introduccion a la ing geotecnica

INTRODUCCION A LAINGENIERIA GEOTECNICA

La Geotecnia es la ciencia dedicada a la investigación, estudio y solución de problemas relacionados con las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles que surgen como resultado de la interacción entre la geología y las obras y actividades del hombre, así como a la predicción y desarrollo de medidas para la prevención o remediación de peligros geológicos.

Ing.Civil

Estructuras y ConstrucciónHidráulica

TransporteGeotécnica

Ing.Minas

Metalurgia

OperacionesMineras

GeotecniaMinera

Geología

Minería y EnergíaPaleontología

Petrología

Ambiental eHidrogeología

Aplicada

Estructural y Tectónica

Se aplica en las siguientes ramas de la ingeniería :

1)Estructuras.- Se aplica al diseño de fundaciones, edificios, puentes, etc.

2)Hidráulica.- En el diseño de Obras Hidráulicas (canales, presas, reservorios de almacenamiento, túneles, etc.), flujo a través de medios porosos, hidráulica de ríos, puertos, etc.

3)Sanitaria.- Diseño de redes de alcantarillado sanitario y pluvial (zanjas, entibados), Diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales (estudio del suelo del lecho, permeabilidad de los estratos), diseño de rellenos sanitarios, etc.

4) Carreteras.- Estudios geotécnicos de suelo en general de toda el área donde se pretende construir la carretera, estabilidad de taludes, compactación de suelos, etc.

5) Medio ambiente.- Estudios para conocer el grado de contaminación del subsuelo, permeabilidad de los estratos para conocer la velocidad de difusión de contaminantes, etc.

ConstrucciónEl comportamiento de los materiales debe asegurar la evolución del proyecto según lo esperado-seguro y económico: proyectos livianos,proyectos pesados (casas, edificios pequeños)

Excavaciones y Túneles

Estabilidad de las paredes, controlar el agua y sugerir métodos de excavación

Obras de Corte y RellenoEstablecer la pendiente de un camino o trazado lineal. Identificar los materiales a lo largo del trazado. Utilización y abandono de la obra. Estabilidad de taludes en el largo plazo, etc.

FundacionesAsegurar que el medio soporte estructuras, sin asentamientos excesivos, etc.

RepresasLa elección de la ubicación y tipo de muro, estabilidad de laderas,

filtraciones, material, estribos, etc.

Materiales de Construcción

Búsqueda y evaluación del material, transporte.

Planificación Urbana y TerritorialCreciente importancia del estudio de peligros geológicos en el diseño

urbano, desastres, inundaciones, terremotos, etc.

METODOLOGIA

1. Selección del lugar 2. Investigación de la Geología =>Modelo geológico3. Evaluación de Materiales =>Modelo geomecánico4. Evaluación de las prácticas de

construcción y diseño; Monitoreo durante la operación: monitoreo

=> Modelos geotécnicos de comportamiento

La profundidad de la

investigación depende de las

necesidades del proyecto

(sondajes, ensayes, geofísica)

Incluye los estudios iniciales

(revisión bibliográfica, logística,

planificación fases siguientes),

investigación de terreno,

ensayos de terreno o laboratorio

y elaboración de informes.

INVESTIGACION DEL SITIO

La importancia de la Geotecnia se manifiesta en dos grandes campos

de actuación:

EL PRIMERO CAMPO Corresponde a los proyectos y obras de ingenieríadonde el terreno constituye el soporte, el materialde excavación, de almacenamiento o deconstrucción.Dentro de este ámbito se incluyen las principalesobras de infraestructura, edificación, obrashidráulicas, marítimas, plantas industriales,explotaciones mineras, centrales de energía, etc.La participación de la ingeniería geológica enestas actividades es fundamental al contribuir asu seguridad y economía.

EL SEGUNDO CAMPO

Se refiere a la prevención, mitigación ycontrol de los riesgos geológicos, asícomo de los impactos ambientales de lasobras públicas, actividades industrialesmineras o urbanas.

PROYECCION A 30 AÑOS E HIPOTESIS DE RIESGO MAXIMO

RATIO BENEFICIO/COSTE: PERDIDAS POR RIESGOS GEOLOGICOS MENOS LAS PERDIDAS SI SE APLICAN MEDIDAS PREVENTIVAS, DIVIDIDAS POR EL COSTE DE LAS MEDIDAS DE PREVENCION

Ambos campos tienen un peso importante en el producto bruto interno (PBI) de los países, al

estar directamente relacionados con los sectores de las infraestructura, construcción, minería y

edificación.

EN LOS ALBORES DE LA MODERNIDAD DE LA INGENIERIA CIVIL FRANCIS BACON DIJO ESTAS

PALABRAS:

OBEDESCAMOS A LA NATURALEZA SI QUEREMOS

CONTROLARLA

El medio geológico está en continua evolución y

los procesos afectan tanto a los materiales

rocosos y a los suelos como al medio natural en

su conjunto. El antrópico, representado por las

ciudades, las infraestructuras, obras publicas,

etc., irrumpe con frecuencia en regiones

geológicamente inestables modificando, e incluso

desencadenando, los procesos geológicos.

La búsqueda de soluciones armónicas entre

el medio geológico y el antrópico precisa de

la consideración previa de ciertos factores

diferenciadores entre ambos, cuyo

desconocimiento es causa de

Interpretaciones erróneas. Entre estos

factores destacan:

- La escala geológica y la ingenieril. - El tiempo geológico y el antrópico. - El lenguaje geológico y el ingenieril.

El profesional de la ingeniería

geológica tiene formación científica y

técnica aplicada a la solución de los

problemas geológicos y ambientales

que afectan a la ingeniería, dando

respuesta a las siguientes cuestiones:

1) Dónde situar una obra pública o instalación industrial para que su emplazamiento sea geológicamente seguro y constructivamente económico.

2) Por dónde trazar una vía de comunicación o una conducción para que las condiciones geológicas sean favorables.

3) En qué condiciones geológico-geotécnicas debe cimentarse un edificio.

4) Cómo excavar un talud para que sea estable y constructivamente económico.5) Cómo excavar un túnel o instalación

subterránea para que sea estable.

6) Con qué tipo de materiales geológicos puede construirse una presa, terraplén, carretera, etc.

7) A qué tratamientos debe someterse el terreno para evitar o corregir filtraciones, hundimientos, asientos, desprendimientos, etc.

8) En qué tipo de materiales geológicos pueden almacenarse residuos tóxicos, urbanos o radiactivos.

9) Cómo evitar, controlar o prevenir los riesgos geológicos (terremotos, deslizamientos, etc.).

10)Qué criterios geológicos-geotécnicos deben tenerse en cuenta en la ordenación territorial y urbana y en la mitigación de los impactos ambientales.

FACTORES GEOLOGICOS Y

PROBLEMAS GEOTECNICOS

La diversidad del medio geológico y la

complejidad de sus procesos hacen que en

las obras de ingeniería se deban resolver

situaciones donde los factores geológicos

son condicionantes de un proyecto.

En primer lugar, por su mayor importancia,

estarían los riesgos geológicos, cuya

incidencia puede afectar a la seguridad o la

viabilidad del proyecto. En segundo lugar

están todos aquellos factores geológicos

cuya presencia condicione técnica o

económicamente la obra. Estos factores

y su influencia en los problemas

geotécnicos se muestran a continuación:

1) INFLUENCIA DE LA LITOLOGIA EN EL COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DEL TERRENO

2) ESTRUCTURAS GEOLOGICAS Y PROBLEMAS GEOTECNICOS

3) EFECTOS DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS RELACIONADOS CON EL AGUA Y SU INFLUENCIA GEOTECNICA

4) INFLUENCIA DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS EN LA INGENIERIA Y EL MEDIO AMBIENTE

INFLUENCIA DE LA LITOLOGIA EN EL COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DEL TERRENO

LITOLOGIA FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS

Rocas duras Minerales duros y abrasivos Abrasividad

GRANITOS CON CUARZO,

PLAGIOCLASAS Y MICAS

LITOLOGIA FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS

  Resistencia media a baja Roturas de Taludes

Rocas blandas Minerales alterables Deformabilidad en túneles

    Cambio de propiedades con el tiempo

Rotura

en

taludes mineros

LA TORRE INCLINADA DE PISA

LITOLOGIA FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS

Suelos Blandos Resistencia baja a muy baja Asientos en cimentaciones

LA TORRE INCLINADA

DE

PISA

Subsidencia en suelos lacustres

afectando a la Basílica de

Nª Sª de Guadalupe

(Mexico D.C.)

LITOLOGIAFACTORES

CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS

Suelos Orgánicos y Alta compresibilidad Subsidencia y colapso

biogénicos Estructuras metaestables  

ESTRUCTURAS GEOLOGICAS Y PROBLEMAS GEOTECNICOS

Falla Normal

ESTRUCTURAS GEOLOGICAS

FACTORES CARACTERISTICOS

PROBLEMAS GEOTECNICOS

Fallas y FracturasSuperficies muy continuas : Espesor

variable Roturas, inestabilidades acumulación de

    tensiones, filtraciones y alteraciones

FALLA NORMAL

Estratos y

Diaclasas

ESTRUCTURAS GEOLOGICAS

FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS

Planos de EstratificaciónSuperficies continuas: poca

separación Roturas, inestabilidades y Filtraciones

Pliegues en

Cuarcitas

ESTRUCTURAS GEOLOGICAS FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS

Pliegues Superficie de gran continuidad Inestabilidad, filtraciones y tensiones

    condicionados a la orientación

ESQUISTOS REPLEGADOS

ESTRUCTURAS GEOLOGICAS FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS

foliación, esquistosidad superficies poco continuas y cerradas Anisotropía en función de la orientación

EFECTOS DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS RELACIONADOS CON EL AGUA Y SU INCIDENCIA GEOTECNICA

DISOLUCIONKARST YESIFERO

EROSION Y ACARCAVAMIENTO EN PIROCLASTOS

INFLUENCIA DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS EN LA INGENIERIA Y EN EL MEDIO AMBIENTE

EDIFICIO DESTRUIDO EN EL TERREMOTO DE MEXICO

COLADAS DE LAVA EN LA ERUPCION DEL TENEGUIA EN 1971

SUBSIDENCIA DEL PALACIO DE BELLAS ARTES, MEXICO D.F.

COLMATACION DEL CAUCE QUE REBASA LA CARRETERA Y OBLIGA A ABRIR UN CAUCE ARTIFICIAL.

INFLUENCIA DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS EN LA INGENIERIA Y EN EL MEDIO AMBIENTE

DAÑOS DE CARRETERA POR DESLIZAMIENTO

SUBSIDENCIA POR EXTRACCIÓN DE AGUA DE POZOS Y A FAVOR DE FALLAS ACTIVAS

LA ROTURA DE LA PRESA DE AZNALCOLLAR: UN EJEMPLO DE FALLO GEOLOGICO-GEOTECNICO DE GRAVES CONSECUENCIAS

ECOLÓGICAS

La presa de residuos mineros de Aznalcóllar (Sevilla), propiedad de la empresa Boliden-Apirsa,tenía 28 metros de altura cuando se produjo su rotura el 25 de abril de 1998.Tres años antes se comprobó su estado de seguridad, y tanto la propiedad como los responsables del proyectoconfirmaron que cumplía todos los requisitos,conclusión que fue reafirmada 5 días antes del desastre.

LA ROTURA DE LA PRESA DE AZNALCOLLAR: UN EJEMPLO DE FALLO GEOLOGICO-GEOTECNICO DE GRAVES CONSECUENCIAS

ECOLÓGICAS

La rotura del dique de contención produjo un vertido de 4,5 Hm3 de líquidos y Iodos hacia el río Agrio, y de ahí al Guadiamar, afluente del Guadalquivir, que anegó las tierras circundantes, ocasionando una contaminación por aguas ácidas con diversos contenidos en metales pesados, afectando a todo el ecosistema circundante, incluso el Parque Nacional de Doñana.La presa estaba apoyada sobre la formación miocenaconocida como margas azules, constituidas por arcillasde plasticidad alta, muy sobreconsolidadas y con abundantes superficies de corte o slickensides en su interior.

LA ROTURA DE LA PRESA DE AZNALCOLLAR: UN EJEMPLO DE FALLO GEOLOGICO-GEOTECNICO DE GRAVES CONSECUENCIAS

ECOLÓGICAS

Las margas azules han sido muy bien estudiadas y seconocen los problemas de inestabilidad que ocasionan,sobre todo en taludes de carreteras y ferrocarriles. Cuandoentran en contacto con el agua y se generan altas presiones intersticiales a lo largo de las citadas superficies, su resistencia puede ser muy baja. Según losinformes periciales .la rotura del dique se debió a un fallodel sustrato de margas, deslizando la cimentación de la Presa. Es evidente que los factores geológico-geotécnicosque ocasionaron la rotura no se tuvieron en cuenta adecuadamente y que tampoco los sistemas de control delsistema presa-terreno fueron operativos, cuestionesfundamentales en ingeniería geológica.

METODOS Y APLICACIONES EN INGENIERIA GEOLOGICA

La ingeniería geológica tiene sus fundamentos en

la geología y en el comportamiento mecánico de

los suelos y las rocas. Incluye el conocimiento de

las técnicas de investigación del subsuelo, tanto

mecánicas como instrumentales y geofísicas, así

como los métodos de análisis y modelación del

terreno. La metodología de estudio responde en

términos generales indicados en el Proceso

Metodológico siguiente :

Proceso metodológico

1. Identificación de materiales y procesos. Definición de la geomorfología, estructura, litología y condiciones del agua subterránea.

2. Investigación geológica-geotécnica del subsuelo.

3. Distribución espacial de materiales, estructuras y discontinuidades.

4. Condiciones hidrogeológicas, tensionales y ambientales.

5. Caracterización de propiedades geomecánicas, hidrogeológicas y químicas.

6. Caracterización de los materiales geológicos utilizados en la construcción, extracción de recursos naturales y trabajos de protección medioambiental.

7. Comportamiento geológico-geotécnico bajo las condiciones del proyecto.

8. Evaluación del comportamiento mecánico e hidráulico de suelos y macizos rocosos. Predicción de los cambios de las anteriores propiedades con el tiempo.

9. Determinación de los parámetros que deben ser utilizados en los análisis de estabilidad para excavaciones, estructuras de tierras y cimentaciones.

10. Evaluación de los tratamientos del terreno

para su mejora frente a filtraciones, asientos,

inestabilidad de taludes, desprendimientos,

hundimientos, etc.

11. Consideraciones frente a riesgos geológicos e impactos ambientales.

12. Verificación y adaptación de los resultados

del proyecto a las condiciones geológico - geotécnicas encontradas en obra. Instrumentación y auscultación.

Para el desarrollo completo de dicha

secuencia metodológica deben definirse

tres tipos de modelos :

- Modelo geológico.

- Modelo geomecánico.

- Modelo geotécnico de comportamiento.

EL MODELO GEOLÓGICORepresenta la distribución espacial de los materiales, estructuras tectónicas, datos geomorfológicos e hidrogeológicos, entre otros, presentes en el área de estudio y su entorno de influencia

EL MODELO GEOMECÁNICO

Representa la caracterización geotécnica e hidrogeológicade los materiales y su clasificación geomecánica.

EL MODELO GEOTÉCNICO DE COMPORTAMIENTO

Representa la respuesta del terreno durante la construcción

y después de la misma.

DURANTE LA CONSTRUCCION DESPUES DE LA CONSTRUCCION

Esta metodología constituye la base de las siguientes aplicaciones de la ingeniería geológicaa la ingeniería civil y al medio ambiente: - Infraestructuras para el transporte. - Obras hidráulicas, marítimas y portuarias. - Edificación urbana, industrial y de servicios. - Centrales de energía. - Minería y canteras. - Almacenamientos para residuos urbanos, industriales y radiactivos. - Ordenación del territorio y planificación urbana. - Protección civil y planes de emergencia.

SUELO

ORIGEN Y

FORMACION DE LOS SUELOS

Los suelos tienen su origen en los

macizos rocosos preexistentes que

constituyen la roca madre, sometida

a la acción ambiental disgregadora de

la erosión en sus tres facetas:

Faceta Física

Debida a cambios térmicos (lo que origina dilataciones diferenciales entre los

diferentes minerales y da lugar a acciones y fisuras internas) y a la acción del agua (arrastres de fragmentos ya erosionados; posible acción directa por congelación, que produce tensiones internas por el

aumento de volumen del hielo respecto al agua; acción alternante de humedad-sequedad a lo largo del tiempo, etc.).

Estas acciones físicas tienden a romper la roca inicial y a dividida en fragmentos de tamaño cada vez más pequeño, que pueden ser separados de la roca por

agentes activos (agua, viento, gravedad) y llevados a otros puntos en los que continúa la acción erosiva. Es decir,

tienden a crear las partículas que van a formar el suelo.

Faceta Química

Originada por fenómenos de hidratación (por ejemplo, paso de anhidrita o sulfato

hemihidratado a yeso o sulfato dihidratado), disolución (de sales, como los

sulfatos en el agua), oxidación (de minerales de hierro por efecto

ambiental), cementación (por agua conteniendo carbonatos previamente disueltos a partir de otra roca), etc.

Esta acción, por lo tanto, tiende tanto a disgregar como a cementar, lo que quiere decir que puede ayudar a la

acción física y, posteriormente, cementar los productos

formados, dando unión química a las partículas pequeñas, tamaño suelo,

que se forman, aunque la mayor parte de las veces contribuye más a destruir

y transformar que a unir.

Faceta Biológica

Producida por actividad bacteriana, induciendo putrefacciones de materiales orgánicos y mezclando el producto con

otras partículas de origen físico-químico, actuando de elemento catalizador, etc.

Todo ello da lugar a fenómenos de disgregación

(alteración o meteorización) y transformación de

la roca, creándose el perfil de meteorización

En este perfil la roca madre ocupa la parte más baja y alejada de la superficie, y el

suelo la más alta. Cuando el suelo permanece in situ sin ser transportado, se le conoce como suelo residual, y cuando

ha sufrido transporte, formando depósitos coluviales, aluviales, etc., se

denomina suelo transportado.

FERFIL DE METEORIZACION O INTEMPERIZACION

A continuación se resumen los

distintos procesos que intervienen en la

formación de los suelos, caracterizados por:

Ser un sistema particulado de sólidos de diverso origen, que pueden considerarse indeformables. Tener una granulometría de gruesos (centímetros) a finos (micras); las partículas más finas (por debajo de las 2 ó 5 micras) necesitan procesos físico-químicos para su constitución; las de mayor tamaño solo necesitan procesos físicos, aunque pueden intervenir los químicos

- Una estructura y fábrica en función del origen de los minerales, agentes cementantes, medio de deposición transformaciones químicas, etc.

- Presencia importante de huecos (o poros o intersticios), con agua (suelo saturado), aire y agua (semisaturado) o solo aire (seco), situación prácticamente inexistente en la naturaleza. El fluido intersticial se considera, a la temperaturas normales, incompresible.

- Las deformaciones del conjunto del suelo se producen por giros y deslizamientos relativos de las partículas y por expulsión de agua; solo en raras ocasiones se producen por roturas de granos.

Formación de los suelos

LOS SUELOS

La acción antrópica, en el entorno geográfico, altera las condiciones del medio natural cuando se realizanexcavaciones, explanaciones, aplicación de cargas al terreno, etc. La respuesta del terreno frente a esa alteración depende de su constitución y características,de los condicionantes geológicos del entorno, de laspropiedades que están relacionadas con las actuacioneshumanas y del acomodo de la obra realizada al entornonatural. La respuesta del terreno, por lo tanto, es compleja,dependiendo en primer lugar del material o materialespreexistentes en la zona y del tipo de acciones a que se lesometa

Si el terreno es un macizo rocoso, la respuesta

vendrá condicionada por la resistencia de la roca,

la presencia de zonas alteradas, las

discontinuidades, etc. Pero si se trata de suelos,

es decir, materiales sueltos fruto de la erosión

ejercida sobre rocas pre-existentes y depositados

por acción del agua o del aire, la respuesta

cambia sustancialmente, así :

Los suelos están formados por partículas

pequeñas (desde micras a algunos centímetros) e individualizadas que, a efectos prácticos, pueden considerarse indeformables.

Entre partículas no cementadas (o ligeramente

cementadas) quedan huecos con un volumen

total del orden de magnitud del volumen

ocupado por ellas (desde la mitad a varias veces

superior).

Un suelo es un sistema multifase (bifase

o trifase). Los huecos, poros o intersticios pueden

estar llenos de agua, suelos saturados, o

con aire y agua, suelos semisaturados, lo

que condiciona el conjunto del material.

En condiciones normales de presión: y

temperatura, el agua se considera

incompresible.

SUELO

Se le define como un agregado de minerales, unidos por fuerzas débiles de

contacto, separables por medios mecánicos de poca energía o por

agitación en agua.

DESCRIPCION Y CLASIFICACION DE SUELOS

El suelo como sistema particulado

DESCRIPCION Y CLASIFICACION DE SUELOS

El suelo como sistema particulado

DESCRIPCION Y CLASIFICACION DE SUELOS

El suelo como sistema particulado