ud iii campos de aplicacion de la ingenieria civil

W. DAVID SUPO P.

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERIA CIVIL

Campo de Aplicación

APUNTES DEL CURSO

Juliaca - Perú

2010

W. David Supo P.

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Contenido

1. CONCEPTOS BASICOS DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL ............................................. 3

1.1. INGENIERIA ESTRUCTURAL ........................................................................................... 3

1.2. ESTRUCTURA ...................................................................................................................... 4

1.3. SISTEMA ESTRUCTURAL .................................................................................................. 5

1.4. CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ...................................................................... 5

1.4.1. ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS DISCRETOS............................................................. 5

1.4.2. ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS CONTINUOS ........................................................... 8

1.5. ESTRUCTURA APORTICADA DE CONCRETO ARMADO PARA EDIFICACIONES . 8

1.5.1. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ...................................................................................... 9

1.6. DEFINICIONES BÁSICAS ..................................................................................................11

2. CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA HIDRÁULICA ................................................12

2.1. OBRA HIDRÁULICA ...........................................................................................................12

2.1.1. CANALES ...........................................................................................................................12

3. CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA ...............................................31

3.1. HISTORIA DE LA MECÁNICA DE SUELOS ....................................................................31

3.2. CRONOLOGÍA DEL NACIMIENTO DE LA MECÁNICA DE SUELOS .........................38

3.2.1. KARL VON TERZAGHI .....................................................................................................40

3.3. DEFINICIONES BASICAS ..................................................................................................43

3.3.1. INGENIERÍA GEOTÉCNICA .............................................................................................43

3.3.2. GEOLOGÍA .........................................................................................................................45

3.3.3. MECÁNICA DE SUELOS ...................................................................................................45

3.3.4. ROCA ..................................................................................................................................47

3.3.5. SUELO ................................................................................................................................47

3.3.6. LA TIERRA .........................................................................................................................48

DATOS GENERALES DE LA TIERRA ....................................................................................................48

3.3.7. ESTRUCTURA DE LA TIERRA .................................................................................................49

3.3.8. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ...............................................................................................51

apuntes del curso INTRODUCCION A LA INGENIERÍA CIVIL

UANCV/FICP/CAPIC Campos de aplicación

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3.4. CIMENTACIONES ..............................................................................................................51

3.4.1. PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN ................................................................................52

3.4.2. TIPOS DE CIMENTACION .................................................................................................52

4. CONCEPTO BÁSICOS DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE E INFRAESTRUCTURA

VIAL................................................................................................................................................60

4.1. PLANIFICACIÓN DEL TRANSPORTE ........................................................................................60

4.2. ECONOMÍA DEL TRANSPORTE ................................................................................................61

4.3. DISEÑO Y MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS ........................................................................61

4.4. DISEÑO DE CICLOVÍAS (VÍAS CICLISTAS URBANAS) ...............................................................62

4.5. DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS.................................................................................64

4.6. DISEÑO DE ESTACIONAMIENTOS ............................................................................................65

5. CONCEPTOS BASICOS DE GERENCIA E INGENIERIA DE CONSTRUCCION...........66

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................................69

W. David Supo P.

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1. CONCEPTOS BASICOS DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL

1.1. INGENIERIA ESTRUCTURAL

La ingeniería estructural es una rama clásica de la ingeniería civil que se ocupa del diseño y

cálculo de la parte estructural de las obras civiles.

Su finalidad es la de conseguir estructuras funcionales que resulten adecuadas desde el

punto de vista de la resistencia de materiales. En un sentido práctico, la ingeniería estructural

es la aplicación de la mecánica de medios continuos para el diseño de elementos y sistemas

estructurales tales como edificios, puentes, muros (incluyendo muros de contención), presas,

túneles, etc.

Los ingenieros estructurales se aseguran que sus diseños satisfagan un estándar para

alcanzar objetivos establecidos de seguridad (por ejemplo, que la estructura no colapse sin

dar ningún aviso previo) o de nivel de servicio (por ejemplo, que la vibración en un edificio

no moleste a sus ocupantes). Adicionalmente, son responsables por hacer uso eficiente de

los recursos financieros y materiales necesarios para obtener estos objetivos. Algunos

ejemplos simples de ingeniería estructural lo constituyen las vigas rectas simples, las

columnas o pisos de edificios nuevos, incluyendo el cálculo de cargas (o fuerzas) en cada

miembro y la capacidad de varios materiales de construcción tales como acero, madera u



4

hormigón. Ejemplos más elaborados de ingeniería estructural lo constituyen estructuras más

complejas, tales como puentes o edificios de varios pisos incluyendo rascacielos.

En la siguiente imagen se tiene una comparación de los rascacielos más altos del mundo. En

rojo aquellos que se encuentran en construcción.

Ilustración 1. Rascacielos más altos del mundo

Fuente: [1]

1.2. ESTRUCTURA

Una estructura es, para un ingeniero, cualquier tipo de construcción formada por uno o

varios elementos enlazados entre sí que están destinados a soportar la acción de una serie

de fuerzas aplicadas sobre ellos.

Esta definición es quizás excesivamente simplista, ya que al emplear los términos "elementos

enlazados entre sí", se induce a pensar en estructuras formadas por componentes discretos,

por lo que sólo puede servir como una primera definición. La realidad es que las estructuras

con componentes discretos son muy frecuentes en la práctica por lo que su estudio resulta

del máximo interés. Además lo habitual es que los elementos sean lineales, del tipo pieza

prismática, conocidos como vigas o barras, y cuyo comportamiento estructural individual es

relativamente fácil de estudiar, como se hace en Resistencia de Materiales. Con la definición

W. David Supo P.

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anterior serían ejemplos de estructuras una viga, un puente metálico, una torre de

conducción de energía, la estructura de un edificio, un eje...

La definición anterior puede generalizarse diciendo que una estructura es cualquier

dominio u extensión de un medio material sólido, que está destinado a soportar

alguna acción mecánica aplicada sobre él.

Esta definición amplía el concepto de estructura a sistemas continuos donde no se

identifican elementos estructurales discretos, como por ejemplo: la carrocería de un

automóvil, la bancada de una máquina herramienta, un depósito de agua, un ala de avión,

una presa de hormigón..., que no estaban incluidas en la idea inicial. De esta manera se

introduce en realidad el estudio de problemas de mecánica de sólidos en medios continuos,

que requieren del empleo de métodos sofisticados de análisis.

1.3. SISTEMA ESTRUCTURAL

1.4. CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS

Efectuar una clasificación detallada de las estructuras no es tarea fácil, pues depende de la

tecnología y materiales usados para su construcción y del uso que se da a la estructura. Por

esta razón sólo se incluyen aquí los tipos más usuales de estructuras, atendiendo a sus

diferencias desde el punto de vista de su análisis, pero no desde el punto de vista de su

funcionalidad.

Ya las primeras definiciones del concepto de estructura orientan a considerar dos grandes

tipos de ellas: con elementos discretos o con elementos continuos. Ambos tipos se detallan a

continuación.

1.4.1. ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS DISCRETOS

En estas estructuras se identifican claramente los elementos que la forman. Estos

elementos se caracterizan por tener:



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Una dimensión longitudinal mucho mayor que las otras dos, o el material

agrupado alrededor de la línea directriz del elemento, que normalmente es

recta.

Estos elementos son por lo tanto piezas prismáticas y se denominan

habitualmente vigas o barras. Los puntos de unión de unos elementos con

otros se llaman nudos y cada elemento siempre tiene dos nudos extremos. Con

esto la estructura se asemeja a una retícula formada por los distintos elementos

unidos en los nudos. De hecho a estas estructuras se les denomina

habitualmente reticulares.

La unión de unos elementos con otros en los nudos puede hacerse de distintas

formas, siendo las más importantes:

Unión rígida o empotramiento, que impone desplazamientos y giros

comunes al elemento y al nudo, de tal manera que entre ellos se

transmiten fuerzas y momentos,

Articulación, que permite giros distintos del elemento y del nudo, y

en la que no se transmite momento en la dirección de la articulación,

Unión flexible, en la que los giros del elemento y el nudo son

diferentes, pero se transmite un momento entre ambos elementos.

Los tipos más importantes de estructuras reticulares son:

Cerchas o celosías. Están formadas por elementos articulados

entre sí, y con cargas actuantes únicamente en los nudos. Los

elementos trabajan a esfuerzo axial, y no hay flexión ni cortadura.

Por su disposición espacial pueden ser planas o tridimensionales.

Vigas. Están formadas por elementos lineales unidos rígidamente

entre sí, y que pueden absorber esfuerzos de flexión y cortadura, sin

torsión. También pueden absorber esfuerzo axial, pero éste está

desacoplado de los esfuerzos de flexión y cortadura, en la hipótesis

de pequeñas deformaciones.

Pórticos planos. Son estructuras compuestas por elementos

prismáticos, unidos rígidamente entre sí, y dispuestos formando una

retícula plana, con las fuerzas actuantes situadas en su plano. Estas

estructuras se deforman dentro de su plano y sus elementos trabajan

a flexión, cortadura y esfuerzo axial.

W. David Supo P.

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Pórticos espaciales. Son similares a los anteriores, pero situados

formando una retícula espacial. Sus elementos pueden trabajar a

esfuerzo axial, torsión y flexión en dos planos.

Arcos. Son estructuras compuestas por una única pieza, cuya

directriz es habitualmente una curva plana. Absorben esfuerzos

axiales, de flexión y de cortadura. Como caso general existen

también los arcos espaciales, cuya directriz es una curva no plana. En

muchas ocasiones los arcos se encuentran integrados en otras

estructuras más complejas, del tipo pórtico plano o espacial.

Emparrillados planos. Son estructuras formadas por elementos

viga dispuestos formando una retícula plana, pero con fuerzas

actuantes perpendiculares a su plano. Se deforman

perpendicularmente a su plano, y sus elementos trabajan a torsión y

flexión.



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1.4.2. ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS CONTINUOS

En estas estructuras no se identifica a priori ninguna dirección preponderante y el

material está distribuido de manera continua en toda la estructura. El concepto de

nudo estructural tampoco puede introducirse de forma intuitiva y simple. Su

análisis es más complejo que para las estructuras reticulares. A continuación se

resumen los casos más habituales de estructuras continuas.

Membranas planas. Consisten en un material continuo, de espesor pequeño

frente a sus dimensiones transversales, situado en un plano y con cargas

contenidas en él. Corresponde al problema de elasticidad bidimensional, y son

el equivalente continuo de un pórtico.

Placas. Consisten en un medio continuo plano, de espesor pequeño frente a

sus dimensiones transversales, con fuerzas actuantes perpendiculares a su

plano. Son el equivalente continuo de un emparrillado plano.

Sólidos. Son medios continuos tridimensionales sometidos a un estado

general de tensiones y deformaciones.

Cascaras. Son medios continuos curvos, con pequeño espesor. Son el

equivalente a la suma de una membrana y una placa, pero cuya superficie

directriz es curva.

1.5. ESTRUCTURA APORTICADA DE CONCRETO ARMADO PARA

EDIFICACIONES

W. David Supo P.

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1.5.1. ELEMENTOS ESTRUCTURALES

En la mayoría de casos de edificaciones con estructura aporticada de concreto

armado se tienen los siguientes elementos estructurales presentes.

Cimentación: Elemento estructural que tiene como función transmitir las acciones

de carga de la estructura al suelo de fundación. Las cimentaciones pueden ser

superficiales y profundas, entre las primeras se tienen las zapatas aisladas, zapatas

conectadas y zapatas conectadas.



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Columna: Elemento estructural que se usa principalmente para resistir carga axial

de comprensión (resiste también momentos y esfuerzos de torsión) y que tiene una

altura de por lo menos 3 veces su dimensión lateral menor.

Muro: Elemento estructural, generalmente vertical empleado para encerrar o

separar ambientes, resistir cargas axiales de gravedad y resistir cargas

perpendiculares a su plano provenientes de empujes laterales de suelos o líquidos.

Viga: Elemento estructural que trabaja fundamentalmente a flexión.

Losa: Elemento estructural de espesor reducido respecto a su otras dimensiones

usado como techo o piso, generalmente horizontal y armado en una o dos

direcciones según el tipo de apoyo existente en su contorno.

Usado también como diafragma rígido para mantener la unidad de la estructura

frente a cargas horizontales de sismo.

Dentro de las losa las más empleadas en nuestro medio son: Losas aligeradas,

macizas, nervadas y casetonadas.

Escaleras: Elemento estructural que permite salvar alturas entre niveles de una

edificación.

W. David Supo P.

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1.6. DEFINICIONES BÁSICAS

Agregado (Aggregate). Material granular, como arena, grava, piedra triturada y

escoria de hierro de alto horno, empleado con un medio cementante para formar

concreto o mortero hidráulicos.

Aditivo (Admixture). Material distinto del agua, de los agregados o del cemento

hidráulico, utilizado como componente del concreto, y que se añade a éste antes o

durante su mezclado a fin de modificar sus propiedades.

Carga muerta (Dead load). Cargas muertas soportadas por un elemento, según

se definen en el reglamento general de construcción de la cual forma parte este

reglamento (sin factores de carga).

Carga viva (Live load). Carga viva especificada en el reglamento general de

construcción de la cual forma parte este reglamento (sin factores de carga).

Concreto (Concrete). Mezcla de cemento pórtland o cualquier otro cemento

hidráulico, agregado fino, agregado grueso y agua, con o sin aditivos.

Concreto estructural (Structural concrete). Todo concreto utilizado con

propósitos estructurales incluyendo al concreto simple y al concreto reforzado.

Concreto armado (Reinforced concrete). Concreto estructural reforzado con

barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También es posible armarlo con

fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones

de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará

sometido. El concreto armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes,

presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la

aplicación de hormigón proyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras

civiles en general.

Concreto simple (Plain concrete). Concreto estructural sin refuerzo o con

menos refuerzo que el mínimo especificado para concreto armado.



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Esfuerzo (Stress). Fuerza por unidad de área.

Cemento: Material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de

agua forma una pasta aglomerante capaz de endurecer, tanto bajo el agua como

en el aire. Quedan excluidas las cales hidráulicas, las cales aéreas y los yesos.

Cemento Portland: Producto obtenido por la pulverización del clinker portland

con la adición eventual de sulfato de calcio. Se admite la adición de otros

productos que no excedan del 1% en peso del total siempre que la norma

correspondiente establezca que su inclusión no afecta las propiedades del cemento

resultante. Todos los productos adicionados deberán ser pulverizados

conjuntamente con el clinker.

Cemento Portland Puzolánico Tipo 1P: Es el cemento portland que presenta

un porcentaje adicionado de puzolana entre 15% y 45%.

Cemento Portland Puzolánico Tipo 1PM: Es el cemento portland que

presenta un porcentaje adicionado de puzolana menor de 15%.

2. CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA HIDRÁULICA

La ingeniería hidráulica es una de las ramas tradicionales de la ingeniería civil y se ocupa de

la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la

obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización, u otras, sea para

la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos, o entornos similares, incluyendo, por

ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, rompeolas, entre otras construcciones.

2.1. OBRA HIDRÁULICA

Se entiende por obra hidráulica o infraestructura hidráulica a una construcción, en el campo

de la ingeniería civil, donde el elemento dominante tiene que ver con el agua.

Generalmente se consideran obras hidráulicas:

2.1.1. CANALES

Obra hidráulica destinada a conducir agua por gravedad, por su sección pueden

clasificarse en canales: rectangulares, trapezoidales, semicirculares, etc.

W. David Supo P.

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T - anchura máxima del canal

t - anchura de la superficie con una profundidad “d” del agua

D - profundidad del canal después de añadido el espacio libre

d - profundidad del caudal en el canal

c - lados sumergidos del canal

f - espacio libre

l - ángulo entre los lados inclinados de la horizontal.

Consta de diversos elementos como por ejemplo:

o Bocatomas de derivación: Una bocatoma, o captación, es una estructura

hidráulica destinada a derivar desde unos cursos de agua, río, arroyo, o canal;

o desde un lago; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en

esta, para ser utilizada en un fin específico, como pueden ser abastecimiento

de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura,

enfriamiento de instalaciones industriales, etc

Ilustración 2. Bocatoma desde un río

05°09′28″S 80°36′59″.



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Ilustración 3. BOCATOMA CHAVIMOCHIC, 412 m.s.n.m.

Compuerta de entrada: dispositivo hidráulico - mecánico destinado a regular el

flujo de agua u otro fluido en una tubería, en un canal, presas, esclusas, obras de

derivación u otra estructura hidráulica.

Ilustración 4. Compuerta

W. David Supo P.

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Dispositivos para la medición del caudal:

Ilustración 5. Vertederos y canal parshall

]

Ilustración 6. Correntómetro



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Ilustración 7. Medidor parshall

Ilustración 8. Canal Parshall

Cruces:

o Canal de riego con dren --> puente canal

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Represas.

En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra,

hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada

o desfiladero sobre un río o arroyo con la finalidad de embalsar el agua en el

cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío,

para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para

la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del

almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica al accionar

la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse

directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir

energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.



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Ilustración 9. Presa Gordon en Tasmania, Australia. (en arco).

Las represas pueden constar de las siguientes partes:

Ilustración 10. Partes de una presa para hidroeléctrica

W. David Supo P.

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Ilustración 11. Funcionamiento de una hidroeléctrica

o Vertedero o aliviadero;

Su función como parte de u a presa es garantizar la seguridad de la

estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba,

por encima del nivel máximo (NAME por su siglas Nivel de Aguas

Maximas Extraordinarias)

Ilustración 12. Aliviadero en una represa

o Descarga de fondo;



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Se denomina descarga de fondo a una estructura hidráulica, asociada a

las presas hidráulicas. Su función puede ser:

garantizar el caudal ecológico inmediatamente aguas abajo de

una presa;

permitir el vaciado del embalse para efectuar operaciones de

mantenimiento en la presa;

reducir el volumen de material sólido depositado en proximidad

de la presa.

Dado que el agua sale de la presa con una presión considerable, si el

chorro no es controlado adecuadamente puede provocar erosiones

localizadas peligrosas para la estabilidad de la presa misma. Por ese

motivo las descargas de fondo siempre están equipadas con disipadores

de energía.

o Cuencas de disipación;

La cuenca de disipación, en una obra hidráulica está destinada a

amortiguar y disipar la energía cinética del agua. Estos dispositivos son

necesarios en:

La parte inferior de un vertedero, ya sea libre o provisto de compuertas;

Cuenca de disipación a la salida de una usina hidroeléctrica. La salida de

las turbinas de una central hidroeléctrica. Cuanto más calma está el agua

al salir de la usina, mejor se habrá aprovechado la energía disponible en

el salto;

W. David Supo P.

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Ilustración 13. Cuenca de disipación de una descarga de fondo.

Ilustración 14. Cuenca de disipación a la salida de una usina

hidroeléctrica.

o Bocatomas para los diversos usos del embalse;

o Escalera de peces;

Una escalera de peces es un canal con rugosidad artificialmente

aumentada, que comunica el nivel del embalse aguas arriba de la presa

con el nivel del río aguas abajo de la misma.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/15/Alqueva_panorama_29_5_5.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/62/Fontana_Dam_Powerhouse_2005-07-30.JPG



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La forma de la escalera debe permitir atravesar la presa a los peces que

migran en el río que ha sido cortado por la presa puedan "atravesarla".

Tiene una función de carácter eminentemente ecológico.

Ilustración 15. Escalera de peces en la presa John Day, con un

desnivel de 56 m.

o Obras provisionales durante la construcción:

Túnel de derivación;

Ensevaderas.

o Estaciones de bombeo

Las estaciones de bombeo son estructuras destinadas a elevar un fluido

desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor. Su uso es

muy extendido en los varios campos de la ingeniería, así, se utilizan en:

Redes de abastecimiento de agua potable, donde su uso es casi

obligatorio, salvo en situaciones de centros poblados próximos de

cadenas montañosas, con manantiales situados a una cota

mayor;

Red de alcantarillado, cuando los centros poblados se sitúan en

zonas muy planas, para evitar que las alcantarillas estén a

profundidades mayores a los 4 - 5 m;

Sistema de riego, en este caso son imprescindibles si el riego es

con agua de pozos no artesianos;

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/John_Day_Dam_fish_ladder.jpg

W. David Supo P.

23

Sistema de drenaje, cuando el terreno a drenar tiene una cota

inferior al recipiente de las aguas drenadas;

En muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como

de aguas servidas, cuando no puede disponerse de desniveles

suficientes en el terreno;

Un gran número de plantas industriales.

Ilustración 16. Estación de bombeo, parte del sistema de drenaje

de la ciudad de Nueva Orleans.

Una estación de bombeo puede constar de las siguientes partes:

Canal de aproximación;

Reja para el desbaste y la retención de finos;

Cámara de succión;

Bomba;

Motor, el que puede ser de muy diversos tipos, y

consecuentemente exigir infraestructura de apoyo diverentes,

como pueden ser: estaciones de transformación de energía

eléctrica, o depósitos de combustible.;

Línea de impulsión;

Dispositivo para amortiguar el golpe de ariete;

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/64/MelpomeneBasinPipes.jpg



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Esclusas

Las esclusas son obras hidráulicas que permiten vencer desniveles concentrados

en canales navegables, elevando o descendiendo los navíos que se encuentran en

ellas. Pueden formar parte de las estructuras complementarias de una presa,

cuando ésta se construye sobre ríos navegables.

Son muy conocidas las esclusas del Canal de Panamá. En Europa, donde la

navegación interior está desarrollada, se puede navegar desde el Mar del Norte

hasta el Mar Negro atravesando varias esclusas.

El cruce de una esclusa es una operación bastante lenta; puesto que hay que

equilibrar los niveles de agua, primero con el tramo de canal donde se encuentra

el navío y luego con el otro nivel hacia el que saldrá el navío. El consumo de

agua es considerable; para disminuirlo se procura nunca hacer un llenado o

vaciado de la esclusa si no hay un navío que requiere de atravesarla. Ése también

es uno de los motivos por los cuales en general se construyen dos esclusas en

paralelo; así, parte del agua de vaciado de una se puede utilizar para el llenado

de la otra.

Técnicamente, el limite de desnivel que puede ser vencido con una sola esclusa es

de aproximadamente 25 m. Para desniveles mayores debe pensarse en esclusas

concatenadas, lo que dificulta aun más su operación, o debe pensarse en otros

dispositivos como:

ascensores de barcos, de los cuales ya se han construido varios tipos

planos inclinados de agua

En Bélgica, sobre el canal "du Centre", se inauguró en 2002 el ascensor funicular

de Strépy-Thieu, que permite franquear un desnivel de 73 m.

W. David Supo P.

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Ilustración 17. Vista de una esclusa del Canal de Panamá.

La Rueda de Falkirk, llamada así por el cercano pueblo de Falkirk en Escocia

central, es una esclusa giratoria que funciona como un ascensor para buques y

conecta el canal Forth-Clyde con el canal Unión.

Esta rueda es única en el mundo actualmente, y podría considerarse como

símbolo de la ingeniería de Escocia, tal como la Torre Eiffel lo es de Francia y el

Puente Golden Gate de California.

Ilustración 18. La Rueda de Falkirk en acción. El edificio en forma de

cuña a la derecha es el centro de visitantes.

Estas obras pueden constar de las siguientes partes:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f7/Panama_Canal_Gatun_Locks.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/Falkirk_wheel.jpg



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o Áreas de espera, a la entrada y salida de la esclusa;

o Reservas de agua para el llenado de la esclusa;

o Canales de llenado y vaciado;

o Compuertas;

o Dispositivos electro-mecánico para inmobilizar y mover los barcos;

Sistema de abastecimiento de agua potable;

La red de abastecimiento de agua potable es un sistema de obras de ingeniería,

concatenadas que permiten llevar hasta la vivienda de los habitantes de una

ciudad, pueblo o área rural relativamente densa, el agua potable.

Componentes del sistema de abastecimiento

El sistema de abastecimiento de agua potable más complejo, que es el que utiliza

aguas superficiales, consta de cinco partes principales:

Almacenamiento de agua bruta;

Captación;

Tratamiento;

Almacenamiento de agua tratada;

Red de distribución abierta

Ilustración 19. Sistema genérico de abastecimiento de agua potable

W. David Supo P.

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Sistema de recogida de aguas residuales

Sistemas de riego;

Se denomina sistema de riego o perímetro de riego, al conjunto de estructuras,

que hace posible que una determinada área pueda ser cultivada con la aplicación

del agua necesaria a las plantas. El sistema de riego consta de una serie de

componentes, los principales se citan a continuación. Sin embargo debe notarse

que no necesariamente el sistema de riego debe constar de todas ellas, el

conjunto de componentes dependerá de si se trata de riego superficial, por

aspersión, o por goteo. Por ejemplo, un embalse no será necesario si el río o

arroyo del cual se capta el agua tiene un caudal suficiente incluso en el período

de aguas bajas.

Ilustración 20. Canal principal de riego

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Canal_de_riego_en_operaci%C3%B3n.jpg



28

Ilustración 21. Obra de derivación en construcción

Ilustración 22. Vista esquemática de sistemas de riego a superficie

libre

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Construcci%C3%B3n_de_una_toma_desde_un_canal_de_riego.jpg

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/palmira/5000117/contenido/cap1/lec1_2.htm

W. David Supo P.

29

Ilustración 23. Riego por aspersión

Ilustración 24. Riego por goteo en frutales

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/VineyardDrip.JPG



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Sistemas de drenaje

La función principal de un sistema de drenaje es la de permitir la retirada de las

aguas que se acumulan en depresiones topográficas del terreno, causando

inconvenientes ya sea a la agricultura o en áreas urbanizadas. El origen de las

aguas puede ser:

Por escurrimiento superficial

Por la elevación del nivel freático, causado por el riego, o por la

elevación del nivel de un río próximo

Directamente precipitadas en el área.

Defensas ribereñas

La protección contra las inundaciones incluye, tanto los medios estructurales,

como los no estructurales, que dan protección o reducen los riesgos de

inundación.

Las medidas estructurales incluyen las represas y reservorios, modificaciones a los

canales de los ríos, defensas ribereñas, depresiones para desbordamiento, cauces

de alivio y obras de drenaje.

Las medidas no estructurales consisten en el control del uso de los terrenos

aluviales mediante zonificación, los reglamentos para su uso, las ordenanzas

sanitarias y de construcción, y la reglamentación del uso de la tierra de las

cuencas hidrográficas. Las defensas ribereñas son estructuras construidas para

proteger de las crecidas de los ríos las áreas aledañas a estos cursos de agua.

La forma y el material empleado en su construcción varía, fundamentalmente en

función de:

Los materiales disponibles localmente

El tipo de uso que se da a las áreas aledañas. Generalmente en áreas rurales se

usan diques de tierra, mientras que en las áreas urbanas se utilizan diques de

hormigón.

W. David Supo P.

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Ilustración 25. Defensa rivereña en construcción

Recarga de acuíferos, Pozos de absorción

Son estructuras hidráulicas diseñadas para inducir la infiltración de aguas

pluviales en el subsuelo, de tal manera que el acuífero subterráneo pueda entrar

en equilibrio y permita el funcionamiento del abastecimiento de agua por pozos.

3. CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA

La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de sus propiedades

físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a varios tipos de fuerzas. La

ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a problemas

prácticos. La ingeniería geotécnica es la ciencia y práctica de aquella parte de la

ingeniería civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de la superficie de la

Tierra. En sentido general, incluye la aplicación de los principios fundamentales de la

mecánica de suelos y de la mecánica de rocas a los problemas de diseño de cimentaciones.

3.1. HISTORIA DE LA MECÁNICA DE SUELOS

El Dr. Nabor Carrillo, en su calidad de ex rector de la Universidad Nacional

Autónoma de México, en 1968 escribe el prefacio del libro (Juárez Badillo, E.;

Rico Rodríguez, A. 2005) y en él nos hace conocer interesantes pasajes de la vida

de Karl Terzaghi y otros investigadores mexicanos de renombre:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/Pereira_Defensa_ribere%C3%B1a_en_construcci%C3%B3n.JPG



32

“.. Los suelos son el más viejo material de construcción y el más complejo. Su variedad es enorme y

sus propiedades, variables en el tiempo y en el espacio, son difíciles de entender y de medir. A pesar

de esto, ames del siglo xx no se hizo un esfuerzo serio para atacar científicamente el estudio de la

Mecánica de los Suelos.

Sería injusto, sin embargo, desconocer la actuación aislada de hombres de gran sensibilidad e

inspiración que merecen el título de precursores de la Mecánica de Suelos. Un ejemplo brillante es

Alexandre Collin, quien en 1846 publicó sus Recherches Expérimentales sur les Glissements

Spontanés des Terrains Argileux que parece ser la primera obra sobre este asunto con filosofía

moderna y con notable perspicacia experimental. El esfuerzo aislado de Collin, sin embargo, no

encontró el clima adecuado y su labor fue apreciada y redescubierta hasta hace pocos años.

La llamada precisamente "Mecánica de Suelos" es un fruto característico de la ingeniería de nuestro

tiempo: fue a principios de este siglo, en 1913, en los Estados Unidos y en Suecia, donde se intentó

por primera vez, en forma sistemática y organizada, realizar estudios que corrigieran vicios seculares

en el tratamiento de los suelos.1

Poco después, un hombre extraordinario de nuestro tiempo, un hombre de auténtico genio, hizo

investigaciones en un laboratorio muy modesto, con el auxilio de sus cajas de puros, en una

Universidad en el Cercano Oriente. Allí nació verdaderamente la Mecánica de Suelos.

Este hombre, es el profesor Karl Terzaghi, que actualmente, a los 80 años de edad, sigue

profesionalmente activo. Terzaghi publicó en 1925 su Erdbaumechanik (Mecánica de Suelos) en

Viena. Entonces nació el término ahora mundialmente usado.

De entonces para acá ha habido una evolución muy grande y también momentos de gran

incertidumbre y desconcierto. Científicos y técnicos han tratado a la Mecánica de Suelos a veces con

desdén. "No es una rama científica, está llena de oscuridades y de dificultades, de imágenes

puramente empíricas", dicen. Sin embargo, pese a las hostilidades y a las incomprensiones, la

Mecánica de Suelos ha adquirido relevancia y, para usar un término propio de ella, se ha

"consolidado", en universidades, en centros de estudio e investigación y en oficinas de consulta.

Para los jóvenes conviene hacer una advertencia con relación a las agresiones a la Mecánica de

Suelos que pueden, tal vez oír o leer. He sabido que algunos estudiantes se preguntan si vale la pena

estudiar un asunto que es tan complejo, tan oscuro, tan difícil y, que para muchos ingenieros no tiene

"importancia práctica". Estudié Mecánica de Suelos como alumno del propio profesor Terzaghi y de

su discípulo más notable, el profesor Arturo Casagrande, actualmente en la Universidad de Harvard.

Cuando estudié este tema lo hice con el deseo de atender problemas de la ciudad de México y otros

que interesaban a la antigua Comisión Nacional de Irrigación, actualmente Secretaría de Recursos

Hidráulicos.

1

En enero de 1913, la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles nombró un "Comité Especial para hacer un

código sobre la práctica actual en relación a la capacidad de carga de los suelos". En diciembre de 1913, la

"Comisión Geométrica de los FF.CG. Suecos" inició el estadio del factor de seguridad de taludes en el sur de

Suecia. (N. de los A.)

W. David Supo P.

33

Después de años de estudio, de investigación y de ejercicio práctico como consultor en México y en el

extranjero, y después de separarme (espero que transitoriamente) de esta actividad, quiero decir que

nunca me he arrepentido de haber invertido dos años cruciales de mi vida en la Universidad de

Harvard para doctorarme en Mecánica de Suelos.

El campo es extraordinariamente atractivo. Desde muchos puntos de vista. Empecemos por lo obvio:

por la "importancia práctica".

Hace un año, el profesor Terzaghi publicó un trabajo en la Universidad de Harvard2

en el que habla

del pasado y presente de la Mecánica de Suelos. En sus observaciones hace un relato notable de

cómo fue cambiando de criterio y de punto de vista a medida que aprendía más y más. Y entre las

cosas importantes que señala en su trabajo, hay una que es significativa por sí sola. Dice el profesor

Terzaghi que durante siglos, desde que empezó la ingeniería en la India hasta fines del siglo XIX, se

pudieron construir con éxito presas de tierra a lo sumo de 20 m de altura. Las que se hicieron con

una altura mayor fracasaron tantas veces que a principios de este siglo se llegó a la conclusión de que

no era aconsejable construir cortinas de tierra de más de 20 m de altura.3

La realidad es que,

posteriormente, y con las técnicas aprendidas en la Mecánica de Suelos, con el conocimiento de los

fenómenos de las redes de flujo, de las presiones internas de poro y el mejor entendimiento sobre la

resistencia al corte de los suelos, se ha logrado, en años recientes, construir cortinas muy elevadas.4

Este es un hecho. Se puede hablar de otras muchas aplicaciones felices de la Mecánica de Suelos.

Estructuras que, sin los conocimientos actuales hubieran sido imposibles de construir. La importancia

práctica del tema no es discutible.

Pero hay otros aspectos que no suelen discutirse. La Mecánica de Suelos es una disciplina que tiene

un lugar dentro de la ciencia moderna. Es noble y digno que los jóvenes se entreguen a su estudio

con el mayor empeño, con la confianza y la seguridad de que, si así lo hacen, habrán de obtener

beneficios indudables en su formación. En efecto, la Mecánica de Suelos tiene, dentro de su enorme

amplitud, lugar y espacio para muy diferentes temperamentos. Quienes como yo tienen inclinación

por los asuntos analíticos, pueden encontrar un reto fascinante en la investigación de diversos

problemas de la Mecánica de Suelos.

Ciertamente no puede decirse —quizá no se podrá decir nunca— que la Mecánica de Suelos

constituye una rama de las matemáticas aplicadas; pero es indudable que hay campo para investigar

en ella. Muchos problemas analíticos están pendientes de solución. Las Teorías de Elasticidad y

Plasticidad han demostrado en la práctica tener trascendencia para aclarar infinidad de casos

concretos.

En el texto que ahora presento hay ejemplos precisos que confirman lo que acabo de decir.

2

Past and Future of Applied Soil Mechanics-Soil. Mechanics Series No. 62

3

Afirmación hecha en 1901 por el Consejo de Consultores de las Obras de Abastecimiento de Agua, de Nueva

York. (N. de los A.)

4

Para justificar esta afirmación pueden mencionarse las cortinas de las presas Anderson Ranch (E.U.A.) con 140

m de altura y Mud Mountain (E.U.A.) con 130 m, que son, en el momento, las mayores concluidas en el mundo.

En México pueden mencionarse El Humaya, con 100 m, El Palmito, con 95 m y la M. Ávila Camacho, con 85

m, como los máximos logros hasta el presente. La cortina del proyecto hidroeléctrico "El Infiernillo", una vez

terminada, tendrá una altura de 144.60 m. (N. de los A.)



34

A quienes no tienen particularmente inclinación analítica y, en cambio, sienten pasión por la

observación y curiosidad de explorar personalmente con experimentos directos las intimidades de la

naturaleza, la Mecánica de Suelos ofrece las mejores perspectivas. Quizá los más importantes autores

de la Mecánica de Suelos son de este tipo. El propio profesor Terzaghi es así. En alguna carta me

decía que una medida de la Mecánica de los Suelos es que caben quienes "gustan de soñar con

soluciones perfectas en materiales ideales", y quienes "se interesan mucho más en investigar las

incertidumbres y complejidades de los materiales reales". Terzaghi ha dicho, además, "quien sólo

conoce la teoría de la Mecánica de Suelos y carece de experiencia práctica puede ser un peligro

público".

Pero hay más. Si bien es un hecho que el estudio de esta nueva rama hace de cualquier ingeniero un

ingeniero mejor, también es ver dad que no solamente sirve para elevar el nivel del ingeniero

técnicamente, sino para prepararlo para otras muchas posibles actividades.

El estudio de los suelos enseña humildad intelectual. El constante contacto con la realidad, que no

existe en otras ramas de la ingeniería, hace que se desarrolle la autocrítica, que se revisen todo el

tiempo las hipótesis y que se cure el vicio del dogmatismo que suelen padecer muchos técnicos. Una

vez que han resuelto, con ayuda de tablas o con ayuda de fórmulas, algún problema, se olvidan de él,

tranquilizan su conciencia y no dudan que la estructura está sana. El que trabaja con suelos no puede

tener esta filosofía conformista. Cada nuevo caso es un problema de investigación. Esto es uno de sus

grandes encantos. No es un campo dogmático de la profesión de ingeniería, sino que es un reto

intelectual sistemático, es un ejercicio de la imaginación y de la inteligencia, de la prudencia y del

sentido de observación que da frutos útiles para otras muchas posibles aplicaciones.

Me han pedido los autores que cite algunas experiencias personales y lo hago creyendo que puede

ser de utilidad para los jóvenes que lean estas líneas.

Cuando tuvimos necesidad en la Universidad de México de desarrollar el campo de la energía

nuclear, nos encontramos con que no había, por falta de antecedentes, por falta de laboratorios,

personas que pudieran realizar la promoción de los estudios experimentales de la energía nuclear en

México. El profesor William Buechner, actualmente jefe de la División de Física en el Instituto

Tecnológico de Massachusetts, era consultor nuestro y sentía preocupación porque nuestros jóvenes

físicos eran fundamentalmente teóricos, muy apreciables, pero sin el penetrante sentido de

observación que requiere quien trabaja en un laboratorio nuclear.

Después de entrevistar a una serie de candidatos, propuse al profesor Buechner que ensayáramos a

un alumno de Mecánica de Suelos. Años después Buechner me dijo que casi por cortesía aceptó el

ensayo, porque le parecía absurdo, a primera vista, que una persona entrenada en Mecánica de

Suelos (ignoro si él estaba prejuiciado también por las voces a las que antes aludí), tuviera la

preparación, los conocimientos o la filosofía, para actuar en el campo de la investigación nuclear.

Aceptó, sin embargo. Logré convencer al joven candidato de las posibilidades y los atractivos que

tendría trabajar en esa disciplina científica y mi alumno fue al Instituto Tecnológico de Massachusetts

a recibir instrucción especializada en energía nuclear, instrucción que fue para él totalmente nueva.

No tenía los menores antecedentes. No había estudiado absolutamente nada de física atómica. Un

año después, este joven realizaba ya investigación nuclear y contribuía a mejorar el laboratorio del

profesor Buechner. Recientemente, recibió un Premio de Ciencias en México. En la actualidad es

reconocido como uno de los más distinguidos investigadores en la investigación de los núcleos. En los

W. David Supo P.

35

laboratorios de Van der Graaff, Marcos Mazari ha logrado hacerse de renombre. Esto que fue

sorpresa para muchos, para mí no lo fue; porque creo que la Mecánica de Suelos da una formación

que permite insólitas transformaciones.5

Otro ejemplo. El de mi propio caso en la Universidad Nacional. Cuando tuve el honor de ser

designado Rector lamenté no tener preparación en Ciencias Sociales, Ciencias Políticas, Economía,

Sociología, qué se yo. Pensé que la Mecánica de Suelos no era tal vez el mejor de los entrenamientos

para enfrentarse al problema de servir como rector a una Universidad tan grande, tan importante y

tan compleja. Sin embargo, pronto descubrí lo muy valioso que fueron para mí los años que invertí

en la Mecánica de Suelos. Es siempre útil el ejercicio, repito, de la humildad intelectual, la

imaginación, la prudencia y el sentido de observación. Son armas que sirven para tratar con suelos y

con hombres.

México, particularmente en su capital, es un lugar ideal para estudiar Mecánica de Suelos.

El profesor Terzaghi en alguna ocasión dijo que la ciudad de México es el paraíso de la Mecánica de

Suelos. La naturaleza del subsuelo en nuestra capital ha sido causa de dolores de cabeza de los

ingenieros y constructores de todos los tiempos. Desde los aztecas hubo fracasos debido a la baja

resistencia del subsuelo mexicano; y los españoles tuvieron grandes dificultades para construir los

monumentos coloniales que nos legaron. Pero si los ingenieros de los pueblos más adelantados del

mundo no se ocuparon científicamente de los suelos hasta hace 50 años, los mexicanos no lo hicimos

hasta hace 25.

Cuando hace 30 años los estudiantes que llegábamos a la Facultad (en aquella época, Escuela

Nacional de Ingeniería), aprendimos los procedimientos de construcción, en un curso "práctico" nos

instruían sobre los métodos para determinar la resistencia de un terreno. Se hablaba de colocar una

mesa con 4 patas sobre el terreno, cargar la mesa y medir los asentamientos de la misma. De la

relación entre estos asentamientos y las cargas aplicadas se obtenían datos que, se suponía,

determinaban la resistencia del terreno y fijaban las normas sobre las cuales debía hacerse el cálculo

para una estructura que se iba a construir ahí.

Otro sistema, famoso entre los estudiantes, era el llamado sistema del barretón: se tomaba un

barretón, se levantaba un par de metros y se dejaba caer verticalmente; el barretón penetraba algunos

centímetros en la corteza del suelo; la distancia penetrada, multiplicada por la "resistencia", se

igualaba con el peso del barretón multiplicado por la altura de caída, y en esta forma se pretendía

determinar la capacidad de carga del suelo para resistir el peso de un edificio cuyas dimensiones

nadie tomaba en cuenta de antemano.

Había una cifra cabalística: la que llamaban fatiga de resistencia del terreno y ésta era la misma para

un edificio que tuviera 10 X 10 m de área, o que tuviera 100 X 100 m. Esto, que en la actualidad

suena increíble a los propios estudiantes, se nos enseñaba hace apenas 30 años. No había ninguna

información ni ninguna referencia a las propiedades de los mantos profundos del subsuelo. Las

características de la piel se suponían suficientes para garantizar la estabilidad general de una

construcción. Pero, por supuesto, en todas las épocas y en todas partes ha habido hombres dotados

5

El propio Dr. Carrillo, único científico mexicano que ha observado explosiones atómicas experimentales, ha

sido Consultor del Gobierno Mexicano desde 1946 en asuntos de energía nuclear. Actualmente es Vocal de la

CNEN. (N. de los A.)



36

que han poseído ese raro sentido llamado "común". En este siglo, en México, dos hombres sobresalen

como antecedentes en Mecánica de Suelos: Roberto Gayol y José A. Cuevas. A mediados de la

década de los 30, José A. Cuevas creó gran inquietud sobre los problemas derivados de la falsa

interpretación de la resistencia de los suelos. Y fue él, indudablemente, la figura más vigorosa que

podemos encontrar como precursor del desarrollo de la Mecánica de Suelos en México. Cuevas

estaba en aquellos días construyendo la cimentación para el edificio de la Lotería Nacional. En 1936,

fui con Cuevas a la Universidad de Harvard, donde con motivo de las fiestas del tercer centenario de

su fundación, la Universidad acogía al Primer Congreso Internacional de Mecánica de Suelos.

Asistieron Terzaghi, Casagrande, Gilboy, L. White, Rutledge, Morán y muchos otros grandes hombres

en este campo. El Congreso fue para los jóvenes que estuvimos en calidad de observadores, una

auténtica revelación. El discurso inaugural de Terzaghi es un documento histórico: una obra maestra

que todo ingeniero, especializado o no en suelos, debe leer.

El Ing. Cuevas, fue también uno de los campeones contra el uso exagerado de pozos en la ciudad de

México. Cuando en 1936 la ciudad comenzó a asentarse rápidamente, a hundirse en forma cada vez

más alarmante, él advirtió, con gran instinto, los peligros que había en abusar de la extracción de

agua y alterar el equilibrio del líquido que tanta importancia tiene en la ciudad de México para el

equilibrio del suelo mismo.

Años más tarde me tocó hacer uno de los primeros trabajos analíticos sobre la relación que hay entre

las presiones del agua en los acuíferos y los asentamientos de la ciudad. Y hubo (apenas hace unos

15 años) quienes protestaron y dijeron que un pozo bien construido, cementado adecuadamente

alrededor del tubo, no tenía por qué producir asentamientos, dado que la arcilla es muy

impermeable. Se consideraba que los pozos bien hechos eran absolutamente inocuos.

Se hablaba, apenas hace 12 años, de que las causas principales del asentamiento de la ciudad de

México, eran el incremento en la carga impuesta sobre la superficie con el crecimiento del área

construida, la impermeabilización de la corteza derivada de los propios edificios y de los pavimentos

en las calles y los drenajes que extraían el agua de las capas superiores del suelo. Se suponía que el

problema era debido a causas externas: falta de agua externa que nutriera al suelo, aumento de carga

externa y alteración en las capas superficiales; no se pensaba que el origen del asentamiento estuviera

en las capas profundas en donde se había creado un desequilibrio en las presiones del agua, que ya

no eran hidrostáticas. Fue en un caso particular, muy interesante de mencionar en el que se tuvo una

evidencia clara de que el fenómeno no se debía, como se afirmaba a causas externas. (Que, por

supuesto, influyen. Un edificio alto, mal construido, mal cimentado, puede producir y ha producido

asentamientos considerables pero que sólo afectan al área vecina al edificio. Su radio de acción es del

orden de magnitud de las dimensiones del área cargada.)

En 1950 el Gobierno proyectaba realizar obras que devolvieran al Palacio de las Bellas Artes a su

nivel original. Una empresa extranjera hizo un proyecto para re cimentar al palacio por medio de

pilotes y, por medio de gatos, subirlo al nivel de la calle. Los primeros datos que se tenían parecían

muy alarmantes; se mencionaban asentamientos de Bellas Artes del orden de 30 cm por año; pero se

estaba hablando de los asentamientos absolutos del Palacio, con relación a bancos de nivel que no se

asentaban. Cuando se hizo el análisis de los asentamientos de Bellas Artes con respecto al nivel de la

calle, se descubrió algo notable: el Parque de la Alameda, que está a corta distancia del Palacio, se

hundía más aprisa que éste, con relación a los bancos de nivel absoluto; es decir, Bellas Artes en

W. David Supo P.

37

realidad estaba hundiéndose más lentamente que la calle; sus movimientos relativos eran de

recuperación, en vez de asentamiento. Bellas Artes es uno de los edificios más pesados que, por

haberse cimentado sin los conocimientos suficientes del subsuelo, se asentó más de 2 m; Bellas Artes

está rodeado de una gran área impermeabilizada. En Bellas Artes se conjugan los factores que se

decía provocan el hundimiento, en tanto que en la Alameda no hay carga, la lluvia puede penetrar

libremente y no hay drenaje; sin embargo, la Alameda se hunde más aprisa que Bellas Artes, lo cual

revela que el fenómeno se debe a causas profundas que ahora hemos identificado: a las fuerzas de

filtración provocadas en el subsuelo por el desequilibrio de las presiones del agua. Por el exagerado

bombeo en el pasado. Evidentemente, el subsuelo de la Alameda, virgen, respondía más a las nuevas

fuerzas internas que el subsuelo del palacio ya muy consolidado.

Por fortuna el problema del hundimiento de la ciudad se ha aclarado y se han tomado medidas que

han hecho que la situación mejore día a día. En pocos años, el progreso que se ha logrado en la

ingeniería, como consecuencia de un mayor conocimiento de la Mecánica de Suelos, es

extraordinario.

De la época en que se hablaba de determinar la resistencia de un terreno por medio de una mesa, al

momento en que dos ingenieros mexicanos son capaces de producir un libro de los alcances y de la

importancia del que ahora nace, hay una distancia enorme.

He hablado de aspectos prácticos, culturales e intelectuales de la Mecánica de Suelos.

Voy a terminar con una reflexión final de otra naturaleza. Hace un año recorrí países de Asia, Europa

y América. No me sorprendió encontrar en muchas partes incomprensión o desconcierto con relación

a la Mecánica de Suelos. Falta de información. Pero sí me sorprendió, gratamente, encontrar en Hong

Kong, en Pekín, en Estambul, en Estocolmo, en Londres, y en Sao Paulo y Buenos Aires, verdaderos

apóstoles de la Mecánica de Suelos. En cadena se me abrían las puertas de una fraternidad de

amigos. Y descubrí en todos esos ingenieros, además, una mística común. Vi que todos realizan una

tarea desinteresada de promoción de la Mecánica de Suelos. Se nota en todos los rumbos del planeta

la influencia de un gran hombre que es, sin duda, el corazón de la Mecánica de Suelos. Arthur

Casagrande, cuya influencia en este primer texto mexicano es evidente. Primero como discípulo

predilecto y devoto del maestro Terzaghi; después como profundo investigador y consultor, y,

finalmente, como profesor extraordinario, como maestro auténtico y generoso cuyo sentido de

responsabilidad hacia sus discípulos desborda los cauces establecidos, Casagrande ha dado alma a

esta nueva rama de la ciencia. Si a la Mecánica de Suelos se deben presas de tierra de alturas sin

precedente, a ella se debe también que en Harvard haya surgido un profesor de ciencia que tiene

estatura humana extraordinaria.

La personalidad de Casagrande es un estímulo y una garantía para quienes abrazan la especialidad

que trata con el material que conjuga a dos de los cuatro elementos de la naturaleza que fascinaron a

los hombres de antes y siguen fascinando a los hombres de hoy. La tierra y el agua.

NABOR CARRILLO”



38

Imagen 1 Bjerrum-Terzaghi-Casagrande (Agosto 1957)

3.2. CRONOLOGÍA DEL NACIMIENTO DE LA MECÁNICA DE

SUELOS

La Mecánica del Suelo es una ciencia relativamente joven; su nombre actual existe

desde 1925, año en el que el profesor checo Karl Terzaghi publicó en Viena su

tratado “Erdbaumechanik”. Es evidente que, mucho antes de Terzaghi, los

constructores, ingenieros y arquitectos se habían preocupado por el suelo. Hay

estudios del mismo, considerado desde el punto de vista constructivo, que se

remontan a épocas muy anteriores; los habitantes prehistóricos construyeron

ciudades lacustres sobre lagos, en lo que ahora es Suiza e Italia. Erigieron

habitáculos sobre pilotes, los palafitos: esto implica cierta experiencia en el

comportamiento del suelo.

Los pueblos de la Antigüedad, persas, griegos y romanos, construyeron puentes,

templos monumentales, grandes obras hidráulicas como los acueductos, etc.

En la Mesopotamia, el pueblo sumerio (3500 a.C.) utiliza el adobe y ladrillo en sus

construcciones y construye caminos con la superficie estabilizada con asfalto.

(Gallegos 1999).

En la dinastía Chou, 1000 A. C. se dan recomendaciones para construir los

caminos y puentes. El siglo XVII trae las primeras contribuciones literarias

sobre ingeniería de suelos y el siglo ХVIII marca el comienzo de la

Ingeniería Civil, cuando la ciencia se toma como fundamento del diseño

estructural.

W. David Supo P.

39

En la Edad Media, la construcción de las catedrales, con su gran peso,

implica que ya tenían conocimientos importantes sobre el comportamiento

de los suelos. Pero es a partir del siglo XVIII cuando los estudios de las

tierras tienen un desarrollo más técnico, se precisan las nociones de

equilibrio, empuje de tierras sobre muros, etc.

Vauban, 1687, ingeniero militar francés da reglas y fórmulas empíricas para

construcción de muros de contención.

Bullet, 1691, (francés), presenta la primera teoría sobre empuje de tierras y

a ella contribuyen los franceses Couplet (1726). Coulomb (1773), Rondelet

(1802), Navier (1839), Poncelet (1840) y Collin (1846). Más adelante el

escocés Rankine (1857) y el suizo Culman (1866).

En 1773, Coulomb (francés), relaciona la resistencia al corte con la

cohesión y fricción del suelo. En 1857, Rankine (escocés), presenta su

teoría del empuje de tierras. En 1856, se presenta la "Ley de Darcy"

(Francia) y la 'Ley de Stokes'" (Inglaterra), relacionadas con la

permeabilidad del suelo y la velocidad de caída de partículas sólidas en

fluidos.

Culman (1866) aplica gráficamente la teoría de Coulomb a muros de

contención. En 1871, Mohr (Berlín) desarrolla el cálculo de esfuerzos (una

representación gráfica) en un punto del suelo dado.

1873, Bauman (Chicago) afirma que el área de la zapata depende de la

carga de la columna y recomienda valores de carga en arcillas.

En 1885 Boussinesq (Francia) presenta su teoría de distribución de

esfuerzos y deformaciones por cargas estructurales sobre el terreno.

En 1890. Hazen (USA) mide propiedades de arenas y cascajo para filtros.

En 1906, Strahan (USA) estudia la granulometría para mezclas en vía.

En 1906, Müler, experimenta modelos de muros de contención en

Alemania.

En 1908, Warston (USA), investiga las cargas en tuberías enterradas.

En 1911, Atterberg (Suecia), establece los límites de Atterberg para suelos

finos.

En 1913, Fellenius (Suecia), desarrolla métodos de muestreo y ensayos

para conocer la resistencia al corte de los suelos y otras propiedades.



40

Además, desarrolla el método sueco del círculo para calcular la falla en

suelos cohesivos.

En 1925, Terzagui, presenta en Viena el tratado ERDBAUMECHANIK que

hace de la Mecánica de Suelos una rama autónoma de la Ingeniería. El

científico de Praga, Karl Terzagui, es considerado el padre de la Mecánica

de Suelos Moderna.

3.2.1. KARL VON TERZAGHI

Imagen 2. Karl von Terzaghi (1883 -1963): El fundador de la mecánica

de suelos.

W. David Supo P.

41

Karl von Terzaghi (Praga, 2 de octubre de 1883 — Winchester, Massachusetts,

Estados Unidos, 25 de octubre de 1963) fue un ingeniero austríaco reconocido

actualmente como el padre de la Mecánica de los suelos y de la Ingeniería

Geotécnica.

Desde el comienzo de su carrera dedicó todos sus esfuerzos a buscar un método

racional que resolviera los problemas relacionados con la ingeniería de suelos y

fundaciones. La coronación de sus esfuerzos se dio en 1925 con la publicación de

Erdbaumechanik, considerada hoy como el punto de partida de la mecánica de los

suelos como nuevo rama de la ciencia en la ingeniería.

De 1925 a 1929 trabajó en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde inició

el primer programa Norte Americano sobre mecánica de los suelos y con eso hizo

que esta ciencia se convirtiera en una materia importante en la Ingeniería Civil.

En 1938 pasó para la Universidad de Harvard donde desarrolló y enseñó su curso

sobre geología aplicada a la ingeniería, jubilándose con profesor en 1953 con 70

años de edad. Se nacionalizó como ciudadano de los Estado Unidos de América

en 1943.

Su libro Soil Mechanics in Engineering Practice, escrito en conjuntamente a Ralph

B. Peck, es de consulta obligatoria para los profesionales de la ingeniería

geotécnica. Es considerado uno de los mejores ingenieros civiles del siglo XX.

Dentro de su producción bibliográfica destacan las siguientes:

Terzaghi, K., Erdbaumechanik. auf bodenphysikalischer Grundlage, Leipzig

und Wien, Franz Deuticke (1925)

Terzaghi, K., Theoretical Soil Mechanics, John Wiley and Sons, New York

(1943) ISBN 0471853054.

Terzaghi, K., Peck, R. B. and Mesri, G., Soil Mechanics in Engineering

Practice, 3rd Ed. Wiley-Interscience (1996) ISBN 0471086584.

Terzaghi, K., "Large Retaining Wall Tests", Engineering News Record Feb.1,

March 8, April 19 (1934).

Terzaghi, K., From theory te lo practice in soil mechanics; Selections from the

writings of Karl Terzaghi, with bibliography and contributions on his life and

achievents John Wiley and Sons (1967).



42

Terzaghi, Karl, and Ralph B. Peck. Soil Mechanics in Engineering Practice.

New York: Wiley (1967).

Terzaghi, K., Proctor, R. V. and White, T.

L., "Rock Tunneling with Steel Supports,"

Commercial Shearing and Stamping Co.

(1946).

Terzaghi, K., American Society of Civil

Engineers, "Terzaghi Lectures, 1974-

1982," American Society of Civil

Engineers (1986) ISBN 087262532X.

Reseña histórica de Karl von Terzaghi

presentada en (Kurrer 2008) traducida e ilustrada por el autor del presente apunte:

Nacido en Praga (1883)

Estudió ingeniería mecánica en Graz TH

Imagen 3. Ing. Karl Terzaghi, a los 23 años de edad (1907)

Posteriormente, trabajó para

varias empresas de construcción en Austria,

Rusia, y en otros lugares; intrigado por casos

de daño, decidió cuando aún era joven

explorar los límites entre la geología y la

ingeniería civil

1916-25: Profesor en

Constantinopla

W. David Supo P.

43

1925: publicación de su libro Erdbaumechanik auf bodenphysikalischer

Grundlage (mecánica de suelos sobre la base de la física de suelos) (Terzaghi,

1925)

1925-29: Profesor en el MIT, en Boston. EE.UU.

En la primavera de 1936

junto a Fróhlich publica el libro titulado Theorie

der Setzung von Tonschichten (teoría de la

solución de estratos de arcilla) (Terzaghi y

Fröhlich, 1936) (Fig. 11-16)

1929 a 1938: Profesor en

Viena TH

1939: profesor de

ingeniería geológica y mecánica del suelo en la

Universidad de Harvard, Cambridge. EE.UU.

3.3. DEFINICIONES BASICAS

3.3.1. INGENIERÍA GEOTÉCNICA

La ingeniería geotécnica es la ciencia y práctica de

aquella parte de la ingeniería civil que involucra

materiales naturales encontrados cerca de la superficie de

la Tierra. En sentido general, incluye la aplicación de los

principios fundamentales de la mecánica de suelos y de la

mecánica de rocas a los problemas de diseño de

cimentaciones. [1]

La Ingeniería Geotécnica (IG) constituye una de las principales ramas de la

Ingeniería Civil y como tal, presenta facetas que han sufrido el mismo derrotero

que esta última a través del tiempo y a lo largo de la evolución de la civilización.

Hasta principios de la década de 1960, los especialistas en ingeniería geotécnica

estaban agrupados en la ISSMFE (“International Society of Soil Mechanics and

Foundation Engineering”). Luego aparecieron nuevas sociedades como la ISRM



44

(“International Society for Rock Mechanics”) en 1962 y la IAEG (“International

Association of Engineering Geology”) en 1970. [2]

Imagen 4. ISSMGE International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. (www.issmge.org)

Imagen 5. International Society for Rock Mechanics (www.isrm.net)

http://www.issmge.org/

W. David Supo P.

45

3.3.2. GEOLOGÍA

La geología es la ciencia de la tierra: Especialmente los procesos de su interior y las

transformaciones que afectan a los minerales y las rocas en su superficie. Es la

ciencia de la historia de la tierra; los procesos de su formación, su desarrollo, los

cambios, hasta la situación actual. La geología nació por una parte del deseo del

ser humano para entender su entorno - su mundo. El otro empuje era la necesidad

de mejorar su entorno: La búsqueda de recursos naturales -mineralógicos,

geológicos- era mucho más eficiente con un buen conocimiento de los procesos de

la tierra. En los últimos años la definición geología se extendió también a los otros

cuerpos del sistema solar: La geología forma también parte de la planetología. Los

planetas muestran un ambiente diferente a la tierra, pero la pauta general de los

procesos interiores y exteriores es la misma o comparable. [1]

Imagen 6. Geología

Fuente: [1]

3.3.3. MECÁNICA DE SUELOS

La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de sus

propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a varios

tipos de fuerzas. La ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la

mecánica de suelos a problemas prácticos. [2]



46

Terzaghi en su libro Theoretical Soil Mechanics (, define:

“La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de

la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería

que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no

consolidadas de partículas sólidas, producidas por la

desintegración mecánica o descomposición química de

las rocas, independientemente que tengan o no

contenido de materia orgánica.”

Según (Jimenez Salas, J. A.; De Justo Alpañes, J. L. 1975): “Ciencia que se ocupa

de las modificaciones que en los estados de equilibrio y de tensiones de la corteza

terrestre producen las construcciones humanas.”

La mecánica de suelos incluye: (Juárez Badillo, E.; Rico Rodríguez, A. 2005)

a. Teorías sobre el comportamiento de los suelos sujetas a cargas; basadas

en simplificaciones necesarias, dado el estado actual de la teoría.

b. Investigación de las propiedades físicas de los suelos.

c. Aplicación del conocimiento teórico y empírico de los problemas

prácticos.

La mecánica de suelos es la aplicación de la mecánica a los problemas geotécnicos.

Ella estudia las propiedades, comportamiento y utilización del suelo como material

estructural, de tal modo que las deformaciones y resistencia del suelo ofrezcan

seguridad, durabilidad y estabilidad de las estructuras.

La estructura del suelo puede ser natural (la del suelo "in situ"), como un talud,

canal en tierra o artificial (suelo como material de construcción), como un terraplén

o un relleno.

En resumen: la Mecánica del Suelo estudia problemas de equilibrio y deformación

de masas de tierra. Masas de tierra conformadas por varias capas de suelos de

naturaleza y espesores diferentes. Suelos que en sí ya no son homogéneos ni

monofásicos, sino que en cada uno de los diferentes tipos de suelo, nos

encontramos con la fase sólida de las partículas de suelo propiamente dicho, y con

otras fases como aire, agua o hielo, e incluso gas. Existen conexiones con otras

ciencias y disciplinas, como la Química, la Geología, la Hidráulica, etc. Las masas

W. David Supo P.

47

de tierras pueden estar sometidas a esfuerzos interiores y exteriores también de

naturaleza e intensidad diferentes, como pueden ser acciones hidráulicas,

vibratorias, sísmicas, gravitatorias, etc. (Gonza lez C. 2001)

3.3.4. ROCA

Agregado natural de partículas minerales (más bien cristales) unidas por fuerzas

cohesivas potentes y permanentes. Se suele considerar roca si su resistencia a la

compresión simple, sin drenaje, qu (o R

u ). (“u" del inglés undrained), es mayor que

5 kg/cm2.

En general las rocas duras y compactas constituyen un terreno de cimentación

excelente, siempre que la solera de excavación esté libre de material alterado y las

posibles diaclasas se rellenen con hormigón.

Las rocas se clasifican según su origen en ígneas, sedimentarias y metamórficas.

Ejemplo de ígneas: granitos, pórfidos, sienita, diorita, gabro, diabasa, ofita, gneis,

basaltos, pumicita, etc. Ejemplo de sedimentarias silíceas: sílex, jaspe, areniscas,

etc. Ejemplo de sedimentarias arcillosas: arcillitas, margas, etc. Ejemplo de

sedimentarias cálcicas: calizas, dolomías, etc. Ejemplo de metamórficas: gneis,

micacitas, pizarras, esquistos, cuarcitas, serpentinas, mármoles, etc. (Gonza lez C.

2001)

3.3.5. SUELO

En el sentido general de la ingeniería, suelo se define como el agregado no

cementado de granos minerales y materia orgánica descompuesta (partículas

sólidas) junto con el líquido y gas que ocupan los espacios vacíos entre las

partículas sólidas. El suelo se usa como material de construcción en diversos

proyectos de ingeniería civil y sirve para soportar las cimentaciones estructurales.

Por esto, los ingenieros civiles deben estudiar las propiedades del suelo, tales como

origen, distribución granulométrica, capacidad para drenar agua, compresibilidad,

resistencia cortante, capacidad de carga, y otras más. (Das 2001)

Los materiales que constituyen la corteza terrestre son clasificados por el ingeniero

civil, en forma arbitraria, en dos categorías: suelo y roca. Se llama suelo a todo

agregado natural de partículas minerales separables por medios mecánicos de poca

intensidad, como agitación en agua. Por el contrario, roca es un agregado de

minerales unidos por fuerzas cohesivas poderosas y permanentes. Como los

términos “poderosas” y “permanentes” están sujetos a interpretaciones diversas, el



48

límite entre suelo y roca resulta necesariamente arbitrario, y existen muchos

agregados naturales de partículas minerales que son difíciles de clasificar.

(Terzaghi, K. - Peck, R. B. 1978).

Citamos también la definición de suelo del Ing. Carlos Crespo V. de (Crespo

Villalaz 2004): "Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material

que proviene de la desintegración y/o alteración física y/o química de las rocas y de

los residuos de las actividades de los seres vivos que sobre ella se asientan".

3.3.6. LA TIERRA

La Tierra es el tercer planeta desde el Sol, el quinto más grande de todos los

planetas del Sistema Solar y el más denso de todos, respecto a su tamaño. Se

desplaza en una trayectoria apenas elíptica alrededor del Sol a una distancia de

unos 150 millones de kilómetros. El volumen de la Tierra es más de un millón de

veces menor que el del Sol, mientras la masa terrestre es 81 veces mayor que la de

su satélite, la Luna. Es un planeta rocoso geológicamente activo que está

compuesto principalmente de roca derretida en constante movimiento en su

interior, cuya actividad genera a su vez un fuerte campo magnético. Sobre ese

ardiente líquido flota roca solidificada o corteza terrestre, sobre la cual están los

océanos y la tierra firme. (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

Datos Generales de la Tierra

Radio ecuatorial: 6378 km

Radio polo/polo: 6357 km

La tierra no es un globo. A causa de la rotación de la tierra el radio ecuatorial es

21 km más largo como el radio polo N-polo S. La forma de la tierra entonces es

un elipsoide de rotación.

Volumen: 1,083 X 1012

km3

Masa: 6 X 1021

ton

Peso específico promedio: 5.517 g/cm3

La tierra tiene una densidad o peso específico relativamente alta, (una roca

común como cuarzo tiene solamente 2,65 g/cm3). La causa es la acumulación de

minerales pesados en el núcleo y el manto a causa de la diferenciación. Es decir

los minerales pesados durante y después de la formación de la tierra se movieron

hacia abajo, los livianos se quedaron en la corteza.

W. David Supo P.

49

Edad: 4.65 mil millones de años

Rocas más antiguas: 3.75 mil millones de años

La tierra se formó 4650 millones años atrás. Las rocas más antiguas de la tierra

que se conoce marcan un edad de 3750 millones de años.

Océanos/Continentes

La tierra firme solo cubre 29% de la tierra, el resto son los océanos.

Fuente de la información: (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007).

3.3.7. Estructura de la Tierra

“En un esquema simplista, el globo terrestre está constituido, primeramente, por un

núcleo formado predominantemente por compuesto de hierro y níquel. Se

considera, al presente, que la densidad media de este núcleo es considerablemente

superior a la de capas más superficiales; también puede deducirse, del estudio de

transmisión de ondas sísmicas a su través, que el núcleo carece de rigidez y esta

característica ha inducido a la mayoría de los investigadores a juzgarlo fluido; existe

la opinión, empero no suficientemente comprobada, de que una zona en torno al

centro del Planeta (sobre unos 1300 km contra 3,400 km de radio de todo el

núcleo) posee alta rigidez, por lo que deben ser considerada sólida, en vez de

fluida. Un manto fluido (magma) rodea al núcleo.

Envolviendo al

manto mencionado

se encuentra la

corteza terrestre, capa

de densidad

decreciente hacia la

superficie, formada

sobre todo por

silicatos. Esta capa,

de espesor medio 30-40 km en las plataformas continentales, está constituida por

grandes masas heterogéneas con depresiones ocupadas por los mares y océanos.

Toda esta corteza se encuentra aproximadamente en estado de balance isostático,

flotando sobre el magma terrestre, más denso. La separación entre la parte fluida y

la corteza que la envuelve suele considerarse abrupta, antes que gradual

(discontinuidad de Mohorovicic).



50

Suprayaciendo a la corteza terrestre propiamente dicha, existe una pequeña capa,

formada por la disgregación y descomposición de sus últimos niveles; esta pequeña

pátina del Planeta, es el suelo, del cual se trata en la Mecánica de Suelos.” (Juárez

Badillo, E.; Rico Rodríguez, A. 2005)

Imagen 7. Estructura de la Tierra (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

W. David Supo P.

51

Imagen 8. Composición de la corteza terrestre

Fuente: (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

3.3.8. Métodos de investigación

¿Cómo se puede encontrar informaciones del interior de la tierra? (Wolfgang

Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)

A. Perforaciones: Por medio de sondajes se puede investigar solamente los

primeros 12 kms. La perforación más profunda del mundo se realizó en la ex-

Unión Soviética con una profundidad de 12km. La ventaja de los sondajes es la

posibilidad de tomar muestras a distintas profundidades.

B) Métodos geofísicos:

B.1) Sismología: Por medio de ondas sísmicas se puede detectar

discontinuidades, cambios petrográficos, diferenciar entre rocas sólidas y

rocas fundidas. Este método es el más importante en la investigación de la

geología del interior de la tierra.

B.2) Gravimetría: La Gravimetría detecta anomalías de la gravedad,

cuales permiten una calculación de la densidad y/o del espesor de la

corteza terrestre.

B.3) Volcanología: Algunos (pocos) volcanes tienen su cámara de

magma en altas profundidades (manto superior). El análisis de estas rocas

volcánicas da informaciones de estas profundidades.

3.4. CIMENTACIONES

Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales cuya misión es

transmitir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este al suelo

distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan

cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que



52

la de los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la

cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados

(excepto en suelos rocosos muy coherentes). [4]

3.4.1. PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN

-McCarthy recomienda cimentar por debajo del nivel activo o erosión potencial, si

se trata de arenas compactas. En el caso de arcillas o limos firmes, recomienda

cimentar por debajo del nivel activo por cambios de volumen.

-Manuel Delgado Vargas, en su libro “Ingeniería de Cimentaciones”, afirma que se

requiere cierta profundidad de cimentación, para evitar la socavación del suelo por

debajo del cimiento superficial, siendo ésta de 0.50 m.

-Para el ATM, Army Technical Manual (Manual técnico del ejercito de EEUU.) y el

AFM, Air Force Manual, la profundidad de cimentación debe ser de 1.20m, para

considerar el cambio de volumen del suelo, debido al efecto del hielo y deshielo.

-En las Normas Peruanas de Estructuras, se especifica que la mínima profundidad

es de 0.80 m, y si se usa albañilería portante con losa de concreto armada en dos

sentidos, y viga perimetral que sea de 0.40 m.

-Carlos Crespo Villalaz da una ecuación para determinar la profundidad de

cimentación Df, en función del índice plástico (IP):

Donde: Df está en metros, γ es el peso específico de masa en ton/m3, e IP en

porcentaje. Por ejemplo para IP = 10%, y γ = 1.8 ton/m3, Df = 1.44 m.

3.4.2. TIPOS DE CIMENTACION

Cimentaciones Superficiales

Cimentaciones Profundas

W. David Supo P.

53

3.4.2.1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo,

por tener éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de

importancia secundaria y relativamente livianas. En este tipo de cimentación, la

carga se reparte en un plano de apoyo horizontal.

En estructuras importantes, tales como puentes, las cimentaciones, incluso las

superficiales, se apoyan a suficiente profundidad como para garantizar que no se

produzcan deterioros. Las cimentaciones superficiales se clasifican en:

Cimentaciones ciclópeas.

Zapatas.

o Zapatas aisladas.



54

o Zapatas corridas o continuas.

Se emplea normalmente este tipo de cimentación para sustentar muros

de carga, o pilares alineados relativamente próximos, en terrenos de

resistencia baja, media o alta. Las zapatas de lindero conforman la

cimentación perimetral, soportando los pilares o muros

excéntricamente; la sección del conjunto muro-zapata tiene forma de |_

para no invadir la propiedad del vecino. Las zapatas interiores

sustentan muros y pilares según su eje y la sección muro-zapata tiene

forma de T invertida _|_; poseen la ventaja de distribuir mejor el peso

del conjunto.

W. David Supo P.

55

o Zapatas conectadas

Las zapatas conectadas consisten en dos zapatas independientes unidas

a través de una viga de cimentación. Este elemento busca transmitir el

momento generado por la excentricidad que se presenta en la zapata

exterior, a la zapata interior por lo que la zapata exterior se dimensiona

alargada para que tenga la menor excentricidad. La viga debe ser lo

suficientemente rígida como para garantizar esta transferencia y debe

ser capaz de resistir las cargas transmitidas.



56

o Zapatas combinadas.

Losas de cimentación.

W. David Supo P.

57

3.4.2.2. CIMENTACIONES PROFUNDAS

Estas soluciones son menos frecuentes por ser más costosas. Estas cimentaciones

transmiten las cargas de la estructura al terreno con mayor capacidad de soporte

situado bajo el terreno más superficial. Se utiliza únicamente cuando resulta más

barato que retirar el terreno de poca capacidad portante y sustituirlo por otro más

resistente.

Sección de un terreno en el que emplearíamos cimentación profunda



58

Dentro de las cimentaciones profundas se incluyen:

Pilotes

W. David Supo P.

59



60

4. CONCEPTO BÁSICOS DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE E

INFRAESTRUCTURA VIAL.

Se entiende por Ingeniería de Transportes e Infraestructura Vial, como el conjunto de

conocimientos, habilidades, destrezas, prácticas profesionales, principios y valores,

necesarios para satisfacer las necesidades sociales sobre movilidad de personas y bienes.

La Ingeniería de Transportes y Vías, es una especialidad de la profesión de ingeniería civil,

basada en la aplicación de las ciencias físicas, matemáticas, la técnica y en general el

ingenio, en beneficio de la humanidad. Comprende las siguientes actividades:

Planificación del transporte

Economía del transporte

Diseño y mantenimiento de pavimentos

Diseño de vías ciclistas urbanas

Diseño geométrico de carreteras

Diseño de estacionamientos

4.1. Planificación del transporte

Las ciudades en la actualidad

constituyen complejos sistemas en

los que se desarrollan un gran

número de funciones

fundamentales para la vida en el

mundo moderno. El sistema de

transporte posibilita el movimiento

de personas y bienes

imprescindibles para mantener el

desarrollo de las actividades

socioeconómicas. El transporte es

sin duda un factor de desarrollo

económico que cada ingeniero civil debe ser capaz de administrar adecuadamente. [2]

Ilustración 26. Distribuidor “La Araña” Caracas-Venezuela

Fuente:http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=1320925&page=4

W. David Supo P.

61

Ilustración 27. Intercambio Vial Javier Prado – Lima-Perú

Fuente: http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=429990

4.2. Economía del transporte

Se refiere a la estimación de los presupuestos de las obras de infraestructura vial, éstas a

diferencia de las obras puntuales tienen alto grado de variabilidad debido a la dificultad de

contar con estudios geotécnicos detallados. Asimismo está comprendido en esta actividad el

control de costos de producción, diarios, semanales, quincenales y mensuales, como

herramienta clave para su optimización.

4.3. Diseño y mantenimiento de pavimentos

Esta actividad se refiere a la selección del tipo de pavimento a

proyectar de acuerdo a las características de la zona de estudio,

determinación de los espesores de las capas que conformarán la

estructura del pavimento, las características de la capa de

rodamiento que puede haberse definido como losa de concreto

hidráulico, carpeta asfáltica o mezcla de agregados y materiales

bituminosos especiales. Basados en evaluaciones del estado

superficial y estructural de la vía también se diseñan y planifican

trabajos de mantenimiento, rehabilitación y mejoramiento.



62

Ilustración 28. Estructura de pavimento asfáltico convencional

4.4. Diseño de ciclovías (vías ciclistas urbanas)

Como obras de equipamiento urbano se

tiene las ciclovías cuya función principal es la

de proporcionar una estructura confortable

para que el tránsito de personas en

bicicletas, como efectiva alternativa de

reducción de emisiones contaminantes de

los vehículos al ambiente. Son vías

independientes de las vías carrozables,

constan generalmente de 2 carriles.

W. David Supo P.

63

Ilustración 29. Ciclovía en México, DF

Fuente: http://www.reforestamosmexico.org/blog/general/%C2%BFciclovias-en-el-d-f

Ilustración 30. Ciclovía en Francia, inaugurada en Julio 2010

Fuente: http://www.veoverde.com/2010/07/londres-estrena-nuevas-ciclovias/



64

4.5. Diseño geométrico de carreteras

El Diseño geométrico de carreteras es la actividad de la ingeniería civil que consiste en situar

el trazado de una carretera o calle en el terreno. Los condicionantes para situar una

carretera sobre la superficie son muchos, entre ellos la topografía del terreno, la geología, el

medio ambiente, la hidrología o factores sociales y urbanísticos. El primer paso para el

trazado de una carretera es un estudio de viabilidad que determine el corredor donde podría

situarse el trazado de la vía. Generalmente se estudian varios corredores y se estima cuál

puede ser el costo ambiental, económico o social de la construcción de la carretera. Una vez

elegido un corredor se determina el trazado exacto, estimando en el proyecto de

construcción el costo total. [4]

El diseño geométrico de una carretera básicamente se resume a un diseño en planta y un

diseño en elevación según normas nacionales o internacionales. En nuestro país, en

proyectos viales que ejecuta el Ministerio de Transportes y Comunicaciones, se usa el

“Manual de diseño geométrico de carreteras” DG-2001.

El diseño en planta comprende la definición de las progresivas de inicio y fin de proyecto,

tangentes (tramos rectos de la carretera), curvas horizontales, sobre anchos, entre otros; el

diseño en elevación comprende la definición de pendientes y curvas verticales. En ambos

W. David Supo P.

65

casos también se deben definir los volúmenes del movimiento de tierras, el tipo y ubicación

de las obras de arte que la vía requiera, tipo y ubicación de la señalización y obras

complementarias.

4.6. Diseño de estacionamientos

En esta actividad se tiene tanto los procedimientos de diseño geométrico como el estructural

de pavimentos destinados a estacionamientos vehiculares generalmente en zonas urbanas.

Uno de los problemas más críticos en las grandes urbes es la escasez de espacios para

estacionamiento vehicular, lo que se constituye en un reto para la ingeniería resolverlo.



66

5. CONCEPTOS BASICOS DE GERENCIA E INGENIERIA DE

CONSTRUCCION.

Es la rama de la ingeniería civil que se encarga de

realizar las estimaciones de cuanto costará

determinado proyecto, del tiempo que tardará en

realizarse una obra, de tramitar los permisos

correspondientes al momento de iniciar un proyecto,

de elaborar contratos entre propietario e ingeniero, de

realizar inspecciones para corroborar que todo se haga

de acuerdo a los planos y especificaciones

predeterminados, de realizar el calendario de

actividades por el cual se regirá el contratista para

realizar la obra, de realizar la gerencia del proyecto

entre otros aspectos. [4]

En esta área se pueden situar a los ingenieros que dirigen o que integran el directorio de una

empresa constructora o consultora (gerente general, gerente de obras, gerente de proyectos,

jefes de ingeniería), residentes de obra, ingenieros de campo (asfaltos, explanaciones,

transportes, obras de arte), entre otros. Asimismo; los profesionales en ingeniería civil que

prestan servicio en entidades públicas (gobiernos locales, regionales, ministerios, programas

especiales del estado, entre otros.) como miembros de alta dirección, inspectores, residentes

de obra, proyectistas, asesores técnicos en el área de ingeniería.

W. David Supo P.

67

Ilustración 31. Organigrama en oficina central de empresa constructora grande

Fuente: Costos y Presupuestos, J. Ramos Salazar.

Ilustración 32. Organigrama de obra, grande

Fuente: Costos y Presupuestos, J. Ramos Salazar.



68

En el mercado actual existe una gran cantidad de herramientas informáticas especializadas

que los profesionales en gerencia e ingeniería de construcción tienen a su disposición, por

ejemplo: Para estimar el presupuesto de una obra en nuestro país es ampliamente usado el

software S10 del grupo SISTEMA 10, para programar y efectuar un control del avance físico

de las obras se usa por lo general el Microsoft Project o el Primavera Planner, entre otros.

W. David Supo P.

69

6. Referencias Bibliográficas

[1] Wikipedia®, «Wikipedia,» Fundación Wikimedia, Inc., 4 Enero 2012. [En línea].

Available: http://es.wikipedia.org. [Último acceso: 5 Julio 2012].

[2] B. M. Das, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, [S.l.]: Cengage Learning Latin

Am, 2001.

[3] R. J. Rocca, "LA EVOLUCIÓN A LARGO PLAZO DE LA INGENIERÍA

GEOTÉCNICA," vol. 9, no. 1, 2009.

[4] Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee, «Geología General,» 1998-2007. [En

línea]. Available: http://www.geovirtual2.cl/geologiageneral/geogenap.html. [Último

acceso: 10 Febrero 2010].

[5] «Introducción a la Ingeniería,» 14 Agosto 2008. [En línea]. Available:

http://sjnavarro.wordpress.com/planificacion-de-transporte. [Último acceso: 6 Julio

2012].

[6] C. Crespo Villalaz, Mecánica de Suelos y Cimentaciones, México: Limusa, 2004.

[7] Juárez Badillo, E.; Rico Rodríguez, A., Mecánica de Suelos I: Fundamentos de la

Mecánica de Suelos, vol. I, México: Limusa, 2005.

[8] M. Gonza lez C., El terreno. Aula d'arquitectura/ETSAB, 44, Barcelona: Edicions

UPC, 2001.

[9] K.-E. Kurrer, The History of the Theory of Structures: From Arch Analysis to

Computational Mechanics, Berlin: Ernst & Sohn, 2008.

[10] Terzaghi, K. - Peck, R. B., Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica, España: El

Ateneo, 1978.

[11] Gieck, K. - Gieck, R., Manual de Fórmulas Técnicas, España: Alfaomega, 2003.

[12] H. Gallegos, La Ingeniería, Lima, Perú: UPC, 1999.

[13] Jimenez S., J. A. - De Justo A., J. L., Geotecnia y Cimientos I, Propiedades de los

suelos y de las rocas, 2 ed., vol. I, Madrid (España): Rueda, 1975.



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ud iii campos de aplicacion de la ingenieria civil

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