UNIVERSIDAD ALAS PERUANASPROYECTO DE TUNELES – CERRO CALLACPUMA Diseño de túneles CHAVARRIA CASAHUAMAN Diego MIRANDA TAQUIRI Juleysy ROJAS ABANTO Kevin Cajamarca, 18 de Noviembre del 2014 CAPITULO I RESUMEN El siguiente proyecto de Túneles del Cerro Callacpuma, incluye una propuesta importante que se requiere para incorporar un nuevo enlace vial de aprox. 1.215 m. que conecte las autopistas del Km 2 - Yahuar Huaca y km 3.5 carretera Llacanora. Se estima que este nuevo enlace mejorará las condiciones de tráfico de la red vial de la ciudad, a la vez que reducirá los costos operativos de los usuarios, los índices de congestión, accidentes de tránsito, consumo de combustible, así mismo concretar un acceso con nuestra historia, promoviendo el turismo y demás aspectos socioeconómicos y ambientales de la ciudad, disminuyendo el tiempo de recorrido. UBICACION Departamento: Cajamarca Provincia: Cajamarca Distrito: La zona está ubicada a 10 Km.705 msnm Coordenadas (WGS84) Latitud: 7°11'4. El camino cuenta con carretera asfaltada con el cual facilita el acceso hacia la labor y facilita el transporte gracias a encontrarse cerca de la ciudad. Localización Altitud: 2. al sureste de la provincia de Cajamarca en el distrito de Baños del Inca. capital de la Región Cajamarca en el Norte del Perú. El acceso hacia el túnel desde la carretera que une los Baños del Inca con Llacanora. Este túnel se encuentra en Callacpuma entre las provincias de Baños del Inca y Llacanora.INTRODUCCION La realización de este túnel surge como necesidad de unir dos autopistas mediante un túnel. es aproximadamente de 1 hora a pie desde Baños del Inca y a 10 minutos en auto.46 km Paradero – Cueva “Callacpuma” (Apróx): 0.51"O Tramo de la carretera Baños del Inca – Paradero (Apróx): 3. en la Provincia de Cajamarca.40"S Longitud: 78°26'23.14 km . . el tráfico de vehículos es un mal recurrente en horas punta. En este tramo (Baños del Inca – Llacanora). También por el avance lento o detención del movimiento de los autos (algunas veces provocando accidentes). hemos tomado la decisión de crear un proyecto de túnel que integre dos autopistas y así reducir el congestionamiento vehicular. la circulación peatonal y demás factores. sino a las principales ciudades del país.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El congestionamiento vehicular es un problema que afecta no solo a la ciudad de Cajamarca. Por este gran problema. Es ocasionado principalmente por la limitación en la autopista. Identificar la geomorfología presente en la zona. Reducir los costos operativos de los usuarios. fomentar el turismo en la zona. RQD. mediante la creación de un túnel. Estudiar la caracterización geomecánica de un macizo rocos (Callacpuma) Analizar y diferenciar las características litológicas y estratigrafías de la zona. . Realizar la caracterización geomecánica teniendo en cuenta los parámetros del RMR de Bieniawski. así mismo el consumo de combustible. entre otros. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Disminuir el tiempo de recorrido. Al ser Callacpuma un lugar de recorrido turístico. así como los posibles factores causantes de la misma.OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL El objetivo principal es mejorar substancialmente las condiciones de tráfico de la red vial de la autopista Baños del Inca – Llacanora. Conservando la flora y fauna del lugar. Ofrecer seguridad y confort. Generar una fuente de trabajo para gente de la zona. así como restaurar el impacto ambiental. Dependiendo de los costos de operación. reduciremos el costo de pasaje aproximadamente en un 40 %. Limitaremos el ruido producido en su interior.HIPOTESIS Pensamos que nuestro proyecto vial reducirá en 10 minutos el trayecto Cajamarca – Llacanora. Tratar de promover el turismo en la zona. . podemos encontrar dos tipos de túneles submarinos: los excavados en mina y los prefabricados.2. TÚNELES DE BASE Son los de cota más baja y los de mayor montera.CAPITULO II – MARCO TEÓRICO 1. Una diferencia básica. 1. TÚNELES DE ALTITUD MEDIA Tienen ya una montera importante. de ahí reciben el nombre ya que atraviesan la montaña por la base (por el valle). que están normalmente situadas en lugares céntricos de las poblaciones. TIPOS DE TUNELES Existen diversos tipos de túnel ferroviario. Éstos son los necesarios para el servicio en alta velocidad ahorrándose así la necesidad de viaductos y grandes terraplenes. excavados directamente sobre el macizo rocoso.1. por las fuertes descompresiones de las rocas y por las elevadas temperaturas. Los túneles urbanos atraviesan el subsuelo de las ciudades y son necesarios para que las circulaciones ferroviarias tengan acceso a las terminales. Son los que presentan mayores dificultades por su considerable longitud. 1.3. 1. es que podemos encontrar túneles. TÚNELES DE COTA De corta longitud y característicos en los trazados de alta montaña. . A su vez. fundamentalmente por motivos económicos y/o ambientales. son de longitud media. Otra clasificación la encontramos en la localización de ambos tipos de túnel: túneles urbanos e interurbanos. Respecto a los túneles interurbanos podemos encontrar los submarinos y los que atraviesan todo tipo de formaciones montañosas. y túneles de mina. Figura 1: Clasificación de túneles respecto a la altitud 2. pero los detalles de las estructuras y las variaciones. cuando los testigos no están disponibles pero las trazas de la discontinuidades son visibles en afloramientos superficiales o en socavones exploratorios. terrenos de acarreo y tipos de rocas que se encuentran en la zona y su interrelación. de uso muy limitado en túneles). METODOS DE PERFORACION Perforación manual con barrena helicoidal (Sólo llega a 5m de profundidad. Perforación de sondeo con inyección de agua para arenas. mediciones y ensayos para obtener parámetros cuantitativos útiles al diseño ingenieril. petrología y tectónica son importantes. Palmstrom (1982) sugirió que. donde se provee un estimado cuantitativo de la calidad de la masa rocosa. limos o arcillas donde no sea importante el muestreo. Perforación mecánica con barrena helicoidal en suelos compactos. Con respecto a la clasificación geomecánica el desarrollo más importante fue el índice de Designación de la Calidad de Roca (RQD). diseño y construcción. La caracterización del macizo rocoso fundamentalmente explica el porqué de la dificultad de modelar con exactitud el comportamiento del cimiento real. CLASIFICACION DEL MACIZO ROCOSO Esta es una tarea de observación. dados por estudios de mecánica de suelos y rocas. GEOLOGIA Y GEOTECNIA Los levantamientos geológicos y los estudios geotécnicos son fundamentales en el proyecto. adaptable a casi todos los terrenos menos para la excavación de sondeos profundos en roca dura. Percusión con cable ligero. Perforación rotatoria a cielo abierto y barrenado para obtener núcleos en roca. pero la localización exacta de las interfaces y los cambios de textura y resistencia durante el avance son de gran importancia en túneles por lo que se deberá hacer exploraciones para determinar estos puntos. el RQD puede ser estimado a partir del . 4. a partir de los testigos de la perforación diamantina. 3. La información geológica se puede obtener de los mapas. La estratigrafía. donde se muestran los depósitos aluviales. son más necesarios en el caso de túneles que los amplios estudios geológicos. en donde cada región será analizada con un cambio evidente en el macizo. conocido como el conteo volumétrico de discontinuidades. (2) RQD (3) Espaciado de las discontinuidades. Bieniawski (1976) publico los detalles de una clasificación de la masa rocosa denominada sistema de Clasificación Geomecánica o Valoración de la Masa Rocosa RMR (Rock Mass Rating). Q RQD Jr Jw Jn Ja SRF Índice Q de Barton. que incluye: Longitud de la discontinuidad Abertura Rugosidad Relleno Alteración (5) Presencia de agua subterránea Según lo anteriormente expuesto.3�� Donde �� es la suma del número de discontinuidades por unidad de longitud de todas las familias de discontinuidades. definido a partir de 6 parámetros que forman 3 cuocientes: RQD: Rock Quality Designation . hace referencia a la longitud entre discontinuidades dentro de la zona a estudio. tal como una falla o cambio evidente en la composición mineralógica. es necesario dividir el macizo rocoso en estudio de regiones estructurales.número de discontinuidades por unidad de volumen. El índice RMR se basa en la determinación de cinco (5) parámetros intrínsecos del macizo rocoso: (1) Resistencia del material intacto que se obtiene mediante ensayo de carga puntual o compresión simple. (4) Condición de las discontinuidades. el índice RMR se calculara de la siguiente manera: RMR = (1) + (2) + (3) + (4) + (5) En la aplicación de este sistema de clasificación geomecánicas. La relación sugerida para masas rocosas libres de arcillas es: ���=115−3. 1. CEMENTO ARMADO Conocido como shocket. TIPOS DE MATERIALES MADERA Se utiliza. 5. PIEDRA O ROCA El pircado consiste en acomodar la roca una sobre otra tratando que no queden espacios abiertos entre ellos. 5. Cuadros rectos. dureza y maniobrabilidad. SOSTENIMIENTO DE UN TUNEL Es todo lo que sirve para contener el desprendimiento de trozos de roca y proteger al personal. por su elasticidad. PERNOS ANCLAJE . CLASES DE TERRENOS DUROS: No necesita sostenimiento. impidiendo el derrumbe de los techos y de las paredes de las labores mineras.2. se basa en lanzar el cemento preparado en alta presión a las paredes y techos de la zona que se desea sostener. Cuadros completos de madera. FRACTURADO: Requiere sostenimiento moderado. ALTERADO: Necesita sostenimiento. al disparar se deben formar arcos en el techo de la labor. Cuadros cónicos o trapezoidales. Cuadros square-set verticales e inclinados. Jn: Joint set number Jr: Joint roughness number Ja: Joint Alteration number Jw: Joint water reduction factor SRF: Stress Reduction Factor 5. estructuras de contención. 6. Para poder desarrollar un modelo geológico con claridad se tiene en cuenta las siguientes condiciones fundamentales: Claridad y precisión de los contactos litológicos y estratigráficos. La dirección de los pernos se determina de acuerdo al rumbo de las estructuras. geomorfológicas. Los procedimientos importantes que se deben tener en cuenta son: Recopilar la información geológica de campo. Caracterizar adecuadamente las estructuras. sondajes de perforación y principalmente la información de campo. Realizar los cortes geológicos y su interpretación en profundidad. estructurales e hidrogeológicas. estratigráficas. Utilizar escalas que permitan resaltar los dominios estructurales delimitados por las discontinuidades. Se instala aprovechando el tiempo de autosostenimiento. MODELO GEOLOGICO El modelo geológico del área donde se construirá cualquier estructura de ingeniería. Es fundamental delimitar lo más correctamente los elementos estructurales del macizo rocoso como: Fallas Pliegues Cruceros . Tener incidencia en las estructuras geológicas para cimentaciones. Describir y caracterizar claramente las discontinuidades. previo un plano estructural.El empernado es un tipo de sostenimiento activo. Las descripciones geológicas deben contener detalles cualitativos y cuantitativos de las rocas. El espaciamiento entre pernos varía según al volumen de bloques por sostener. Definir correctamente las propiedades físicas de la matriz y macizo rocoso. los pernos simulan grapas haciendo que la roca fija se conecte a una roca suelta. dibujados en cortes o secciones. discontinuidades y del macizo rocoso. significa la expresión geológica real del lugar con todas sus características litológicas. Para las descripciones se utilizaran las clasificaciones litológicas. que cubren un área mayor del 85 % del total y están ubicados hacia el noroeste. Los depósitos volcánicos paleógenos y neógenos se encuentran constituidos generalmente por flujos piroclásticos y de lava. las mismas que presentan fracturas. sirviendo de base de cimentación de la ciudad de Baños del Inca. Pariatambo y Yumagual. Toda la secuencia está comúnmente recubierta por sedimentos orgánicos superficiales y en algunos lugares se encuentran éstos sedimentos orgánicos dentro de las intercalaciones de los sedimentos inorgánicos. y Cajamarca (cretácico medio-superior) son principalmente calizas y lutitas. calizas y lutitas de las formaciones Chimú. GEOLOGÍA LOCAL. Estos depósitos se encuentran en una secuencia estratigráfica constantemente intercalados entre estratos de arcillas. Es una secuencia consistente de areniscas y cuarcitas con intercalaciones de horizontes lutáceos y calcáreos delgados. Esquistosidad Estratificación Diaclasas CAPITULO III . Estos corresponden al Grupo Calipuy y al Volcánico Huambos. 8. La litología más importante y persistente son los depósitos cuaternarios semiconsolidados a no consolidados. ubicadas en el cretáceo inferior. El Grupo Salas es el más antiguo. cantos rodados y arenas finas y gruesas. GEOLOGÍA REGIONAL Las características geológicas que presenta el departamento de Cajamarca. oeste. denotando faces intermitentes de la cuenca geosinclinal. arcillas limosas. se encuentran relacionadas a su origen formacional y a su tectónica. aproximadamente un 15 % del total local. La secuencia demuestra una alta influencia de facies sedimentarias lacustres . y corresponde al Paleozoico. Santa Carhuaz y Farrat. Ordovícico inferior.ESTUDIOS ESTUDIOS GEOMECANICOS 7. El Grupo Goyllarisquizga del Cretácico inferior presenta areniscas. arcillas arenosas inorgánicas con estratos y/o lentes de gravas. Chulec. Las formaciones Inca. suroeste y sur de la cuadrícula. Quilquiñan. Pulluicana. recubriendo una pequeña parte del área. Recubrimiento litológico Las rocas sedimentarias tienen una distribución cronoestratigráfica. debido a la abundancia de depósitos cuaternarios. Estructuralmente suprayace a la formación Carhuaz y subyace similarmente a la formación Inca con tendencia gradual. Hacia el tope bancos de cuarcitas blancas intercalados con lutitas grises y areniscas. Está definido que la formación Carhuaz pertenece al Valanginiano superior Hauteriviano y Barremiano del cretáceo inferior. estas son de un ambiente continental. teniendo en consideración que las características indicadas se encuentran dentro del área de estudio.1. GEOMORFOLOGÍA . FORMACIÓN FARRAT Consta de areniscas y cuarcitas blancas de grano medio a grueso. siendo más homogéneo en la parte de la entrada a Llacanora hacia Huayrapongo. 8. está constituido por dos grandes zonas litológicas: 8. estas presentan un grano fino a medio.2. Por los fósiles encontrados se le asigna su ubicación cronológica al Cretáceo inferior Muestras . confundiéndose con la formación Chimú. en algunos sectores con estratificación cruzada y marcas de oleaje como en el la parte SE de la ciudad en el Cerro Callacpuma. 10. El área de estudio. 9. FORMACIÓN CARHUAZ Es una alteración de areniscas con matices rojizos violáceos y verdosos con lutitas grises.con intermitencias aluvio-fluviales. Yace con suave discordancia a la formación Santa en infrayace similarmente a la formación Farrat. intemperizadas ligeramente a moderadamente. La descripción de cada una de las unidades litológicas se realiza a continuación. indicando así la presencia de procesos de meteorización y erosión que han tenido un efecto importante en la zona de estudio.areniscas Las areniscas son las rocas predominantes de la zona de estudio. TOPOGRAFIA La zona de investigación presenta un relieve muy accidentado en la parte del flanco derecho del anticlinal de los Baños del Inca. en función del índice de calidad “Q” y de la dimensión equivalente. De = Dimensión de la excavación (diámetro o altura en metros) / Tipo de excavación (ESR) Las dimensiones particulares que nos ocupan son de 7 metros de altura y 20 m de diámetro y en cuanto al tipo de excavación minera permanente. Se aprecian valles del tipo U. Los de origen aluvial y fluvial se presentan inconsolidados y están conformados por gravas.6 De lo anterior se deduce que las dimensiones equivalentes para la bóveda son: De (Bóveda) = 20/1.6=12. DISEÑO DEL SOSTENIMIENTO El sostenimiento requerido se aborda mediante· las recomendaciones de Barton. y cubriendo el basamento rocoso la presencia de suelos orgánicos y algunos depósitos cuaternarios. 11. se les adjudica un índice de calidad “Q” superior. 12. con algunas laderas empinadas cuyos estratos están cortando perpendicularmente al plano de las laderas. eólico. dependiendo de la formación donde nos encontremos.La zona de investigación presenta un relieve variado.5m Según RAMIREZ (1984). Asimismo existe la presencia de depósitos cuaternarios de origen aluvial. para dicho valor de Q' el sostenimiento necesario en hastiales es de la categoría 11a. con un valor de ESR = 1. Los parámetros que aplicamos para la bóveda son: . tenemos la falla Cajamarca paralela al eje del pliegue y otras fallas de dirección que disecan el eje del anticlinal. tal que para Q<10. la categoría del sostenimiento para el techo o bóveda debe ser del tipo 14° En cuanto a los hastiales. Muchas de estas unidades estructurales son las que controlan el drenaje de la zona. productos de la erosión. GEOLOGIA ESTRUCTURAL La zona de estudio pertenece a una zona paratectónica. y dado que en general son más estables que la corona o bóveda. se emplea el valor Q' = 5Q = 60. fluvial y fluvioglaciar. consiguiente a él. siendo la unidad principal el anticlinal Baños del Inca. con una pendiente de 30° .35° de noreste al sureste. 3∗9 ���=85. espaciados de 1. DATOS DE LABORATORIO RQD Calculando el RQD ���=115−3.3% RMR Valoración del RMR RMR= 4+17+10+20+10= 61 RMR = 61 ENSAYO DE CARGA PUNTUAL Por la necesidad tuvimos que agenciarnos de un laboratorio ajeno a la universidad. hormigón proyectado en espesor de 5 a 10 cm y malla electrosoldada (mallazo).3�� ���=115−3. realizamos un ensayo de carga puntual. .5 a 2 metros aproximadamente.5 a 2 metros aproximadamente. 13.6 < 15 Por lo que el sostenimiento recomendado consiste en pernos de anclaje tensados.RQD/]n = 20/12 < 10 Ancho/ESR= 20/1. hormigón proyectado en espesor de 5 a 10 cm y malla electrosoldada (mallazo). Para determinar la dureza de la roca. espaciados de 1. SOTENIMIENTO DEL TUNEL El sostenimiento recomendado consiste en pernos de anclaje tensados.42 KN. así determinamos que la dureza de la arenisca es de 7. sino también por la historia. el tiempo de recorrido Baños del Inca – Llacanora se redujo de 25 min a solo 15 min. . en el lugar encontramos pinturas rupestres que datan de hace miles de años. 3ra Hipótesis La zona es por sí un lugar turístico.14. por el momento el pasaje se mantendrá con el precio establecido. no solo por el paisaje que presenta. Establecimos una ruta de acceso al público. para promover el turismo en la zona. CONSTATACION DE HIPOTESIS 1ra Hipótesis Como fue planeado. 2da Hipótesis Debido a que los gastos de operación fueron un poco más de lo estimado. CAPITULO IV 15. DISEÑO DE PLANTA .PLANOS (PLANTA Y PERFIL) . existen varias empresas dedicadas a los sectores económicos desde el sector de extracción (agregado de rio y de cerro) hasta del sector de servicios (como el recreo campestre la Querencia que aprovecha una terraza aluvial para asentarse). que nos indica macizos de calidad buena y muestra que los macizos rocosos se encuentran en una calidad buena. Las personas de la zona ayudaron mucho en la elaboración del proyecto. Las demás geoformas son utilizadas mayormente para el sembrío y pastoreo. Además encontramos unidades agradacionales en los sectores bajos de la zona que contienen el resultado del transporte y depositación. areniscas ferruginosas y lutitas grises de la formación Carhuaz. Se redujo el tiempo de recorrido en 10 min. También generamos un circuito de caminata. para promover el turismo en esta zona. las cuales son rocas entre moderadamente a altamente duras. depósitos aluviales (q-al). La zona de investigación presenta un relieve variado. un RMR entre 60. está influenciado por el tipo de roca que poseen estas formaciones existentes en la zona. . Los depósitos encontrados en la zona fueron: depósitos fluviales (q-fl). La zona de investigación está constituida litológicamente por areniscas de grano medio de la formación Farrat. depósitos coluviales. generó una gran mejora en cuanto al tránsito vehicular de la zona y puso fin a los problemas que aquejaban a la población. lo cual generó más empleos en la localidad.CAPITULO IV CONCLUSIONES La creación de este proyecto.y depósitos lagunares (qla). en donde la formación farrat presenta una topografía más escarpada que la formación Carhuaz por su composición litológica que son areniscas y son más resistentes a la erosión Encontramos relieves sedimentarios producto de la constante erosión.72. Se pueden encontrar depósitos de interés económico en la zona. lupa. Portar documentos de identidad. para que podamos ver las vías accesibles a esta. picota. tales como GPS. Antes de ir a la zona de estudio es necesario analizar mapas preexistentes de la zona. bolsas para muestras en buen estado.RECOMENDACIONES Informarse previamente sobre las características tanto climáticas como geográficas de la zona. además de la desconfianza por parte de los pobladores hacia los estudios geológicos por diversos problemas mineros. brújula. acido. rayador. ya que más del 60% de la zona de estudio son propiedades privadas y el ingreso es restringido. . Llevar todos los materiales necesarios para realizar el estudio. con lo que respecta al GPS y brújula deben estar calibrados. com/2012/10/visita-de-campo-al-caseriode. Análisis de Estabilidad en Macizos Rocosos Aplicando el Criterio de Rotura de Hoek y Brown .todopatrimonio. . 107 p. L. M.pe/Boletines/SerieB/00010B/files/00010b.calameo.com/read/0008201290381c003eea7 http://es.L.pe/sites/default/files/GEOLOGIA. 715 p. 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