ANEXO 3.1.2.2 PROPIEDADES FISICO-MECANICAS EIA Desvío Playa Lobería ANEXO 3.1.2.3 RESULTADOS DE LABORATORIO EIA Desvío Playa Lobería 1.0 PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DE LAS UNIDADES LITOLÓGICAS Y CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN 1.1 INTRODUCCIÓN En el proceso de la evaluación de campo de los aspectos de la geología aplicada, se requiere cuantificar cada una de las propiedades y o magnitud de los procesos, incluso de manera adelantada, es decir sin disponer de parámetros referenciales de laboratorio, por tanto de no existir tablas o patrones de referencia existe el peligro de incurrir en criterios subjetivos y poco sistemáticos. Para el presente caso del estudio del trazo del gasoducto, frente a la gran variedad de suelos y rocas y la diversidad de los agentes de la naturaleza que condicionan su estado físico mecánico entre otras propiedades, fue necesario recurrir a dichos patrones como criterios guía. En la descripción de las características geológicas y de geología aplicada del informe principal, no resultó práctico acompañar los aspectos teóricos ni las numerosas tablas, prefiriéndose mas bien a la presentación en documento aparte. En este anexo se adjuntan los cuadros empleados en la ciencia geológica y la geología aplicada. Su propósito es sistematizar los criterios, mas no restringir los muchos otros criterios usados en ingeniería. 1.2 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS 1.2.1 ROCA BASAMENTO Las principales características de las rocas y las propiedades físico-mecánicas de significado en la evaluación de las condiciones geológicas y de geológica aplicada, son descritas a continuación: 1.2.1.1 Origen Las rocas por su origen pueden ser clasificadas en: sedimentarias, metamórficas e ígneas, a su vez estas últimas se dividen en extrusivas o volcánicas e intrusivas o plutónicas. En el cuadro 1 se sintetiza dicha clasificación y se consigna información sobre algunas propiedades índices. EIA Desvío Playa Lobería Anexo 3.1.2.2-1 1.2.1.2 Litología La nomenclatura de las rocas más comunes y entre ellas las que afloran en la franja de estudio también se encuentra en el cuadro 1. Cuadro 1 Clasificación de las Rocas por su Origen, Variedades Litológicas y sus Propiedades Físico Mecánicas. Tipo de Roca Intrusivas Ígneas Extrusivas Sedimentarias Metamórficas Litología Peso Específico (t/m3) Diorita 2,65 – 2,85 Tamaño de Granos (mm) 1,5 – 3 Factor de Esponjamiento (%) 1,50 Resistencia a la Compresión Simple (MPa) 170 – 300 Gabro 2,85 – 3,2 2 1,60 260 – 350 Granito 2,7 0,1 – 2 1,60 200 – 350 Andesita 2,7 0,1 1,60 300 – 400 Basalto 2,8 0,1 1,50 250 – 400 Riolita 2,7 0,1 1,50 50 – 120 Traquita 2,7 0,1 1,50 330 Conglomerado 2,6 2 1,50 140 Arenisca 2,5 0,1 – 1 1,50 160 – 255 Lutita 2,7 < 0.004 1,35 70 Caliza 2,6 1–2 1,55 120 Dolomita 2,7 1–2 1,60 150 Gneis 2,7 2 1,50 140 – 300 Mármol 2,7 0,1 – 2 1,60 100 – 200 Cuarcita 2,7 0,1 – 2 1,55 160 – 220 Esquisto 2,7 0,1 – 1 1,60 60 – 400 Serpentina 2,6 --- 1,40 30 – 150 Pizarra 2,7 0,1 1,50 150 1.2.1.3 Dureza Es la resistencia de la superficie de un cuerpo a la penetración de otro de mayor dureza. Para la clasificación de las rocas se utiliza el método de la indentación, que consiste en medir en el laboratorio la profundidad de penetración de una punta con una determinada fuerza y en una superficie pulida. Las rocas se clasifican por su dureza por medio de la escala de Mohs tal como se refleja en el cuadro 2, donde a su vez se establece una correlación entre la dureza y la resistencia a la compresión simple de las rocas. Cuadro 2 Escala de Dureza de las Rocas Clasificación Muy dura Dura Medio dura Medio blanda Blanda Muy blanda EIA Desvío Playa Lobería Dureza MOHS +7 6–7 4,5 – 6 3 – 4,5 2–3 1–2 Resistencia a la Compresión Simple (MPa) + 200 120 – 200 60 – 102 30 – 60 10 – 30 - 10 Anexo 3.1.2.2-2 1.2.1.4 Resistencia Es la propiedad mecánica de la roca de oponerse a su destrucción bajo una carga exterior estática o dinámica. Dicha resistencia depende fundamentalmente de su composición mineralógica y además del tamaño de sus granos o cristales, a menudo la resistencia disminuye con el aumento de los granos aunque también intervienen las fuerzas de cohesión intercristalina, la porosidad y la anisotropía. En la figura 1 se indican los intervalos frecuentes de resistencia a la compresión de los diversos tipos de roca. Resistencias a la Compresión Simple más Frecuente de los Diferentes Tipos de Rocas RCS Mpa Rocas Metamórficas Gneis - Esquistos Doleritas 400 Pedernal 350 Basaltos – Dioritas – Granitos Andesitas Cuarcitas Areniscas 250 300 Pizarras Mármoles Calizas - Dolomitas 200 Lutitas 150 Margas 100 Arcillas < 25 50 Rocas Igneas Tobas Rocas sedimentadas Gabro Figura 1 Fuente: Instituto Tecnológico Geominero de España (1994) De los cuadros anteriores se colige que las rocas del basamento rocoso presentarán parámetros de resistencia a la compresión simple entre 250-25 Mpa. Y por la influencia de la alteración y fracturamiento, la dureza de las rocas estará en el rango de duras a medio blandas. EIA Desvío Playa Lobería Anexo 3.1.2.2-3 Vale advertir que, en mecánica de rocas, para medir los parámetros de resistencia, es común el uso de la unidad de kg/cm2. Sin embargo el uso convencional en mecánica de rocas y suelos emplea la unidad de MPa (Mega Pascales). Un Mega Pascal equivale a 10,203 kg/cm2. 1.2.1.5 Elasticidad Según la Ley de Hooke, la mayoría de rocas se destruyen cuando las tensiones superan el límite de elasticidad. Las propiedades elásticas se caracterizan por el módulo de elasticidad “E” y el Coeficiente de Poisson “”. Según el carácter de deformación se consideran tres grupos de rocas: las elasto-frágil, las plasto– frágiles y las altamente plásticas o porosas (ver figura 2). En cuanto a sus propiedades elásticas estas se caracterizan por su condición de rocas plástico frágiles. Figura 2 Curvas de Tensión-Deformación de Diferentes Tipos de Roca 300 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN, (MPa) B 250 ROCAS ELASTICO-FRAGILES 200 C B 150 ROCAS PLASTICO-FRAGILES 100 C' ROCAS PLASTICAS Y MUY POROSAS 50 0 0 10 20 30 40 DEFORMACION, mm (x10 DEFORMACIÓN, mm )( x 106) EIA Desvío Playa Lobería 50 60 6 Anexo 3.1.2.2-4 1.2.1.6 Abrasividad Abrasividad, es la capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de otro cuerpo más duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento. Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son los siguientes: La dureza de los granos constituyentes de la roca. Las rocas que contienen granos de cuarzo son sumamente abrasivas. La forma de los granos. Los más angulosos son más abrasivos que los redondeados. El tamaño de los granos La porosidad de la roca da lugar a superficies de contacto rugosas con concentraciones de tensiones locales. La heterogeneidad. Es una propiedad de las rocas poliminerales, aunque éstos tengan igual dureza, son más abrasivas, pues van dejando superficies ásperas con presencia de granos duros, por ejemplo, los granos de cuarzo en un granito. Esta propiedad influye mucho en la vida de los accesorios de perforación. La mayoría de las rocas que afloran en el trazo del gaseoducto son abrasivas. 1.2.1.7 Textura La textura de una roca se refiere a la estructura de los granos de minerales constituyentes de ésta. Se manifiesta a través del tamaño de los granos, forma, la porosidad, etc. todos estos aspectos tienen una influencia significativa en el rendimiento de la perforación. En cuanto a la porosidad, aquellas rocas que presentan una baja densidad y son consecuentemente más porosas tienen una menor resistencia a la trituración y son más fáciles de perforar. 1.2.1.8 Estructura Las propiedades estructurales de los macizos rocosos, tales como esquistosidad, planos de estratificación, juntas, diaclasas y fallas, así como el rumbo y el buzamiento de éstas afectan a la linealidad de los barrenos, a los rendimientos de perforación y a la estabilidad de las paredes de los taladros. En la Figura 3 se clasifican los macizos rocosos a partir del espaciamiento entre juntas y la resistencia del material rocoso. EIA Desvío Playa Lobería Anexo 3.1.2.2-5 Figura 3 Clasificación de los Macizos Rocosos A B C D = = = = Roca resistente Roca media Roca blanda Roca muy blanda De acuerdo a la figura anterior las rocas involucradas con el trazo, por el grado de espaciamiento de fracturas y su resistencia se encuentran en el rango de rocas de resistencia media a blanda. 1.2.1.9 Grados de Alteración, Dureza y Fracturamiento de la Roca En los siguientes cuadros 3, 4 y 5, se proporciona criterios comparativos para estimar cada una de las propiedades de alteración, dureza y fracturamiento de las rocas. EIA Desvío Playa Lobería Anexo 3.1.2.2-6 Cuadro 3 Clasificación Utilizada para Elaborar el Grado de Alteración de la Roca Alteración Clasificación Sana o fresca No se observa ningún signo de alteración en el material rocoso, quizás ligera decoloración sobre superficies de discontinuidades principales. Ligera La decoloración indica alteración del material rocoso y superficie de las discontinuidades. El material rocoso descolorido extremadamente es más débil que en su condición sana. Moderada Menos de la mitad del material rocoso esta descompuesto y/o desintegrado a un suelo. Aun se encuentran restos de roca fresca y/o decolorada, formando un esqueleto discontinuo. Muy alterada Más de la mitad del material rocoso está descompuesto y/o desintegrado a suelo. Aún se encuentran algunos núcleos de roca fresca y/o decolorada, formando un esqueleto discontinuo. Completamente alterada Cuadro 4 Todo el material rocoso está descompuesto y/o desintegrado a suelo. La estructura original del macizo es aún en gran parte reconocible. Clasificación Utilizada para Estimar el Indice de Dureza de la Roca Clasificación Muy dura Dura Identificación El martillo produce solamente descarillado de la muestra. Sonido metálico del golpe. El espécimen es fracturado con muchos golpes del martillo Medianamente Dura El espécimen requiere mas de un golpe de martillo para ser fracturado. Ligeramente suave No se puede raspar o descarillar con un cuchillo de bolsillo. El espécimen puede ser fracturado con un solo golpe firme de martillo Débil o suave Se descarilla con dificultad con un cuchillo de bolsillo; indentado poco profundo con golpes firmes con la punta del martillo del geólogo. Muy débil Se descompone con golpes firmes con la punta del martillo de geólogo. Puede ser descarillado con un cuchillo de bolsillo. Cuadro 5 Clasificación Utilizada para el Grado de Fracturamiento de la Roca Clasificación Fracturas F/m/l Espaciamiento de Fracturas (m) Masiva <2 > 2,00 Poco fracturada 2–5 0,60 – 2,00 Moderadamente 6 - 10 0,20 – 0,60 Muy fracturada 11 – 20 0,06 – 0,20 Fragmentada > 20 < 0,06 EIA Desvío Playa Lobería Anexo 3.1.2.2-7 1.2.2 DEPÓSITOS CUATERNARIOS 1.2.2.1 Origen La identificación de la génesis de los depósitos cuaternarios tiene especial importancia en el proceso de los levantamientos geológicos de campo, porque la gran mayoría de obras civiles como carreteras, presas, canales, etc. así como los asentamientos humanos se fundan sobre los suelos, cuya génesis está relacionada a los procesos que acompañaron a la formación de uno u otro tipo de suelo, agentes que intervinieron en su traslado, condiciones de acumulación, adopción de su morfología y relieve. En otros casos, la identificación genética de los depósitos cuaternarios es un buen indicador para la búsqueda de los materiales de construcción, ya sea para suelos finos, agregados para concreto, enrocados, afirmado de carreteras, etc. Los depósitos cuaternarios según su génesis pueden ser diferenciados en un gran número de suelos, en el presente trabajo se proponen los siguientes tipos fundamentales: La falta de un sistema unificado de clasificación de los depósitos cuaternarios, pese a su importancia en las investigaciones geológicas y el desarrollo de la ingeniería del país, es un tema en discusión y pese a los reiterados intentos para su unificación, prima la diversidad de criterios y opiniones. La clasificación utilizada en el presente trabajo está orientada hacia la geología aplicada, aprovechando los aportes del sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), conseguido en la Ingeniería Civil especialmente en lo concerniente a la clasificación granulométrica. En el cuadro 7 se resumen los principales tipos genéticos identificados en el estudio. 1.2.2.2 Clasificación Granulométrica Uno de los criterios más frecuentemente empleados para la clasificación de los suelos en ingeniería es aquel establecido como el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). En el cuadro 6 se consigna información sobre los tamaños comúnmente admitidos en mecánica de suelos para las fracciones finas y gruesas, además de otras características del grupo de suelos, símbolos, elementos de comparación del tamaño, etc. Los símbolos empleados por el SUCS para los diferentes tipos de suelos básicos provienen de las letras iniciales de sus nombres en inglés (ejem: sand = s, clay = c, etc). Aquí conviene puntualizar que, debido a que los fragmentos rocosos mayores a 3” ó 76 mm no tienen simbología ni tamices para su clasificación y porque resulta impracticable realizar muestreos para el análisis de laboratorio; por lo tanto es muy importante la descripción en campo de los fragmentos “sobredimencionados”, de no ser así se incurre en clasificaciones no representativas, con la consiguiente distorsión de las características litológicas y propiedades ingenieriles del suelo bajo análisis. EIA Desvío Playa Lobería Anexo 3.1.2.2-8 Cuadro 6 Divisiones Algunas Características Granulométricas de Suelos y Fragmentos Rocosos para su Identificación en Campo Sub División Grupo Muy orgánico Turba Pt --- Orgánicos O Muy finos Limos M 0.074 – 0.004 Distinguible con lupa, ligeramente áspero al tacto, ligeramente cohesivo Arcilla C < 0.004 Cohesivos a muy cohesivos, plástica en estado húmedo Finos FINOS Símbolo Bolos Bloques EIA Desvío Playa Lobería --- Visual, colores oscuros < N° 200 Polvo de cemento Grano de arveja 2.00 – 0.425 Visible, tamaño mensurable N° 10 a N° 40 Grano de quínua Fina 0.425 – 0.74 Visible, áspero al tacto N° 40 A N° 200 Polvo Gruesa 75.00 – 19.05 Mensurable 3” a ¾” Uva – manzana 19.05 – 4.75 Mensurable ¾” a N° 4 Grano de maíz Tamaños mayores a 3”. Su granulometría sale fuera del SUCS. Su evaluación visual es importante. Naranja, melón Media S G Menuda DE ROCA Comparación N° 4 a N° 10 Grava FRAGMENTOS Visual, colores oscuros, fétidos Separado por Tamices ASTM Visible, tamaño mensurable Gruesos Cantos Determinación en Campo Visual o el Tacto 4.75 – 2.00 Gruesa Arena Tamaño de la Partícula (mm) No tienen grupo ni símbolo definido en la clasificación unificada de suelos. Se asume como fragmentos sobredimensionados 7.6 cm (3”) y < 30 cm 30 cm y < 1 m Si el contenido es mayor al 5% del volumen de la masa, se debe describir sobre sus formas, dimensiones, constitución, etc., y complementar a los resultados de laboratorio Sandía >1m Anexo 3.1.2.2-9 Cuadro 7 Relación de los Principales Tipos Genéticos de Depósitos Cuaternarios N° Denominación Genética Índice 1 Depósitos aluviales Q-al Corrientes de agua de principales ríos 2 Depósitos proluviales Q-pl Corrientes temporales de aguas de lluvia 3 Depósitos deluviales 4 Depósitos coluviales 5 Depósitos lacustrinos Depósito glaciar Depósito fluvio-glaciar Depósitos eólicos 6 7 8 Q-dl Q-cl Q-la Q-gl Principales Agentes Formadores Erosión Gravedad Lluvias Viento Intemperismo Gravedad Movimientos telúricos Toppling Represamientos naturales Decantación de finos en aguas tranquilas Deshielos Cambios climáticos Características Lito-estratigráficas Sinónimos más frecuentes Fluvial Fragmentos rocosos heterométricos (arenas, cantos, bolos, etc.) transportados por la corriente de los ríos a grandes Fluviatil distancias en el fondo de los valles y depositados en forma de terrazas o playas Deltaicos de río Aluviones Fragmentos rocosos heterométricos (cantos, bolos, bloques, etc.), con relleno limo arenoso-arcilloso depositado en Huaycos el fondo de valles tributarios y conos deyectivos en la confluencia con el río. Material arrastrado y lavado por la Flujos de lodo lluvia Cascajales Lloclla Derrubios de ladera Capas de suelo fino y arcillas arenosas con inclusiones de fragmentos rocosos pequeños a medianos, que se Coluviales depositan y cubren las laderas de cerros, con taludes suaves a moderados. Pedregales Conos de derrubio Bloques rocosos angulosos heterométricos, acumulados al pie de taludes escarpados, en forma de conos. Los Coluviones bloques angulosos más gruesos se depositan en la base y los tamaños menores disminuyen gradualmente hacia el Talus ápice. Carecen de relleno, son sueltos sin cohesión. Taludes de reposo poco estables Pedregales Sedimentos muy finos arcillo-limosos a veces con intercalaciones de lentes areno-gravosos. Estratificado en capas Lagunales muy finas denominadas “varves”. También ocurren intercalaciones con lentes orgánicos. Lacustres Morrenas de fondo, laterales y frontales, constituidas por bloques rocosos heterométricos, subredondeados, Morrenas rellenados por arcilla-limosa-arenosa. Tillitas Q-fgl Ríos glaciáricos Depósitos granulares: Cantos y gravas redondeadas acumuladas en grandes llanos o deltas fluvio glaciares. Q-eo Viento Depósitos detríticos formados por acumulaciones de arena en los desiertos y playas en forma de dunas, barjanas, Loess etc. Solifluxción Cualquier tipo de suelo cuaternario que ha sufrido movimiento o proceso de reacomodo lento o escurrimiento Suelos reptantes rápido y bajo el influjo de la fuerza de la presión de carga por hidratación Avalanchas Acumulaciones de restos orgánicos como conchuelas (coquina), turberas (champa) que cubren por ejemplo lagos Coquina, turberas, suelos colmatados. hidromorfos, ojonales, bofedales 9 Depósitos de deslizamiento Q-ds 10 Depósitos biogénicos Q-bi 11 Depósitos quimicogénicos Q-qm 12 Depósitos marinos Q-ma 13 Depósitos antropógenes Q-an EIA Desvío Playa Lobería Reptación de suelos Saturación del suelo Movimientos telúricos El agua El Clima Acción química bajo influencia del agua El clima Aportes aluviales Acción de las olas Variaciones del nivel del mar El Hombre Glacís Acumulación de sales sulfatadas, cloradas y ácidos carbónicos silicatados, producto de procesos solución y Suelos sublimados sedimentación, bajo la influencia de la evaporación, del enfriamiento. Depositados en deltas, playas, lagos, Depósitos de cantos rodados y gravas, con relleno areno limoso, formando terrazas o tablazos Terrazas marinas Depósitos generados por el hombre sin intervención de procesos de transformación industrial: Ruinas, desechos, coprolitos, etc. Anexo 3.1.2.2-10 N° 14 Denominación Genética Depósitos tecnógenos Índice Q-te EIA Desvío Playa Lobería Principales Agentes Formadores El Hombre Características Sinónimos más Lito-estratigráficas frecuentes Depósitos generados por el hombre mediante procesos de transformación industrial: Depósitos de relaves, Canchas de relave depósitos de desecho industrial, escorias, canchas de minerales, etc. Basurales. Anexo 3.1.2.2-11 1.2.2.3 Grado de Plasticidad Los suelos que servirán de sustento a las obras se caracterizan por su constitución predominantemente limo arenosos y de moderada plasticidad. En estado seco los suelos son duros, difíciles de penetrar con la uña; pero en estado húmedo son blandos. Cuadro 8 Términos para la Descripción del Grado de Plasticidad de Suelos Finos y Suelos con Fracciones de Gruesos Índice de Plasticidad (%) Término No plásticos Tipos de Suelo Debajo de 1 Limos arenosos, gravosos (SM) Ligeramente plásticos 1–7 Limos de baja plasticidad (ML) Moderadamente plásticos 7 – 17 Limos y arcillas moderadamente plásticos (ML, CL, OL) Altamente plásticos 17 – 35 Limos y arcillas orgánicas e inorgánicas Extremadamente plásticos Sobre 35 De alta plasticidad (MH, CH, OH) 1.2.2.4 Consistencia de los Suelos Cuadro 9 Pruebas de Campo para Determinar la Consistencia de los Suelos Arcillosos e Inferir Algunos Parámetros Termino Muy blando Suave Firme Tieso Muy tieso Duro Ensayo de Campo La masa se escurre entre los dedos cuando se le empuña Puede ser moldeado con ligera presión de los dedos Puede ser moldeado con fuerte presión de los dedos No puede ser moldeado con los dedos, puede ser punzado con el dedo pulgar Puede ser penetrado con la uña del dedo pulgar Difícil de penetrar No. Golpes SPT Densidad Húmeda (gr/cm²) Resist. al Corte (kg/cm²) <2 1,44 – 1,60 0 – 0,25 2–4 1,60 – 1,76 0,25 – 0,5 4–8 1,76 – 1,92 0,5 – 1,0 8 – 15 1,92 – 2,08 1,0 – 2,0 15 – 30 2,08 – 2,4 2,0 – 4,0 > 50 > 2,00 > 4,0 1.2.2.5 Clasificación de los Suelos según su índice de Permeabilidad Los suelos Morrénicos por sus propiedades de permeabilidad se encuentran generalmente en el rango de impermeables a moderadamente permeables, mientras que los suelos de origen aluvial y proluvial son altamente permeables. En el cuadro 10 se proporcionan ciertos rangos de permeabilidad de los suelos. EIA Desvío Playa Lobería Anexo 3.1.2.2-12 Cuadro 10 Clasificación de los Suelos según su Indice de Permeabilidad Coeficiente de Permeabilidad K = cm/s Superior a 10-1 Grado de Permeabilidad Elevada Tipo de Suelo Suelos gravosos, limpios sin relleno Media 10 – 10 -3 Baja 10 – 10 -5 Limos orgánicos, mezcla de arena y arcilla Muy baja 10 – 10 -7 Till glacial, arcillas estratificadas -1 -3 -5 Impermeable Menor a 10 -7 Arenas muy finas Arcillas pesadas, debajo del horizonte descomprimido En el cuadro 11 se resume las propiedades ingenieriles de significado práctico para los objetivos del proyecto. Cuadro 11 Resumen de Algunas Propiedades Ingenieriles de Suelos Propiedad Grava y Arena Limos Arcilla Orgánicos Muy alta a alta Bajo Muy bajo a impermeable Muy alto a muy bajo Despreciable Alta Muy alta Baja a alta Susceptibilidad de congelamiento Nula a baja Alta Alta Baja a alta Susceptibilidad de licuefacción Nula a alta en arenas finas Alta Ninguna Alta Alto a moderado Moderado a bajo Alto a muy bajo Muy bajo Ninguna Ninguna Baja a muy alta Como para arcilla Arenas cementadas Depósito de loes Arcillas porosas No aplicable Baja a moderada Moderada Moderada a alta Muy alta Ninguna Ligera Grande Ninguna a grande Baja Muy difícil Moderada a alta requiere control de humedad No aplicable Expansión por humedad Ninguna Ninguna Moderada a muy alta Ligera Encogimiento por secado Ninguno Ligero Moderado a muy alto Alto a muy alto Propiedades Hidráulicas Permeabilidad Capilaridad Esfuerzo de ruptura Esfuerzos relativos Sensibilidad Colapsibilidad Deformabilidad Expansión (con carga moderada) Retardo de la deformación Compactibilidad EIA Desvío Playa Lobería Anexo 3.1.2.2-13