Estudio de la estabilidad de taludes en roca entre los kilómetros 95 al 97 de la carretera Ciudad de Dios - Cajamarca

Abstract

Debido a los constantes deslizamientos que se producen en lugares cercanos a la zona de estudio, especialmente en épocas de invierno, nos llevó a realizar un estudio más detallado y minucioso acerca de la estabilidad de taludes en roca entre los kilómetros 95 al 97 de la carretera Ciudad de Dios - Cajamarca. Es por ello que la presente tesis se encargará de informar al gobierno central y a la población aledaña si realmente se puede producir un deslizamiento en el tramo mencionado. Para poder llegar a un veredicto final se dividió en siete estaciones geomecánicas a la zona, en donde se calculó la cohesión y ángulo de fricción interno de la roca mediante el criterio de rotura de Barton - Bandis, se analizó la cinemática de los taludes, a ello se sumó el cálculo de la densidad de las unidades litológicas aflorantes y finalmente los datos obtenidos se ingresaron a los software especializados (Rocscience) para obtener el valor del Factor de Seguridad (FS) para cada estación geomecánica estudiada. Teniendo como afirmación lo escrito líneas atrás, las autoridades deberán tomar cartas en el asunto para poder estabilizar dichos taludes, y así evitar que la ciudad de Cajamarca quede incomunicada con la costa; por consiguiente, tener pérdidas humanas y económicas. En campo se observó fallas de tipo planar, y una característica más resaltante de este tipo de falla es que se produce por la presencia de juntas predominantes que buzan hacia el talud y cuyo rumbo es bastante paralelo a la cara del talud, con algún control estructural. A la par se distinguieron 2 discontinuidades (una predominante y otra aleatoria), es por ello que se optó por el criterio de rotura de Barton - Bandis para el cálculo de la cohesión y ángulo de fricción interno de la roca, mediante la siguiente ecuación: 𝜏 = 𝜎𝑛.𝑡𝑔 [∅𝑏 + 𝐽𝑅𝐶. 𝑙𝑜𝑔10 ( 𝐽𝐶𝑆 𝜎𝑛 )] Donde: 𝜏: Esfuerzo cortante. 𝜎𝑛: Esfuerzo normal. ∅𝑏: Ángulo de fricción básico. 𝐽𝑅𝐶: Coeficiente de rugosidad de la junta. 𝐽𝐶𝑆: Resistencia a la compresión simple de los labios de la discontinuidad. Para calcular los parámetros de dicho criterio de rotura se realizaron ensayos en campo y en laboratorio; y posteriormente utilizar ábacos geomecánicos. El tipo de diseño de la investigación es pre experimental, puesto que los tesistas nos limitamos solo a observar condiciones naturales del fenómeno, analizándolo sin modificarlo ni alterarlo; lo que nos permite confiar en la existencia de altos niveles de validez de los resultados obtenidos. Se identificó como variable dependiente a la estabilidad de taludes y como variable independiente a la calidad de la roca. El área de estudio está ubicada en el distrito de Chilete, provincia de Contumazá, región de Cajamarca; abarcando un área aproximada de 0.5 Km2 . El marco geológico está dominado por unidades litológicas de las formaciones Carhuaz y Farrat, definiendo en campo una estratigrafía con buzamientos a favor de la carretera principal. Los taludes que se encuentran entre las progresivas del Km 95+000 al 97+000 presentan de manera constante problemas de deslizamiento de bloques de roca, por lo que el estudio estuvo enfocado en realizar de manera inicial un mapeo en línea de detalle, haciendo ensayos directos en campo con el martillo de Schmidt y peine de Barton, para medir la resistencia a la compresión simple y la rugosidad respectivamente; al mismo tiempo tomando datos como DIP y DIP DIR de las discontinuidades. Se extrajeron muestras representativas para cada estación geomecánica, basándonos en el criterio de emplear fragmentos de roca intacta, es decir que no muestren discontinuidades. Dichas muestras extraídas en campo se prepararon en el laboratorio de mecánica de rocas de la UPN usando el extractor de muestras y basándonos en el criterio descrito por la ISRM, en donde las probetas deben tener una dimensión de por lo menos < 40% de la longitud total de la placa de Tilt Test para poder realizar el ensayo del mismo nombre y determinar la densidad. Finalmente, se determinó la cohesión y ángulo de fricción interno de la roca con la ayuda del programa RocData. El análisis cinemático de los taludes estudiados se realizó en el programa Dips. Para determinar la densidad de las unidades litológicas aflorantes se aplicó la fórmula clásica de ρ= m/v; donde “m” es la masa y “v” es el volumen. El programa RocPlane nos sirvió para calcular los factores de seguridad estáticos y pseudoestáticos para cada estación geomecánica estudiada. Los resultados nos indican que la zona en estudio muestra un alto grado de inestabilidad de taludes en roca y eso se ve reflejado en el siguiente cuadro resumen: N° JRC JCS Densidad (Kn/m3) Փ básico Փ C (MPa) FS (Estático) FS (Pseudoestático) Condición E1 8 90 25.036 29 41.04 0.092 1.12 0.94 Inestable E2 4 105 25.036 28 34.91 0.026 0.91 0.76 Inestable E3 4 116 25.036 28 34.94 0.028 0.79 0.65 Inestable E4 5.5 114 25.036 27 35.15 0.069 0.72 0.58 Inestable E5 7.5 90 25.036 29 40.34 0.082 1.10 0.91 Inestable E6 3 120 25.036 27 32.10 0.022 0.68 0.54 Inestable E7 3 116 25.036 28 33.77 0.013 0.75 0.58 Inestable Es por ello que se recomienda realizar un estudio técnico para estabilizar y evitar deslizamientos en el sector estudiado, según la información brindada por esta tesis. PALABRAS CLAVE: Deslizamientos, estabilidad de taludes en roca, estaciones geomecánicas, cohesión y ángulo de fricción interno de la roca, criterio de rotura de Barton - Bandis, cinemática de los taludes, densidad de las unidades litológicas aflorantes, software especializados, factores de seguridad estáticos y pseudoestáticos, fallas de tipo planar, juntas, rumbo y buzamiento, discontinuidades, esfuerzo cortante, esfuerzo normal, ángulo de fricción básico, coeficiente de rugosidad, resistencia a la compresión simple, ensayos, ábacos geomecánicos, calidad de la roca, marco geológico, formaciones Carhuaz y Farrat, estratigrafía, mapeo en línea de detalle, martillo de Schmidt, peine de Barton, muestras, roca intacta, extractor de muestras, Tilt Test.

Due to the constant landslides that occur in places close to the area of study, especially in times of winter, led us to carry out a more detailed and thorough study about the stability of slopes in rock between 95 to 97 kilometers of the road City of God - Cajamarca. It is for this reason that this thesis is responsible for informing the central government and the population if you can really produce a slip in the section above. In order to reach a final verdict was divided into seven stations geomecanicas to the area, where the cohesion and internal friction angle of the rock was calculated by the criterion of breakage of Barton - Bandis, analyzed the kinematics of the slopes, the calculation of the density of the litologicas outcropping units and finally the data obtained were entered to the specialized (Rocscience software) to obtain the value of the safety factor (FS) for each station geomechanics studied. Taking How to claim what was written, the authorities will have to take a hand in the matter to be able to stabilize such slopes, and so avoid the city of Cajamarca is cut off from the coast; therefore, human and economic losses. In the field are planar type failures observed, and the most striking feature of this type of failure is caused by the presence of incumbents that buzan toward the slope and whose direction is quite parallel to the face of the slope, with some structural control. The pair were distinguished 2 discontinuities (a predominant and other random), which is why it was decided by the criterion of Barton - Bandis breakage for the calculation of the cohesion and internal friction angle of the rock, using the following equation: 𝜏 = 𝜎𝑛.𝑡𝑔 [∅𝑏 + 𝐽𝑅𝐶. 𝑙𝑜𝑔10 ( 𝐽𝐶𝑆 𝜎𝑛 )] Where: 𝜏: Peak shear strength. 𝜎𝑛: Applied normal stress. ∅𝑏: Basic friction angle. 𝐽𝑅𝐶: Joint Roughness Coefficient. 𝐽𝐶𝑆: Joint wall Compressive Strength. To calculate the parameters of such a criterion of breakage trials were carried out in the field and in the laboratory; and then use abacos geomechanical. The type of research design is pre-experimental, since the thesis students we limit ourselves only to observe the natural conditions of the phenomenon, analyzing it without modifying it or alter it; what allows us to rely on the existence of high levels of validity of the results obtained. It identified like dependent variable to the stability of taludes and like independent variable to the quality of the rock. The study area is located in the district of Chilete, province of Contumaza, Cajamarca region; covering an approximate area of 0.5 km2. The geological framework litologicas is dominated by units of the Formations Carhuaz and Farrat, defining in field a stratigraphy with dips in favor of the main road. The slopes that are among the progressive of the Km 95+000 to 97+000 presented constant problems of sliding blocks of rock, so that the study focused on initial perform a mapping in detail line, making direct in field trials with the hammer of Schmidt and comb of Barton, to measure the resistance to compression and the roughness respectively; at the same time taking data as a DIP and DIP DIR of the discontinuities. Representative samples were taken for each station geomechanics, based on the criterion of using rock fragments intact, i.e. showing no discontinuities. These samples taken in the field were prepared in the laboratory of mechanics of rocks of the UPN using samples and based on the criteria described by the ISRM, where the test pieces must have a dimension of at least < 40% of the total length of the tilt test in order to be able to carry out the test of the same name and determine the density. Finally, it was determined the cohesion and internal friction angle of the rock with the help of the RocData program. The kinematic analysis of the slopes studied was carried out in the program Dips. To determine the density of the units litologicas outcropping was applied the classic formula of ρ= m/V; where "m" is the mass and "v" is the volume. The program RocPlane served us to calculate the safety factors static and pseudo-static for each station geomechanics studied. The results indicate that the area under study shows a high degree of instability of slopes in rock and this is reflected in the following summary table: No. JRC JCS Density (Kn/m3) Basic Փ Փ C (MPa) FS (Static) FS (Pseudostatic) Condition E1 8 90 25,036 29 41.04 0,092 1.12 0.94 Unstable E2 4 105 25,036 28 34.91 0,026 0.91 0.76 Unstable E3 4 116 25,036 28 44.85 0,028 0.79 0.65 Unstable E4 5.5 114 25,036 27 35.15 0,069 0.72 0.58 Unstable E5 7.5 90 25,036 29 40.34 0,082 1.10 0.91 Unstable E6 3 120 25,036 27 32.10 0,022 0.68 0.54 Unstable E7 3 116 25,036 28 47.95 0,013 0.75 0.58 Unstable It is therefore recommendedp lace a technical study to stabilize and prevent landslides in the area studied, according to the information provided by this thesis. KEYWORDS: Landslides, Rock slope stability, geomecanicas stations, cohesion and internal friction angle of the rock, criterion of breakage of Barton - Bandis, kinematics of the slopes, density of the units litologicas outcropping, specialized software, static safety factors and pseudoestatics, planar type failures, together, direction and dip, discontinuities, peak shear strength, applied normal stress, basic friction angle, Joint Roughness Coefficient, Joint wall Compressive Strength, essays, abacos geomechanical, quality of the rock, geological framework, geological formations Carhuaz and Farrat, stratigraphy, mapping in detail line, hammer of Schmidt, comb of Barton, samples, rock intact, extractor samples, Tilt Test.