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MECÁNICA DE ROCAS

Docente: Ing. Marcial Lino Z.

Integrantes: Benel Cerna, Jet Huaman Melendez, Wilmer Silva Tongo, Mirtha

.

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Curso:Mecánica de Rocas II

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Filename: Informe Mecánica De Rocas - Callacpuma

Universidad Privada del Norte Facultad de Ingeniería y Arquitectura Ingeniería de Mina

INFORME MECÁNICA DE ROCAS II

1. Introducción:

Dentro del desarrollo minero, tanto de nuevos yacimientos, como de expansiones

mineras, se requiere evaluar geológica y geotécnicamente el macizo rocoso.

Generalmente dentro de estas campañas, el objetivo primordial es el de

determinar las características que conforman los taludes mineros, o las rocas de

caja, la vez determinar zonas con potencial a posibles fallas.

Para el desarrollo de esta metodología se revisan y levantan las estructuras

superficiales. Esta información permitirá determinar y ajustar la información

necesaria para la definición de un modelo geotécnico.

Es de gran importancia que se realice la caracterización del sitio para identificar

los factores estructurales que podrían afectar los ángulos del talud de roca, el

diseño de perforaciones y voladuras, requerimientos de soporte, dilución

resultante y diseño de separación, etc. Una buena comprensión de la estructura

del macizo rocoso forma la base de la clasificación de éste, y se usa en la

mayoría de los métodos de diseño de mecánica de rocas.

2. Objetivos

Aprender a realizar mapeo geotécnico que permitan graficar la información en

proyección estereográfica

Conocer las condiciones estructurales que pueden conducir a fallas.

Conocer las herramientas necesarias, para reunir eficazmente datos

geotécnicos que permitan la clasificación del macizo rocoso y cálculos de

diseño de la mecánica de rocas.

3. Aspectos generales

3.1.Ubicación Geográfica:

Baños del Inca, es una ciudad de gran importancia y desarrollo turístico, está

ubicada en la parte superior este de la cuenca del río Cajamarquino, cuyas aguas

discurren en dirección SE (Ver Fotografía Satelital-imagen01-); habiéndose

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tomado como referencia la zona ubicada entre los vértices indicados en el cuadro

01, el cual delimita el cerro Callacpuma, lugar de estudio (imagen 02).

Número de Vértice Norte EsteV1 9208000 780000V2 9204000 780000V3 9208000 784000V4 9204000 784000

Cuadro 01: Vértices que delimitan zona de estudio

Imagen 01: fotografía satelital donde se observa la cuenca alta valle del río cajamarquino, ciudad

de Cajamarca y ciudad de Baños del Inca

Imagen 02: Vértices de zona de estudio, los cuales delimitan el cerro Callacpuma.

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3.2.Ubicación Política

El Distrito de Baños del Inca es uno de los 12 distritos de la Provincia de

Cajamarca ubicada en el departamento de Cajamarca, bajo la administración del

Gobierno Regional de Cajamarca, en el norte del Perú (imagen 03).

Imagen 03: Ubicación política de Baños del Inca, distrito de zona de estudio (cerro Callacpuma).

3.3.Accesibilidad

La ciudad de Baños del Inca, está considerada como uno de los balnearios turísticos

más importantes del Perú, generalmente de servicios dentro del entorno habitable,

desarrollando actividades agrícolas y ganaderas. Cuenta con una vía asfaltada de

doble carril que lo une con la ciudad de Cajamarca y vías afirmadas en regular

estado, para llegar a la zona de estudio se conduce 10 minutos de Baños del Inca a

la zona denominada Shaullo, según se muestra en la imagen 04.

LUGAR DISTANCI TIPO TIEMPO

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A (Km)Cajamarca – Baños del inca 5 Km Vía asfaltada 15 minutosBeños del Inca – Vía Shaullo 3 Km Vía asfaltada 10 minutosVía Sahullo – Cerro Callacpuma 0,4 Km Acceso peatonal - 8 minuto

Cuadro 01: Vértices que delimitan zona de estudio

Imagen 04: Acceso a la zona de estudio

3.4.Clima:

Baños del La Ciudad de Baños del Inca tiene un excelente clima templado típico de

la sierra norte del país de tipo sub húmedo con temperaturas actuales que varían

entre los 21º C y 7º C, con un promedio anual de 14º C; con precipitaciones pluviales

variables durante el año. Las precipitaciones mínimas se presentan en los meses de

Mayo a Setiembre y las máximas entre los meses de Enero a Marzo, con un

promedio anual aproximado de 600 mm., presentando además una humedad

relativa del 60 %.

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4. Información geológica general

La zona de estudio presenta una secuencia montañosa formada por pliegues y fallas

dando como resultado diferentes tipos de relieves desde terrazas con pendientes

menores a 8° a relieves montañosos con pendiente mayores de 50°.

La meteorización y erosión han causado que las unidades litológicas queden

confinadas debajo de grandes capas de sedimentos salvo algunos afloramientos que

nos ayudan a comprender la estructura tectónica de la zona

Relieve colinado montañoso estructura-erocional en rocas sedimentarias, su mayor

representante es el cerro Callacpuma, donde las deformaciones tectónicas han levantaodo

la superficie formando el anticlinal de Shaullo, dichas deformaciones son tales que en la

actualidad el cerro presenta un relieve muy escarpado económicamente descartado para la

agricultura.

Imagen 05: Anticlinal de Saullo

4.1.Geología Local

4.1.1. Formaciones Litológicas

El área de estudio, está constituido por dos grandes zonas litológicas. 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.

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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 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 las

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.

4.1.2. Formaciones Sedimentarias

Formación Carhuaz (Ki-ca)

Es una alternancia 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.

Se presenta en el Cerro Iscoconga, en la loma de la Victoria y en pequeños

afloramientos entre los cerros Condorpuñuna y Callacpuma.

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Imagen 06: característica de formación Carhuaz

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 C° Callacpuma, confundiéndose con la formación Chimú.

Estructuralmente suprayace a la formación Carhuáz y subyace similarmente a

la formación Inca con tendencia gradual. Por los fósiles encontrados se le

asigna su ubicación cronológica al Cretáceo inferior.

Podemos encontrarla en el Cerro Callacpuma, también en el Cerro Iscoconga

y en el Cerro Condorpuñuna.

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Imagen 07. Características de la formación Farrat

Imagen 08. Diferencia entre formación Carhuaz y Farrat

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Imagen 09: Formaciones geológicas

5. Caracterización del macizo rocoso

La metodología de investigación es aplicable a cualquier tipo de macizo tanto en

labores subterráneas como de superficie. Los resultados del estudio del

agrietamiento de los macizos rocosos muestran que un gran porcentaje de ellos se

presentan agrietados, lo que se relaciona a las formas preponderantes en que se

manifiesta la pérdida de su estabilidad y el mecanismo de actuación de la presión.

Se obtienen parámetros geomecánicos – estructurales que pueden ser aplicados en

la industria minera.

El macizo rocoso constituye un volumen homogéneo e importante de material,

conformado por un conjunto numeroso de bloques de roca “intacta” y por las

discontinuidades o estructuras geológicas que definen y delimitan estos bloques. El

término “homogéneo” significa que el volumen considerado cumple TODOS los

requisitos siguientes:

• Corresponde a una misma unidad litológica; vale decir, a un mismo tipo de roca

con un mismo tipo y con un mismo grado de alteración.

• Presenta un mismo patrón estructural (o sea se ubica dentro de un mismo

dominio estructural).

• Presenta un mismo grado de fracturamiento. Además, este estándar supone que el

comportamiento mecánico del macizo rocoso es isótropico y que no está

condicionado por las estructuras de una cierta familia o por discontinuidades con

cierta orientación.

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La caracterización del macizo rocoso se realizó siguiendo la metodología de

Bieniawski (R.M.R.) “rock mass rating”, para ello se valora una serie de parámetros:

a. Resistencia del material intacto valor máximo = 15

(Ensayo carga puntual o compresión simple)

b. R.Q.D. valor máximo = 20

c. Distancia entre las discontinuidades valor máximo = 20

d. Condición de las discontinuidades valor máximo = 30

e. Agua subterránea valor máximo = 15

RMR = (a) + (b) + (c) + (d) + (e)

Clasificación de RMR (oscila entre 0 y 100):

Tabla 01: Clasificación de RMR según Bieniawski

Tabla 02: Sistema de valoración del macizo Rocoso – RMR (según Bieniawski, 1989)

5.1.Resistencia del material intacto valor máximo = 15

Según ensayo de laboratorio de carga puntual realizadas a tres muestras

extraídas de la zona de estudio tenemos:

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Ensayo de carga puntualResistencia

kN MpaMuestra 01 15.60 82.10Muestra 02 11.95 62.89Muestra 03 16.34 86.06Resistencia Promedio 14.63 77.02

Tabla 03: Resistencia de carga puntual a muestras extraídas de cerro callacpuma

Por lo tanto, la valoración (a) de roca intacta= 7

5.2.R.Q.D. valor máximo = 20

Jv, número de discontinuidades por unidad de longitud de todas las familias

de discontinuidades, según el estudio in situ se determinó 15 fracturas en

metro lineal, aplicando la fórmula de RQD, tenemos:

RQD= 115-3.3*Jv

RQD=115-3.3*15

RQD= 115-49.5

RQD= 65.5

RQDJv

Fracturas/metroRQD %

Valuación RMRDe A De A5 8 90 100 208 12 75 90 17

12 20 50 75 1320 27 25 50 827 > 27 0 25 3

Tabla 04: valuación RMR según fracturas

En referencia de la tabla 04, para un porcentaje de 65.5, la valoración RMR

es de 13.

5.3.Distancia entre las discontinuidades valor máximo = 20

La valoración in situ de la intensidad natural de las juntas es de 10.

5.4.Condición de las discontinuidades valor máximo = 30

Se considera ligeramente rugosas, paredes ed roca dura, con una valoración

de 20

5.5.Agua subterránea valor máximo = 15

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En la primera evaluación in situ el terreno aparentaba ser totalmente seco,

pero en una caminata en los alrededores se pudo identificar filtraciones de

agua, por lo que se valora con 10.

En resumen:

a. Resistencia del material intacto valor máximo 7

b. R.Q.D. valor máximo 13

c. Distancia entre las discontinuidades valor máximo 10

d. Condición de las discontinuidades valor máximo 20

e. Agua subterránea valor máximo 10Valor RMR 57

Tabla 05: Resumen de valoración para cálculo de RMR

En referencia a la tabla 01, el RMR constituye una calidad de roca BUENA.

6. Orientación de estructuras principales

6.1.Proyección Estereográfica

La proyección estereográfica proporciona una herramienta fundamental en el

campo de la ingeniería. Por medio de la proyección estereográfica se podrían

haber resuelto más rápidamente algunos de los problemas más simples de

geología estructural. Su principal interés estriba en el hecho de que con ella

podemos representar orientaciones (dirección) e inclinaciones (Buzamiento o

inmersión) preferentes de elementos que en la naturaleza no se presentan

con desarrollos geométricos perfectos, como es el caso de un estrato, donde

el plano de techo y de muro presentan irregularidades puntuales aunque con

una tendencia general. Además este tipo de representación permite medir los

ángulos de forma directa.

Entre sus aplicaciones más importantes se encuentra el reconocimiento de

juego de diaclasas en un afloramiento rocoso, la determinación de la

dirección y el buzamiento de un estrato, la determinación del tipo de rotura ó

falla en un movimiento de ladera.

Para trabajar con la proyección estereográfica es preciso conocer,

inicialmente, una serie de términos geométricos, que nos permitan definir de

forma unívoca cada elemento, estos términos nos determinan su orientación.

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RUMBO O DIRECCIÓN: Dirección que sigue la línea de intersección formada

entre el plano horizontal y el plano del estrato o estructura geológica, con

respecto al Norte o al Sur.

Imagen 10: Posicionamiento de brújula en determinar el rumbo

BUZAMIENTO: Es el ángulo de inclinación o ángulo diedro comprendido

entre el plano de la roca o estructura y el plano horizontal. Es la línea de

máxima pendiente de un estrato. La dirección del buzamiento siempre es

perpendicular al rumbo o dirección.

Imagen 10: Posicionamiento de brújula en determinar el buzamiento

DIAGRAMA DE DENSIDAD DE POLOS: La proyección estereográfica de un

determinado elemento de la naturaleza, nunca es tan exacta como la de

líneas y planos teóricos, ya que presentan irregularidades puntuales, falta de

ajuste con la geometría ideal, en muchos casos, y posibles errores de

precisión. Esto hace que se produzcan dispersiones que, dependiendo de su

magnitud, pueden o no facilitar la interpretación de un polo o un círculo

máximo. De ser así y producirse una gran dispersión de datos, será preciso

recurrir a un análisis estadístico de una muestra grande de datos con el fin de

determinar la dirección y buzamiento predominantes.

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Datos de Celda

Longitud Altura Azimut Buzamiento Comentario4.8 4 337° 79° Talud

Tabla 06: Datos de Celda obtenidos para el mapeo geomecánico de celdas (RMR -76)

Orientación de estructuras principalesDirecciónde buzamiento

Angulo de Buzamiento

Cantidad de juntas

Comentario

320° 60° 1 Fractura de celda100° 26° 252° 71° 1 Falla

325° 25° 1233° 16° 2110° 26° 2180° 83° 1100° 25° 2195° 65° 285° 53° 158° 26° 1 Fractura 1

145° 38° 481° 24° 2 Fractura 2

Tabla 07: Datos obtenidos para el gráfico de puntos

6.2.Análisis de potenciales fallas

Según el análisis de las proyecciones estereográficcas, los polos representan

una potencial falla de cuña (ver anexo-proyección esteregráfica-).

7. Conclusiones

7.1.La práctica desarrollada y las instrucciones recibidas ayudaron a realizar el

mapeo geotécnico en la zona de cerro callacpuma.

7.2.Según la gráfica de las estructuras principales y análisis de polos, la

estructura muestra una potencial falla de cuña.

7.3.Las herramientas brindadas (teórico – práctico) permitieron la clasificación

del macizo rocoso, se determinaron todos los parámetros RMR a fin llegar a

la conclusión que se trata de una BUENA calidad de roca.

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7.4.De acuerdo a los datos tomados en campo y mediante la utilización del

criterio para dibujar las proyecciones estereográficas se determinaron el

talud, fallas y diagramas de polos.

8. Recomendaciones

8.1.Generalizar el empleo de la metodología desarrollada en la caracterización

geomecánica de macizos rocosos en labores de ingeniería que involucre

ejecución de proyectos mineros, civiles, entre otros.

9. Bibliografía

GEOMORFOLOGÍA DEL SECTOR ENTRE BAÑOS DEL INCA Y LLACANORA,

Curso Geomorfología – UNC

MAPA DE PELIGROS DE BAÑOS DEL INCA – Indeci – Octubre 2004

ENGINEERING ROCK MECHANICS - AN INTRODUCTION TO THE

PRINCIPLES – Elsevier.

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