SEMANA XVI: GEOLOGIA APLICADA A LA INGENIERIA CIVIL

GEOLOGÍA APLICADA A LA INGENIERIA CIVIL

La geología es de suma importancia para la ingeniería civil; ya que nos ayuda al momento de cimentar y conocer el tipo de suelo donde se trabaja y las rocas existentes en ella, para así poder lograr una buena construcción.

GEOTÉCNIA

La Ingeniería geotécnica es la rama de la Ingeniería civil e ingeniería geológica que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra. Los ingenieros geotécnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y diseñar las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, estabilizar taludes, construir túneles y carreteras, etc.

El ingeniero civil se enfrenta a una gran variedad de problemas, en los que el conocimiento de la geología es necesario. Algunos principios básicos de la geología son:

•          Conocimiento sistematizado de los materiales

•       Los problemas de cimentación son esencialmente geológicos. Los edificios, puentes, presas, y otras construcciones, se establecen sobre algún material natural.

•   Las excavaciones se pueden planear y dirigir más inteligentemente y realizarse con mayor seguridad.

•          El conocimiento de la existencia de aguas subterráneas, y los elementos de la hidrología subterránea, son excelentes auxiliares en muchas ramas de la ingeniería práctica.

•    El conocimiento de las aguas superficiales, sus efectos de erosión, su transporte y sus sedimentaciones, es esencial para el control de las corrientes, los trabajos de defensa de márgenes y costas.

•      La capacidad para leer e interpretar informes geológicos, mapas, planos geológicos y topográficos y fotografía, es de gran utilidad para la planeación de muchas obras.

•     La capacitación para reconocer la naturaleza de los problemas geológicos.

  

GEOLOGÍA EN OBRAS VIALES:

La geología en obras viales juega un papel muy importante pues la mayoría de las carreteras, túneles, y demás obras viales utilizan la geología para realizar estudio de suelo de los terrenos que se utilizaran para dichas obras.

Cimentación de Puentes:

Como antecedente necesario deberá recalcarse la gran importancia de la geología en la cimentación de los puentes. Por muy científicamente que esté diseñada una columna de un puente, en definitiva el peso total del puente y las cargas que soporta deberán descansar en el terreno de apoyo. Por ello la geología ayuda en este trabajo a conocer el terreno y poder hacer una buena cimentación.

 Carreteras: 

Se puede esperar que todo proyecto de carreteras importante encuentre una gran variedad de condiciones geológicas, puesto que se extienden grandes distancias. Aunque será extraño que una carretera requiera actividades constructivas en las profundidades del subsuelo, pero si es necesario la geología en los cortes que se realizan para lograr las gradientes uniformes que demandan las autopistas modernas.

GEOLOGÍA EN OBRAS HIDRÁULICAS:

Centrales hidroeléctricas subterráneas:

La idea de situar centrales hidroeléctricas o de bombeo subterráneas es casi tan conocida, que han dejado de ser novedad en el diseño; pero para llevar a cabo esta construcción es necesario conocer de geología y de los diversos métodos geológicos; ya que este trabajo tiene mucho que ver con el estudio de suelo y subsuelo.

Cimentación de presas: 

La construcción de una presa almacenadora de agua altera más las condiciones naturales que cualquiera otra obra de la ingeniería civil. Esta es importante por la función que desempeñan: el de  almacenamiento de agua para el suministro de avenidas, recreación o irrigación. En esta construcción se debe conocer bien el suelo donde se hará la cimentación: y es allí donde entra el conocimiento de la geología.

GEOLOGÍA EN EDIFICACIONES:

La geología 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 los ingenieros civiles deben construir.

Si no se realizan los estudios del suelo debido la mayoría de las edificaciones con el tiempo pueden tener problemas los cuales son muy difíciles de reparar estando ya la edificación terminada. 

En conclusión por medio de la geología se sabrá si el suelo tiene las condiciones aptas para que logre el objetivo ingenieril que es que el diseño estructural y el comportamiento del suelo tengan una relación provechosa. 

Aplicación geológica a la edificación:

•     Antes de construir un edificio se hace necesario un informe geológico (Informe Geotécnico) que defina el tipo de cimentación y el nivel de apoyo en el terreno, las presiones de trabajo y los asientos asociados con los mismos y los eventuales problemas de ejecución.

•      Este tipo de informe es particularmente importante sino imprescindible, en las poblaciones situadas en zonas sísmicas o próximas a volcanes considerados inactivos, en las que las construcciones se tienen que hacer con muchas más garantías. 

•      Desgraciadamente, esto ha costado muchas vidas humanas, no siempre se realizan estos estudios geológicos, por lo que se hace necesario el que la legislación contemplen este aspecto en su verdadera importancia, obligando a su realización y a un control de calidad durante la ejecución de la obra.

FUERZAS INTERNAS Y EXTERNAS:

La Geodinámica es una rama de la Geología, que trata de los agentes o fuerzas que intervienen en los procesos dinámicos de la Tierra. Se subdivide en:

•    Geodinámica interna o procesos endógenos: De los factores y fuerzas profundas del interior de la Tierra; así como de las técnicas y métodos especiales para el conocimiento de la estructura de las capas más profundas (técnicas geofísicas).

•   Geodinámica externa o procesos exógenos: De los factores y fuerzas externas de la Tierra (viento, agua, hielo, etc, ligada al clima y a la interacción de éste sobre la superficie o capas más externas).

 

ASPECTOS GEOLÓGICOS Y GEOTÉCNICOS A CONSIDERAR:

Los estudios geológicos y geotécnicos deben considerar los siguientes aspectos para el diseño adecuado y construcción eficiente de carreteras:

a) En la conformación de terraplenes:

•      Conformación con suelos apropiados.

•      El material de los terraplenes tiende a consolidarse.

•      Es necesaria la compactación enérgica y sistemática.

•      Propiedades del terreno natural de cimentación.

•      Estabilidad de taludes.

•      Problemas de corrimientos o deslizamientos rotacionales.

•      Zonas de capa freática somera.

b) En cortes o desmontes:

•      Reconocimiento geotécnico adecuado.

•      Estabilidad de taludes.

•      Naturaleza de los materiales.

c) En explanadas:

•      Es apoyo para el firme.

•    El comportamiento del firme está ligado a las características resistentes de los suelos de la explanada.

•      El firme protege a la explanada de los agentes atmosféricos.

•      Capacidad soporte de la explanada adecuada.

•   Los suelos de la explanada deben seleccionarse con criterios más estrictos que para el resto del terraplén.

d) Otros problemas geotécnicos:

•       Zonas de turbas o de arcillas muy compresibles.

•       Zonas de nivel freático muy superficial.

•       Zonas de rocas alteradas.

•       Erosiones y arrastres de materiales en laderas.

•       Vados o zonas inundables.

•       Carreteras en la proximidad de ríos y arroyos.

•       Zonas de gran penetración de la helada.

•       Fallas geológicas.

  MEDIDAS A TOMAR EN CUENTA:

LOCALIZACION:

Deben buscarse lugares en los cuales el suelo sea estable, donde no exista posibilidad de deslizamiento o caída de rocas en caso de sismo.  Evite ubicarse en el cauce de los ríos.

La vivienda debe construirse alejada de laderas de los cuales se tenga duda de su estabilidad o realice la estabilización y protección del talud. No construya sobre suelos sueltos en ladera, ya que durante un sismo se pueden soltar fácilmente y arrastrar la vivienda. Si la pendiente de la ladera es mayor a 30% se debe buscar la asesoría de un ingeniero de suelos y un ingeniero estructural.

 

CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL:

Geometría: Se deben construir muros en dos direcciones perpendiculares entre sí, la geometría de la vivienda debe ser regular y simétrica.  Una vivienda simétrica, bien construida, resiste mejor la acción de los terremotos.  Se debe evitar construir viviendas con formas alargadas y angostas donde el largo de la vivienda es mayor a 3 veces su ancho.

Resistencia: Es necesario garantizar uniformidad en el uso de los materiales en los muros, estructuras, cubiertas y demás. Esto permite una respuesta integral de la edificación en caso de sismo.   La vivienda debe ser firme y conservar el equilibrio cuando es sometida a la vibración de un terremoto. Viviendas poco sólidas e inestables se pueden volcar o deslizar.

Rigidez: Es deseable que los elementos que conforman la estructura de la vivienda se empalmen monolíticamente como una unidad y que se forme poco cuando la vivienda se mueve ante la acción de un sismo.

Continuidad: Para que una edificación soporte un terremoto su estructura debe ser sólida, simétrica, uniforme, continua o bien conectada. Cambios bruscos de sus dimensiones, de su rigidez, falta de continuidad, una configuración estructural desordenada o voladizos excesivos facilitan la concentración de fuerzas nocivas, torsiones y deformaciones que pueden causar graves daños o el colapso de la edificación.

MATERIALES:

Los materiales deben ser de buena calidad para garantizar una adecuada resistencia y capacidad para absorber y disipar la energía que el sismo le otorga cuando la edificación se sacude.

Cemento: El cemento debe estar en su empaque original, fresco y al utilizarse se debe asegurar que conserve sus características de polvo fino sin grumos.

Agregados: La grava y la arena no deben estar sucias o mezcladas con materia orgánica (tierra), pantano y arcilla. Esto produce que la resistencia del concreto disminuya notablemente o se produzca gran cantidad de fisuras en los morteros.