UNIVERSIDAD CATLICA LOS ANGELES DE

CHIMBOTE

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL

GEOLOGA APLICADA A INGENIERA CIVIL

Dr. Ing. Wilson Gernimo Sancarranco Crdova MSc.

GEOLOGIA APLICADA A LA INGENIERIA CIVIL

IMPORTANCIA DE LA GEOLOGA EN LA INGENIERA CIVIL.

En ingeniero civil se enfrenta a una gran variedad de problemas, en los que el conocimiento de la geologa es necesario Indudablemente aprender ms geologa en el campo y en la prctica que la que puede ensearle en las aulas o en el laboratorio de una escuela. Pero este aprendizaje ser ms fcil y ms rpido y su aplicacin ms eficaz, si en sus cursos de ingeniera se han incluido los principios bsico de la geologa. Merecen citarse especialmente algunas ventajas especifica las cuales algunas de ellas al desarrollare con ms pausa a travs del trabajo.

Conocimientos sistematizados de los materiales. Los problemas de cimentacin son esencialmente geolgico. Los edificios, puentes, presas, y otras

construcciones, se establecen sobre algn material natural. Las excavaciones se pueden planear y dirigir ms inteligentemente y realizarse con mayor

seguridad. El conocimiento de la existencia de aguas subterrneas, y los elementos de la hidrologa

subterrnea, son excelentes auxiliares en muchas ramas de la ingeniera prctica. El conocimiento de las aguas superficiales, sus efectos de erosin, su transporte y sus

sedimentaciones, es esencial para el control de las comentes, los trabajos de defensa de mrgenes y costas los de conservacin de suelos y otras actividades.

La capacidad para leer e interpretar informes geolgicos, mapas, planos geolgicos y topogrficos y fotografa, es de gran utilidad para la planeacin de muchas obras.

La capacitacin para reconocer la naturaleza de los problemas geolgicos.

INGENIERA GEOLGICA Y DEL ENTORNO Los ingenieros gelogos aplican los principios geolgicos a la investigacin de los materiales naturales tierra, roca y agua superficial y subterrnea implicados en el diseo, la construccin y la explotacin de proyectos de ingeniera civil. Son representativos de estos los dizque, los puentes, las autopistas, los acueductos, los desarrollos de zonas de alojamiento y los sistemas de gestin de residuos. Una nueva rama, la geologa del entorno, recoge y analiza datos geolgicos con el objetive de resolver los problemas creados por el uso humano del entorne natural. El ms importante de ellos es el peligro para la vida y la propiedad que deriva de la construccin de casas y de otras estructuras en reas sometidas a sucesos geolgicos, en particular terremotos, taludes (vase corrimiento de tierra), erosin de la costas e inundaciones. El alcance de la geologa del entorno es muy grande al comprender ciencias fsicas como geoqumicas e hidrolgicas, ciencias biolgicas y sociales e ingeniera.

GEOLOGA EN OBRA HIDRULICAS La geologa se utiliza de diversas formas en obras hidrulicas entre las cuales podemos mencionar las siguientes. Pozos de punta captacin: la mayora de los problemas de drenaje en los trabajos de ingeniera civil no tienen la magnitud de otros proyectos. Por fortuna, se dispone de otros medios para madeja el agua fretica en trabajos pequeos. Estos mtodos implican el uso de pozos de captacin. El sistema se compone bsicamente de una bomba especial y varios pozos de punta de captacin para abatir el nivel de agua fretica bajo el nivel de la excavacin ms profunda; as el material que se ve a excavarse es de comportamiento incierto, al slido; de esta manera se facilita el avance de la excavacin y se elimina los problemas causado por el agua. El control del agua fretica en la obras de construccin urbana, tambin es de vital importancia, y solo puede ser efectuado con base en un estricto conocimiento de la capa subyacente local de una detallada geologa urbana. Centrales hidroelctricas subterrneas: la idea de situar centrales hidroelctrica o de bombeo subterrneas es casi tan conocida, que han dejado de ser novedad en el diseo. Estos es un desarrollo que tuvo lugar a partir de la segunda guerra mundial; aunque a fines del siglo xix, una de las primeras centrales elctricas o hidroelctricas canadienses en Nigara Falls Utilizo el subsuelo en un cierto grado. Las turbinas

impulsadas por agua se situaron en el fondo de unas excavaciones circulares profundas y se conectaron con los generadores situados en la superficie por medio de flechas de acero, y por eso. Esta no puede ser considera completamente subterrnea.

Cimentacin de presas: la construccin de una presa almacenadora de agua altera ms las condiciones naturales que cualquiera otra obra de la ingeniera civil. Esta es importante por la funcin que desempean: en el almacenamiento de agua para el suministro de avenidas, recreacin o irrigacin.

Obra de control fluvial: desde hace ms de 3000 aos el hombre ha tratado de amansar algunos de los grandes dos del mundo. Las primeras obras de ingeniera civil fueron con toda probabilidad las de control fluvial. La obras fluvial es esencia la regulacin de la corriente natural del ro dentro de un curso bien definido, generalmente el que suele ocupar la corriente. Ya que la desviacin del curso probablemente ocurrir durante los periodos de caudal de avenida, la obra de control consiste en regular la avenida.

GEOLOGA EN OBRAS VIALES La geologa en obra viales juega un papel muy importante pues la mayora de las carreteras, tneles, y

dems obras viales utilizan la geologa para realizar estudio de suelo de los terrenos que se utilizaran para dichas obras. Ahora veremos algunos ejemplos donde se aplcala geologa. Perforacin de Lumbreras: una de las partes ms especializadas en las excavaciones abiertas es la

perforacin de lumbreras para el acceso de trabajos de tneles. Existe una experiencia abundante que nos ofrece la industria minera; por cierto, la perforacin de lumbreras es una operacin de construccin compartida por los ingenieros civiles y los de minas, pues muchas de las galeras de las grandes minas son obras de contratistas en ingeniera civil y muchos ingenieros mineros se les consulta acerca del problema con lumbreras en obras civiles.

Cimentacin de Puentes: como antecedente necesario deber recalcarse la gran importancia de la geologa en la cimentacin de los puentes. Por muy cientficamente que est diseada una columna de un puente, en definitiva el peso total del puente y las cargas que soporta debern descansar en el terreno de apoyo. Para el ingeniero estructural las columnas y los estribos de un puente no son realmente interesantes. Sin embargo, debe prestarles un inters ms que pasajero, ya que muy menudo el diseo de las cimentaciones compele al ingeniero estructural responsable del diseo de la superestructura.

Campos de Aviacin: el crecimiento de la aviacin civil ha sido extraordinario en los ltimos siglos; y es en este por su extensin en donde la geologa no es tan determinante como en otros tipos de construcciones. Los campos de aviacin modernos tienen que ser reas muy grandes y bastante planas sin serios impedimentos para volar en los alrededores.

Carreteras: son contadas las obras de ingeniera civil que guardan relacin tan estrechamente con la geologa como las carreteras. Se puede esperar que todo proyecto de carreteras importante encuentre una gran variedad de condiciones geolgicas, puesto que se extienden grandes distancias. Aunque ser extrao que una carretera requiera actividades constructivas en las profundidades del subsuelo, los cortes que se realizan para lograr las gradientes uniformes que demandan las autopistas modernas proporcionan por necesidad una multitud de oportunidades de observar la geologa. No slo es atractivo para los conductores, sino que tambin revelan detalles de la geologa local que de otro modo seran desconocidos.

GEOLOGA EN EDIFICACIONES La geologa en las edificaciones constituye la zapata en la cual se apoyan todas las edificaciones

existentes en la actualidad, pues, se debe realizar siempre un estudio del suelo sobre la cual nosotros los ingenieros civiles debemos construir.

Si no se realizan los estudios del suelo debido la mayora de las edificaciones con el tiempo pueden tener problemas los cuales son muy difciles de reparar estando ya la edificacin terminada. Ahora veremos un ejemplo de la explotacin de canteras para conseguir la piedra para las edificaciones.

MECNICA DE SUELOS

En ingeniera, la mecnica de suelos es la aplicacin de las leyes de la fsica y las ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la capa superficial de la corteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1925.

Todas las obras de ingeniera civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, y muchas de ellas, adems, utilizan la tierra como elemento de construccin para terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y esttico estarn determinados, entre otros factores, por el desempeo del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos.

Si se sobrepasan los lmites de la capacidad resistente del suelo o si, an sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizs no tomados en consideracin en el diseo, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilizacin y abandono. En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentacin y construccin y las del cimiento como dispositivo de transicin entre aquel y la supra estructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeos fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadsticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al travs de una correcta investigacin de mecnica de suelos.

ROCA Y SUELO Los trminos roca y suelo, en las acepciones en que son utilizados por el ingeniero civil y a diferencia del concepto geolgico que supone roca a todos los elementos constitutivos de la corteza terrestre, implican una clara diferencia entre dos tipos de materiales. La roca es considerada como un agregado natural de partculas minerales unidas mediante grandes fuerzas cohesivas. Y se llama roca a todo material que suponga una alta resistencia, y suelo, contrariamente, a todo elemento natural compuesto de corpsculos minerales separables por medios mecnicos de poca intensidad como son la agitacin en agua y la presin de los dedos de la mano. Para distinguir un suelo de una roca se puede hacer uso de un vaso de precipitado con agua en el que se introduce la muestra a clasificar y se agita. La desintegracin del material al cabo del tiempo conduce al calificativo de suelo, considerndose roca en el caso de efectos contrarios. Por medio de la compresin se puede establecer una frontera numrica; si el material rompe a menos de 14 kg/cm

2 se toma como suelo,

significndose que tal lmite es arbitrario y que, en ocasiones, muestras que superan en el laboratorio el supradicho esfuerzo son manejadas con los criterios de suelo. Con el paso del tiempo y debido a fenmenos de meteorizacin, la roca va perdiendo progresivamente su resistencia mecnica y se transforma en suelo.

SUELO (INGENIERA)

Desde el punto de vista de la ingeniera, suelo es el sustrato fsico sobre el que se realizan las obras, del que importan las propiedades fsico-qumicas, especialmente las propiedades mecnicas. Desde el punto de vista ingenieril se diferencia del trmino roca al considerarse especficamente bajo este trmino un sustrato formado por elementos que pueden ser separados sin un aporte significativamente alto de energa.

Se considera el suelo como un sistema multifase formado por: slidos, que constituyen el esqueleto de la estructura del suelo fase lquida (generalmente agua) fase gaseosa (generalmente aire) que ocupan los intersticios entre los slidos.

Pueden distinguirse tres grupos de parmetros que permiten definir el comportamiento del suelo ante la obra que en l incide:

los parmetros de identificacin los parmetros de estado los parmetros estrictamente geomecnicos.

Entre los parmetros de identificacin son los ms significativos la granulometra (distribucin de los tamaos de grano que constituyen el agregado) y la plasticidad (la variacin de consistencia del agregado en funcin del contenido en agua). El tamao de las partculas va desde los tamaos granulares conocidos como gravas y arenas, hasta los finos como la arcilla y el limo. Las variaciones en la consistencia del suelo en funcin del contenido en agua diferencian tambin las mencionadas clases granulomtricas principales.

Los parmetros de estado fundamentales son la humedad (contenido en agua del agregado), y la densidad,

referida al grado de compacidad que muestren las partculas constituyentes. En funcin de la variacin de los parmetros de identificacin y de los parmetros de estado vara el

comportamiento geomecnicos del suelo, definindose un segundo orden de parmetros tales como la resistencia al esfuerzo cortante, la reformabilidad o la permeabilidad.

La composicin qumica y/o mineralgica de 1a. fase slida tambin influye en el comportamiento del suelo, si bien dicha influencia se manifiesta esencialmente en suelos de grano muy fino (arcillas). De la composicin depende la capacidad de tencin del agua y la estabilidad del volumen, presentando los mayores problemas los minerales arcillosos. stos son glosilcatos hidrfilos capaces de retener grandes cantidades de agua por adsorcin, lo que provoca su expansin, resestabilizando las obras si 110 se realiza una cimentacin apropiada. Tambin son problemticos los sustratos plapsables y los suelos solubles. De manera genrica, es usual hablar de movimiento de suelos incluyendo en el concepto trabajo con materiales, como rocas y otros, que sobrepasan la definicin formal.

PROCESO DE FORMACIN

Segn el proceso de formacin, el suelo puede ser: Sedimentario. En este tipo de suelo, las partculas se formaron en un lugar diferente, y fueron

transportadas y se depositaron en otro emplazamiento; rresidual. Este suelo se ha formado por la meteorizacin de las rocas en el mismo local donde ahora se encuentra, con caso o nulo desplazamiento de las partculas; Relleno artificial. Estos son construidos por el hombre para los ms diversos fines.

SUELOS SEDIMENTARIOS

Para explicar la formacin de los suelos sedimentarios deben considerarse las tres fases del proceso de: (i) La formacin 1 sedimento; (ii) El transporte; y, (iii) El depsito de los sedimentos.

trmacin de sedimentos

mncipal modo de formacin de los sedimentos lo constituye la meteorizacin fsica y qumica de las rocas de la erficie terrestre. En general las partculas de limo, arena y grava se forman por la meteorizacin fsica de la roca, entras que las partculas arcillosas son formadas por procesos de alteracin qumica de las mismas. La formacin de rtculas arcillosas a partir de las rocas puede producirse, por combinacin de elementos en disolucin o por la scomposicin qumica de otros minerales.

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

Los sedimentos pueden ser transportados por uno de los cinco agentes siguientes: agua, aire, hielo, gravedad y organismos vivos. La forma de transporte afecta los sedimentos principalmente de dos formas: a) modifica la forma, el ao y la textura de las partculas por abrasin, desgaste, impacto y

disolucin; b) produce una clasificacin de las partculas.

DEPSITO DE LOS SEDIMENTOS

Despus de que las partculas se han formado y se han transportado se depositan para formar el suelo

sedimentario. Las tres causas re este depsito en el agua son: la reduccin de la velocidad, la disminucin da la solubilidad y el aumento de electrolitos. Cuando una corriente desemboca en un lago, ocano, o un gran volumen de agua, pierde la mayor parte de su velocidad. Disminuye as la fuerza de la corriente y se produce una sedimentacin. Cualquier cambio en la temperatura del agua o en su naturaleza qumica puede provocar una reduccin en la solubilidad de la corriente, producindose la precipitacin de alguno de los elementos disueltos.

SUELOS RESIDUALES

Los suelos residuales se originan cuando los productos de la meteorizacin de las rocas no son

transportados como sedimentos, sino que se acumulan en el sitio en que se van formando. Si la velocidad de descomposicin de la roca supera a la de arrastre de los productos de la descomposicin se produce una acumulacin de suelo residual. Entre los factores que influyen en la velocidad de alteracin de la naturaleza de los productos de la meteorizacin estn el clima (Temperatura y lluvia), la naturaleza de la roca original, el drenaje y la actividad bacteriana.

El perfil de un suelo residual puede dividirse en tres zonas: a) la zona superior, en la que existe un elevado grado de meteorizacin, pero tambin cierto arrastre de materiales; b) la zona intermedia en cuya parte superior existe una cierta meteorizacin, pero tambin ciertao grado de deposicin hacia la parte inferior de la misma; y, c) la zona parcialmente meteorizadaque sirve de transicin del suelo residual a la roca original inalterada.

La temperatura y otros factores han favorecido el desarrollo de espesores importantes de suelos residuales en muchas partes del mundo.

DEPSITOS ARTIFICIALES

En los dos apartados anteriores se ha comentado la formacin de depsitos de suelo por la naturaleza. Un depsito hecho por el hombre se denomina terrapln o relleno. El terrapln constituye realmente un depsito sedimentario en el que el hombre realiza todos los procesos de formacin, de una forma controlada para alcanzar resultados previamente definidos. El suelo se extrae, por excavacin o voladura de un determinado yacimiento cuyo material cumple con las especificaciones pre-establecidas; se transporta mediante un vehculo que puede ser un camin, una vagoneta, un buldozer, o por medio de barcazas o tuberas y se deposita en el lugar predeterminado. El material puede dejarse tal como cae, o puede acomodarse y compactarse, para alcanzar las caractersticas mecnicas deseadas.

ALTERACIONES DE LOS SUELOS DESPUS DE SU FORMACIN

En especialista en suelos, al concebir un proyecto, debe proyectar las estructuras no solamente para, las propiedades del suelo al comienzo de la obra sino que tambin para toda la duracin, vida til, de la misma. El tamao y la forma de un depsito determinado como las propiedades mecnicas del suelo que lo componen pueden variar de manera muy significativa. Muchas de estas variaciones se producen independientemente de la actividad, andrgena, mientras que otras se deben a la presencia de la obra. El suelo no es inerte, sino que es bastante activo y muy sensible a las condiciones de su entorno.

PRESIONES

En general un aumento de la presin sobre un elemento de suelo produce un incremento de la resistencia al esfuerzo cortante, una disminucin de la compresibilidad y una reduccin de la permeabilidad; los efectos contrarios se producen si las presiones disminuyen. Los cambios producidos por la reduccin de la presin suelen ser menores que los producidos por un incremento de presiones de igual magnitud. El suelo se comporta por lo tanto como un cuerpo no perfectamente elstico.

Durante la formacin de un suelo sedimentario la presin total a una cota determinada contina aumentando al ir creciendo la altura de la capa de suelo sobre el punto considerado. As pues, las propiedades de un suelo sedimentario a una determinada profundidad estn cambiando continuamente a medida que se va formando el depsito. La eliminacin de las tierras superiores, por ejemplo por efecto de la erosin, da lugar a la reduccin de las presiones. Un elemento de suelo que est en equilibrio bajo la mxima presin que ha experimentado en toda su historia se denomina normalmente consolidado, mientras que un suelo en equilibrio bajo una presin inferior a la que lo consolid se denomina sobre consolidado.

TIEMPO

El tiempo es una variable que interviene en los dems factores que contribuyen a las variaciones del comportamiento del suelo (en especial las presiones, la humedad y las condiciones del medio). Para apreciar las variaciones los efectos complejos de una variacin de presiones, el agua debe ser expulsada o absorbida por el elemento del suelo. Debido a la permeabilidad relativamente baja de los suelos de grano fino, se requiere un cierto tiempo para que esta aguar escape o inertes en tales suelos. Por otro lado el tiempo es un factor evidente en las reacciones qumicas, como las que se producen los procesos de meteorizacin. AGUA Agua puede tener dos efectos perjudiciales sobre el suelo. En primer lugar, la sola presencia del agua disminuye las fuerzas de atraccin entre las partculas arcillosas. En segundo lugar, el agua intersticial puede, en determinadas situaciones particulares, soportar los esfuerzos aplicados, modificando as el comportamiento del suelo.

La muestra de arcilla, que puede tener una resistencia similar a la del cemento pobre cuando seca, puede convertirse al sumergirse en agua. As pues, el aumento de la humedad en un suelo reduce, por lo general, la resistencia del mismo

INGENIERA GEOTCNICA La ingeniera geotcnica es la rama de la ingeniera civil que se encarga del estudio de las propiedades mecnicas, hidrulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra. Los ingenieros geotcnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y disear las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroelctricas, etctera.

Es por esto que los ingenieros geotcnicos, adems de entender cabalmente los principios de la mecnica y de la hidrulica, necesitan un adecuado dominio de los conceptos bsicos de la geologa. Es de especial importancia conocer las condiciones bajo las cuales determinados materiales fueron creados o depositados, y los posteriores procesos estructurales o diagenticos (procesos metamorficos, de sustitucin, cristalizacin, etc.) que han sufrido.

Diseos para estructuras construidas por encima de la superficie incluyen cimentaciones superficiales (zapatas), cimentaciones profundas (pilotes y muros de contencin). Presas y diques son estructuras que pueden ser construidas de suelo o roca y que para su estabilidad y estanqueidad dependen en gran medida de los materiales sobre los que estn asentados o de los cuales se encuentran rodeados. Finalmente los

tneles son estructuras construidas a travs del suelo o roca y que dependen en gran medida de las caractersticas de los materiales a travs de los cuales son construidos para definir el sistema de construccin, la duracin de la obra y los costos.

Los ingenieros geotcnicos tambin investigan el riesgo para los seres humanos, las propiedades y el ambiente de fenmenos naturales o propiciados por la actividad humana tales como deslizamientos de terreno, hundimientos de tierra, flujos de lodo y cada de rocas.

Antiguamente a la geotecnia se la identificaba como la mecnica de suelos, pero el trmino se ampli para incluir temas como la ingeniera ssmica, la elaboracin de materiales geotcnicos, mejoramiento de las caractersticas del suelo, interaccin suelo-estructura y otros. Sin embargo, la geotecnia es una de las ramas ms jvenes de la ingeniera civil y, por lo tanto, sigue evolucionando activamente. Se considera a Karl Terzaghi como el padre de la ingeniera geotcnica y la mecnica de suelos.

RECONOCIMIENTO GEOTCNICO

Antes de acometer cualquier proyecto u obra de ingeniera civil o edificacin, es necesario conocer las caractersticas de! terreno involucrado. Con este fin, se debe realizar un reconocimiento geotcnico del terreno, cuyos objetivos son: Definicin de la tipologa y dimensiones de la obra, de tal forma que las cargas generadas por cimentaciones, excavaciones y rellenos, o las cargas soportadas por estructuras de contencin, no produzcan situaciones de inestabilidad o movimientos excesivos de las propias estructuras o del terreno, que haga peligrar la obra estructural, o funcionalmente.

Determinacin de problemas constructivos: Determinacin del volumen, localizacin y tipo de materiales que han de ser excavados, as como

la forma y maquinaria adecuada para llevar a cabo dicha excavacin. Localizacin y caracterizacin de materiales para prstamos. Problemas relacionados con el agua: Profundidad del nivel fretico. Riesgos debidos a filtraciones, arrastres, erosiones internas, sifonamiento, accin do la helada, etc. Influencia del agua en la estabilidad y asiento de las estructuras.

PLANIFICACIN Y FASES DEL RECONOCIMIENTO Las actividades y los objetivos de un reconocimiento geotcnico, as como su extensin y rivel de informacin resultante, dependen directamente del proyecto u obra a realizar, y de las caractersticas del terreno donde se sita. Como este ltimo dato es el resultado de la campaa, el desarrollo de un reconocimiento geotcnico debera ser un proceso dinmico, no dimensionado rgidamente "a priori", sino, ms bien, mediante una serie de aproximaciones sucesivas donde la necesidad y extensin de cada etapa fuera consecuencia de la extensin y resultados de las realizadas previamente. Sin embargo, salvo en raras ocasiones, es necesario definir la campaa de reconocimiento inicialmente, y de una vez, aunque a lo largo de los trabajos realizados 110 es infrecuente variar la ubicacin y tipo del reconocimiento.

Es prcticamente imposible dar reglas universales para el diseo y desarrollo de una campaa de reconocimiento, puesto que la casustica es variable y extensa. El grado de libertad con que se cuenta, unido a la variedad de procedimientos para la investigacin del terreno, hace que el diseo de la campaa responda a un equilibrio entre la inversin econmica, el plazo de ejecucin del reconocimiento, la importancia de la obra, y las consecuencias de un fallo de diseo o construccin.

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La amplitud y detalle del reconocimiento depende del nivel de conocimiento requerido. No tendr la misma

entidad una campaa realizada para un anlisis de viabilidad o de manejo de soluciones, que otras establecidas para el proyecto, momento de la construccin, o investigacin de fenmenos de patologa.

Antes de proceder al diseo de una campaa, se ha de tener una idea lo ms aproximada posible, de lo que se ha de encontrar en el reconocimiento, para saber buscarlo, y de los problemas que se pueden plantear en proyectos o en obra. Por eso, la primera fase ha de consistir en un estudio preliminar y una recopilacin de la informacin disponible.

Una vez obtenida v procesada esta informacin, se define la cantidad, extensin y tipologa de los reconocimientos para lograr el fin buscado. Durante su ejecucin, esta definicin es susceptible de experimentar modificaciones.

Este estudio finaliza con la redaccin del informe geotcnico. En este documento se plasman los resultados de la campaa geotcnica realizada, su interpretacin y las conclusiones que se derivan de su anlisis, generalmente en forma de recomendaciones para el proyecto, y/o construccin de la obra.

TCNICAS DE RECONOCIMIENTO

Para el reconocimiento geotcnico del terreno pueden utilizarse desde la bsica inspeccin visual, (muy utilizada en la caracterizacin de macizos rocosos), hasta tcnicas de campo o laboratorio ms o menos sofisticadas. Dentro de estas ltimas, se puede establecer la siguiente clasificacin:

Prospecciones manuales o mecnicas, con o sin obtencin de muestras:

* Calicatas.

Sondeos manuales o mecnicos.

Ensayos de laboratorio sobre las muestras obtenidas. Ensayos "in stu". Pruebas de penetracin. Mtodos geofsicos.

Tanto los mtodos geofsicos como las pruebas de penetracin pueden considerarse como subgrupos de los ensayos in si tu", si bien el amplio contenido de ambos campos puede aconsejar su estudio por separado

CALICATA }

Las calicatas o catas son una de las tcnicas de prospeccin empleadas para facilitar el reconocimiento geotcnico, estudios edafolgicos o pedolgicos de un terreno. Son excavaciones de profundidad pequea a media, realizadas normalmente con pala retroexcavadora.

Las calicatas permiten la inspeccin directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el mtodo de exploracin que normalmente entrega la informacin ms confiable y completa. En suelos con grava, la' calicata es el nico medio de exploracin que puede entregar informacin confiable, y es un medio muy efectivo para exploracin y muestreo de suelos de fundacin y materiales de construccin a un costo relativamente bajo.

Es necesario registrar la ubicacin y elevacin de cada pozo, los que son numerados segn la ubicacin. Si un pozo programado no se ejecuta, es preferible mantener el nmero del pozo en el registro como "no realizado" en vez de volver a usar el nmero en otro lugar, para eliminar confusiones. La profundidad est determinada por las exigencias de la investigacin pero es dada, generalmente, por el nivel fretico. La seccin mnima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitir una adecuada inspeccin de las

paredes. El material excavado deber depositarse en la superficie en forma ordenada separado de acuerdo a la profundidad y horizonte correspondiente. Debe desecharse todo el material contaminado con suelos de estratos diferentes. Se dejarn plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 metros al cambio de estrato, reducindose la excavacin. Esto permite una superficie para efectuar la determinacin de la densidad del terreno. Se deber dejar al menos una de las paredes lo menos remoldeada y contaminada posible, de modo que representen fielmente el perfil estratigrfico del pozo. En cada calicata se deber realizar una descripcin visual o registro de estratigrafa comprometida.

Las calicatas permiten:

Una inspeccin visual del terreno "in situ". Toma de muestras. Realizacin de algn ensayo de campo.

la profundidad de este tipo de reconocimiento no suele pasar de los 5 metros, aunque en casos extremos puede alcanzar los 10 metros de profundidad. La dimensin mnima en planta, indicada por la norma N.T.E. es de 75 milmetros, en determinados tipos de terreno, cuando haya personal en su interior realizando la maniobra de toma de muestras, la calicata deber ser entibada.

OBTENCIN DE MUESTRAS

La toma u obtencin de muestras, es como se conoce al procedimiento por el que se recogen partes, porciones o elementos representativos de un terreno, a partir de las cuales se realizar un reconocimiento geotcnico del mismo.

Las muestras son porciones representativas del terreno que se extraen para la realizacin de ensayos de laboratorio. Dependiendo de la forma de obtencin, pueden clasificarse de forma general en dos tipos: * Muestras alteradas: conservan slo algunas de las propiedades del terreno en su estado natural. * Muestras inalteradas: conservan, al menos tericamente, las mismas propiedades qie tiene el terreno "in situ". Muestras obtenidas en calicatas Muestras alteradas:

Se toman de trozos de suelo arrancado por la pala excavadora, introducindolo en bolsas. Si se pretende obtener la humedad del terreno, puede guardarse la muestra en un recipiente estanco, o parafinarla.

MUESTRAS INALTERADAS:

Requieren una limpieza superficial previa a la toma de la muestra, y 1111 parafmado posterior de las caras de la muestra, en las que el suelo queda en contacto con el exterior. Pueden ser:

En bloque: tallando a mano un bloque aproximadamente cbico, con dimensiones superiores a 15 20 cm. La calidad de esta muestra es excelente. Cilindrica: mediante la hinca por golpeo manual de un tomamuestras cilindrico de dimetro no menor de 15 cm.

Muestras obtenidas en sondeos

Muestras alteradas:

Obtenidas de trozos de testigo o de muestras de ensayo SPT. Anlogamente al caso de muestras alteradas obtenidas en calicatas, se tienen en cuenta las mismas consideraciones.

Muestras inalteradas:

Se consiguen mediante tomamuestras adecuados. Los ms utilizados son los tomamuestras abiertos de

pared gruesa y el tomamuestras de pared delgada o Shelby. Tambin, en suelos muy sensibles a la alteracin inherente a la maniobra, puede utilizarse el tomamuestras de pistn de pared gruesa o delgada.

El utilizado con mayor frecuencia es el primero de los citados. Consta de un tubo cilindrico de pared gruesa dotado de una zapata separable. El resto del tubo es bipartido (por dos generatrices), para la extraccin posterior de la muestra una vez tomada. En el interior se aloja una camisa fina que generalmente es de PVC, aunque puede ser metlica, donde se introduce la muestra para enviarla al laboratorio, habiendo parafmado previamente las caras extremas para evitar prdidas de humedad.

En suelos blandos, el grosor de la zapata provoca una fuerte alteracin de la muestra: Para evitarlo, se recurre al tomamuestras de pared delgada, tambin denominado Shelby. En este caso, no se introduce ninguna camisa en el interior del tomamuestras, sino que la muestra se enva al laboratorio dentro del mismo tubo Shelby, convenientemente tapado y parafi nado.

En suelos arcillosos muy duros o en rocas, no se pueden introducir tubos tomamuestras mediante presin o percusin: en el caso de arcillas muy firmes, la introduccin del tubo tomamuestras por medio de un gran nmero de golpes, provoca la total alteracin del suelo. Por ello, debe obtenerse la muestra con la batera de perforacin. Si este suelo duro o roca requiere agua para el avance, (y esto puede dar lugar a una alteracin de la muestra), se debe utilizar tubo sacatestigos doble. El testigo que va a ser enviado como muestra al laboratorio, debe ser envuelto en un mallazo y parafmado posteriormente.

ENSAYOS "IN SITU" Los ensayos "in situ" son pruebas realizadas para la determinacin de las caractersticas geotcnicas de un terreno, como parte de las tcnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotcnico, constituyendo una alternativa o complemento a los ensayos de laboratorio sobre muestras extradas del terreno.

Pretenden eliminar o reducir algunas de las limitaciones de los ensayos de laboratorio: El proceso de toma de la muestra, bien sea por golpeo, hinca o rotacin, produce una alteracin de la

estructura del terreno. Esta alteracin es ms importante en la periferia de la muestra, pero en cierta medida afecta a la totalidad de la misma. Estudios tericos muestran que las deformaciones verticales que se producen en un suelo arcilloso debido a la hinca de un tomamuestras de pared delgada, son del orden del 1% en el eje de la muestra. A esta alteracin hay que aadir la que se produce en el transporte, almacenamiento, extraccin de la muestra del tubo tomamuestras y tallado de la probeta.

La extraccin de la muestra del terreno implica la anulacin de las tensiones totales a las que estaba sometida "in situ". En cuanto a las presiones intersticiales, el nico control que se tiene sobre ellas es la proteccin de la muestra contra la desecacin o humectacin a travs de sus paredes. El agua intersticial queda as en estado capilar, siendo esta succin la responsable de mantener la estabilidad de la muestra. Si no existe ninguna alteracin, esta succin debe ser igual a la presin efectiva media a la que estaba sometida la muestra in situ. Mediciones de la succin existente en muestras reales, indican valores entre el 100% y el 60% de la presin efectiva media.

Las muestras extradas tienen un tamao pequeo, por lo que slo son representativas de una porcin reducida del terreno. Este inconveniente se solventa con la toma de un gran nmero de muestras. Sin embargo, en muchas ocasiones el comportamiento del terreno no puede modelarse basado en mediciones a tamao pequeo. Esto ocurre cuando existen rasgos macroestructurales como presencia de bolos o cantos, diaclasado, fsuracin, estratificacin o esquistosidad en suelos residuales y rocas, distribucin de lentejones, variaciones en profundidad, etc.

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ENSAYOS DE PENETRACIN

Los ensayos o pruebas de penetracin son pruebas realizadas para la determinacin de las caractersticas geo tcnicas de un terreno, como parte de las tcnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotcnico.

Constituyen un mtodo sencillo e intuitivo de apreciar la consistencia de un terreno: forzar la penetracin de un elemento, relacionando dicha consistencia con la aparicin de la resistencia que opone el terreno a la hinca de este elemento. Igualmente, puede deducirse de esta forma la cota de aparicin de estrato duro (por ejemplo, el sustrato rocoso) por la imposibilidad de penetrar ms all de dicha profundidad.

Con los datos de resistencia a la penetracin que se obtienen en un ensayo de estas caractersticas, es posible, gracias a la experiencia geotcnica, establecer una sene de correlaciones para distintos tipos de suelo, con el fin de conseguir caracterizarlo geotcnicamente. Aunque su utilidad sea grande, particularmente en la determinacin de la profundidad de las capas competentes o de rechazo en la hinca, dicha tcnica de reconocimiento del terreno de la que se obtiene de forma indirecta las caractersticas y propiedades del terreno, ha de ser por fuerza de poca precisin. Esto hace que haya quien no considere estos mtodos, autnticos ensayos "in situ", denominndolos ms bien como pruebas de penetracin, o directamente con ei trmino de "penetrmetro".

Excepto un tipo de prueba de penetracin (SPT), que se realiza exclusivamente en la ejecucin de sondeos, el resto de penetrmetros constituyen en s mismos una actividad separada y concreta entre las desarrolladas en una campaa de reconocimiento.

La relativa rapidez y economa de ejecucin respecto a la realizacin de sondeos, hace que sean muy utilizados. Hay que llamar la atencin, sin embargo, de que su uso es la deteccin de capas estratigrfcau del terreno ya conocidas y delimitadas por la ejecucin previa de sondeos o por una gran experiencia local si la obn. es de poca importancia. Por ello, su empleo debe ser el de complementar una campaa en la que se haya realizado (o previsto realizar) un nmero de sondeos apropiado para la caracterizacin de los distintos niveles de terreno, y en absoluto el de constituir el sistema bsico o principal de reconocimiento.

Segn la forma de aplicar la energa para la hinca del til de penetracin, las pruebas de penetracin pueden clasificarse en:

- Penetrmetros dinmicos, en los que la energa se aplica mediante golpeo o impacto con una maza. - Penetrmetros estticos, en los que la energa de hinca se aplica mediante presin.

ENSAYOS DE LABORATORIO Los ensayos de laboratorio son pruebas realizadas para la determinacin de las caractersticas geotcnicas de un terreno, como parte de las tcnicas de reconocimiento de un reconocimiento geotcnico. Estos ensayos se ejecutan sobre las muestras previamente obtenidas en el terreno y, dependiendo del tipo de ensayo, se exigen distintas calidades de muestra.

CLASIFICACIN DE LOS ENSAYOS Para la determinacin de las propiedades del suelo, los ensayos se clasifican en:

Ensayos de identificacin son los nicos (junto con los de compactacin) que pueden realizarse sobre muestras alteradas.

Pueden ser:

Fsicos: granulometria, plasticidad o peso especfico de partculas. Qumicos: contenido en sulfatos, carbonates o materia orgnica. Ensayos de estado: humedad natural, peso especfico seco o aparente. Proporcionan la situacin del

terreno en su estado natural. Como excepcin, pueden utilizarse muestras alteradas para la obtencin de la humedad natural, siempre que se protejan de prdidas posteriores de humedad nada ms proceder a su obtencin.

Ensayos de permeabilidad: en permemetros de carga constante, de carga variable o en clula triaxial.