Universidad Nacional Mayor de San MarcosFacultad de Ingeniera Geolgica, Minera, Metalrgica y Geogrfica

E.A.P.

:

Ingeniera Geolgica

CURSO : Investigacin.

Metodologa de la

PROFESOR Campoblanco.

:

Ing. Honorio

TEMA

:

Informe final-trabajo de tesis.

ALUMNO

:

Csar Vargas Salas

CODIGO

:

07160003

FECHA

:

10/12/10

INTRODUCCION

El presente trabajo de tesis trata sobre la caracterizacin de un macizo rocoso ubicado en la urbanizacin La Capilla, La Molina. Lo que se ha hecho es una descripcin preliminar, analizando la Geologa y los principales rasgos del lugar de afloramiento. Seguidamente se ha llevado, mediante una metodologa de caracterizacin geotcnica, las variables cualitativas a variables de tipo cuantitativas, que son las que se usan en una caracterizacin geotcnica. Se ha encontrado el valor del RMR, que es la metodologa usada, para luego ajustarla para su uso en taludes, mediante los parmetros F1, F2, F3 y F4. A partir de lo cual se ha obtenido el SMR, que es el que se usa en el anlisis de la estabilidad de taludes y que permite finalmente establecer el estado actual y a futuro del talud.

I. TTULO Descripcin y caracterizacin geotcnica de taludes rocosos en la urbanizacin La Capilla, La Molina.

- Por qu eligi el tema? Bsicamente la eleccin del tema surgi de la necesidad de establecer el estado actual y de alguna manera conocer el comportamiento a futuro de un macizo rocoso ubicado en la urbanizacin La Capilla en el distrito de La Molina, tomando en cuenta que se trata de una zona urbana que es transitada diariamente tanto por personas como por transporte pblico y privado. Entonces se hace necesario identificar y cuantificar los parmetros geotcnicos que nos permitan llegar a cumplir lo

mencionado en el prrafo anterior. Para esto se aplican mtodos de clasificacin geotcnica que se detallaran ms adelante.

II. DESCRIPCIN DEL TEMA. La investigacin a realizar es una caracterizacin geotcnica de un macizo rocoso ubicado en la urbanizacin La Capilla, La Molina. Es decir, se va a realizar una descripcin de las principales caractersticas que se observan directamente en el macizo analizado, que aflora en forma de talud. Lo primero a realizar es la caracterizacin geolgica, es decir el estudio de la roca en s, desde su origen, edad, litologa, estructuras, etc. Para luego realizar la

caracterizacin geotcnica, valorando de manera cuantitativa todas aquellas caractersticas que se apreciaron de manera cualitativa. En esta

caracterizacin geotcnica lo esencial es la toma de datos sobre la orientacin de las discontinuidades, que en este caso consisten de familias de diaclasas, dado que son las nicas discontinuidades observables. Adems se har la descripcin de la litologa, grado de alteracin y caractersticas de las diaclasas (relleno, abertura, espaciamiento, rugosidad, etc.), por supuesto dndole un enfoque geotcnico. Todos estos aspectos nos servirn para valorar al macizo rocoso utilizando una de las metodologas de caracterizacin geotcnica.

III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. El problema que se plantea es identificar y caracterizar, empricamente, las caractersticas del macizo rocoso que influyen en su estabilidad, para as poder tener una idea general del comportamiento actual y a futuro de dicho macizo teniendo en cuenta que estos afloramientos se encuentran en contacto directo con zonas urbanas, en este caso al borde de una avenida transitada por buses y personas.

- Preguntas 1. Qu tipo de roca compone los taludes rocosos materia de esta investigacin? ntegramente se trata de rocas gneas intrusivas, genricamente llamadas plutones. Segn la hoja 25-j de la Geologa del cuadrngulo de Lurn, se trata de rocas granticas (granito, granodiorita) de edad cretcica superior, que ya en el trabajo de campo se debern confirmar. 2. A qu periodo de tiempo geolgico pertenece la roca que compone el macizo rocoso estudiado? Estas rocas pertenecen al batolito de la costa, es decir son rocas formadas a comienzos del Terciario. 3. Qu tipo de discontinuidades se observan en los afloramientos estudiados? Las discontinuidades que se observan en los macizos rocosos analizados son diaclasas. 4. Cuntos afloramientos de macizo rocoso van a ser tomados en cuenta en esta investigacin? La presente investigacin toma en cuenta un afloramiento de macizo rocoso en forma de talud. 5. Cules son las dimensiones de los afloramientos estudiados? El afloramiento tiene una longitud de 60 metros aproximadamente y 15 metros de alto.

- Aportes de la investigacin. La investigacin que se plantea va a establecer la situacin actual de estabilidad de un talud aflorante en la urbanizacin La Capilla. Mediante este trabajo vamos a determinar las condiciones del talud y darnos una idea de cual va a ser su comportamiento ante obras que se puedan realizar, segn las condiciones de geolgicas y ambientales dominantes.

- Objetivos. Describir y clasificar desde el punto de vista geomecnico un macizo rocoso que afloran en la avenida Alameda del Corregidor, urbanizacin La Capilla, en el distrito de La Molina, Lima, usando para esto la clasificacin de macizos rocosos RMR (Bieniawski). Estudiar la geologa del macizo rocoso en sus aspectos principales como litologa y estructura geolgica.

Realizar la descripcin y medida de los parmetros fsicos y geomtricos que condicionan el comportamiento de las familias de discontinuidades del macizo rocoso.

Clasificar al macizo rocoso empleando para ello la clasificacin RMR desarrollada por Bieniawski.

IV. MARCO TERICO. La teora en la que se fundamenta esta investigacin comprende bsicamente de: las metodologas de clasificacin de macizos rocosos y la teora de estabilidad de taludes.

- Clasificaciones geomecnicas: Las obras de ingeniera tanto subterrneas como superficiales, necesitan del mximo conocimiento del macizo rocoso, con este fin hoy en da existen muchas Clasificaciones Geomecnicas, como: Protodyakonov, Bieniawski, Laubscher and Taylor, Barton, Romaa, GSI, etc, que nos determinarn la calidad del macizo rocoso, cuya finalidad es dividir al macizo rocoso en dominios estructurales, cada uno de ellos tendrn caractersticas similares, como: Litologa, espaciado de diaclasas, entre otros. Los lmites de un dominio estructural pueden coincidir con rasgos geolgicos, tales como fallas o diques. En esta investigacin se toma en cuenta las clasificaciones RMR y GSI.

a. Clasificacin RMR (Rock Mass Rating) Esta clasificacin geomecnica da una estimacin de la calidad del macizo rocoso, teniendo en cuenta los siguientes factores: - Resistencia Compresiva de la roca. - ndice de la Calidad de la Roca - RQD. - Espaciamiento de Juntas.

- Condicin de Juntas. - Presencia de Agua. - Correccin por orientacin. Estos factores se cuantifican mediante una serie de parmetros definindose unos valores para dichos parmetros, cuya suma, en cada caso nos da el ndice de Calidad del RMR que varia entre 0 100.

Los objetivos de esta clasificacin son: - Determinar y/o Estimar la calidad del macizo rocoso. - Dividir el macizo rocoso en grupos de conducta anloga. - Proporcionar una buena base de entendimiento de las caractersticas del macizo rocoso. - Facilitar la planificacin y el diseo de estructuras en roca, proporcionando datos cuantitativos necesarios para la solucin real de los problemas de ingeniera.

b. Clasificacin GSI. Paul Marinos, profesor de Ingeniera Geolgica de la Universidad Nacional tcnica de Atenas Grecia y Evert Hoek Ingeniero Consultor de Vancouver, Canad, desarrollaron el GSI, ndice de resistencia geolgica, con la finalidad de estimar la resistencia del macizo rocoso. Este escrito presenta una revisin de la estimacin de propiedades de resistencia del macizo rocoso a travs del uso de GSI. El sistema de clasificacin GSI grandemente respeta las restricciones geolgicas que ocurren en la naturaleza y estn reflejadas en la

informacin geolgica. Un debate relaciona los rangos del ndice de resistencia geolgica (Strength Geological Index) para macizos rocosos tpicos, enfatizando para macizos rocosos heterogneos.

- Estabilidad de taludes: La estabilidad de taludes es la teora que estudia la estabilidad o posible inestabilidad de un talud a la hora de realizar un proyecto, o llevar a cabo una obra de construccin de ingeniera civil, siendo un aspecto directamente relacionado con la geotecnia. La inestabilidad de un talud, se puede producir por un desnivel, que tiene lugar por diversas razones: - Razones geolgicas: laderas posiblemente inestables, orografa acusada, estratificacin, meteorizacin, etc. - Variacin del nivel fretico: situaciones estacionales, u obras realizadas por el hombre. - Obras de ingeniera: rellenos o excavaciones tanto de obra civil, como de minera. - Los taludes adems sern estables dependiendo de la resistencia del material del que estn compuestos, los empujes a los que son sometidos o las discontinuidades que presenten. Los taludes pueden ser de roca o de tierras. Ambos tienden a estudiarse de forma distinta.

Para analizar la estabilidad de un talud realizado en macizos rocosos fracturados, es parte de dos procesos. El primero es analizar la fbrica estructural en el corte realizado para determinar si la orientacin de las discontinuidades podra resultar en inestabilidad, a lo cual se conoce como orientacin desfavorable del talud con respecto a las

discontinuidades. Esta determinacin es realizada por medio de un anlisis estereogrfico de la fbrica estructural junto con la posicin del talud, a lo que se denomina anlisis cinemtico. Ya que ha sido determinada la cinemtica en la cual se tiene posibilidad de falla del talud, el segundo paso requiere un anlisis de estabilidad por el mtodo de equilibrio lmite para comparar las fuerzas resistentes a la falla contra las fuerzas causantes de la falla del talud. El rango entre estos dos sistemas de fuerzas se denomina factor de seguridad. Para poder realizar el anlisis tridimensional de las familias de discontinuidades, se necesita hacer este tipo de proyeccin en un plano bidimensional. Para tal efecto existen dos tipos de proyecciones esfricas: una es la red estereogrfica de Lambert o Schmidt, y la otra es la proyeccin de Wulff. V. MARCO REFERENCIAL. - Gonzlez de Vallejo, L. I., Ferrer, M., Ortuo, L. y Oteo, C., 2002. Ingeniera Geolgica, Editorial Prentice Hall, Madrid, Espaa.

- Ale J. D., Clari J. J., Rocca R. J. Anlisis de estabilidad de taludes en macizos rocosos dbiles. Congreso Argentino de Mecnica de Suelos e Ingeniera Geotcnica 2010, CAMSIG 2010, Mendoza, Argentina.

- Laboratorio rea Geotecnia, Facultad de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales, UNIVERSIDAD NACIONAL DE CORDOBA. GEOTECNIA I, Macizos rocosos.

- Evert Hoek. Rock engineering, course notes by Evert Hoek.

- Fernando Herrera Rodrguez. ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDES, Gua de clculo de estabilidad de taludes.

VI. IDENTIFICACIN DE VARIABLES: En la investigacin de macizos rocosos en la urbanizacin La Capilla, las principales variables que se van a tomar en cuenta son: - Orientacin de las familias de diaclasas: se refiere a la toma de datos de rumbo y buzamiento del plano de cada diaclasa.

- Grado de meteorizacin: cuan alterada esta la roca que conforma al macizo, se usara un criterio cuantitativo. - Tipo de roca: anlisis y determinacin de la litologa predominante. - Espaciamiento entre diaclasas: se refiere a cuan alejadas estn las diaclasas de una misma familia. - Abertura de diaclasas: se refiere al espacio que ha dejado la fractura que da origen a la diaclasa. Entre otras variables de menor importancia, se tiene: - Persistencia - Rugosidad. - Relleno de diaclasas. - Contenido de agua.

VII. PLANTEAMIENTO DE LA HIPTESIS Al ser una investigacin de tipo descriptiva, el planteamiento de una hiptesis no es aplicable en este trabajo.

VIII. DISEO EXPERIMENTAL Lo que se va a realizar, experimentalmente, es medir las variables que se han planteado en captulos anteriores. Esto se ha conseguido primero realizando el reconocimiento de estas de una manera cualitativa, para luego ser llevadas a considerarse de una manera cuantitativa a travs de una metodologa. En esta investigacin se usa una metodologa de tipo geotcnica, la cual se basa en la metodologa de caracterizacin de macizos rocosos de Bieniawski. Se van a tomar datos de tipo netamente geolgicos y su clasificacin se orientar de acuerdo a criterios geotcnicos. Adems de eso se tomaran los datos necesarios en si para clasificar geotcnicamente al macizo rocoso. Los datos se han tomado cuantitativamente siguiendo la siguiente valoracin:

TIPO TIPO DE ROCA

DE ESPACIAMIENTO PERSISTENCIA1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

ABERTURA1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

DISCONTINUIDADClza. Volc. Gran. Granod. Andes Aren. CALIZA VOLCANICO GRANITO GRANODIORITA ANDESITA ARENISCA D Fl. Ct. E Mi mf DIACLASA FALLA CONTACTO ESTRATOS MINERAL MICROFALLA 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 >2m 0.6 - 2 m 0.2 - 0.6 m 0.06 - 0.2 m < 0.06 m 20 m Cerrada 5 mm.

RUGOSIDAD1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 Muy rugosa Rugosa Lig.rugosa Lisa Espejo de falla

RELLENO1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 Limpia Duro < 5mm Duro > 5mm Suave < 5 mm Suave > 5 mm

ALTERACION1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

AGUASeco Humedo Mojado Goteo Flujo Presion

Sana Lig. Alterada. Mod.Alterada. Muy Alterada. Descompuesta

IX. RECOLECCIN Y PROCESAMIENTO DE DATOS La metodologa que se va a seguir en la descripcin de macizos rocoso en el afloramiento de inters est basada en las siguientes etapas:

1. DESCRIPCIN DE MACIZOS ROCOSOS EN AFLORAMIENTO. a. Caractersticas generales del macizo: Descripcin del

afloramiento y divisin en zonas. Identificacin del macizo rocoso: El macizo rocoso a analizar esta conformado por roca intrusiva de tipo granodiorita. Geogrficamente se encuentra ubicado en la Urbanizacin la Capilla, distrito de La Molina, Lima Per.

Divisin en zonas homogneas: Tratndose de un macizo en esencia homogneo, que presenta una sola litologa, grado de meteorizacin, estructuras y otras

caractersticas similares, se llevara a cabo la caracterizacin en una sola zona.

Registro grfico de afloramiento:

El afloramiento estudiado se encuentra cartografiado geolgicamente en el cuadrngulo de Lurn, Hoja 25-j, serie 1, publicado por INGEMMET. Litolgicamente consta de roca tipo granodiorita, perteneciente al intrusivo Santa Rosa de edad Plioceno Pleistoceno, que se haya cortando rocas sedimentarias (Fm Atocongo) e intrusivas (Patap) del Cretcico Medio y superior respectivamente. Por sus dimensiones se le puede clasificar como un cuerpo intrusivo tipo stock, en relacin discordante con las rocas ms antiguas ya mencionadas. En su parte media parece hay una entrada hacia el SE, en la cual se asientan urbanizaciones como Las Lomas y La Capilla. Es notoria la presencia de una falla de rumbo NE, que corta al Plutn diagonalmente en su parte media. A continuacin se presentan los mapas geolgicos de ubicacin, as como tambin fotografas del afloramiento que resaltan sus principales caractersticas.

Cuadrngulo de Lurn, mostrando la geologa de la zona estudiada.

Vista del afloramiento en su parte central

Vista de los flancos del afloramiento derecho e izquierdo, ntese el mayor grado de meteorizacin comparado con la parte central. b. Descripcin generalizada de la zona: Matriz rocosa y discontinuidades.

Matriz rocosa: La matriz rocosa es de naturaleza granodiortica como ya se dijo, posee formas redondeadas propias de un intrusivo tipo stock. Las estructuras que afectan a la matriz rocosa son diaclasas que se encuentran repartidas en dos familias principales que se han tomado en cuenta en este estudio.

El grado de meteorizacin de la matriz rocosa se puede catalogar a la luz de los resultados como ligera a moderada. El contenido de agua en el afloramiento es nulo.

Discontinuidades: El tipo de discontinuidad que se observa nicamente son diaclasas, se han observado pequeas fallas normales, pero su influencia es mnima dado su persistencia reducida y que se encuentran en nmero de 2 a 3 como mximo. Se tiene la presencia de dos familias claramente identificables por su orientacin promedio:

F1 (direccin de buzamiento/buzamiento): N355/82 F2 (direccin de buzamiento/buzamiento): N100/79

2. CARACTERIZACIN DE LA ROCA MATRIZ a. Litologa: identificacin y descripcin.

Se trata de una roca gnea intrusiva de textura fanertica de grano medio, holocristalina, es mayormente inequigranular y se compone esencialmente de cuarzo, plagioclasas y de minerales

ferromagnesianos como biotita y en menor proporcin hornablenda. Siguiendo su composicin mineralgica y sus proporciones, en el esquema de clasificacin de Streckeisen da una roca de tipo Granodiorita.

b. Meteorizacin El grado de meteorizacin es de bajo a moderado, se produce esencialmente por el tipo de condiciones atmosfricas del lugar, especialmente por el microclima clido que posee el distrito de La Molina, durante gran parte del ao. Adems sabido es que mineralgicamente la alteracin ataca primero a los feldespatos, producindose as arcillas que se han observado en especial en los planos de diaclasamiento.

c. Propiedades mecnicas: Resistencia y deformabilidad Se trata de parmetros que determinan la competencia de la roca para mantener unidos a sus componentes, dependen

fundamentalmente de su composicin mineral y del grado de alteracin.

En este estudio emprico tomaremos en cuenta la resistencia a la compresin uniaxial, ya que es necesaria para el clculo del RMR. Este calculo se ha realizado usando ndices de campo.

- ndices de campo: estimacin de la resistencia uniaxial (ISRM): Mediante este ensayo sencillo se halla una aproximacin cuantitativa del valor de la resistencia usando para este fin el martillo de gelogo (picota), y se clasifica de acuerdo a la siguiente tabla:

Ya hecho el ensayo de campo se obtiene que sea una roca R3, moderadamente dura ya que con un golpe de martillo se fractura, mas con la navaja no se puede tallar. Entonces la resistencia a la compresin uniaxial aproximada es de 25 a 50 MPa.

- Clculo del RQD: El valor del RQD se calculara mediante la siguiente formula, que relaciona la cantidad de discontinuidades en el afloramiento.

Donde es el nmero de discontinuidades por metro lineal. Entonces sabiendo que el afloramiento estudiado tiene unos 60 metros de largo y 118 discontinuidades, se tiene que:

1.9667 = 118/60 = disc/m

Aplicando la formula se tiene que el valor del RQD da 82.146%.

3. DESCRIPCIN DE LAS DISCONTINUIDADES En esta parte se trataran de una forma ms detallada las discontinuidades encontradas en el campo, se tomara en cuenta las valoraciones promedio que se les dio en el campo, y finalmente tendremos una tabla con todos los resultados obtenidos a partir de la cual se podr hacer la caracterizacin RMR de este macizo.

a. Identificacin: Tipos de discontinuidades Todas las discontinuidades observadas son de tipo planares (diaclasas). Estas diaclasas tienen un origen tectnico,

probablemente asociado a las ltimas etapas orognicas de deformacin Pleistoceno). andina, como es la fase Quechua (Plioceno-

b. Descripcin

de

las

discontinuidades

(caractersticas

y

parmetros a definir):

Orientacin: se tiene dos familias de diaclasas con orientaciones preferentes segn:

F1 (direccin de buzamiento/buzamiento): N355/82

F2 (direccin de buzamiento/buzamiento): N100/79

Espaciado: es la distancia media entre planos consecutivos de la misma familia. El valor medio que se ha obtenido para la familia 1 es de 0.7m y el valor promedio en la familia 2 es de 0.8.

Continuidad o persistencia (longitud o extensin superficial del plano de la discontinuidad): en ambas familias la persistencia en menor de 0.5m de longitud.

Rugosidad (ondulacin de la superficie, irregularidades a pequea escala): este parmetro es importante ya que influye de gran manera en el comportamiento mecanico de la roca. La rugosidad en general del macizo rocoso tiene un valor de 2, es decir las superficies de diaclasamiento son rugosas.

Abertura (distancia perpendicular que separa las paredes de una discontinuidad, sin relleno): la abertura que se obtiene en las dos familias es similar, un promedio de 2mm.

Alteracin: se refiere al grado de meteorizacin que ha afectado al macizo, en este caso se ha obtenido que la alteracin ha sido de ligera a moderada.

Agua: el contenido de agua es nulo en el macizo.

4. CARACTERIZACION GLOBAL DEL MACIZO: Todo lo mencionado en los tems anteriores han sido los parmetros obtenidos en el campo, realizando medidas con instrumentos de uso geolgico cotidiano. Lo que sigue a continuacin es la consolidacin de los datos tomados, evaluar su persistencia y tomar los valores cuantitativos para obtener el RMR, que despus ser ajustado para su uso en taludes (SMR) que es el caso que se est presentando. Los valores hallados se tienen en las tablas al final de esta investigacin.

4.1 Clculo del RMR El siguiente cuadro muestra los parmetros necesarios para la obtencin del RMR.

VALORACION DEL MACIZO ROCOSO (R.M.R.)

PARAMETROR. COMPRE. UNIAXIAL (MPa) RQD % ESPACIAMIENTO (m) PERSISTENCIA ABERTURA CONDICION DE JUNTAS RUGOSIDAD RELLENO ALTERACION AGUA SUBTERRANEA

VALORACI.

RANGO DE VALORES>250 90-100 >2