Estado tensional en macizos de rocas lodosas de la Cordillera Oriental Colombiana

Abstract

El proyecto vial que busca comunicar el centro del país con la costa norte Colombiana, denominado Ruta del Sol, Sector 1, en sus 22 km iniciales, entre las poblaciones de Villeta y Guaduas (Departamento de Cundinamarca) sobre la Cordillera Oriental Colombiana, atraviesa unidades geológicas, lito-estratigráficas y estructurales muy complejas y desfavorables dado que se encuentran: (i) rocas sedimentarias lodosas y (ii) la incidencia de geoformas y sistemas de falla de origen tectónico. Durante los proyectos de ingeniería que involucran rocas lodosas, se ha evidenciado la susceptibilidad de estos materiales a los cambios en las condiciones ambientales (ciclos de humedecimiento y secado) y cambios en los estados de esfuerzos (carga y descarga). El desconocimiento de los estados tensionales en estas rocas puede convertirse en un factor que conlleve a la generación de procesos de inestabilidad producto de la redistribución de esfuerzos y la degradación del material ante cambios en las condiciones medio ambientales a las que se expone, al ejecutar las excavaciones a cielo abierto para la conformación de la banca de la vía. Dado el alto costo y la complejidad procedimental de las pruebas para determinar los estados de esfuerzos in-situ en los macizos rocosos, las empresas consultoras y constructoras no efectúan estos ensayos, analizando la estabilidad de la excavación simplemente con un análisis cinemático o estructural según el caso, y no evaluando la condición tensional in-situ en que se encuentra el macizo rocoso, la cual al ser comparada con la resistencia “intacta” del material rocoso, puede mostrar una situación límite de estabilidad intrínseca. Por tal razón, este trabajo final de maestría presenta un procedimiento metodológico sugerido para estimar en forma aproximada los estados de esfuerzos de los macizos rocosos lodosas del tramo vial entre Villeta y Guaduas en el Departamento de Cundinamarca (Colombia), a partir de exploración geofísica, con técnicas como Líneas de Refracción Sísmica y pruebas de down-hole, haciendo uso del modelo propuesto por Sheorey (1994) y desarrollos adelantados previamente por Torres (2005 y 2011) y la SCI(2014). Además se establecen algunas relaciones entre las propiedades elásticas y mecánicas de los macizos rocosos con sus condiciones lito-estratigráficas y estructurales actuales, que por lo general son objeto de evaluaciones descriptivas geológicas – geomorfológicas. A partir del proceso metodológico establecido fue posible estimar de forma aproximada los estados tensionales en macizos rocosos, el cual se basó en el desarrollo del modelo de Sheorey (1994) donde se utilizaron los módulos de deformación ajustados o in-situ determinados a partir de exploración geofísica. La metodología fue aplicada en un tramo vial entre Villeta y Guaduas (Cundinamarca) cuyos resultados permitieron establecer que en los tramos donde se encuentran macizos de rocas lodosas se presentaría un predominio del esfuerzo horizontal sobre el vertical.

Abstract. The highway project that seeks to communicate the center of the country with the northern of the Colombian coast, it is called Ruta del Sol. The section 1, in the first 22 km in Cundinamarca Department - between Villeta and Guaduas towns on the Colombian Eastern mountain range - crosses complex and unfavorable geological units, lithostratigraphic and geological structures since they have: (i) sedimentary mudrocks and (ii) the impact of landforms and fault systems of tectonic origin. In engineering projects that involve mudrocks it has been demonstrated the susceptibility of these materials to changes in the environmental conditions (wetting and drying cycles) and changes in stress states (loading and unloading cycles). Ignorance of the stress states on these rocks can become a factor that lead the generation of instability processes; this as a result of the stress redistribution and material degradation for possible changes in the environmental conditions to which is exposed by implementing open excavations for the formation of the road banking. Given the high cost and procedural complexity of the test to determinate the rock masses state stress in-situ, consulting and construction companies do not do these test. Thus, the stability of the excavation is analyzed just by cinematic or structural analysis as appropriate with no real evaluation of the tensional condition in-situ; which when it is compared to the “intact” strength of the rock material shows an extreme situation of intrinsic stability. For this reason, this Master final exposes a methodological procedure suggested to roughly estimate the mudrocks stress states of the masses rock, in the section between Villeta and Guaduas towns in the Department of Cundinamarca (Colombia), from geophysical exploration using techniques as Seismic Refraction Lines and Down-hole test. Also, by using the model proposed by Sheorey (1994) and developments previously developed by Torres (2005 and 2011) and Colombian Engineering Society-SCI (2014). Besides, some relationships between the elastic and mechanical properties of the rock masses are established according to its current litho-stratigraphic and structural conditions; that generally are object of geological and geomorphology descriptive tests. From the methodological process established, it was possible to roughly estimate the stress states in rock masses, which was based on the Sheorey model development (1994), where it was used the deformation adjusted or in-situ modules determined by geophysical exploration. The methodology was applied on a road section between Villeta and Guaduas towns (Cundinamarca); with its result, it could be established that in road sections where masses mudrocks are presented, could have a predominance of horizontal stress over vertical stress.