MECÁNICA DE ROCAS
Docente: Ing. Marcial Lino Z.
Integrantes: Benel Cerna, Jet Huaman Melendez, Wilmer Silva Tongo, Mirtha
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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.