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Geologia Aplicada A Carreteras
Geologia Aplicada A Carreteras
Geologia Aplicada A Carreteras
Los estudios geolgicos y geotcnicos son de suma importancia para el diseo de carreteras, estos
nos brindan las condiciones y restricciones que puede tener el terreno en estudio y permiten
adoptar los parmetros adecuados para el diseo correcto de la va.
Generalidades.
La ingeniera geolgica es la aplicacin de los conocimientos y mtodos derivados de las diferentes
ramas de la geologa los problemas y procesos de la ingeniera civil. Obras humanas tales como
presas, embalses, tneles, carreteras, aeropuertos, minas, y edificios altos o pesados se
construyen en la forma mas satisfactoria cuando previamente se determinan las condiciones
geolgicas del terreno y se toman en consideracin en el diseo y la construccin de estructuras.
En la actualidad, ms que en ningn tiempo pasado, se construyen mayores tneles, presas,
aeropuertos para grandes aviones, cortes ms profundos para autopistas y terraplenes de mayor
altura. Para la seguridad en el diseo de estas obras gigantescas y para asegurar su estabilidad y
mantenimiento, los ingenieros necesitan el consejo de gelogos competentes en rocas y suelos,
propiedades fsicas y qumicas de las rocas, los minerales y los procesos geolgicos que pueden
afectarlas.
Los gelogos especialistas en ingeniera civil son consultados sobre la erosin producida por
cambios en el curso de ros que pueden socavar los estribos y pilares de puentes; los posibles
daos por desprendimientos de rocas y deslizamientos de tierra en grandes cortes de carreteras;
las fundaciones defectuosas en rocas o fallas activas en sitios de presas.
Una tarea importante de la geologa es la interpretacin de los mapas geolgicos y topogrficos y
de las fotografas areas para suministrar informacin clave sobre zonas inaccesibles teniendo en
cuenta los problemas que pueden presentarse si se emprende un determinado proyecto.
Hacer un estudio geolgico para realizar el diseo de una carretera es muy importante por
diferentes aspectos, por ejemplo nos indican la existencia de materiales que podemos utilizar, su
distribucin y accesibilidad, las propiedades de los suelos respecto del transito, caractersticas de
los materiales en la superficie para estribos de puentes, etc.
Estabilidad de taludes.
b) En cortes o desmontes:
Estabilidad de taludes.
c) En explanadas:
El comportamiento del firme est ligado a las caractersticas resistentes de los suelos
de la explanada.
Los suelos de la explanada deben seleccionarse con criterios ms estrictos que para el
resto del terrapln.
Fallas geolgicas.
Estudios a realizar.
Los estudios geolgicos y geotcnicos se realizan para identificar las propiedades de:
Los estudios geolgicos y geotcnicos siguen una metodologa que se detalla a continuacin.
Morfologa.
Estratigrafa y Litologa.
Tectnica.
Hidrologa.
e) Estudio de materiales.
Anteproyecto
Permite hacer una descripcin funcional, tcnica y econmica de la obra, adems, identificar las
zonas con problemas.
Se realiza el estudio geolgico y geotcnico, definiendo las zonas homogneas y diferenciando las
zonas singulares como:
Terrenos peligrosos.
Proyecto.
En la etapa de proyecto, se determinan:
Memoria de clculo.
Yacimientos y canteras.
Geologa.
La geologa es la ciencia que trata de la estructura del globo terrqueo, de la formacin de las
rocas y suelos y de la evolucin de los mismos desde sus orgenes.
Rocas.
Las rocas se clasifican en tres grandes grupos:
a) Rocas gneas, son aquellas que se forman a partir de la solidificacin del magma
b) Rocas sedimentarias, Son las que se originan por procesos posteriores de desintegracin,
producto de la erosin, depositadas en capas (sedimentos) al ser transportadas por agua o
viento.
c) Rocas metamrficas, son aquellas que por procesos de recristalizacin, magmatismo, etc.,
se transforman en rocas de caractersticas diferentes.
La capacidad de carga (calidad) asignada a la roca, para el diseo o el anlisis, debe reflejar el
grado de alteracin de los minerales debido al interperismo, la frecuencia de discontinuidades
dentro de la masa rocosa y la susceptibilidad de deterioro cuando la roca es expuesta a la
intemperie.
Estratigrafa.
Es la rama de la geologa que trata del estudio de la secuencia en que se han depositado los
estratos.
Tipos de estratificacin:
Regular.
Lenticular.
Oblicua.
Ondulada.
Imbricada o torrencial.
Entrecruzada.
Zonada.
Catica.
Concordante.
Discordante
Geologa estructural.
Estudia la arquitectura de la tierra, tal como ha quedado conformada despus de los movimientos
de distinta magnitud a la que ha sido sometida.
Anlisis e interpretacin de las estructuras tectnicas en la corteza terrestre. Conocimiento de las
fuerzas
en
la
corteza
que
producen
fracturamiento,
plegamiento
y
montaas. (Fallas-Pliegues-Orognesis).
Se divide en tres grandes grupos:
Fallas estructurales.
Son roturas de los estratos de roca a lo largo de las cuales las paredes opuestas se han movido
entre ellas relativamente. Este movimiento se llama desplazamiento. El origen de estos
movimientos son fuerzas tectnicas en la corteza terrestre, las cuales provocan roturas en la
litosfera. Las fuerzas tectnicas tienen su origen en el movimiento de los continentes. Existen
varios tipos de fallas, se presentan dos tipos principales: fallas con desplazamiento vertical y fallas
con desplazamiento horizontal.
Geomorfologa.
La geomorfologa es la descripcin e interpretacin de las caractersticas del relieve terrestre.
A medida que los diferentes agentes erosivos actan sobre la superficie terrestre, se produce una
secuencia en las formaciones del relieve con caractersticas distintivas en los sucesivos estados de
su desarrollo.
Geotecnia.
En trminos generales, la ingeniera geotcnica es la rama de la ingeniera civil que utiliza mtodos
cientficos para determinar, evaluar y aplicar las relaciones entre el entorno geolgico y las obras
de ingeniera.
En un contexto prctico, la ingeniera geotcnica comprende la evaluacin, diseo y construccin
de obras donde se utilizan el suelo y los materiales de tierra.
A diferencia de otras disciplinas de ingeniera civil, que tpicamente se ocupan de materiales cuyas
propiedades estn bien definidas, la ingeniera geotcnica se ocupa de materiales sub-superficiales
cuyas propiedades, en general, no se pueden especificar.
Los pioneros de la ingeniera geotcnica se apoyaron en el "mtodo de observacin", para
comprender la mecnica de suelos y rocas y el comportamiento de materiales de tierra bajo
cargas. Este mtodo fue mejorado con el advenimiento de instrumentacin electrnica de campo,
amplia disponibilidad de poderosas computadoras personales, y desarrollo de refinadas tcnicas
numricas. Estas tcnicas hacen ahora posible determinar con mayor precisin la naturaleza y
comportamiento no homogneo, no lineal y anisotrpico de materiales de tierra para su aplicacin
a obras de ingeniera.
El investigador geotcnico Terzaghi sostena que: "La magnitud de la diferencia entre el
comportamiento de suelos reales bajo condiciones de campo, y el comportamiento pronosticado
con base en la teora, solo puede conocerse mediante la experiencia en el campo".
Mediante la geotecnia se podrn identificar riesgos naturales, como son suelos y minerales de roca
expansivos, taludes naturales y artificiales inestables, antiguos depsitos de relleno y posibles
fallas que tenga el terreno.
Las fallas se relacionan con la licuacin de los suelos durante los terremotos, presin hidrosttica
baja, daos en estructuras causados por el, agua debido a la elevacin del nivel fretico,
desestabilizacin de las cimentaciones por socavacin o desbordamientos y erosin por oleaje en
diques y presas de tierra.
Riesgo de deslizamientos.
Los deslizamientos se producen casi siempre en reas con relieves topogrficos grandes, que se
caracterizan por tener rocas sedimentarias relativamente dbiles (pizarras, lutitas y otras) o
depsitos de suelo hasta cierto punto impermeables que contienen estratos portadores de agua
intercalados. En estas circunstancias los deslizamientos que ocurrieron en el pasado geolgico,
sean o no activos en la actualidad, representan un riesgo importante para proyectos ubicados al pie
Reconocimiento geotcnico.
Todo estudio geotcnico debe iniciarse con un reconocimiento detallado del terreno a cargo de
personal experimentado. El objetivo de este reconocimiento es contar con antecedentes
geotcnicos previos para programar la exploracin.
Mediante la observacin de cortes naturales y/o artificiales producto de la erosin o deslizamiento
ser posible, en general, definir las principales unidades o estratos de suelos superficiales.
Especial importancia debe darse en esta etapa a la delimitacin de zonas en las cuales los suelos
presentan caractersticas similares y a la identificacin de zonas vedadas o poco recomendables
para emplazar construcciones, tales como zonas de deslizamiento activo, laderas rocosas con
fracturamiento segn planos paralelos a la superficie de los cortes, zonas pantanosas difciles de
drenar, etc.
Este reconocimiento se puede efectuar por va terrestre o por va area dependiendo de la
transitividad del terreno.
El programa de exploracin que se elija debe tener suficiente flexibilidad para adaptarse a los
imprevistos geotcnicos que se presenten. No existe un mtodo de reconocimiento o exploracin
que sea de uso universal, para todos los tipos de suelos existentes y para todas las estructuras u
obras que se estudian.
Generalmente se ejecutan pozos distanciados entre 250 a 600 metros, aparte de los que deban
ejecutarse en puntos singulares. Pueden realizarse pozos ms prximos si lo exige la topografa
del rea, naturaleza de la deposicin o cuando los suelos se presentan en forma errtica. As
mismo deben delimitarse las zonas en que se detecten suelos que se consideren inadecuados.
Mediante sondeos.
Las muestras sern tomadas desde 0,40 cm, hasta 2,00 mts de profundidad, habiendo
quitado previamente una capa de 20 cm, de espesor o de acuerdo al espesor de la
capa vegetal.
b) Ensayos de laboratorio.
Ensayos de humedad.
Anlisis granulomtrico.
Ensayos de plasticidad.
Ensayos de densidad.
Ensayos de corte.
Ensayos de compactacin.
Ensayo C. B. R.
Suelos.
Son un conjunto de partculas que en su origen producto de la alteracin qumica o de la
desintegracin mecnica de un macizo rocoso, el cual ha sido expuesto a los procesos de
interperismo. Posteriormente, los componentes del suelo pueden ser modificados por los medios
de transporte, como el agua, el viento y el hielo, tambin por la inclusin y descomposicin de
materia orgnica. En consecuencia, los depsitos de suelo pueden ser conferidos a una
clasificacin geolgica, al igual que una clasificacin de sus elementos constitutivos.
Tipos de suelo.
Identificacin de suelos.
El problema de la identificacin de los suelos es de importancia fundamental; identificar un suelo
es, en rigor, encasillarlo en un sistema previo de clasificacin.
La identificacin permite conocer las propiedades mecnicas e hidrulicas del suelo, atribuyndole
las del grupo en que se site, adems nos permite conocer las caractersticas del suelo en
conjunto y en estado natural ya que la identificacin es en campo.
Para identificar los suelos en campo existen diferentes factores, de los cuales podemos mencionar:
a) Dilatncia.
En esta prueba, una pastilla en el contenido de agua necesario para que el suelo adquiera una
consistencia suave, pero no pegajosa, se agita alternativamente en la palma de la mano,
golpendola contra la otra mano, mantenindola apretada entre los dedos.
Un suelo fino, no plstico, adquiere con el anterior tratamiento, una apariencia de hgado,
mostrando agua libre en su superficie, mientras se le agita, en tanto que al ser apretado entre los
dedos, el agua superficial desaparece y la muestra se endurece, hasta que, finalmente empieza a
desmoronarse como un material frgil, al aumentar la presin. Si el contenido de agua de la pastilla
es el adecuado, un nuevo agitado har que los fragmentos, producto del desmoronamiento vuelvan
a constituirse. Cambia su consistencia, con lo que el agua aparece y desaparece se define la
intensidad de la reaccin que indica el carcter de los finos del suelo.
b) Tenacidad.
La prueba se realiza sobre un espcimen de consistencia suave, similar a la masilla. Este
espcimen s rola hasta formar un rollito de unos 3 mm. de dimetro aproximado, que se amasa y
vuelve a rolar varias veces. Se observa como aumenta la rigidez del rollito a medida que el suelo
se acerca al lmite plstico.
Sobrepasado el lmite plstico, los fragmentos en que se parte el rollito se juntan de nuevo y
amasan ligeramente entre los dedos, hasta el desmoronamiento final.
Clasificacin de suelos.
La clasificacin de los suelos, basada en las pruebas fsicas u otras informaciones, representan
grupos en los que todos los suelos de caractersticas similares pueden ser clasificados.
Una vez que un suelo ha sido clasificado, sus propiedades mecnicas podrn ser predichas a partir
del comportamiento conocido de otros suelos del mismo grupo; muchos sistemas de clasificacin
han sido propuestos y han sido muy tiles para sus propsitos. La granulometra ofrece un estudio
sencillo para clasificar suelos. El sistema ms efectivo de clasificacin de suelos es el propuesto
por Casa Grande y conocido con el nombre de "Sistema Unificado de Clasificacin de suelos".
Para la clasificacin de suelos, se pueden indicar las siguientes recomendaciones:
Los sistemas de clasificacin, dan buen resultado cuando estn apoyados, sobre todo,
en la experiencia local, es decir, que para cada regin o zona geogrfica, se han fijado
limitaciones para cada tipo de suelo.
Para la clasificacin de suelos a emplearse en terraplenes o a utilizarse como subrasantes de caminos, aeropuertos y presas de tierra, en los Estados Unidos, se ha
generalizado el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos.
granulares
A 1, A 2, A - 3
Materiales
Limo
(mas del 35% pasa el tamiz N200)
Arcillosos
A 4, A 5, A 6, A - 7
ndice de grupo.
Si
LL
C,
es 40 menos se anota: c = 40 - 40 = 0
Si
LL
d, Si el lP es 30 mas se anota: d = 30 - 10 = 20
Ensayos de suelos.
Existe una amplia variacin en las caractersticas de los diferentes suelos y las propiedades
mecnicas de cada suelo individual se ven afectadas por su contenido de humedad y su densidad.
Un nmero de pruebas fsicas ha sido desarrollado para medir las condiciones mecnicas de los
suelos, describindose brevemente a continuacin las ms comunes de ellas.
Granulometra.
Los ensayos de granulometra tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribucin
de las partculas del suelo de acuerdo a su tamao. La distribucin de las partculas con tamao
superior a 0.075 se determina mediante tamizado, con una serie de mallas normalizadas.
Para partculas menores que 0.075mm, su tamao se determina observando la velocidad de
sedimentacin de las partculas en una suspensin de densidad y viscosidad conocidas. El anlisis
granulomtrico es necesario para la identificacin de un suelo y permite establecer una
clasificacin primaria dentro de unos grupos amplios, con propiedades generales anlogas. En la
denominacin de un suelo intervienen en primer lugar el nombre de la fraccin predominante,
segn el tamao de las partculas gruesas, o las propiedades fsicas de las partculas finas.
Ensayo de compactacin.
La compactacin es la densificacin del suelo por remocin de aire, lo que requiere energa
mecnica. El grado de compactacin de un suelo se mide en trminos de su peso especfico seco.
Cuando se agrega agua al suelo durante la compactacin, esta acta como un agente ablandador
de las partculas del suelo, que hace que se deslicen entre si y se muevan a una posicin de
empaque ms denso. El peso especfico seco despus de la compactacin se incrementa primero
conforme aumenta el contenido de agua.
Ms all de un cierto contenido de agua, cualquier incremento en el contenido de agua tiende a
reducir el peso especfico seco, debido a que el agua toma los espacios que podran haber sido
ocupados
por
las
partculas
slidas.
El
contenido de agua bajo el cual se alcanza el mximo peso especfico seco se llama contenido de
agua ptimo.
Si se dibuja un grafico con las humedades como abscisas y los pesos especficos secos como
ordenadas, se identificara que hay una determinada humedad, llamada humedad optima, para la
cual el peso especfico seco es mximo, para el mtodo particular de compactacin que se haya
usado. En un suelo determinado, cuanto mayor es el peso especfico seco, menor es la relacin de
vacos, cualquiera sea la humedad; as pues, el peso especfico seco mximo es justamente otra
manera de expresar la relacin de vacos mnima o la porosidad mnima.
Para una humedad determinada, la compactacin perfecta eliminara todo el aire del suelo y
producira saturacin. Si los pesos especficos secos correspondientes a la saturacin con
diferentes humedad es, resultara en una curva que cae completamente sobre la primera; esta
curva se conoce con el nombre de curva de saturacin total y representa los pesos especficos
tericos que se obtienen por una compactacin perfecta con diferentes humedades.
Para las pruebas de compactacin se han establecido un nmero de normas arbitrarias para
determinar las humedades ptimas y los pesos especficos mximos, que representan las
diferentes energas de compactacin, tal como se aplican con el equipo mecnico empleado en la
construccin con suelo. La prueba de laboratorio usada generalmente para obtener el peso
especfico seco mximo de compactacin y el contenido de agua optimo es la prueba Proctor de
compactacin, ya sea esta la Proctor Estndar (ASTM 0-698, AASHTO T-99 British Standard
1377); o la Proctor Modificada (ASTM 0-1557, AASHTO modificada).