Geotecnia Basica

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    31-Oct-2015

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Geotcnia Bsica Ing. Gastn Proao ao 2006

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<p>ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL</p> <p>ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORALFACULTAD DE INGENIERA EN CIENCIAS DE LA TIERRA</p> <p>CARRERA INGENIERA CIVIL</p> <p>APUNTES DE CURSO</p> <p>GEOTCNIA BSICA APLICADA PARA LA INGENIERA CIVIL</p> <p>PROFESOR:</p> <p>Msc. GASTN PROAO CADENA</p> <p>AO -2006</p> <p>GEOTECNIA BSICA APLICADA A LA INGENIERIA CIVILCAPITULO I</p> <p>INTRODUCCIN</p> <p>Concepto de Geologa Aplicada.</p> <p>En nuestros das es bastante difundida la idea de que un diseo cuidadoso de una estructura ingenieril, no es, por si solo suficiente para asegurar la estabilidad de la misma. Esta concepcin cada vez ms, gana validez en la medida que las necesidades modernas conducen al hombre a construir obras de ingenieras grandiosas y complejas en las cuales estn en juego fabulosas sumas de dinero, y que, por lo tanto, merecen un estudio cuidadoso e integral. Por otro lado esta concepcin tambin se reafirma en la prctica por el gran nmero de accidentes que registra la historia ingenieril y que, muchas veces significan la destruccin total o parcial de obras de ingeniera civil debido a condiciones geolgicas adversas ms bien a fallas estructurales. Desgraciadamente, estos accidentes involucran prdidas de grandes sumas de capital invertido en la obra y en vidas humanas. Independiente de estas razones, no se justifica una ignorancia de las condiciones geolgicas involucradas en una obra de ingeniera civil pues, en trminos econmicos para el proyecto, un estudio geolgico adecuado presenta un porcentaje nfimo del valor total de la obra.</p> <p>Este estudio debe llevar en consideracin que la obra de ingeniera y el medio ambiente en el cual ser implantada forman un conjunto nico, con interacciones recprocas. Desde este punto de vista entonces, gana importancia la necesidad de un estudio de las condiciones geolgicas como parte integrante del medio ambiente con el cual interacta la obra de ingeniera civil.</p> <p>Esto quiere decir que como filosofa de trabajo, el ingeniero abocado a la tarea de alucidar el cuadro geolgico del sitio de construccin de una obra de ingeniera civil debe siempre tener en cuenta que las condiciones geolgicas e hidrogeolgicas afectan a la obra de ingeniera civil que, a su vez, acta, sobre aquellas.</p> <p>Por ejemplo, la existencia de rocas muy permeables en el futuro vaso de una presa puede condicionar la validad de su construccin pero, a su vez, cuando la presa ya esta concluida, al llenarse el vaso, podr ocurrir un cambio radical en las condiciones del nivel fretico en el mismo y en sus alrededores, alterando, por ejemplo, las condiciones de estabilidad de los taludes que margean el reservorio.</p> <p>Esta concepcin de que la obra de ingeniera civil y las condiciones del medio ambiente, particularmente aquellas de orden geolgico e hidrogeolgico, forman un conjunto nico y que interactan recprocamente es uno de los secretos para un trabajo geotcnico que atienda a las necesidades de la ingeniera civil.</p> <p>Sin embargo, esto no es suficiente para que un trabajo de geotecnia sea til a los propsitos de la ingeniera civil. Tambin es necesario que el geotcnico domine nociones sustanciales de ingeniera para que el resultado de sus estudios pueda traducirse en trminos prcticos. O sea, el geotcnico encargado de un trabajo de geologa de ingeniera, debe tener en cuenta cules son, y de que forma, las caractersticas geolgicas del medio ambiente tienen influencia sobre la obra de ingeniera civil, sea en su fase de proyecto, construccin u operacin. En sus informes el geotcnico debe tratar de ser lo ms objetivo posible, evitando consideraciones de orden geolgico que simplemente no dicen respecto al problema especfico y tratando de dar antecedentes para el ingeniero en el sentido de aclarar si el cuadro geolgico est de acuerdo con el proyecto en s o, caso contrario, de que forma las condiciones geolgicas adversas pueden ser sanadas para propiciar un buen resultado final. Cualquier otra informacin de orden geolgico que escape a los propsitos del estudio deben ser evitadas o agregadas al informe como anexo, providencias estas que facilitan un mayor entendimiento entre ingenieros y geotcnicos.</p> <p> La geotecnia puede ser aplicada a distintos trabajos de ingeniera civil, tales como: presas, tneles, carreteras, puentes, fundaciones de edificios, estabilidad de taludes, etc., desde la fase reconocimiento de un proyecto hasta la fase de operacin de la obra. Las ramas de la geologa que con ms frecuencia son llamadas a intervenir en los trabajos ingenieriles son la Geologa estructural, Hidrogeologa, Geomorfologa, Petrografa, Sedimentologa, Estratigrafa, tectnica, etc.</p> <p>Aspectos y Especialidades de la Geologa que se aplican a la Ingeniera Civil.La Geotecnia es una disciplina tecnocientfica que agrupa a la geologa, mecnica de suelos y al a mecnica de rocas, relacionndolas con las obras civiles. De esta forma, la geologa aplicada a la ingeniera civil es aquella parte de la geotecnia que utiliza los conocimientos geolgicos en la resolucin de los problemas prcticos de ingeniera. Esta rea requiere del apoyo conjunto de ingenieros gelogos e ingenieros civiles en la construccin de obras. Para obtener resultados satisfactorios y para que exista una buena comunicacin entre ambos, el gelogo debe tener conocimientos de mecnica de suelos, mecnica de rocas y de los fundamentos de la ingeniera civil; por su parte, el ingeniero civil y los mecanicistas de suelos y rocas deben conocer los elementos de la geologa fsica.</p> <p>Breve Anlisis de casos de obras de Ingeniera con clara incidencia Geolgica.</p> <p>Puede aseverarse sin temor a equivocacin que no existe obra civil, sobre todo si sta es de gran magnitud, que no necesite de la geologa; ms an, se puede decir que el conocimiento geolgico de un sitio es el punto de partida para la construccin de cualquier obra.</p> <p>Se trata desde luego del conocimiento geolgico a pequea escala, a una escala de relojera, que nos habla de la litologa, estratigrafa, de las discontinuidades, de los fenmenos de geodinmica (externa e interna) y de la geohidrologa. Es justamente en la bsqueda de estos conocimientos donde hace acto de presencia el gelogo.</p> <p>Se ha escuchado con frecuencia que cuando una obra civil resulta falible se dice que fallo la geologa y aunque el noventa por ciento de las obras no resisten a consecuencia del terreno, no se trata de un error de la geologa sino de quien hizo la investigacin geolgica. De ah la importancia de que el estudio geolgico se haga con el mayor detalle, sin escatimar, ni tiempo, ni dinero, ni esfuerzo. </p> <p>Escala del Tiempo Geolgico y la Conformacin de los Terrenos.</p> <p>La discusin del desarrollo de las formas de relieve de los continentes requiere una referencia a los acontecimientos del pasado geolgico. Incluso para explicar los relieves producidos durante el ms reciente de los periodos geolgicos, es necesario algn conocimiento de la duracin y sucesin de las unidades del tiempo geolgico. El que se ocupa de la geografa econmica, que se interesa por la existencia y distribucin de las menas y de combustibles minerales encontrar que el conocimiento de la historia geolgica le ser extraordinariamente til para hallar las posibilidades de existencia de depsitos minerales de inters econmico en diversas partes del globo. </p> <p>Las edades absolutas que se dan en este capitulo han sido verificadas mediante anlisis qumicos de sustancia minerales radiactivas y son generalmente aceptadas por los gelogos, con un pequeo margen de error. En todos los periodos del tiempo geolgico hubo extensas acumulaciones de capas sedimentarias; de hecho el estrato comprende en si el registro y constituye la nica prueba de las condiciones geogrficas y climatolgicas del momento y contiene tambin los restos fsiles de la vida vegetal animal.</p> <p>En sentido general, cada unidad mayor de tiempo queda determinada por una orogenia, llamada tambin cataclismo que interrumpe la sucesin de disposicin de sedimentos. Como ya se ha dicho, la unidad mayor es la era, siendo las tres ltimas la cenozoica, la mesozoica y la paleozoica, en orden de edad creciente. Todo el tiempo anterior se designa como perteneciente al Precmbrico. Se han reconocido eras dentro del Precmbrico, pero datos registrados tienden a ser fragmentarios y confusos. El segundo orden de tiempo es el periodo constando la era palezoica de siete, la mezoica de tres, y la cenozoica de dos. Las pocas son unidades de tiempo an ms cortas, y en el siguiente cuadro se han incluido solamente para la era cenozoica. </p> <p>El tiempo geolgico: escala del tiempo geolgico.</p> <p>Los procesos geolgicos ocurren tan lentamente, y consecuentemente tienen tan larga duracin, que los instrumentos que los humanos usamos cotidianamente para medir el tiempo (relojes, calendarios, etc.) nos son incmodos. Por esta razn los gelogos han ido desarrollando desde el siglo pasado una escala de tiempo, basada en eventos geolgicos globales, que se utiliza como marco de referencia temporal en la geologa. </p> <p>La Escala del Tiempo Geolgico est subdividida en cinco Eras cuya etimologa griega se refiere a cinco etapas en el desarrollo de la vida en nuestro planeta. Las Eras son a su vez subdivididas en Periodos y estos ltimos en pocas como se muestra en la Tabla . Considerando que la Tierra se form hace ms o menos 4,550 millones de aos, el Arqueozoico y el Proterozoico, los cuales en conjunto comnmente denominamos Precmbrico, constituyen alrededor del 88% de la edad de la Tierra. Para ilustrar la enormidad del tiempo geolgico podemos representar toda la historia geolgica reducida a un ao calendario, con inicio el 1 de enero y fin el 31 de diciembre. En este esquema, las rocas ms antiguas que conocemos en la Tierra se hubieran formado a fines de febrero, la vida ms antigua hubiera aparecido en mayo, las rocas ms antiguas de Mxico a mediados de agosto, y seres vivientes ocuparan los continentes hacia fines de noviembre. Dinosaurios caminaran en las costas de Michoacn el 16 de diciembre, la Sierra Madre Oriental se levantara el 26 y los primeros homnidos apareceran como a las 4:30 horas del 31. La geologa moderna, que se desarroll a partir del concepto del Tiempo Geolgico de James Hutton en 1785, habra iniciado faltando dos segundos para la media noche del ltimo da del ao. </p> <p>Para ubicar ms eventos geolgicos en el calendario, puede bajar un programa interactivo picando aqu . </p> <p>Escala del Tiempo Geolgico</p> <p>Edad (Ma)EraPeriodopoca</p> <p>0.01-0/./.Holoceno</p> <p>1.8-0.01| .Cuaternario \.Pleistoceno</p> <p>5.3-1.8| ./.Plioceno</p> <p>23.8-5.3Cenozoico | .Negeno \.Mioceno</p> <p>33.7-23.8| ./ .Oligoceno</p> <p>54.8-33.7| .Palegeno | .Eoceno</p> <p>65-54.8\.\ .Paleoceno</p> <p>144-65/.Cretcico</p> <p>206-144Mesozoico | .Jursico</p> <p>248-206\.Trisico</p> <p>290-248/.Prmico</p> <p>354-290| .</p> <p>| .</p> <p>| .Carbonfero (Mississpico y Pensilvnico)</p> <p>417-354Paleozoico | .Devnico</p> <p>443-417| .Silrico</p> <p>490-443| .Ordovcico</p> <p>540-490\.Cmbrico</p> <p>2500-540Proterozoico</p> <p>4550-2500Arqueozoico</p> <p>De los tres tipos de rocas -gneas, metamrficas y sedimentarias- stas ltimas jugaron un papel muy importante en el desarrollo de la Escala del Tiempo Geolgico. En trminos de eventos geolgicos, es importante que las rocas sedimentarias se depositan sobre la superficie terrestre en estratos aproximadamente horizontales y que cada estrato es ms antiguo que aquel que le sobreyace y es ms reciente que aquel que le subyace. Estas dos observaciones dan lugar a dos principios fundamentales en la geologa: la Ley de Horizontalidad Inicial y el Principio de Superposicin. Por esta razn siempre se escriben las columnas geolgicas con las rocas ms recientes arriba y las ms antiguas abajo como los ejemplos lo ilustran. </p> <p>Todos conocemos y entendemos lo que dura un da, un mes, o un ao, pero cuando hablamos de miles de aos, millones, y de miles de millones de aos es posible que se nos desborde nuestra capacidad de comprensin.</p> <p>Voy a explicarlo con un ejemplo, en l vamos a comparar el tiempo transcurrido desde la formacin de la Tierra hasta la actualidad, con la duracin de un da. </p> <p>Hace 4.500 mill. de aos se estima que termin la formacin de la Tierra por acumulacin de impactos de meteoritos. Son las 0 horas. </p> <p>Hace 4.000 mill. de aos aparecen las formas ms elementales de vida. A las 2:40 horas. </p> <p>Hace 2.100 mill. de aos aparecen los primeros organismos pluricelulares conocidos. Son las 12:48 horas del medioda. </p> <p>Hace 600 mill. de aos aparecieron los primeros invertebrados seguidos de una explosin de formas de vida. Son las 20:48 horas. </p> <p>Hace 500 mill. de aos aparecieron los primeros vertebrados, en forma de peces. Son ya las 21:20 horas. </p> <p>Hace 230 mill. de aos aparecen los dinosaurios y los mamferos ms primitivos. Y estamos ya a las 22:45 horas. </p> <p>Hace 65 mill. de aos se extinguen los dinosaurios y comienza la expansin de los mamferos. Son las 23:40 horas. </p> <p>Hace 5 mill. de aos aparecen los primeros homnidos. Todava son simios pero ya tienen alguna caracterstica humana. Y esto sucede un minuto y medio antes de la medianoche. </p> <p>Hace 200.000 aos que aparecio el Homo sapiens, escasamente 3 segundos antes de concluir el da. </p> <p>La escala del tiempo geolgico, dada su enormidad, se divide en unidades ms manejables que fragmentan la historia de la Tierra en eones, eras, perodos y otras subdivisiones menores. Esta escala se ha establecido mediante convenio internacional entre los gelogos y paleontlogos, basada en las evidencias de las rocas.</p> <p>Escala de los tiempos geolgicos</p> <p>En</p> <p>Era</p> <p>Perodo</p> <p>poca</p> <p>Intervalo(Millones de aos)</p> <p>Duracin(Millones de aos)</p> <p>Fanerozoico</p> <p>Cenozoico </p> <p>Cuaternario </p> <p>Holoceno </p> <p>- 0.01 </p> <p> 0.01 </p> <p>Pleistoceno </p> <p> 0.01 - 1.8 </p> <p> 1.79 </p> <p>Terciario</p> <p>Plioceno</p> <p>1.8-5</p> <p>3.2</p> <p>Mioceno</p> <p>5-23</p> <p>18</p> <p>Oligoceno </p> <p>23-37</p> <p>14</p> <p>Eoceno</p> <p>37-55</p> <p>18</p> <p>Paleoceno</p> <p>55-65</p> <p>10</p> <p>Mesozoico </p> <p>Cretcico </p> <p>65-140</p> <p>75</p> <p>Jursico</p> <p>140-210</p> <p>70</p> <p>Trisico</p> <p>210-250</p> <p>40</p> <p>Paleozoico </p> <p>Prmico</p> <p>250-290</p> <p>40</p> <p>Carbonfero</p> <p>290-360</p> <p>70</p> <p>Devnico</p> <p>360-410</p> <p>50</p> <p>Silrico</p> <p>410-440</p> <p>30</p> <p>Ordovcico</p> <p>440-500</p> <p>60</p> <p>Cmbrico</p> <p>500-590</p> <p>90</p> <p>Precmbrico </p> <p>Proterozoico </p> <p>Superior </p> <p>590-900 </p> <p>310 </p> <p>Medio </p> <p>900-1600</p> <p>700</p> <p>Inferior </p> <p>1600-2500</p> <p>900</p> <p>Las variaciones de espesor de las rocas sedimentarias representan a grosso modo la duracin del evento y la energa del sistema que lo deposit. Las rocas sedimentarias tambin son las nicas con restos fsiles, permitindonos trazar la evolucin biolgica. CAPITULO II</p> <p>CONSTITUCIN GEOLGICA GLOBAL DE LA TIERRA </p> <p>La estructura Geolgica de la tierra.</p> <p>La Tierra est compuesta por tres capas: gaseosa, slida y lquida.La capa gaseosa est formada por la atmsfera que rodea el planeta. Esta vara a medida que nos vamos alejando desde la superficie y se divide en troposfera, estratosfera. y ionosfera.En la capa slida diferenciamos la corteza terrestre y las capas internas: el manto y el ncleo.La tercera es la capa lquida, llamada tambin hidrosfera, que es el conjunto...</p>