investigación geotécnica en la etapa de ingeniería de detalle para

IX CONGRESO CUBANO DE GEOLOGÍA (GEOLOGIA´2011)
Geomorfología, Carso, Hidrogeología e Ingeniería Geológica
GEO5-P3
INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA EN LA ETAPA DE INGENIERÍA DE
DETALLE PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UNA PLANTA DE FERRONÍQUEL
Tatiana Ricardo Pupo, Yoni Figueroa Guerrero, Carlos Leyva Peña, Félix Quintas
Caballero, José Manuel Cordovez Pedrianes
GEOCUBA Oriente Norte, Agencia Investigaciones Regionales, Carretera Central Esquina a Martí # 22,
Holguín, Cuba. E-mail: [email protected]
RESUMEN
El proyecto de construcción de una Planta de Ferroníquel en las inmediaciones de un antiguo yacimiento de
níquel en el municipio Moa, provincia Holguín, exigió un estudio ingeniero geológico detallado.
La formación geológica que sustentará la construcción, de origen ultrabásico, con una génesis extremadamente
diferencial en su composición química y mineralógica crea las condiciones para una gran variabilidad en las
condiciones físico-mecánicas de las rocas y el suelo, acentuadas por la actuación de procesos físico-geológicos
muy severos en la región, fundamentalmente la meteorización y otros de carácter hidrogeológico.
Como si lo anterior no fuera suficiente, la base de las futuras cimentaciones se encuentra, en casi su totalidad,
removidas por las acciones de laboreos mineros.
Para esta situación compleja, esta contribución expone un estudio ingeniero-geológico, por etapas, con un
complejo de métodos directos e indirectos ajustado a las condiciones del terreno, a la falta de regularidad y
homogeneidad de los procesos y sus efectos en la elevada rugosidad del relieve del estrato resistente.
Este complejo de métodos incluyó:
• Recopilación de la información disponible: Mapas y estudios geotécnicos anteriores.
• Procesamiento de la información geológica y geomorfológica utilizando el MDT.
• Trabajos Geofísicos: Se aplicaron métodos geoeléctricos (SEV, PES, Tomografía eléctrica) y sísmica
de refracción somera.
• Trabajos de perforación: Calicatas, muestreo, ensayos de laboratorio y penetración estándar.
• Trabajos hidrogeológicos en las calas y determinación del quimismo y agresividad al hormigón.
Se propone este trabajo, en su concepción e integración de los métodos empleados, como una propuesta para
el acometimiento de futuras investigaciones ingeniero-geológicas en condiciones complejas similares.
ABSTRACT
The project of construction of a Plant of Ferronickel in the vicinity of an old nickel location in the municipality
Moa, county Holguin, demanded a study detailed geologic engineer.
The geologic formation that will sustain the construction, of origin ultrabasic, with an extremely differential
genesis in its chemical composition and mineralogical believes the conditions for a great variability in the
physical-mechanical conditions of the rocks and the floor, accentuated by the performance of very severe
physical-geologic processes in the region, fundamentally the elements and others of character hydrogeological.
As if the above-mentioned was not enough, the base of the future foundations is, in almost its entirety, removed
by the actions of works you miners.
For this complex situation, this contribution exposes an engineer-geologic study, for stages, with an adjusted
complex of direct and indirect methods to the conditions of the land, to the lack of regularity and homogeneity of
the processes and its effects in the high ruggedness of the relief of the resistant stratum.
This complex of methods included:
" Summary of the available information: Maps and studies previous geotechnician.
" Prosecution of the geologic information and geomorphology using the MDT.
" Geophysical works: Methods geo-electrical were applied (SEV, PES, electric Tomography and seismic of
shallow refraction.
" Perforation works: Calicata, sampling, laboratory rehearsals and standard penetration.
CUARTA CONVENCIÓN CUBANA DE CIENCIAS DE LA TIERRA, GEOCIENCIAS´2011.
Memorias en CD-Rom, La Habana, 4 al 8 de abril de 2011. ISBN 978-959-7117-30-8
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" Works hydrogeological in the creeks and determination of the chemical and aggressiveness to the concrete.
He/she intends this work, in their conception and integration of the used methods, like a proposal for the attack
of future engineer-geologic investigations under similar complex conditions.
INTRODUCCIÓN
Para la construcción de las instalaciones propias de la Planta de Proceso se realizó el estudio
geotécnico de la zona de emplazamiento de la misma con el objetivo de determinar las condiciones
ingeniero-geológicas del área seleccionada, evaluando un conjunto de variables geotécnicas y
constructivas.
Los principales elementos incluidos en el estudio son:
Hidrogeología (Caracterización de los acuíferos presentes y quimismo de las aguas)
Geología (Principales estructuras tectónicas y litologías presentes en el área)
Geotecnia (Determinación de las Propiedades físico-mecánicas de suelos y rocas)
MATERIALES Y MÉTODOS
Características físico-geográficas.
El área de estudio forma parte del grupo orográfico Sagua-Baracoa, lo cual hace que el relieve sea
predominantemente montañoso, principalmente al sur. Hacia el norte el relieve se hace más suave,
disminuyendo gradualmente hacia la costa.
La red fluvial está representada principalmente por el río Moa y sus afluentes. La fuente de
alimentación principal de estos ríos y arroyos, son las precipitaciones atmosféricas, desembocando
las arterias principales en el Océano Atlántico, formando deltas cubiertos de sedimentos palustres y
vegetación típica de manglar.
El clima desde el punto de vista regional, es tropical con abundantes precipitaciones, estando
estrechamente relacionadas con el relieve montañoso que se desarrolla en la región y la dirección de
los vientos alisios provenientes del Océano Atlántico cargado de humedad.
La vegetación se caracteriza por la existencia de bosques de Pinus cubensis en las cortezas
lateríticas y donde hay menores potencias de las mismas, matorrales espinosos, típicos de las rocas
ultramáficas serpentinizadas. Las zonas bajas litorales, están cubiertas por una vegetación costera
típica, destacándose los mangles.
Para la caracterización desde el punto de vista regional del territorio, se consultaron los trabajos de
Iturralde-Vinent (1983, 1990), Lewis et al (1990), Morris (1990), Campos (1991), Rodríguez (1983,
1998). El área de estudio se relaciona, desde el punto de vista regional, al desarrollo de sistemas de
arcos insulares y cuenca marginal durante el mesozoico, y a su extinción a fines del Campaniano
Superior-Maestrichtiano. Debido a procesos de acreción tectónica, se produce la obducción del
complejo ofiolítico, según un sistema de escamas de sobrecorrimiento, sobre el borde pasivo de la
Plataforma de Bahamas.
Desde el punto de vista morfotectónico, el área se encuentra ubicada hacia la zona de contacto de los
Bloques Cabaña y Moa, según la clasificación de Rodríguez, 1998. La litología está representada por
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rocas del complejo máfico y ultramáfico de la secuencia ofiolítica, sobre las cuales se ha desarrollado
un relieve de montañas bajas de cimas aplanadas ligeramente diseccionadas.
Volumen y metodología de los trabajos
En el levantamiento ingeniero-geológico se utilizaron los modelos de documentación normalizada de
González Vallejo, 2003; modificada y la documentación normalizada para las capas de suelos (laterita
y saprolita) creada por la Agencia de Investigaciones Regionales.
El trabajo se dividió en seis etapas:
Primera etapa: Recopilación de toda la información disponible: Mapas, estudios geotécnicos
anteriores, información acumulada en los archivos tanto del cliente como de otras instituciones. Esta
información fue procesada y depurada de la información inicial.
Segunda etapa: Procesamiento de la información geológica y geomorfológica utilizando el MDT. Con
este procesamiento se precisó el cuadro geológico de la zona y las principales coberturas que
tributan a los estudios geotécnicos.
Tercera etapa: Levantamiento geológico, geomecánico, perforación, muestreo, ensayos de
laboratorio y pruebas in situ para evaluar la resistencia de los suelos y determinar las propiedades
físico- mecánicas.
Cuarta etapa: Modelación de las estructuras y suelo para el análisis de los cimientos y los taludes en
la plataforma de cimentación.
Quinta etapa Procesamiento de la información y obtención de los mapas geotécnicos de superficie y
techo de la roca.
Sexta etapa: Confección del Informe Final
El levantamiento geológico se realizó por los perfiles siguiendo las estacas de la red 50 x 50,
describiéndose todas las características tacto visuales de los suelos y rocas, con amarre en las
estacas.
Dada la alta aflorabilidad de las rocas del basamento y de los distintos tipos de suelos, se realizó un
estudio con gran detalle, obteniendo la caracterización de los principales parámetros geomecánicos,
así como la fracturación, el tamaño de los bloques, la resistencia de la matriz rocosa, el grado de
meteorización de la roca, la presencia o no de circulación del agua por las grietas; las características
de la superficie de las grietas, su grado de continuidad, su espaciamiento y el grado de abertura de
las mismas, teniendo en cuenta si estaban rellenas o no. En las secciones y afloramientos se tomaron
fotos de lugares de interés.
Fueron seleccionadas dos secciones en uno de los taludes, a las que se les hizo la caracterización
detallada. Para la selección de secciones geomecánicas se tuvo en cuenta que los cortes geológicos
fueran representativos de las características geológicas del territorio investigado. Además se
levantaron desde el punto de vista geomecánico todos los taludes y afloramientos localizados en el
área.
Se obtuvo además el mapa de rugosidad del fondo rocoso y el mapa geológico del fondo rocoso los
que sirvieron de base para obtener diversos mapas Ingeniero-geológicos.
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Fueron tomadas muestras para el estudio de las propiedades físico-mecánicas de los testigos de los
pozos de perforación.
En el estudio de los suelos (corteza de meteorización), se tuvo en cuenta su espesor, tipo, color,
humedad y plasticidad, dividiéndola en tres capas de suelo según las observaciones tacto visuales y
las propiedades físicas de los mismos.
RESULTADOS
Como resultado se ofrecen las características de los suelos y la roca madre; tipo de roca
serpentinítica de acuerdo a la fábrica que presentan, potencia y características tacto visuales de los
distintos tipos de suelos, así como características geomecánicas y geotécnicas de las capas
ingeniero-geológicas de acuerdo a los ensayos físico -mecánicos ejecutados y observaciones de
campo, así como el mapa geológico de la superficie.
Se obtuvieron los mapas del relieve de la superficie de la roca madre (basamento de la corteza de
intemperismo), el mapa del espesor del suelo y el mapa de rugosidad del fondo rocoso los que
sirvieron de base para obtener diversos mapas Ingeniero-geológicos.
Se obtuvo además el mapa de dureza de la roca (FKP), el de profundidad del manto freático e
hidroisohipsas.
Se confeccionaron 9 perfiles ingeniero geológicos, así como el mapa de datos reales representando
el volumen total de los trabajos ejecutados.
CONCLUSIONES
I. Geología
1. En la zona están presente mesopliegues continuos simétricos con buzamientos de flancos de 20 a
30 grados como promedio, observándose un sinclinal que abarca el 60 % del área investigada con
buzamiento hacia el Norte Noreste y un anticlinal hacia la porción centro occidental. El resto del
área hacia el oeste esta ocupada por un flanco de un sinclinal complicado por algunos pliegues
menores asimétricos en la zona cercana a las fallas.
2. Se encuentran dos bandas alargadas con altas densidades de agrietamiento correspondientes a
las áreas de brechas finas y brechas esquistosas.
3. La grietas abiertas y continuas son predominantemente con superficie escalonadas rugosas y
onduladas rugosas, excepto en la serpentinitas esquistosas y las serpentinitas brechosas muy
finas donde están presente grietas cerradas.
II. Hidrogeología
1. La hidrogeología del área de estudio puede considerarse de complejidad media con presencia de
un complejo acuífero formado por lateritas con altas propiedades de ascensos capilares que
representa un acuitardo, y las brechas serpentiniticas que representan el principal acuífero.
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2. El régimen predominante de las aguas subterráneas en la corteza de meteorización
acuífero semiconfinado.
es de
3. El quimismo de las aguas subterráneas se corresponde con el tipo de rocas presentes
predominando las aguas Bicarbonatadas - Magnésias y Cloruradas – Magnésicas.
III. Ingeniería geológica
Suelos
1. Los suelos presentes son, in situ, de la corteza de meteorización serpentinítica y redepósitos
lateríticos, de color carmelita con tonalidades amarillentas, rojizas y oscuras, no obstante, según
sus propiedades se establecieron tres tipos ingeniero-geológicos: Limo arcilloso plástico, Arenas
limosas y Grava limosa.
Roca
1. Las rocas presentes son brechas de serpentinitas de color verde oscuro o parduzco, aparecen
agrietadas, ocasionalmente las grietas aparecen rellenas de mineralización.
2. De acuerdo a las propiedades físico mecánicas se establecieron tres tipos o capas ingeniero
geológicas:Serpentinitas brechosas medias, Serpentinitas brechosas finas y Serpentinitas
esquistosas.
3. Todas las capas tienen características geomecánicas y físico mecánicas muy semejantes solo
diferenciándose por muy poco margen. En general los pesos específicos, así como, sus
características resistentes van diminuyendo ligeramente desde las serpentinitas brechosas
medias hasta las esquistosas.
4. El grado de conservación de las rocas es mayor en las serpentinitas brechosas medias y es
menor en las brechosas finas y esquistosas, disminuyendo el Fkp en ese sentido.
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