombiana. Está

constituida por rocas ígneas extrusivas tipo Basalto (por ser de grano fino) de color principalmente

oscuro en la roca madre y naranjado a café en la roca meteorizada.

Descripción del Macizo Rocoso.

La Roca “A” se encuentra en estado de meteorización química, la cual provocó la perdida

de cohesión y alteró su composición química produciéndose oxidación entre color café y

naranjado. Se pueden notar en este fragmento de roca una zona de falla que se encuentra

compuesta por 4 visibles superficies de falla paralelas estrechamente espaciadas (ver

figura), cuyo interior se encuentra colmatado de un material muy fino y zonas de cizalla

con zona de roca muy fracturada, por tanto su RQD –Rock Quality Designation- es muy

bajito, podría ser del menor al 30%. Esta roca presenta baja resistencia.

Imagen 20 Vista del macizo rocoso “A” a la intemperie. Foto tomada en campo.

Imagen 21 Vista cercana a una falla del macizo rocoso “A”

Imagen 22 Macizo Rocoso Principal ubicado en la parte trasera del macizo rocoso “A”

Imagen 23 Planta de agregados pétreos y arenilla aledaña al macizo rocoso

Datos

En la descripción del suelo o macizo rocoso se puede predecir y controlar el comportamiento de

estos lo cual conlleva a un incremento en la rentabilidad económica del proyecto.

El objetivo final del diseño de una excavación es el control de los desplazamientos de la roca hacia

y alrededor de la misma.

Los materiales con que trabaja la ingeniería de rocas tienen que ser ensayados y analizados antes de

ser utilizados para no dar cabida a malos diseños y posteriormente a obras de construcción mal

ejecutadas.

4 Referencias.

CARACTERIZACIÓN GEOTÉCNICA DE PERFILES DE METEORIZACIÓN

DESARROLLADOS SOBRE ROCAS ÍGNEAS EN AMBIENTES TROPICALES Edier

Aristizábal1 , Yamile Valencia2 , Alexander Guerra2 , Marcela Vélez2 & Oscar Echeverri2

MECANICA DE ROCAS . Fundamentos de ingeniería de taludes Pedro Ramirez

Ayanguren

Alvaro Jesus, C. C. (n.d.). Diapositivas INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE ROCAS

Y DEFINICIONES. Universidad Nacional de Colombia.

INTRODUCCIÓN A LOS DEZLISAMIENTOS Y TIPOS DE CAUSA . Recuperado de

https://www.itc.nl/external/unesco.

ANCLAJES AL TERRENO Tomás Murillo , Luis Ortuño . Uriel y Asociados.

4. Tabla de Imágenes.

Imagen 1 Vista en planta de la 1ra parada. Imagen tomada de Google Maps.................................... 2

Imagen 2 Visita frontal de la obra donde se aprecia el sistema de pilas y muros. ............................. 2

Imagen 3 Esquema de un falla rotacional recuperada de gidahatari.com. ......................................... 5

Imagen 4 vista en corte y frontal donde se aprecian los principales elementos de la obra de

contención ........................................................................................................................................... 5

Imagen 5 Vista loca, Sistema de columnas para construcción de bodega .......................................... 6

Imagen 6Vía existente cercana a la obra. Foto tomada en campo. ..................................................... 6

Imagen 7 Vía existente cercana a la obra. Foto tomada en campo. .................................................... 7

Imagen 8 vista frontal donde se aprecia el sistema en conjunto de los anclajes. ............................... 7

Imagen 9 Esquema de los elementos vistos en perfil y frontal. ......................................................... 8

Imagen 10 Tabla de mursell recuperada de ........................................................................................ 8

Imagen 11 Foto localizada. Sistema de apantallamiento sin vaciado de Concreto ............................ 9

Imagen 12Corte de Talud para construcción de sistema de apantallamiento con anclajes. ............... 9

Imagen 13 Falso túnel vista de Perfil ............................................................................................... 10

Imagen 14 Falso túnel vista desde abajo. ........................................................................................ 10

Imagen 15 Obra en estabilización. ................................................................................................... 11

Imagen 16 Diagrama del esfuerzo Sigma C vS E para una roca frágil ........................................... 11

Imagen 17 Vista de Perfil de ladera estabilizada ............................................................................. 12

Imagen 18 Vista abajo de la vía. Canal de transporte de aguas y sedimentos.................................. 13

Imagen 19 Vista en planta. El punto rojo indica la roca A analizada. Imagen tomada de Google

Maps Lugar: Amagá Cantera la Cascada .......................................................................................... 13

Imagen 20 Vista del macizo rocoso “A” a la intemperie. Foto tomada en campo. ......................... 14

Imagen 21 Vista cercana a una falla del macizo rocoso “A” ........................................................... 14

Imagen 22 Macizo Rocoso Principal ubicado en la parte trasera del macizo rocoso “A” ............... 15

Imagen 23 Planta de agregados pétreos y arenilla aledaña al macizo rocoso .................................. 15