INTRODUCCION
En este trabajo que se ha realizado se habla de la aplicacin de
la geologa en obras viales y de fundacin, as pues se mencionan
ejemplos prcticos de la aplicacin de los conocimiento geolgico
aplicados a la ingeniera civil, tambin investigue las aplicaciones
una a una de la relacin que mantiene la geologa en las vas
terrestres, obras hidrulicas, martimas, puentes y en cimentaciones
de estructuras.Estas definiciones son de ayuda y conocimiento para
la ingeniera civil, como ciencia que ayuda a resolver los problemas
que enfrenta el ser humano da con da, es por eso que es muy
importante el conocimiento de esta, as como el de la materia de
geologa y su contribucin para la rama de la ingeniera.
1. OBJETIVOS Obtener conocimientos acerca de cmo se aplica la
geologa en diferentes tipos de obras tales como estudios geolgicos,
entre otros Distinguir las diferentes obras en las cuales se puede
aplicar la geologa junto con sus estudios respectivos. conocer los
riesgos que se pueden obtener, de no elaborar un buen estudio
geolgico, antes de la construccin de una obra obtener informacin
que nos oriente a tener bien en cuenta a la geologa, en el cual
podamos saber su importancia y su funcin, de modo que nos sirva en
el desempeo de nuestra carrera2. IMPORTANCIA DE LA GEOLOGA EN LA
INGENIERA.En ingeniero 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 corrientes, 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.
3. APLICACION DE LA GEOLOGIA EN OBRAS DE FUNDACIN.3.1. OBRAS DE
FUNDACIN:Es la obra en contacto con la tierra, destinada a la
transmisin de la carga muerta del edificio y el efecto dinmico de
las cargas mviles que actan sobre l.La fundacin es aquella parte de
la estructura que tiene como funcin transmitir en forma adecuada
las cargas de la estructura al suelo y brindar a la misma un
sistema de apoyo.La fundacin estar bien diseada si cumple
adecuadamente con su doble funcin, estabilidad y resistencia,
controlando dos estados lmites a saber, las condiciones de servicio
y las condiciones de falla por resistencia.A estas dos condiciones
de falla se les llama estados limites, porque ambas determinan si
una fundacin sirve o no.3.1.1. Estado lmite de servicio o de
funcionamiento:Aunque la estructura, incluyendo la fundacin, no
presente un dao fsico de ella misma se considera que falla cuando
ella no tiene un comportamiento adecuado que hace que esta salga de
funcionamiento. Se puede llegar al estado lmite de servicio cuando
se presentan los siguientes problemas en el suelo o la cimentacin:
Asentamientos diferenciales y totales. Un asentamiento diferencial
entre dos fundaciones continuas de una misma edificacin puede
producir ladeo de la estructura y podra llevarla a un posible
volcamiento.El estado lmite en este caso corresponde a sacar la
estructura de funcionamiento por el hecho de presentarse una
rotacin que produce sensacin de inseguridad en los ocupantes sin
tener que haber llegado a la perdida total del equilibrio.En el
caso de un edificio cualquier movimiento diferencial de un apoyo
con respecto a otro, puede cambiar los momentos y fuerzas internas
de diseo de la estructura, con la posibilidad de presentar fallas
locales en vigas de conexin o en cualquier otro elemento.Los
asentamientos diferenciales se limitan a los siguientes valores
dependiendo del sistema estructural de la edificacin:En prticos
L/300En muros L/500 a L/1000Donde L corresponde a la distancia
horizontal entre apoyos.Note que para muros se es mucho ms exigente
ya que los muros son ms rgidos (admiten menos deformaciones) que
los prticos.Recordemos por las ecuaciones de pendiente deflexin que
cualquier asentamiento de un extremo de un elemento viga con
respecto al otro extremo, causa una variacin de los momentos de
extremo igual a: Desplazamientos o levantamientos excesivos
causados por suelos expansivos Daos locales o generales causados
por fenmenos de erosin interna, lixiviacin o dispersin. Vibraciones
excesivas causadas por estructuras o cargas mviles (motores o
maquinas) que afecten el confort de los ocupantes. Daos locales en
partes de la estructura por falta de juntas de expansin y de
contraccin. 3.1.2. ESTADOS LMITES DE RESISTENCIA:Est asociado a la
falla fsica (rompimiento o fractura) de los componentes de la
fundacin o de cualquier parte de la estructura por un mal
comportamiento del sistema suelo-cimentacin. Se puede llegar al
estado lmite de falla por resistencia cuando se presenta alguno de
los siguientes problemas: Falla del suelo por exceder su capacidad
portant Disminucin del equilibrio por inestabilidad del terreno.
Amplificacin y o modificacin de las ondas ssmicas que viajan por el
suelo produciendo falla de la estructura al entrar en resonancia
con ella. Falla de la estructura por el cambio de las propiedades
del suelo al presentarse el fenmeno de licuefaccin durante un sismo
Falla de la estructura de la cimentacin como tal. Falla de la
estructura por falta de amarres que den integridad estructural. En
estos estados podemos detectar que las condiciones de falla en su
mayora se deben al suelo en su interaccin con la estructura.Un buen
diseo debe entonces dimensionar las fundaciones para que en su
trasmisin de cargas al suelo no hagan fallar el suelo y disear
estas fundaciones para que ellas estructuralmente no fallen.El
ingeniero geotecnista es quien se encarga de la parte del suelo en
su interaccin con la estructura, en un estudio de suelos nos
informa, a los ingenieros estructurales, el tipo de fundacin a
utilizar, la capacidad de carga admisible del suelo, las
recomendaciones constructivas, el coeficiente de aceleracin ssmica,
el coeficiente de sitio que tiene en cuenta la amplificacin de las
ondas ssmicas, las recomendaciones para las estructuras de
contencin y el tratamiento de taludes, el control de aguas y las
recomendaciones para los pisos y pavimentos si los hay.
3.2. CLASIFICACIN DE LAS FUNDACIONES:Las distintas o diferentes
tipos de fundaciones se clasifican desde el punto de vista
constructivo en dos tipos, de las siguientes formas:3.2.1.
Fundaciones Superficiales: Zapatas aisladas. zapatas atirantadas.
zapatas y vigas de fundacin. zapatas corridas. Losas de espesor
constante. Losas con capiteles. Losas nervadas. Losas
flotantes.3.2.2. Fundaciones Profundas: Pilotes prefabricados
Pilotes in situ.3.2.3. fundaciones superficiales: ZAPATAS.Las
zapatas cimentaciones en zonas aisladas de la estructura son los
tipos mas utilizados y se utilizan cuando el terreno tiene en su
superficie una resistencia media o alta con respecto a las cargas
de la estructura.Es homognea como para ser afectadas por
asentamientos diferenciales entre las distintas partes. Zapatas
aisladas.Son de carcter puntual, generalmente estn constituidas por
dados de hormign de planta cuadrada. Las fundaciones de zapata en
general constituyen los tipos ms usados tanto por su economa como
por su sencillez de construccin. Zapatas atirantadas. Son de
carcter puntual y trabajan de forma independiente, pero se
encuentran unidas por una cadena apoyada al terreno la cual se
disea para evitar el movimiento horizontal relativo entre zapatas
aisladas o para unir una zapata aislada a una funcin corrida.
Zapatas y vigas de fundacin. La viga de fundacin es un elemento
estructural que permite tomar las cargas de muro y transmitirlas a
zapatas aisladas. Puede haber varias razones para querer disear
zapatas con vigas de fundacin. Por ejemplo: Como una forma de
ahorrar en comparacin a la alternativa de zapata corrida. En
algunos casos es conveniente hacer que el peso de los muros
descanse sobre la zapata para aumentar las cargas horizontal y
equilibrar momentos descompensados en el apoyo. Zapatas corridas.
Cuando se trate de pilares alineados muy prximos a muros, o de
equilibrar cargas excntricas sobre las zapatas contiguas, se
considera directamente el empleo de una zapata continua o zapata
corrida. LOSAS.Las losas cimentacin sobre toda la superficie de la
estructura se emplean en terrenos menos resistentes o menos
homogneos o bajo estructuras menos resistentes.Con ellas se aumenta
la superficie de contacto y se reducen los asentamientos
diferenciales. Puede decirse de forma aproximadamente que la losa
es ms econmica que las zapatas si la superficie total de estas es
superior a la mitad de la superficie cubierta por el edificio,
debido al menor espesor de hormign y cuanta de armaduras, a una
excavacin ms sencilla y un ahorro de encofrados. Losas de espesor
constante.Tiene la ventaja de su gran sencillez de ejecucin. Si las
cargas y las luces no son importantes el ahorro de encofrados puede
compensar el mayor volumen de hormign necesario. Losas con
capiteles.Se utilizan para aumentar el espesor bajo los pilares y
mejorar la resistencia a flexin y cortante. Los capiteles pueden
ser superiores o inferiores teniendo estos ltimos la ventaja de
realizarse sobre la excavacin y dejar plana la superficie del
stano. Losas nervadas.Con nervios principales bajos los pilares y
otros segundarios los nervios pueden ser superiores o inferiores,
en el caso de nervios superiores el encofrado es ms complicado, y
suele ser necesario el empleo de un relleno de aglomerado ligero y
un solado independiente para dejar plana la superficie superior.
Los nervios inferiores pueden hacerse sobre la excavacin. Losas
flotantes.Cuando es necesario construir estructuras muy sensibles a
asentamientos en terrenos pobres puede recurrirse a fundaciones de
loza flotante. La fundacin debe hacerse de dimensiones tales que el
peso del volumen de tierra removida sea similar a la carga producto
del peso de la estructura. En esta forma las condiciones de carga
en la superficie del terreno de fundacin no han sido tericamente
modificadas por la construccin, de modo que ser razonable suponer
que los asentamientos sern bajos o nulos.
3.2.4. funsaciones profundas A. PILOTES.Pieza larga a modo de
estaca, de madera, hierro y hormign armado, que se hinca en el
terreno, bien para soportar una carga, transmitindola a capas
inferiores ms resistentes, bien para comprimir y aumentar la
compacidad de las capas de tierra subyacentes. Pilotajes.Un
pilotaje es una cimentacin constituida por una zapata o encepado
que se apoya sobre un grupo de pilote o columnas que se introducen
profundamente en el terreno para transmitir su carga al mismo. Los
pilotajes se emplean cuando el terreno resistente esta a
profundidades de los 5 o 6mtrs; cuando el terreno es poco
consistente hasta una gran profundidad; cuando existe gran cantidad
de agua en el mismo; y cuando hay que resistir acciones
horizontales de cierta importancia. Pilotes prefabricados. Estos se
hincan en el terreno mediante maquinas del tipo martillo. Son
relativamente caros ya que deben ir fuertemente armados para
resistir los esfuerzos que se producen en su transporte, izado e
hinca. Pueden originar perturbaciones en el terreno y en las
estructuras prximas durante su hinca, tienen la ventaja de que la
hinca constituye una buena prueba de carga. Pilotes moldeado in
situEstos se realizan en perforaciones practicadas previamente
mediante sondas de tipo rotativo. Generalmente son de mayor dimetro
que los prefabricados y resisten mayores cargas. Encepados.Los
encepados constituyen piezas prismticas de hormign armado que
trasmiten y reparten la carga de los soportes o muros a los grupos
de pilotes. Como en la actualidad se emplea generalmente pilotes de
dimetro grande por razones econmicas l nmero de pilotes por cada
encepado no suele ser muy elevado.3.3. SUELO DE FUNDACION.3.3.1.
OBJETIVOS Y FACES DEL ESTUDIO GEOLOGICO EN A. LOS SUELOS DE
FUNDACION:Considerando la importancia estratgica de una
infraestructura, es necesario realizar un esfuerzo serio y racional
tendiente a investigar y establecer las propiedades geo mecnicas
del suelo de fundacin, de forma de asegurar el buen funcionamiento
del terreno de fundacin y adems, evaluar el nivel de la accin
ssmica que se inducir en el depsito de suelo y que solicitara la
infraestructura emplazada en dicho deposito.Consecuentemente es
posible indicar que los objetivos del estudio geolgico son los
siguientes: Investigar y evaluar las propiedades dinmicas del
subsuelo donde se emplaza la infraestructura, de forma de estimar
el nivel de solicitacin ssmico del sector. Investigar y
caracterizar las propiedades geo mecnicas del terreno de fundacin,
de forma de disear las fundaciones, verificando que frente que a
una solicitacin ssmica severa, el terreno de fundacin no presente
deformaciones ms all de las admisibles por la estructura. El
programa de trabajo geolgico que se recomienda efectuar para
satisfacer los objetivos anteriormente indicados puede ser
desglosado en las siguientes faces y/o materiales. Estudio del
marco geolgico del sector. Campaa de exploracin geotcnica Ensayos
de caracterizacin geo mecnica. Definicin del espectro de respuesta
del terreno. Definicin del sello de fundacin, tipo de fundacin,
capacidad de soporte del terreno y constantes de balasto.En los
acpites siguientes de este manual metodolgico se explica en detalle
cada uno de estos puntos.3.4. GEOLOGA Y CAMPAA DE EXPLORACIN
GEOTCNICA.A. Marco geolgico:Se recomienda iniciar la campaa de
exploracin del terreno de fundacin desarrollando primero un estudio
geolgico de superficie, de manera de definir en forma macro, las
condiciones geomorfolgicas del sector, identificando y descartando
potenciales riesgos de, aluviones, inundaciones, avalanchas, y
derrumbes. Adems el informe geolgico debe contener el anlisis de la
existencia de potenciales fallas activas en las cercanas del
proyecto, que de resultar positivo, dicho anlisis debe
adicionalmente, establecer la probabilidad de que estas fallas
generen sismos importantes. El estudio geolgico tambin debe
establecer en forma estimativa los tipos de materiales
sedimentarios que constituyen el depsito donde se emplaza el
proyecto y el orden de magnitud de la profundidad a la cual se
desarrolla la raca basal.B. Prospeccin del terreno:Apoyndose en la
primera informacin proporcionada por el informe geolgico, se
procede a definir la prospeccin del terreno. La prospeccin se
refiere bsicamente a la investigacin, auscultacin y completa
caracterizacin geotcnica del terreno de fundacin de la
infraestructura. Resulta importante destacar que en la prctica
resulta imposible reconocer geotcnicamente el terreno en un 100%,
toda caracterizacin se apoya en un nmero limitado de observaciones,
prospecciones y ensayos, todo lo cual permite al ingeniero
razonablemente conceptualizar geotcnicamente el terreno. Luego,
siempre permanecer un nivel de incertidumbre relativa a las
caractersticas geotcnicas del sitio de emplazamiento de la
infraestructura, el cual ser mayor o menor a, de acuerdo a la
calidad y densidad de la prospeccin y las caractersticas geolgicas
propias del sitio en cuestin.En la definicin de una prospeccin de
terreno de fundacin, se necesita establecer y decidir al menos dos
importantes variables: Profundidad a explorar. Tipo de exploracin a
realizar.La profundidad a explorar se puede separar en dos: una
asociada a la prospeccin del terreno comprometido a la estabilidad
de las fundaciones, tanto de un punto de vista resistencia como
deformabilidad y otra, de mayor magnitud, orientada a establecer la
secuencia de los estratos de suelo en profundidad que controlen la
respuesta ssmica del terreno en superficie.Por otra parte, el tipo
de exploracin depende bsicamente de: profundidad a explorar, tipo
de suelo presente y ubicacin del nivel fretico. Profundidad de
exploracin: Dada la variedad de tipos de estructura y de
condiciones posibles de encontrar un terreno de fundacin, resulta
difcil entregar valores posibles de la profundidad de la exploracin
sin correr el riesgo que para algn caso, dicho valor sea
incorrecto. Por ejemplo, en un extremo estn los depsitos de suelos
blandos de significativo espesor, donde la solucin de fundacin ms
aconsejable pueden ser pilotes y en cuyo caso la profundidad de
exploracin puede ser mayor a 40 metros, la cual en definitiva
depende del espesor del terreno blando. En el otro extremo se
pueden citar el caso de suelos gravosos denso y homogneo, donde la
profundidad de exploracin no necesita superar los tres metros, por
debajo del sello de piso del subterrneo ms profundo. Como
lineamiento es posible sealar que la profundidad de exploracin
asociada al diseo de las fundaciones de la estructura debe ser
igual, o superior, a 4 veces el ancho menor de la mayor de las
fundaciones y adems, siempre mayor a 3 metros. En el caso de
existir subterrneos, la profundidad antes indicada es mediada a
partir del piso del subterrneo, lo cual implica que la profundidad
total de prospeccin es la suma de la profundidad del subterrneo mas
la de exploracin propiamente tal. Como inicialmente no se conoce el
terreno, la informacin de las dimensiones de la fundacin tampoco se
conoce, luego resulta necesario tener en primera estimacin del
terreno, la cual es posible de establecer en base a geologa de
superficie y/o a travs de estudio de mecnica de suelos de proyectos
en las inmediaciones. De suma importancia es que una vez terminado
el proyecto se verifique que se cumple que la profundidad explorada
y caracterizada geotcnicamente sea igual o superior a la
involucrada en la estabilidad del sistema de fundacin adoptado.3.5.
TIPO DE EXPLORACIN:Dependiendo principalmente de la profundidad a
explorar y de las condiciones del terreno, pueden ser usados
diferentes tipos de exploracin, o combinacin de estos. Las
principales formas de exploracin son a travs de los siguientes
mtodos:3.5.1. Pozos o calicatas:Para un terreno con un nivel
fretico profundo, tal que no se presenta dentro de la profundidad
de exploracin, no se puede realizar una investigacin del subsuelo
en base a pozos (calicatas), los cuales pueden excepcionalmente
llegar a profundidad de 30 o ms metros. Sin embargo, por razones
econmicas y de seguridad, lo habitual es que los pozos no superen
los 10 a 12 metros de profundidad. la gran ventaja de los pozos, o
calicatas, radica en el hecho de poder observar directamente el
terreno presente y expuesto a las paredes del pozo. 3.5.2.
Sondajes:Para situaciones en las que se necesita explorar mayores a
10 15 metros y/o frente a una condicin de terreno suelto y napa
fretica de agua superficial, en general, resulta apropiado el uso
de sondajes geotcnicos a rotacin como tema de muestra y ensayos de
penetracin estndar (SPT). Adicionalmente es recomendable la toma de
muestra inalterada a travs de la penetracin a presin a travs de
tubos. La gran ventaja de los sondajes es que permiten a cualquier
profundidad deseada, observar el subsuelo extrado y la ejecucin de
ensayos de caracterizacin.3.6. Campaa de exploracin necesariaUna
racional y ptima campaa de exploracin puede ser lograda mediante la
ejecucin de perfiles ssmicos y sondajes, de forma de cruzar
informacin, optimizando as la ubicacin y la profundidad de los
sondajes. Adicionalmente, resulta conveniente la ejecucin de
calicatas de exploracin de forma de caracterizar de forma ms
detallada los primeros metros superficiales del terreno de
fundacin. Se recomienda almenos la siguiente exploracin:Sondajes de
rotacin, con un tnel de 100 metros lineales de perforacin.Perfiles
geo ssmicos de 200 metros de largo cada uno. Capaces de investigar
a lo menos 50 metros de profundidad.5 pozos de 6 a 10 metros de
profundidad.
3.7. Ensayos de caracterizacin geolgica Para determinar las
caractersticas de deformabilidad y resistencia del terreno de
fundacin, resulta necesaria la ejecucin de ensayos, tanto de
laboratorio como de terreno. Estos ltimos presentan la ventaja de
que la estructura natural no es alterada y se logra, en general,
una mejor representatividad del material ensayado. Por otra parte,
los ensayos de laboratorio permiten un mejor control de las
distintas variables que intervienen en la respuesta mecnica de una
masa de suelos. Consecuentemente, es recomendable la ejecucin
complementaria de ensayos de terreno y laboratorio.3.8. Ensayos de
terrenoEn los sondajes se debe ejecutar ensayos de presentacin SPT
cada 1 metro de profundidad, o en su defecto donde sea posible es
decir en todos aquellos estratos de suelo arenoso, limoso y
arcilloso. Adicionalmente, se recomienda la ejecucin de ensayos de
propagacin de ondas, con el objeto de determinar el perfil de
velocidad de ondas de corte del terreno explorado.3.9. Ensayos de
laboratorioEn relacin a los ensayos de laboratorio, lo primero y
bsico es la ejecucin de ensayos de clasificacin (granulometra,
lmite de atterberg, densidad de los slidos y humedad natural) sobre
todas las muestras extradas de los distintos estratos presentes en
el subsuelo y observados a travs de la exploracin con calicatas y/o
sondajes.3.10. Consideraciones de fundacinDe acuerdo a los
resultados obtenidos de la exploracin y caracterizacin geolgica del
terreno de fundacin, se definir el sello de fundacin y el tipo de
fundacin ms recomendable, que bsicamente pueden corresponder a
fundacin directa, o fundacin profunda va pilotes. La determinacin
de uno, u otro sistema de fundacin depende de la capacidad de
soporte del terreno y la profundidad del terreno apto como suelo de
fundacin.El informe geolgico deber proporcionar las constantes de
balastos estticas y ssmicas, por las cuales se deber explicar la
informacin de terreno y/o laboratorio utilizada en su
determinacin.
4. APLICACIN DE LA GEOLOGA EN OBRAS VIALESLa 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 aplica la
geologa.4.1. VIASLa va es el espacio donde se desarrolla el
trnsito. Se denomina va a toda calle, carretera o camino abierto al
uso pblico, as como al camino privado utilizado por una
colectividad indeterminada de usuarios. 4.1.1. clases de vas
Terraceras: Son aquellos en donde los vehculos circulan
prcticamente sobre una superficie recubierta con balasto en estado
natural o seleccionado. Por lo general poseen alguna conformacin
con su respectivo bombeo y cunetas. En algunos casos su
alineamiento ha sido mejorado y se proyectan alcantarillas, lo cual
los hace transitables durante todo el ao. Sus componentes
principales los constituyen la subrasante y la sub-base, la cual a
su vez sirve de superficie de rodamiento. Caminos vecinales: Los
caminos vecinales son carreteras de tercer orden que unen las
provincias y centros poblados de nuestro pas. Estos caminos son
ramificaciones externas de la red de caminos carrozables,
mayormente ubicados en el rea rural.
