Informe Geotecnico Tuberia Forzada

P038113 PROYECTO CENTRAL H ID ROELECTRICA MISICUNI

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PROYECTO: CENTRAL HIDROELECTRICA MISICUNI

INFORME GEOTECNICO PARA EL DISEÑO DE LA TUBERIA FORZADA

INDICE

1. Revisión del Estudio Geológico Geotécnico de la Tubería Forzada

1.1 Ubicación

1.2 Antecedentes

1.3 Objetivos

1.4 Revisión y Evaluación de los Aspectos Geológicos

1.5 Revisión y Evaluación de los Aspectos Geotécnicos

2. Informe de Inspección de Campo

2.1 Evaluación Geológica y Geodinámica del Trazo de la Tubería Forzada.

2.2 Evaluación y Análisis Geotécnico de los apoyos y anclajes para el Diseño de la Tubería Forzada.

2.3 Clasificación de materiales y taludes de corte para excavación

3. Conclusiones y Recomendaciones.


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1. Revisión del Estudio Geológico Geotécnico de la Tubería Forzada

1.1 Ubicación

El trazo del conducto forzado se encuentra en la falda sur de la cordillera del Tunari, partiendo de la cota

3620 msnm, aproximadamente sigue la cresta de la unidad morfológica limitada al Este por el río Malpaso y

al Oeste por el río Okosuru, hasta la altura de la Casa de Máquinas que se encuentra a 2750 msnm,

aproximadamente, en el sector de Molle Molle.

1.2 Antecedentes

El tramo de la tubería forzada se inicia en el nuevo Portal de Salida del Túnel, con una cota aproximada de

3620 msnm, que se encuentra ubicado por debajo del último Botadero utilizado durante la excavación del

Túnel.

Los trabajos realizados por ELECTROWATT INGENIEROS CONSULTORES S.A. en 1987, en este sector

contempla la construcción del túnel de media presión. Realizó sondeos de refracción sísmica en el penstock.

En el 2002 se realizó un estudio geotécnico del tramo de la tubería forzada, con sondeos de refracción

sísmica, excavación de Calicatas y muestreo para análisis de Laboratorio. Este estudio fue realizado por la

Universidad Mayor de San Simón.

Posteriormente a estos trabajos se realizo el estudio Geológico - Geotécnico en octubre del 2009 por el Ing.

Geólogo HERNÁN JORGE ROSALES R.

1.3 Objetivos

El objetivo del presente informe de Revisión es evaluar la información Geológica Geotécnica comprendida

dentro del Expediente técnico del Estudio Definitivo CH Misicuni y estudios anexos realizado por

ELECTROWATT INGENIEROS CONSULTORES S.A., Universidad Mayor de San Simón y la empresa

SERVICONS Geotecnia; donde se encuentra el Estudio Geológico – Geotécnico, el objetivo de esta

inspección es de revisar y recomendar la ingeniería de detalle, asimismo recomendar el método constructivo

más apto para la ingeniería de detalle de las obras .


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1.4 Revisión y Evaluación De Los Aspectos Geológicos

El tramo de la tubería forzada está comprendido desde la salida del Túnel principal o Portal (3620 msnm)

hasta la altura de la Casa de Máquinas (2750 msnm), está conformado por rocas sedimentarias de la

formación Anzaldo, del sistema Ordovícico, en su Unidad B3, con alto grado de meteorización superficial,

debido a su configuración morfológica y estructural. El macizo rocoso está constituido por Limolitas gris

verdosas, micáceas intercaladas con capas delgadas de arenisca cuarcítica (Oanz, B3). Puntualmente se

observan Lutitas y pizarras gris oscuras muy deleznables aparentemente de la Formación Capinota (Ocp), en

su Unidad C. La cobertura en tramos de poca pendiente está conformado por depósitos coluvio‐deluviales

(Qco/de) es decir clastos subred ondeados y angulares en matriz areno‐ limosa poco consistentes

Las diferentes unidades litológicas observadas durante el trazo de la tubería forzada son las

siguientes:

Cuadro 01: Unidades Litoestratigraficas

Durante la etapa de plegamiento o compresión de la cordillera oriental las rocas sedimentarias sufrieron

roturas, fallas y escurrimientos o sobre escurrimientos. Luego del impacto con el escudo brasilero se dio

origen al sistema de falla E‐W, muy frecuente en la zona. Cuando estos procesos de compresión dejaron de

actuar se entró a un periodo de relajamiento o distensión, donde las estructuras producidas durante la

compresión sufrieron efectos contrarios que dieron lugar a procesos de reacondicionamiento de unidades

morfológicas, produciéndose asentamientos o escurrimientos por gravedad, en sentido de las estructuras

falladas y del buzamiento de la estratificación hasta alcanzar un nivel de equilibrio.

En la siguiente figura se muestra la Leyenda y simbología.


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A lo largo del trazo de la tubería forzada se observa en algunos sectores brechas de fallas siendo estas las

indicadoras de la presencia de zonas de fallas. En los taludes aledaños se puede observar escarpas de

erosión, escombros de laderas principalmente entre la ubicación de los anclajes V25 y V26.

En las siguientes figuras se muestra la geología local de la tubería forzada con su respectivo perfil Geológico,

además de los sistemas de fallas transversales al trazo de la tubería forzada con rumbo NE-SW, con un

buzamiento de moderado a fuerte ángulo hacia el sureste.

Fig. 1.- Leyenda y simbología.


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Fig.- 2: Geologia de la Tubería Forzada


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Fig.- 3: Geología de la Tubería Forzada


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1.4 Revisión y Evaluación de los Aspectos Geotécnicos

Los resultados de los estudios anteriores más resaltantes son los siguientes:

En el sector de la Falla Liriuni la geofísica detecta anomalías en el espesor de la capa intermedia.

En ninguno de los sondeos se identificó el nivel freático, lo cual hace suponer que se encontraría por debajo

de los 15 m.

Las calicatas excavadas muestran suelos generalmente conformados por niveles areno‐limosos (SM) a

gravo‐limosos (GM) antes de encontrar la roca. La cubierta de 0.5 m está constituido por suelo orgánico. Las

calicatas presentan paredes verticales, lo cual indica un grado de compactación y estabilidad del material

muy importante.

En toda la zona de estudio se observan afloramientos rocosos con diferente grado de meteorización. La

resistencia al corte en estado drenado, en la calicata 12 arroja los siguientes resultados:

Cuadro N° 02: Parámetros Geotécnicos

Parámetros Geotécnicos

Profundidad Cohesión Angulo de Fricción Resistencia

(m) c (Kpa) Mpa

3 17 32° 25-43

En el siguiente cuadro adjunto se resume los estudios realizados en el conducto forzado durante la etapa de

ingeniería definitiva del proyecto y complementarios, siendo entre las más importantes los siguientes:


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Cuadro N° 3: Investigaciones anteriores


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2. Informe de Inspección de Campo

2.1 Evaluación Geológica y Geodinámica del Trazo de la Tubería Forzada.

Aspectos Geológicos

Las propiedades de los macizos rocosos en la zona de la tubería forzada están condicionadas por los planos

de discontinuidad los cuales también influyen en el comportamiento resistente. Para la caracterización de las

discontinuidades del actual proyecto se realizaron trabajos de campo que consistió en la descripción y

medida de los siguientes parámetros geomecánicos para la calificación e interpretación de las diferentes

familias de discontinuidades.

De acuerdo a la información estructural proporcionada a partir del mapeo de superficie y registro de

actividades de varias campañas pasadas además de la información tomada en campo durante la visita en el

mes de octubre por parte de los profesionales en el Proyecto CH Misicuni, se pueden definir 5 dominios

estructurales para el sector de la tubería forzada.

El trazo de la tubería forzada tiene dos rumbos que buzan hacia el talud, para lo cual se analizo con ambas

direcciones del talud para realizar el análisis cinemático de los posibles deslizamientos que se podrían

suscitar. A continuación se muestra la representación estereográfica de los datos tomados en campo y su

análisis para ambos casos.

La disposición y representación de las familias de discontinuidades en el trazo de la tubería forzada se puede

apreciar en las figuras adjuntas.

ANALISIS CINEMATICO

El siguiente análisis cinemático de las discontinuidades de los afloramientos expuestos en el trazo de

la tubería forzada mediante la red estereográfica el cual se muestra en la figura 6 y 7 .

Deslizamiento Planar: La falla plana se produce a favor de la superficie preexistente, que puede ser una

estratificación o una falla u otro tipo de discontinuidad. Este deslizamiento se puede producir a lo largo de una

superficie plana. Hoek y Bray (1981) establecen las condiciones cinemáticas y mecánicas que deben

cumplirse para que se produzca este tipo de falla con las siguientes:

Primero, la superficie de falla corresponde a un plano continuo que debe tener un rumbo paralelo o casi

paralelo a la superficie del talud, sin diferir en más de ± 20º. Segundo, la superficie de falla debe buzar hacia

el exterior del talud, es decir, el buzamiento de la superficie de falla ψp, debe ser menor que el buzamiento de

la superficie del talud ψf. Tercero, el buzamiento de la superficie de falla debe ser mayor que el ángulo de


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fricción en este plano, en el caso de no haber cohesión. Y cuarto, las superficies laterales que separan el

plano deslizante deben tener una resistencia despreciable frente al conjunto talud y plano de falla.

En la presente evaluación de discontinuidades se tomo el caso más desfavorable ya que se sabe que los

ángulos de buzamientos de la zona de falla planar (Estratificación) son variables en todo el trazo de la tubería

forzada ya que estos están relacionados a su cercanía con sistemas de fallas, al igual que los ángulos del

talud ya que este presenta taludes de muy poca pendiente siendo estos desde los 5° hasta los 30°,

conociéndose esto se tomo el valor más crítico.

Según estas condiciones es posible la ocurrencia de deslizamientos planar ya que cumple con los 4 puntos

menciones anteriormente, además de tener evidencias de este tipo de deslizamiento durante lo observado en

campo, por lo que se deberá efectuar cortes al talud no muy pronunciados en las zonas más desfavorable y

debido a la pobre resistencia de la roca a causa de su intenso fracturamiento y alteración se recomienda el

tipo de sostenimiento mas adecuado.

Fig. 6: Representación estereográfica de las familias de discontinuidades.


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Fig.7: Representación de las familias de discontinuidades, tramo final Tubería forzada – Casa de Maquinas.

Aspectos Geodinámicos

Las medidas propuestas se agrupan según las características físicas predominantes de la zona de obra, y

tiene la finalidad de lograr una mitigación integral de los riesgos físicos de las obras proyectadas donde se

recomienda construir muros de contención en zonas de riesgo, así como de realizar actividades específicas

que complementen o repotencien el impacto de muro de contención como principal medida para la reducción

de riesgo de desastres. Cabe mencionar que estas medidas deben ser implementadas a partir de la

evaluación de la pertinencia de su uso, en función a las características de la zona; pues estas prolongan la

vida útil del muro de contención.


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CUADRO N°4: PRINCIPALES FENÓMENOS DE GEODINÁMICA EXTERNA

Principales fenómenos de geodinámica externa

Caída de

rocas

Definición

Son caídas violentas de fragmentos rocosos de diverso tamaño, en forma

libre, saltos, rebote y rodamiento por perdida de la cohesión. Ocurren en

pendientes empinadas, de afloramientos rocosos muy fracturados y/o

meteorizados, así como en taludes de suelos que contengan fragmentos

rocosos o en bloques sueltos sobre las laderas.

Causas

Intensas precipitaciones pluviales.

Fuerte pendiente de las laderas o taludes y alta densidad de

fracturamiento de las rocas.

Pérdida de resistencia en los planos de discontinuidades por la presencia

de agua que ejerce presiones intersticiales.

Acción de la gravedad y movimientos sísmicos.

Acciones

Tratamiento de rocas inestables, mediante la fijación “in situ”.

Desquinche sistemático de bloques inestables.

Enmallados de alambre galvanizado.

Empernados, Anclajes.

Muros de Contención.

Plataformas de acumulación; etc.

Las características geológicas y riesgos Geodinámicos del anclaje 25 se puede apreciar en la foto 1

adjunta.


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Foto N°1: Bloques caídos de hasta 3m de diámetro ubicados en el anclaje 25, se recomienda la construcción

de estructuras de contención para proteger la tubería forzada o remover estos bloques.


Deslizamientos

(ZONA DEL

ANCLAJE A26)

Definición

Es la ruptura o desplazamiento pendiente abajo y hacia fuera de

pequeñas a grandes masas de suelos, rocas o combinaciones de

estos en un talud natural o artificial.

Presenta necesariamente un plano de deslizamiento o falla a lo

largo del cual se produce el movimiento que puede ser lento o

violento.

Por su movimiento puede ser Rotacional y trasnacional , en el

primer caso el desplazamiento del material deslizante es a través

de un plano de deslizamiento de tendencia circular y en el caso del

trasnacional se produce a lo largo de una superficie predispuesta

de tendencia plana pudiendo ocurrir tanto en suelo como en roca.

Causas

Acción de la gravedad y movimientos sísmicos.

Desintegración gradual e hidratación del afloramiento rocoso.

Intercalación de estratos competentes con incompetentes

(areniscas con lutitas), etc.

Fuertes precipitaciones pluviales.

Fuertes pendientes de las laderas; etc.

Anclaje 25

Escombros

de ladera


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Acciones

Estabilización de las laderas mediante la forestación intensiva.

Construcción de banquetas en los taludes.

Cunetas de coronación.

Anclajes o pilotes.

Contrafuertes.

Muros rígidos o flexibles.

Inyecciones.

Mejoramiento de la resistencia de los terrenos (pilotes Franklin).


adjunta.

Foto N°2: El Anclaje 26 se encuentra sobre una zona de deslizamiento, constituidos por material suelto, la cual deberá removerse y hacer un banqueteo al talud para estabilizarlo y poder apoyar los anclajes. La línea de color rojo punteada indica la escarpa de deslizamiento.

Anclaje 26

Anclaje 27


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Erosión

de

laderas

Definición

Término bastante amplio que involucra varios fenómenos que pueden, a

mayor detalle ser particularizados. En términos generales se entiende por

este término a todos los procesos que ocasionan el desgaste y traslado de

los materiales de superficie (suelo o roca) por el continuo ataque de

agentes erosivos tales como, agua de lluvias, escurrimiento superficial,

vientos, etc.

Que tienden a degradar la superficie natural del terreno.

Causas

Laderas desprovistas de vegetación o está es muy rala.

Depósitos inconsolidados.

Intensas precipitaciones pluviales.

Componente horizontal y vertical de la fuerza erosiva de la corriente.

Erosión difusa y en surcos.

Pendientes moderadas a fuertes de las laderas de los cauces, ríos.

Mal manejo de aguas.

Acciones

Conservación del suelo mediante acciones forestales y plantación de

gramíneas, cultivos en fajas siguiendo las curvas de nivel.

Canales de desviación.

Construcción de terrazas o andenes.

Trincheras antierosivas.

Cinturones boscosos alrededor de cárcavas (zanjas).

Fajas marginales de vegetación.

Diques de contención.

Construcción de azudes de piedra, de gaviones de fajina.


adjunta.


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Foto N°3: En la foto se observa el trazo de la tubería forzada de color rojo, ubicándose el anclaje 34 sobre un

depósito de derrumbe producto de la erosión de laderas, el anclaje 33 se sitúa entre dos quebradas.

Se deberá evitar la erosión mediante Drenajes, estos muros de contención deberán estar protegidos por un sistema de drenaje pluvial, a base de cunetas y alcantarillas. De igual modo, el muro deberá ser permeable y permitir así, el paso del agua través de él, mediante un sistema de tuberías.

Anclaje 34

Anclaje 33


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Huaycos

Definición

Son corrientes de lodo de ocurrencia eventual, que consisten de flujos

rápidos o avenidas intempestivas de aguas turbias que arrastran a su

paso materiales de diferentes tamaños desde suelos finos hasta enormes

bloques de rocas, así como malezas, desplazándose a lo largo de un

cauce definido con desbordes laterales. En su parte terminal aparece

conformando un cono o abanico.

Causas

Casi todas las quebradas del área de estudio generan este tipo de

fenómenos y su ocurrencia están relacionadas con intensas

precipitaciones pluviales, suelos en condiciones de estabilidad precaria,

acumulación de material en el lecho de la quebrada o río, márgenes de

las quebradas con taludes inestables (donde se producen derrumbes o

deslizamientos, etc.) que incrementan el material del lecho, protección

vegetal inadecuada, fuertes pendientes de las laderas (mayor a 30), tala

indiscriminada de árboles, etc.

Acciones

El tratamiento de áreas afectadas por huaycos es bastante onerosos por

lo que es recomendable se adopten acciones preventivas encaminadas

a:

Consolidar los suelos mediante acciones forestales.

Construcción de diques o azudes en el lecho de la quebrada teniendo en

cuenta la pendiente del lecho, la morfología y el clima con la finalidad de

ir disminuyendo la pendiente.

Construcción de bancales, andenes o terrazas en las márgenes de las

quebradas o desquinches de los fragmentos de rocas inestables.

Canalización y limpieza periódica del cauce de la quebrada sobretodo en

el área donde atraviesa alguna obra de infraestructura importante,

asimismo en los conos defectivos encausar el curso mediante estructuras

transversales, marginales, paralelas y diseñar apropiadamente

estructuras mayores (puentes), alcantarillas, para el paso normal del

huayco.


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Foto N°4: En la foto se observa el trazo de la tubería forzada de color rojo, la tubería de fuerza se ubica en la

margen derecha del rio malpaso. En Quebradas Construir muros transversales a la sección de las quebradas para disipar la energía de los flujos de escombros, lodos o huaycos arrastrados por la lluvia o la gravedad que puedan afectar el anclaje 34, casa de maquinas y reservorio.

Terraza aluvional

Tubería Forzada

Rio Malpaso

Fig.8: En la foto se puede

observar las zonas de chacras por donde se

ubicara la casa de maquinas, siendo esta

zona una terraza aluvional producto de avenidas máximas durante el

tiempo geológico. Se deberá construir muros de contención para proteger el anclaje 34 y la casa de

maquinas.


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Fig.9: El anclaje 34 se ubica sobre una cobertura deluvio coluvial, esta situada sobre una terraza aluvional producto de avenidas máximas de la quebrada malpaso.


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2.2 Evaluación y Análisis Geotécnico de los apoyos y anclajes para el Diseño de la Tubería

Forzada.

Se evaluó la información obtenida de los estudios anteriores, además de la visita de campo efectuada

durante el mes de octubre entre los días 05 y 10 del presente mes.

La mayoría de los anclajes están situados sobre afloramientos rocosos de condiciones regulares a malas en muy pocos sectores se ha observado la presencia de cobertura cuaternaria de manera muy superficial, por lo que se deberá remover esta cobertura hasta llegar al basamento rocoso. Según las investigaciones anteriores la cobertura cuaternaria llega hasta los 0.50m seguida de la roca intensamente fracturada comportándose como un suelo residual hasta los 3.15 m, para luego encontrar el basamento rocoso de condiciones regulares hasta los 34 m, por debajo a este se ubica la roca menos fracturada de condiciones buenas a muy buenas. Se deberá tener en cuenta que en algunos sectores es posible que no encontremos el basamento rocoso de condiciones regulares a buenas por encontrarse cercanas a zonas de debilidad (Fallas Geológicas), los anclajes ubicados cercanos a estas zonas son las siguientes:

A-5, A-10, A-15, A-21, A-26, A-30, A-34

Las condiciones geotécnicas del macizo rocoso a lo largo del trazo de la tubería forzada son los siguientes:

Caracterización Geotécnica y Propiedades del Macizo Rocoso

Las unidades litológicas presentes en el sector de la tubería forzada proyectada corresponden a rocas

sedimentarias cuya litología corresponde a una serie de intercalaciones de lutitas pizarrosas con areniscas

micáceas y algunos niveles limolíticas.

El Índice SMR para la clasificación de taludes se obtiene del índice RMR básico sumando un "factor de

ajuste", que es función de la orientación de las juntas (y producto de tres subfactores) y un factor de

excavación" que depende del método utilizado:


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Cuadro N° 05: Clasificación de Bieniawsky (RMR), 1979

El factor de ajuste de las juntas es producto de tres subfactores (tabla 3.2):

F1 depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y de la cara del talud. Varía entre 1,00

(cuando ambos rumbos son paralelos) y 0,15 (cuando el ángulo entre ambos rumbos es mayor de

30o y la probabilidad de rotura es muy baja). Estos valores, establecidos empíricamente, se ajustan

aproximadamente a la expresión:

F1= (1 - sen aj - as)²

Siendo aj y as los valores del buzamiento de la junta (aj) y del talud (as).

F2 depende del buzamiento de la junta en la rotura plana. En cierto sentido es una medida de la

probabilidad de la resistencia a esfuerzo cortante de la junta. Varía entre 1,00 (para juntas con

buzamiento superior a 45º) y 0,15 (para juntas con buzamiento inferior a 20º). Fue establecido

empíricamente pero puede ajustarse aproximadamente según la relación:

F2= (tg² bj)²


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Donde bj es el buzamiento de la junta. F2 vale 1,00 para las roturas por vuelco.

F3 refleja la relación entre los buzamientos de la junta y el talud. Se han mantenido los valores

propuestos por BIENIAWSKI en 1976 que son siempre negativos.

Cuadro N° 06: Factor de ajuste (Romana, 1985)

P Rotura Plana T Rotura por vuelco as dirección de buzamiento del talud bs buzamiento del talud aj dirección de buzamiento de las juntas bj buzamiento de las juntas

Se realizo la caracterización geotécnica del trazo de la tubería forzada mediantes estaciones micro tectónicas

evaluando las discontinuidades del macizo rocoso que se encontraban aflorando a lo largo del trazo.

El SMR es igual a 32.98, este valor se ubica entre los intervalos IV de una roca de mala calidad, siendo este

inestable al ser sometido a cortes del talud muy fuertes.

Cuadro N° 07: Clasificación SMR (Romana 1985) del Nivel 2

SMR = 32.98


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Se deberá tener en cuenta que estos valores del tipo de roca están en base a lo observado en campo y a las

medidas de datos de forma superficial, esto quiere decir que durante las excavaciones al profundizar la roca

será más competente y se encontrara en mejores condiciones, se llego a esta conclusión en base a los

resultados de geofísica de las investigaciones anteriores efectuadas por la Universidad Mayor de San

Simón-UMSS, la cual en su informe dice lo siguiente:

Nivel 1: 0.00 – 0.50 = 313 m/s Cobertura superficial

Nivel 2: 0.50 ‐ 3.15* = 623 m/s Material meteorizado superior

Nivel 3: 3.15 – 15.00 = 1123 m/s Material meteorizado inferior

Según estos resultados, se interpreta lo siguiente:

Los datos tomados en campo y los análisis de las discontinuidades del macizo rocoso corresponden al nivel

2, siendo esta roca de mala calidad con un SMR=32.98. Se deberá excavar hasta los 3.15 m para apoyar los

apoyos y anclajes en un macizo en mejores condiciones.

El nivel 3 se encuentra entre los 3.15m hasta los 15m, con velocidades de 1123 m/s según los datos de

geofísica, la roca se encontrara en este nivel en condiciones malas a regulares por lo que se deberá efectuar

durante el método constructivo anclajes pretensados.

Se deberá evitar en lo posible cambiar la configuración geométrica de los taludes, ya que al realizarle cortes

muy pronunciados generaríamos una inestabilidad y este podría fallar.

El siguiente cuadro muestra el tipo de roca que encontraríamos según los estudios de geofísica efectuadas a

lo largo de la tubería forzada, siendo estas rocas de calidad regular, siendo el talud parcialmente estable;

esto se deberá comprobar durante la excavación además de realizar mayores investigaciones como el

ensayo de placa de carga para determinar la deformabilidad del material.

Cuadro N° 08: SMR del Nivel 3


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Durante la etapa constructiva se deberá realizar mayores investigaciones para conocer los parámetros geotécnicos de la roca y ensayos de deformabilidad, además de corroborar los resultados de los estudios anteriores con el fin de recomendar la mejor configuración de los anclajes de la tubería que podría incluir sistemas tensados con bulones o con cables. Por consideraciones constructivas los bulones no suelen usarse para anclajes de más de 15m de longitud por lo que su uso está limitado a anclajes superficiales. Los bulones suelen utilizarse como anclajes de baja capacidad, tanto activos como pasivos. Su capacidad de carga o admisible suele oscilar entre 5 y 50 Tn por bulón. Los anclajes por cable pueden tener longitudes mayores que los bulones y una capacidad de carga entre 20 y 200 Tn por anclaje. A diferencia de los bulones, es poco frecuente su empleo como anclajes pasivos. Los anclajes por cable se emplean para estabilizar grandes masas deslizantes con superficies de rotura profundas. En las estructuras ancladas se colocan varillas o tendones generalmente, de acero en perforaciones realizadas con taladro, posteriormente se inyectan con un cemento. Los anclajes pueden ser pretensados para colocar una carga sobre un bulbo cementado o pueden ser cementados simplemente sin colocarles carga activa siempre y cuando sea una roca de condiciones más favorables. Toda ancla debe diseñarse para un factor mínimo de seguridad de 2.0 y deben ensayarse para una carga de 150% la de diseño.

Figura 10.- Ejemplo de Localización de anclas en un muro anclado de materiales estratificados

La protección contra la corrosión es muy importante para garantizar la larga vida de los anclajes.

Especialmente en los siguientes casos:

a. Suelos y rocas que contienen cloruros.

b. Cambios estacionales de la tabla de agua.

c. Ambientes marinos.

d. Arcillas saturadas con alto contenido de sulfatos.

e. Exposición a corrientes eléctricas que generan acción galvánica.

f. Paso a través de suelos de características químicas diferentes.

Teniendo en cuenta estas consideraciones se deberá realizar análisis químicos a las muestras de suelo y

roca, tener en consideración que el tipo de roca en el área de estudio es de ambientes marinos.


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La descripción corrosiva del ambiente puede cuantificarse en términos de pH y resistividad del sitio. En

suelos ácidos con pH menor de 4, la corrosión es muy alta y en suelos con pH mayor de 7, también se

produce corrosión. Así mismo los suelos orgánicos son más corrosivos que las arcillas y las arcillas más que

las arenas y gravas.

También, cabe destacar que un anclaje sometido a esfuerzos relativamente altos puede originarse la

denominada corrosión bajo tensión, que aparece incluso si el anclaje se encuentra en un ambiente neutro. El

problema se evidencia por la formación de zonas frágiles en el anclaje a lo que sigue una rotura repentina.

Los métodos de protección contra la corrosión incluyen: el galvanizado, aplicación de cubiertas epóxicas,

encapsulación del acero y el cemento. El cemento tiene la ventaja de que genera un ambiente con pH alto

que protege el acero formando una capa de óxido hidroferroso.

Bulbo de Anclaje

El bulbo es la longitud de varilla que es cementada para transmitir la carga de tensión al suelo.

Generalmente, estos bulbos son longitudes no menores a 3.0 metros.

La distribución de esfuerzo a lo largo de la longitud cementada es no uniforme con máxima concentración de

esfuerzos en la punta exterior del anclaje. Sin embargo, para diseño se asume que los esfuerzos son

uniformemente distribuidos a lo largo del perno. El esfuerzo al cortante en el anclaje puede ser calculado por

la expresión.

Donde: T = Fuerza de tensión de diseño d

h = Diámetro del hueco

ta = Esfuerzo de cortante permitido

lb = Longitud cementada

El valor de t

a puede estimarse a partir de la compresión uniaxial, de acuerdo a la siguiente expresión

(littlejohn y Bruce, 1975):


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Cuadro N° 09: Valores del esfuerzo cortante permitido para anclajes en roca

Según el cuadro N°9 los anclajes de la tubería forzada tendrán una resistencia al corte de 0.05-0.3 MPA por

estar conformado de lutitas débiles.

Perforación

La perforación debe realizarse en tal forma que se garantice una superficie rugosa entre el suelo y el

cementante a todo lo largo del bulbo. Es importante garantizar que no haya colapso de las paredes de la

excavación para garantizar que la adherencia de la mezcla se haga con el suelo natural intacto. La

perforación debe limpiarse adecuadamente. El alineamiento de la perforación no debe permitir desviaciones

mayores de 1 en 20. La desviación de la línea recta no debe exceder 20 mm. en 3 metros de longitud.

El anclaje debe colocarse lo más rápidamente posible después de terminada la perforación y en ningún caso

la demora debe ser superior a 24 horas.

El diámetro del hueco de perforación generalmente es determinado por el tipo de equipo disponible. El

diámetro debe ser de tal tamaño que permita la inserción del perno sin necesidad de forzarlo. Un hueco de

gran tamaño no mejora el diseño y puede resultar en costos innecesarios de perforación. Una guía para la

relación entre el diámetro del hueco y el diámetro del perno es la siguiente:

Generalmente la resistencia en el contacto perno-lechada es muy alta y el diseño se realiza sobre la base del

contacto lechada – roca.


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Inyección

Comúnmente el ancla es fijada utilizando cemento Portland ordinario y agua. La mezcla consiste

generalmente, de cemento sin contracción y agua en una relación agua cemento que varía de 0.4 a 0.45.

Esta relación produce una lechada que puede ser bombeada por el orificio del perno y al mismo tiempo

producir una alta resistencia, con un mínimo de exudación de agua de la mezcla. Se pueden agregar

productos químicos especiales para reducir la contracción y exudación y para incrementar la viscosidad.

No se debe utilizar cemento con altos contenidos de alúmina. No se recomienda la utilización de arena

mezclada con el cemento. Las cantidades de sulfatos, cloruros y nitratos de la mezcla no deben exceder los

porcentajes de 4%, 0.1% y 0.1% respectivamente.

La expansión libre de la mezcla a temperatura ambiente no debe exceder del 10%. La resistencia de la

mezcla a los 7 días no debe ser menor a 25 Mpa (Geotechnical Control Office, 1989), utilizando cubos de 100

mm. de lado.

La preparación de la mezcla de inyección debe realizarse utilizando una mezcladora que le dé una

consistencia uniforme en un tiempo menor de 5 minutos. Después de mezclado, la mezcla preparada debe

ser continuamente agitada. Previamente al proceso de inyección se debe pasar la mezcla por un tamiz

nominal de 1.2 mm. El tiempo máximo permitido entre la adición del cemento a la mezcla y la inyección es de

30 minutos. La bomba de inyección debe ser desplazamiento positivo (pistón o tornillo).

La inyección debe realizarse lo más rápidamente posible después de colocado el anclaje dentro de la

perforación. El procedimiento de inyección debe garantizar que no quede aire o agua dentro de la zona

inyectada. La inyección debe colocarse en forma lenta y permanente y debe continuar hasta la terminación

del trabajo que es el momento en el cual ha salido mezcla continua por el tubo de salida durante por lo

menos 1 minuto.

Tensionado

El tensionado del ancla no debe realizarse hasta que se haya obtenido una resistencia mínima de 25 MPa en

la mezcla. El gato o equipo de tensionamiento debe tener capacidad para por lo menos 1.8 veces la carga de

diseño (Geotechnical Control Office, 1989). La tensión máxima que se coloque al tendón debe ser menor del

80% de la carga de falla nominal última.

Cuando se tensiona un anclaje es importante chequear que la carga de diseño realmente fue colocada,

utilizando el procedimiento del Post Tensioning Institute (1985).

El procedimiento consiste en un cargue secuencial cíclico hasta una carga máxima del 150% de la carga de

diseño, midiendo la deflexión de la cabeza del anclaje, a medida que es tensionado. El método común de

tensionamiento es utilizando un gato hidráulico con un hueco cilíndrico central que permite aplicar la carga en

forma precisa y axial.


30

Concreto lanzado

Las zonas de roca fracturada o degradada pueden ser protegidas colocando una capa de concreto lanzado.

El concreto lanzado rellena los espacios entre la roca y produce una estructura de retención superficial. Sin

embargo, este concreto no impide totalmente el deslizamiento y se requiere en muchos casos que vaya

acompañado en muchos casos de pernos o anclajes. El concreto lanzado debe reforzarse superficialmente

utilizando una malla metálica. Las áreas cubiertas con concreto lanzado deben drenarse utilizando drenes de

penetración o lloraderos a través del concreto lanzado.

Muros masivos Flexibles

Son estructuras masivas, flexibles. Se adaptan a los movimientos. Su efectividad depende de su peso y de la

capacidad de soportar deformaciones importantes sin que se rompa su estructura. Se recomienda la

colocación de gaviones entre los anclajes 33 y 34.

Cuadro N° 10: Ventajas y desventajas de los gaviones.

MURO VENTAJAS DESVENTAJAS

GAVIONES

Fácil alivio de presiones de agua.

Soportan movimientos sin pérdida de eficiencia. Es de

construcción sencilla y económica.

Las mallas de acero galvanizado se corroen fácilmente en ambientes ácidos. Al

amarre de la malla y las unidades generalmente no se le hace un buen

control de calidad.

En el anclaje 33 se recomienda realizar calicatas o trincheras con extracción de muestras representativas

para los ensayos de laboratorio, con el fin de obtener los parámetros necesarios para la cimentación.

Foto N°5: Muro de gaviones entre los anclajes 33 y 34 justo en el cambio de pendientes, con el fin de

proteger de los materiales que puedan caer del talud.

A33


31

2.3 Clasificación de materiales y taludes de corte para excavación

Para la construcción de los anclajes y apoyos de la tubería forzada se deberá recomendar los tipos de cortes

a realizar al talud en base al tipo de material encontrado a lo largo de la tubería forzada, se debe tener en

cuenta que estos tipos de cortes y rellenos al talud están sujetos a modificaciones durante el proceso

constructivo, las cuales se debe proceder a excavar en materiales sueltos, rocas sueltas y rocas fijas, cuyos

porcentajes están considerados en el cuadro adjunto.

Los taludes de alturas mayores a los 5m se deberán hacer banquetas de 2.5 a 5 m de ancho y estos deberán

estar constituidos por rocas de calidad regular a buena por lo que los cortes podrían ser 1:1 o 1:2. Estos

cortes recomendados podrían variar durante la etapa constructiva, estando esto en función al tipo de material

a encontrar durante la excavación.

En las zonas donde se hará cortes en suelos no se mantendrán firmes y estables en cortes verticales que

excedan alturas de 1 a 3m, tampoco el suelo residual y roca intemperizada con una cohesión moderada.

En taludes de poca altura menores a los 5m, las laderas deberán ser excavadas en relación 1:1.5 o 1:2, más

planas inicialmente para promover la estabilización vegetal y aprovechar el área.

Al realizarse las excavaciones de los diferentes materiales, éstos estarán sujetos a condiciones de estabilidad

en terreno natural para lo cual en los cortes (V: H) a ser efectuados se ha establecido un criterio como sigue:

Cuadro N° 11: Inclinación de taludes según material y altura.

Unidad de Obra

Material Altura Inclinación

H:V

Tubería Forzada

Corte:

Suelo

0 a 5 metros 1:2

Mayor de 5m se deberá hacer banquetas. En condiciones inestables 1:1

Roca suave (Lutita)

0 a 5 metros 1:1.5 o 1:2

Mayor de 5m se deberá hacer banquetas 1:1 o 1:2

Relleno:

Todo material 1.5:1

1:2


32

3. Conclusiones y Recomendaciones.

3.1 Conclusiones

Las formaciones rocosos presentes a lo largo de la tubería forzada presentan una calidad mala, esta

representa el nivel 2 según los ensayos de geofísica de la Universidad Mayor de San Simon, en base

a las velocidades de ondas el nivel 3 de la geofísica estará conformada por rocas de calidad

regulares.

Dentro de la información entregada por ENDE no se han encontrado los perfiles sísmicos efectuados

por la Universidad Mayor de San Simón-UMSS.

En el informe de Electrowatt Ingenieros Consultores S.A se menciona que se excavaron galerías, las

cuales no muestran un plano de ubicación y análisis de resultados.

No se cuenta con un plano de ubicación de calicatas efectuadas en la tubería forzada por la UMSS.

No se cuenta con la información de los resultados y análisis de laboratorio de las muestras extraídas

de las calicatas, por parte de UMSS. Consecuentemente no es posible determinar parámetros

geotécnicos para el diseño de los bloques de anclaje y apoyos.

Las investigaciones hechas en la tubería forzada no definen parámetros de diseño, por lo que será

necesario realizar investigaciones complementarias durante la etapa constructiva.

El anclaje 25 está situado en una zona de escombros de ladera.

El anclaje 26 se ubica sobre una zona de deslizamiento.

3.2 Recomendaciones

Durante la etapa constructiva se deberá comprobar los resultados de las investigaciones anteriores,

las cuales indican que la roca en regulares condiciones se encuentran a 3m de profundidad, y en

algunos tramos de la tubería forzada se halla cubierta por una cobertura vegetal que no pasa los

0.50m, estas deberán de comprobarse mediante la excavación de calicatas.

En el anclaje 25 se observo escombros de ladera, la cual se deberá removerse para evitar a futuro un

desprendimiento de los bloques y que puedan dañar la tubería forzada.


33

En el anclaje 26 se observo una zona de deslizamiento, deberá realizarse mayores investigaciones

para determinar el contacto roca y suelo.

En el anclaje 26, el material suelto se deberá remover, banquetear el talud para apoyar los anclajes.

En el anclaje 33 ubicado en el medio de dos quebradas se recomienda realizar una trinchera para la

extracción de muestras de suelo para ensayar en laboratorio con el fin de conocer los parámetros

geotécnicos de cimentación.

El anclaje 34 se ubicara sobre un deposito de derrumbe, se deberá construir gaviones para proteger

los desprendimientos del talud.

El número de investigaciones hechas en la tubería forzada no son lo suficiente para determinar los

parámetros de diseño, por lo que se recomienda realizar mayores investigaciones durante la etapa

constructiva.

Las investigaciones Geognósticas a recomendar son:

- Ensayos de mecánica de suelo (Granulometría, límites de consistencia, clasificación, densidad

natural, contenido de humedad, corte directo, etc).

- Ensayos de Mecánica de rocas: Densidad, Porosidad, absorción.

- Análisis químicos en suelos.

- Ensayos de placa de carga durante la etapa constructiva

Aplicar medidas correctivas como pernos de anclaje, enmallados, etc.; para los bloques que no

pueden desatarse.

Los muros de contención deberán estar protegidos por un sistema de drenaje pluvial, a base de

cunetas y alcantarillas.

De igual modo, el muro deberá ser permeable y permitir así, el paso del agua través de él, mediante

un sistema de tuberías.

Construir muros transversales a la sección de las quebradas para disipar la energía de los flujos de

escombros, lodos o huaycos arrastrados por la lluvia o la gravedad que puedan afectar las obras

proyectadas como parte final de la tubería forzada, casa de maquinas y reservorio.

Informe Geotecnico Tuberia Forzada

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