Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

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UNICACH UNIVERSIDAD DE CIENCIAS Y ARTES DE CHIAPAS ESCUELA DE INGENIERIA TOPOGRAFICA ING. MORENO CORZO MAURO GEOLOGIA II 3º “U”

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UNICACH

UNIVERSIDAD DE CIENCIAS Y ARTES DE CHIAPAS

ESCUELA DE INGENIERIA TOPOGRAFICA

ING. MORENO CORZO MAURO

GEOLOGIA II

3º “U”

TEMA: TRABAJO FINAL DE GEOLOGIA II

TUXTLA GUTIERREZ, CHIAPAS. A20 DE MAYO DEL 2009.

TRABAJOS DE:

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1.- INTRODUCCION A LA GEOLOGIA APLICADA A LAS OBRAS CIVILESARACELY ELIZABETH SANCHEZ MORALES

2.- METODOS GEOFISICOSMARIANA CITLALI BARRIENTOS SANCHEZ

ROSAIRA CRUZ MATEOS

REYNA CRUZ CRUZ

JESUS ANTONIO GOMEZ MENDEZ

3.- GEOLOGIA DEL SUBSUELO

ELIFONSO DE LA CRUZ GAMBOA

HEBERTO ESPINOSA DIAZ

TERESITA DE JESUS MORENO CARDENAS

JOSE GUADALUPE NAFATE MORENO

4.- CIMENTACIONES

LIZBETH IRAZÚ ALBORES GORDILLO

FERNANDO MAURICIO RUIZ CALDERON

CHAIN VAZQUEZ JIMENEZ

JORGE ANTONIO VELASCO SANCHEZ

5.-BANCOS DE MATERIALES

JUAN MANUEL LARA CENTENO

LEYVER RODOLFO PEREZ PEREZ

JADAIR VERA CEDEÑO

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6.- VIAS TERRESTRES

VICTOR MANUEL DIAZ SARMIENTO

GIOVANNI ESPINOSA ZAMBRANO

UBELINO MEGIA ROBLERO

RUBICEL LOPEZ PEREZ

7.- PRESAS

CARLOS CESAR AGUILAR LOPEZ

ALFREDO ASARIEL HERNANDEZ GUILLEN

JAVIER LOPEZ MARTINEZ

KERLIGN TOVILLA SANCHEZ

TEMA 1: GEOLOGIA APLICADA A LAS OBRAS CIVILES

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INDICE

INTRODUCCION 1

COMENTARIOS SOBRE LA GEOLOGIA

APLICADA A LAS OBRAS CIVILES 3

INTRODUCCION

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La geología es una ciencia de la tierra, estudia su composición, estructura, su historia y su vida vegetal y animal pasada.

La palabra geología se deriva del griego geo, tierra y logos, discurso.

de acuerdo con su significado actual, fue utilizada desde el año de 1605 por androvandus como ciencia, la geología comenzó a desarrollarse desde 1667, atraves del trabajo de nicolaus steno; pero principio de ampliarse casi un siglo mas tarde se popularizo como ciencia en Europa y en América en el transcurso de la primera mitad del siglo XIX.

Aunque es una ciencia independiente, la geología se apoya fundamentalmente en la astronomía, la química, la física y la biología. Esta íntimamente relacionada con la antropología, la geografía y la economía.

Comúnmente la geología se divide en dos grandes campos de la geologia física y la geología histórica.

la geología física o dinamica trata de los materiales que constituyen la tierra, con su estructura y rasgos superficiales y los procesos responsables de su actual estructura y a apariencia.

La geologia histórica trata de la historia de la tierra sus combinaciones de la faz y estructura y de las formas cambiantes de las cosas vivientes cuyos restos o huellas se encuentran como fósiles en las rocas.

Después de la geologia de divide en un gran numero de ramas de acuerdo:

(1) con la materia que abarque

(2) con sus aplicaciones industriales o comerciales.

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Las cuales son las que se muestran anteriormente.

1.1 COMENTARIOS SOBRE LA GEOLOGIA APLICADA A LAS

OBRAS CIVILES

La geologia aplicada es una de las ciencia industrial que avenido desarrollándose desde principios del siglo XX. su cuerpo de aplicación es el medio natural, fuente de materias minerales y energéticos y sus espacios para la implantación de toda estructura humana o industrial.

en el campo de la construcción, el geólogo interviene en la localización y explotación de las materiales y en el estudio de la estabilidad de obras construidas, además tiene la misión de proporcionar el agua con la calidad y cantidad suficiente para las actividades domesticas, agrícolas e industriales.

A los conocimientos clásicos de la geologia, el geólogo aplicado asocia las técnicas del ingeniero en dos técnicas que practica corrientemente, los sondeos y la geofísica.

los sondeos se hacen perforaciones de algunos metros en obras publicas o varios kilómetros en prospección petrolífera, que permite reconocer los distintos niveles rocosos de la parte superficial de la corteza terrestre.

en obras publicas, los sondeos permiten conocer las formaciones superficiales y recoger muestras troceadas por la herramienta, para su posterior identificación, o intactas, mediante un sacatestigos para posteriores mecánicas.

Geofísica son los elementos que forman el globo terrestre pueden ponerse de manifiesto gracias a la geofísica. los métodos utilizados se basan en le estudio de los distintos campos de fuerza naturales medios y sus anomalías ( gravimetría, sismología y paleomagnetismo).

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La geofísica se utiliza con vistas a una aplicación práctica. algunos métodos geofísicos por corresponder cada uno de ellos a una propiedad física o mecánica determinada de las rocas se trata de la susceptibilidad magnética relacionada con las sustancias ferromagneticas, de la elasticidad de las rocas recorridas por las ondas mecánicas, de la conductividad eléctrica de los niveles mas o menos ricos en agua y de la densidad cuando se buscan cavidades subterráneas o masas de minerales densos.

*LA GEOLOGIA Y LA INGENIERIA CIVIL

En Francia se denomina corriente “ geologia del ingeniero “ (ingeniería geológica ) a la aplicación de las ciencias de la tierra a los trabajos de obras publicas e ingeniería en general.

El campo de investigación del geotécnico es muy amplio: fundamentos de las obras de fábrica y de edificios, túneles, presas, movimiento de la tierra y grandes obras en general.

el geólogo interviene en el estudio en la elección del trazado general, en le estudio de zonas difíciles ( terrenos orgánicos comprensibles, pendientes naturales inestables , trabajos en roca, fundamentos especiales en obras), en el estudio de terraplenes y de montes y en la búsqueda de materiales.

la determinación del trazado obedece a muchos factores a demás de los relativos al suelo (imperativos socio- económicos, el papel del geólogo y del geotécnico es proponer el mejor trazado al mejor precio, por lo que es conveniente explorar al máximo los datos que se dispersen de la geologia regional.

teniendo en cuenta la litología y la técnica con el fin de no situar el trazado en zonas geológicamente peligrosas ( niveles arcillosos , niveles rico en agua, llanuras aluviales con altas concentraciones de suelos turbosos compresibles , pendientes inestables).

LOS MEDIOS PUESTOS A LA DISPOCION DEL GEOLOGO : LOS SONDEOS Y LA GEOFISICA

Después del recorrimiento de tierras del mes de diciembre de 1968, la zona peligrosa fue estudiada con precisión. en el caso general de un trazado de carretera, el levantamiento geológico superficial debe ir asociado a una

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compañía de sondeos y de geofísica tanto mas completa cuanto mas peligrosa se sospecha que es la zona.

Los sondeos mecánicos permiten:

A) El reconocimiento litológico e hidrogeológico de las funciones superficiales.

A) La obtención de muestras para su posterior ensayo mecánico. según el material utilizado, las muestras recogidas pueden estar modificadas o intactas.

Los estudios geofísicos:

Permiten caracterizar físicamente las formaciones superficiales y sustrato en general suelen utilizarse:

A) Los métodos electrónicos de resistividad B) El método de la sísmica de refracciónC) Las medicines en los sondeos

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CONCLUSION

LA GEOLOGIA ES UNA CIENCIA QUE ESTUDIA LA TIEERA, SU EVOLUCION, EL ORIGEN, DES DE SU PASADO, SU PRESENTE Y SU

FUTURO.

JUNTO CON VARIAS DISIPLINAS QUE AUXILIA PARA QUE ENTENDER MAS DE LO QUE SE REFIEREN, COMO LA ASTRONOMIA, LA FISICA, LA QUIMICA ENTRE OTRAS MATERIAS QUE ESTUDIAN AL SER HUMANO COMO LA ANTROPOLOGIA Y LA ECONOMIA, EMTRE OTRAS CIENCIAS

APLICADAS.

LA INGENIERIA ES OTRA DE LAS CIENCIAS QUE ESTA LIGADA A LA GEOLOGIA YA QUE EN ELLA SE BASA LAS CONDICIONES DE UN

LUGAR, VA A DEPENDER DE SU ESTADO PARA PODER LOGRAR UNA CONSTRUCCION BIEN, SABER QUE TIPO DE MINERALES EXCISTE EN

NESE LUGAR LAS CONDICIONES DEL TERRENO SI ES PLANO O ES UN LUGAR ROCOSO.

PARA PODER CONSEGIR ESTUDIAR LA TIERRA DE UN DETERMINADO LUGAR ES NECESARIO HACER UN SONDEO Y UNA GEOFISICA DEL

LUGAR A ESTUDIAR.

BIBLIOGARFIAS

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*GEOLOGIA

RICHARD M. PEARL

TERCERA EDICION

EDITORIAL CONTINENTAL, S.A DE C.V. MEXICO

PAGS. 17 – 18

*GEOLOGIA

JEAN DERCOURT

EDITORIAL REVERTE, S. A.

PAGS. 353 - 394

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TEMA 2: METODOS GEOFOSICOS

INTRODUCCION

En este tema el alumno conocerá los métodos de exploración del subsuelo con

el fin de interpretar la naturaleza y estructura del mismo, a través de obras o

pozos cuyo muestreo proporciona la información acerca de la composición de

las rocas, su resistencia, y otras propiedades ingenieriles de suma importancia

para el buen funcionamiento de las obras de ingeniería.

Este tema proporciona al alumno la información básica para entender el

funcionamiento y aplicación práctica de los diversos métodos de exploración

geofísica. Los métodos de prospección desde la superficie son las siguientes:

a) gravimétrico

b) magnético

c) sísmico

d) eléctrico

Cada uno de estos métodos geofísicos de exploración tiene sus principios,

aplicaciones, su utilidad, limitación de las exploraciones geofísicas en las obras

de ingeniería, Exploración geoquímica, además reconoce diversos problemas

que se enfrenta la Ingeniería y reconoce cual de estas es la más idónea para

resolverlos, así como también utiliza las técnicas para prevenir problemas

futuros en las estructuras construidas.

Con los métodos geofísicos se puede investigar zonas sin acceso para el ser

humano, como el interior de la tierra. En la búsqueda de yacimientos

metalíferos (prospección, exploración) este métodos geofísicos pueden dar

informaciones sin hacer una perforación de altos costos. Existen varios

métodos geofísicos los cuales aprovechan propiedades físicas de las rocas.

Pero todos los métodos geofísicos dan solamente informaciones indirectas, es

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decir nunca sale una muestra de una roca. Los resultados de investigaciones

geofísicas son hojas de datos (números) que esperan a una interpretación.

METODOS GEOFICOS DE LA EXPLORACION

Los métodos geofísicos de investigación del subsuelo son conjuntos de

técnicas instrumentales de operación de campo y de interpretación de

resultados.

El objetivo que se persigue con su empleo es el de predecir la estructura

geológica del subsuelo, ya sea para la exploración de sustancias de

importancia económica (minerales sólidos y fluidos) o para la definición de

situaciones que interesan a los proyectos de ingeniería.

Geofísica es una ciencia derivada de la geología que trata del estudio de las

propiedades físicas de la Tierra, comprende aspectos como la investigación de

la Composición Interna del planeta, así como el Flujo de Calor proveniente del

interior de la Tierra, la fuerza de la gravedad que forma el Campo Gravitacional

y la fuerza magnética de atracción ejercida por un magneto ideal en el interior

de la Tierra, que crea el Campo Geomagnético, así como la propagación de las

ondas sísmicas a través de las rocas de la corteza terrestre. Diferentes

técnicas geofísicas permiten optimizar procesos de exploración de algunos

minerales, del agua, de energía y la ubicación adecuada de obras civiles y

prevención de desastres naturales.

Con el auxilio de los métodos indirectos de la geofísica, como es el registro de

los diferentes tipos de ondas sísmicas, se ha logrado definir la Composición

Interna del planeta, dividiéndolo en capas con especificaciones de su espesor y

contenido, sin que necesariamente estén a la vista del hombre.

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Estos métodos geofísicos corresponden a herramientas indirectas que ayudan

a localizar características estructurales, como fallas, fracturas, ciertos tipos de

rocas, basamento geológico, así como son útiles en la búsqueda de

yacimientos minerales, hidrocarburos, acuíferos, en otros. Aún cuando,

aparentemente la inversión es onerosa en la aplicación de estos métodos, a

final de cuentas resulta ser relativamente barata, ya que son investigaciones

muy rápidas que cubren grandes extensiones de terreno y junto con otros

métodos indirectos y bajo el pleno conocimiento del contexto geológico, pueden

llevar a resultados exitosos.

Las propiedades físicas de las rocas que usualmente se miden en geofísica

son: densidad, susceptibilidad, magnética, eléctricas,(actividad

electroquímica/electrocinética, conductividad, capacidad dieléctrica),

elasticidad, radioactividad, temperatura. Para cada una de ellas han sido

desarrolladas técnicas de medición, procesamiento de datos e interpretación.

En exploración minera se miden todas las propiedades físicas, en vista

de que los yacimientos tienen grandes variedades de constitución y de

situación espacial. En exploración por petróleo los objetivos típicos regionales

determinan que sean más utilizados los métodos de gran cobertura (aéreos) y

aquellos que dependen de la estructura del subsuelo. En estudios geotécnicos

se aprovechan propiedades físicas relacionadas con estructuras someras y con

las características mecánicas de las rocas. Para agua subterránea la propiedad

dominante es la resistividad dependiente de la cantidad, calidad temperatura

del agua en las formaciones. En investigaciones arqueológicas son analizados

los contrastes de elasticidad, eléctricos y magnéticos que pueden existir entre

los restos buscados y los terrenos que los contienen.

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LOS METODOS FISICOS QUE SE EMPLEAN PARA ESTUDIAR ALGUNAS

CARACTERISTCAS GEOLOGICAS SON:

Métodos directos

Esto se puede hacer de forma directa mediante la toma de núcleos (cores), que

no son más que muestras de roca extraída dentro de la tubería de perforación,

en las cuales se pueden realizar medidas directas de las características

petrofísicas de la formación.

Métodos indirectos

Existen, además, métodos indirectos que nos pueden llevar a inferir las

características de las formaciones, entre estos métodos se encuentran los

registros eléctricos y las pruebas de formación.

Los registros eléctricos, tales como el SP (Potencial Espontáneo), Resistividad

y los registros eléctricos como: gamma Ray, Neutrón o Densidad nos

proporcionan estimaciones indirectas de la calidad de roca, porosidad y

saturación de fluidos (agua, petróleo o gas).

En cuanto a las pruebas de formación, éstas son útiles para estimar

parámetros tales como presión de la formación, permeabilidad, daño de la

formación. Éstos son útiles para definir la productividad de un pozo.

MÉTODOS DE PROSPECCIÓN DESDE LA SUPERFICIE

Prospección gravimétrica

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El método esta basado en el estudio la variación del componente vertical del

campo gravitatorio terrestre. Se realiza mediciones relativas o es decir se mide

las variaciones laterales de la atracción gravitatoria de un lugar al otro puesto

que en estas mediciones se pueden lograr una precisión satisfactoria más

fácilmente en comparación con las mediciones del campo gravitatorio absoluto.

El método gravimétrico se emplea como un método de reconocimiento general

en hidrología subterránea para definir los limites de los acuíferos (profundidad

de las formaciones impermeables, extensión de la formación acuífera,

naturaleza y estructura de las formaciones.

La gravimetría es un método muy importante en la búsqueda de depósitos

minerales. Este método aproveche las diferencias de la gravedad en distintos

sectores. La gravitación es la aceleración (m/s2)de un objeto qué esta cayendo

a la superficie. La gravitación normal (promedia) en la tierra es 9,80665 m/s2 .

Grandes cuerpos mineralizados pueden aumentar la gravitación en una región

determinada porque rocas de mayor densidad aumentan la aceleración. 

El gravímetro es un equipo que puede medir diferencias muy finas en la

gravedad. Principalmente cada balanza es un "gravímetro" porque una balanza

mide el peso de un objeto. Peso significa la potencia que aplica la aceleración a

un objeto

El método gravimétrico hace uso de campos de potencial natural igual al

método magnético y a algunos métodos eléctricos. El campo de potencial

natural observado se compone de los contribuyentes de las formaciones

geológicas, que construyen la corteza terrestre hasta cierta profundidad

determinada por el alcance del método gravimétrico (o magnético

respectivamente). Generalmente no se puede distinguir las contribuciones a

este campo proveniente de una formación o una estructura geológica de

aquellas de las otras formaciones o estructuras geológicas por el método

gravimétrico, solo en casos especiales se puede lograr una separación de los

efectos causados por una formación o estructura geológica individual. Se

realiza mediciones relativas o es decir se mide las variaciones laterales de la

atracción gravitatoria de un lugar al otro puesto que en estas mediciones se

pueden lograr una precisión satisfactoria más fácilmente en comparación con

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las mediciones del campo gravitatorio absoluto. Los datos reducidos

apropiadamente entregan las variaciones en la gravedad, que solo dependen

de variaciones laterales en la densidad del material ubicado en la vecindad de

la estación de observación.

Los pesos específicos de las diferentes formaciones litológicas son estudiados

con el método Gravimétrico. En petróleo para establecer los lineamientos

regionales, en minas para buscar yacimientos de minerales pesados,

especialmente cuando éstos no presentan características eléctricas que

pueden ser diferenciadas. El relieve de la superficie de trabajo es crítico y sus

efectos deben ser corregidos, por lo que la gravimetría es difícil de procesar en

zonas agrestes.

ESTE METODO TIENE SUS PRINCIPIOS

Ley de gravitación de NEWTON

Si cualquier cuerpo inicialmente estando en reposo cae sin ser estorbado

después un segundo tendrá una velocidad de 9,80m/s en la dirección vertical.

Después de un segundo más su velocidad será: 9,80m/s + 9,80m/s = 19,60m/s.

El aumento de la velocidad vertical de 9,80m/s de un cuerpo cayendo sin ser

estorbado durante cada segundo se denomina aceleración de gravedad o sólo

gravedad y se la expresa como 9,80m por segundo por segundo o es decir

9,80m/s2. El primero término por segundo indica la velocidad medida como

distancia pasada durante un segundo, el otro por segundo indica la variación

de la velocidad de 9,80m/s, que corresponde a un intervalo de 1s. La

aceleración de la gravedad g se debe a la aceleración gravitatoria, que la tierra

ejerce en cada cuerpo, menos la fuerza centrífuga causada por la rotación de la

tierra y dirigida en dirección perpendicular al eje de rotación de la tierra y hacia

fuera. La fuerza total, que actúa en el cuerpo, es igual al producto de su masa

m y de la aceleración de gravedad g. Por consiguiente la atracción gravitatoria

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en cualquier lugar de la superficie terrestre tiene numéricamente el mismo valor

como la fuerza gravitatoria ejercida a una masa unitaria en el mismo lugar.

Según la ley de gravitación de NEWTON los cuerpos de las masas m1 y m2

separados por una distancia r se influyen mutuamente por la fuerza F:

F = f ×((m1 × m2)/r2),

Donde m1, m2 = masa del cuerpo 1 o 2 respectivamente,

r = distancia entre los centros de los cuerpos de masa m1 y m2.

f = constante de gravitación = 6,67 × 10-8cm3g-1s-2 = 6,67 × 10-11Nm2/kg2 (N =

kgm/s2). La constante de gravitación f describe la fuerza expresada en N

(Newton) ejercida entre dos cuerpos de masas 1kg, cuyos centros distan 1m

entre sí y cuyas masas están concentradas en sus centros. Se la mide en el

laboratorio. En el año 1797 la primera vez CAVENDISH realizó una medición

de f resultando en un valor de f = 6,754 × 10-11Nm2/kg2.

El potencial y el campo gravitatorio de la Tierra

La Tierra está influenciada por dos campos de origen interno, que afectan a

todos los procesos que ocurren en la superficie del planeta, estos son el

Campo Gravitacional y el Campo Magnético.

El Campo Gravitacional que es aquel en que cualquier cuerpo atrae a otros cuerpos a

través de una interacción de sus campos gravitacionales, siendo posible calcular los efectos de

la gravedad, tal como la aceleración de un objeto al caer, las órbitas de los planetas, la

trayectoria de un objeto lanzado, o de un vehículo aéreo, etc., siendo el valor local de la

gravedad G, el período (tiempo de una oscilación completa) de un péndulo giratorio o, la

aceleración de un peso que cae (experimento de los cursos elementales de física). Los

péndulos han sido substituidos por gravímetros modernos que no son más grandes que una

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botella de termo y pueden medir fácilmente la diferencia de gravedad entre un objeto ubicado

en lo alto de una mesa y el piso en que está ubicada.

Un péndulo deflectado

por la atracción

gravitacional de la masa

de una montaña.

Un objeto cayendo al

campo gravitacional

terrestre.

Un planeta sostenido en

órbita por la gravedad

del sol.

3.-El Campo Geomagnético, basado en las propiedades magnéticas de lo que

se dio en llamar “piedra cargada" (mineral de fierro magnético llamado

magnetita), con el cual, los chinos inventaron la primera brújula magnética que

consistió en una "piedra cargada" suspendida en una cuerda.

El potencial en un punto de un campo dado se define como el trabajo rendido

por la fuerza al mover una masa unitaria desde un punto arbitrario de referencia

- usualmente ubicándose en una distancia infinita - hacia el punto en cuestión.

El potencial correspondiente al cuerpo de la masa m1 se calcula: P = -f × m1/r.

La diferencia en los potenciales P2 - P1 describe el trabajo rendido en contra de

la masa m1 al mover una masa unitaria desde el centro del cuerpo m1 al centro

del cuerpo m2.

Las superficies equipotenciales (superficies, que unen todos los puntos del

mismo valor potencial) referidas a este cuerpo de masa m1 son superficies

esféricas. El potencial correspondiente al espacio exterior de una esfera de

estructura de estratos es igual al potencial correspondiente al punto material

central, en que está concentrada la masa total de esta esfera. Este hecho se

aplica para describir y cuantificar el campo potencial gravitatorio de la Tierra.

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La forma teórica y la forma geométrica de la Tierra

La forma teórica de la Tierra se describe por medio de la superficie

equipotencial normal de la Tierra coincidente con la superficie del mar y

denominada geoide. En la tierra firme se comprende como geoide la superficie

que se asume por el nivel del agua ubicándose en un canal que atravesaría

todo el continente de un océano al otro. El geoide involucra las variaciones del

potencial, que originan entre otro en la distribución irregular de las masas en y

encima de la corteza terrestre. El geoide se puede describir solo

aproximadamente. La aproximación más sencilla es el esferoide definido por la

función esférica, que se interrumpe usualmente después los términos

cuadrados, puesto que los resultados ya se vuelven satisfactorios para su

aplicación en la gravimetría.

La figura geométrica de la Tierra se aproxima gruesamente por una esfera y

con suficientemente exactitud por un elipsoide de rotación. Las reducciones

gravimétricas de los datos gravimétricos observados se basan en un elipsoide

de referencia definido por valores numéricos que especifican el radio ecuatorial

de la Tierra, el coeficiente de aplanamiento, la masa total de la Tierra y por el

requisito que la superficie del elipsoide sea una superficie equipotencial.

Las variaciones entre el geoide (forma teórica) y el elipsoide de rotación se

llama las ondulaciones del geoide y son una medida para la distribución

irregular de las masas con respecto al elipsoide de rotación. Una ondulación de

geoide positivo indica un exceso de masa una ondulación de geoide negativo

implica un déficit de masa.

El Gravímetro (de HARTLEY)

El gravímetro de HARTLEY se constituye de un peso suspendido de un resorte.

Por variaciones en la aceleración gravitatoria de un lugar al otro el resorte

principal se mueve y puede ser vuelto a su posición de referencia por medio de

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un movimiento compensatorio de un resorte auxiliar o de regulación manejable

por un tornillo micrométrico. El giro del tornillo micrométrico se lee en un dial,

que da una medida de la desviación del valor de la gravedad con respecto a su

valor de referencia. Por la posición del espejo en el extremo de la barra, su

desplazamiento es mayor que el desplazamiento del resorte principal y como el

recorrido del haz luminoso es grande, se puede realizar medidas de precisión

cercanas al miligal.

PROSPECCION MAGNETICA

La magnetometría es como la gravimetría un método geofísico relativamente

simple en su aplicación. El campo magnético de la tierra afecta también

yacimientos que contienen magnetita. Es el método geofísico más antigua

aplicada en la prospección en las exploraciones mineras y de artefactos

arqueológicos.

La susceptibilidad magnética de las rocas, es decir el grado en que pueden ser

afectadas por el Campo Magnético de la Tierra, en las formaciones depende

Page 21: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

del contenido de magnetita singenética (anomalías formacionales) o adquirida

(cuerpos magnéticos), cuyo estudio se hace con Magnetometría. Las

formacionales son estudiadas en petróleo, de manera similar a la gravimetría.

Las adquiridas a veces están relacionadas con yacimientos económicos, como

es el caso típico de los de contacto (skarn). En exploración de hierro es

inherentemente la técnica preferida. Las asociaciones con pirrotita son también

comunes.

El campo magnético terrestre o campo geomagnético, puede ser descrito como

el modelo de una pequeña pero poderosa barra magnética permanente,

localizada cerca del centro de la Tierra e inclinada alrededor de 11º con

respecto al eje geográfico; las líneas de fuerza del campo magnético indican la

presencia de una fuerza magnética en cada punto del espacio. Una aguja

magnetizada, libre para girar sobre un pivote de un plano horizontal, girará

hasta una posición paralela a la línea local de fuerza, aproximadamente en

dirección norte - sur; denominándose al extremo que apunta al norte

geográfico, polo norte magnético y estará desviado ligeramente al oriente o al

occidente del polo norte geográfico, dependiendo del sitio del observador; el

ángulo de desviación del norte geográfico se denomina declinación.

La tierra es un imán natural que da lugar al campo magnético terrestre. Las

pequeñas variaciones de este campo, pueden indicar la presencia en

profundidad de sustancias magnéticas. El método magnético sirve para dar

Page 22: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

información sobre el basamento y su profundidad particularmente para

entornos cristalinos y metamórficos. De igual manera ayudará a estudiar la

geología regional y estructural.

MAGNETISMO EN LA TIERA

Todo imán forma un campo magnético a su alrededor y tiene dos polos, uno

norte y uno sur. El planeta tierra cuenta con su propio campo magnético,

actualmente hay varias teorías que tratan de explicarlos. Se creía que el interior

de la tierra existía un a gran cantidad de materia férrea, esta hipótesis fue

desechada porque el magnetismo y la alta temperatura que existe en su interior

no son compatible.

La tierra se comporta como un imán gigantesco, cuyo polo norte magnético es

el polo sur geográfico y el polo sur magnético corresponde al polo geográfico;

debido a esto el polo el polo norte de la brújula apunta hacia el polo norte

geográfico, es decir , hacia el polo magnético sur del planeta, porque polos

opuestos se atraen, y viceversa. en la mayor cantidad de puntos sobre la tierra

donde se deje girar con libertad una aguja imantada, punta de esta no se dirige

exactamente al polo geográfico, sino que forma un Angulo meridiano

geográfico, a este fenómeno se le conoce como declinación magnética, esta

tiene diferentes valores que dependen de lugar.

El campo magnético de la tierra se expande a gran distancia de su superficie

por lo cual algunas partículas cargadas alcanzan a caer en el, estas formas

diferentes zonas y se les conoce con el nombre de cinturones de van Allen.

CAMPO Y LINEAS MAGNETICAS

Un campo magnético es todo espacio en el cual los efectos magnéticos de un

imán o de una carga en movimiento estén presentes.

Las líneas que componen al campo magnético son llamadas líneas de flujo o

de líneas de inducción magnética, estas son siempre circuitos cerrados y cada

línea vuelve sobre ella misma.

Page 23: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Los campos magnéticos pueden presentarse de diferentes formas:

a) campo unipolar

b) campo bipolar

MEDOTO ELECTRICO

Los métodos eléctricos se basan en la testificación del terreno aprovechando

sus propiedades eléctricas o electromagnéticas. Los métodos eléctricos tienen

la ventaja de ser mucho más sencillos en el procesado y la interpretación pero

su mayor desventaja es que cualquier material aislante o muy conductivo

puede apantallar los materiales que lo rodean.

Estos métodos utilizan las variaciones de las propiedades eléctricas, de las

rocas y minerales, y más especialmente su resistividad. Generalmente,

emplean un campo artificial eléctrico creado en la superficie por el paso de una

corriente en el subsuelo.

Se emplean como métodos de reconocimiento y de detalle, sobre todo en

prospección de aguas subterráneas. Los mapas de isoresistividad permiten

definir los límites del acuífero, el nivel del agua en los acuíferos, la presencia de

agua salada y permite la cartografía de las unidades litológicas.

Los métodos geoeléctricos pueden clasificarse en dos grandes grupos:

• En los métodos inductivos se trabajan con corrientes inducidas en el subsuelo

a partir

De frecuencias relativamente altas (entre 100 Hz y 1 MHz).

• En el caso de los métodos conductivos, se introduce en el subsuelo una

corriente

Continua o de baja frecuencia (hasta unos 15 Hz), mediante electrodos.

Page 24: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Los métodos eléctricos de prospección geofísica comprenden variedad de

técnicas que emplean tanto fuentes naturales como artificiales, de las cuales

son de aplicación más amplia.

Sondeos Eléctricos Verticales

Mediante los SEV se determinan las resistividades de las distintas capas

horizontales o sus horizontales del subsuelo, midiendo diferencias de potencial.

APLICACIONES:

1) Techo de roca sana

2) Detección de Cavidades

3) Profundidad y Espesor de relleno

4) Cuerpos Conductivos

5) Estudios para tomas de tierra

6) Detección de plumas de contaminación

7) Caracterización de vertederos

8) Localización de restos arqueológicos

Page 25: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Calicatas Eléctricas:

Medidas de potencial mediante las cuales se determinan resistividades del

terreno hasta una profundidad fija. Es un método equivalente al SEV, solo que

manteniendo fija la distancia entre electrodos de transmisión y recepción.

Aplicaciones:

Cambios litológicos Verticales, Techo de roca sana, Detección de Cavidades,

Profundidad y Espesor de relleno, Cuerpos Conductivos, Detección de plumas

de contaminación, Caracterización de vertederos, Localización de restos

arqueológicos.

Tomografía Eléctrica:

Page 26: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Medidas de diferencia de potencial para visualizar propiedades eléctricas del terreno. Consiste en tomar el mayor número de medidas combinando distintas posiciones entre dipolos transmisores y receptores. Es una combinación de los SEV y las calicatas, obtenemos información de variaciones horizontales y verticales de la resistividad. También se pueden tomar medidas en sondeos y galerías.

Aplicaciones:

LitologíaDiferenciación de rocas con distinta alteración y áreas contaminadasDetección de Fallas, Canalizaciones y CavidadesDetección de plumas de contaminaciónProfundidad y Espesor de rellenoCuerpos ConductivosFiltraciones en presasLocalización de restos arqueológicos

Potencial Espontáneo:

Es la medida de la diferencia de potencial entre un electrodo fijo y otro móvil, sin fuente emisora. Esta diferencia de potencial se debe entre otras causas, a procesos de oxidación-reducción en presencia de agua. Las anomalías son negativas. Solo tendremos información de las capas que estén por encima del nivel freático.

Page 27: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Aplicaciones:

Conductores cercanos y por encima del nivel freáticoEstudios en volcanesEn testificación de sondeos

Puesta en masa:

Consiste en cargar el cuerpo del que necesitamos tener información sobre tamaño, dimensiones, forma etc., de forma directa y medir sobre el terreno diferencias de potencial referidas a un mismo punto. Analizando las isolíneas de potencial podemos obtener cualitativamente la forma y dimensiones del cuerpo.

Aplicaciones:

Estudio estático y dinámico de acuíferosCuerpos conductores a los que se tenga acceso desde algún punto

Page 28: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

VLF:

Es un método electromagnético que utiliza como fuente señales de frecuencia entre 10KHz y 30KHz, que cuando inciden sobre cuerpos conductores crean un campo secundario. Se mide la suma del campo primario y secundario. Al ser el campo emitido de altas frecuencias, se llega a poca profundidad.

Aplicaciones:

Localización de conductores superficialesMapeo estructural y Geológico

Potencial Inducido:

El Potencial Inducido consiste en medir en bajas frecuencias la capacidad de almacenar energía eléctrica de la tierra, induciendo una corriente eléctrica en el terreno. Es un método excelente para buscar materiales poco conductivos pero polarizables (capacidad para almacenar energía eléctrica).

Aplicaciones:

Litología, Buzamientos y ContactosTecho de roca sanaDetección de Fallas y CavidadesProfundidad y Espesor de relleno

Page 29: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Cuerpos Conductivos o Polarizables (Ej. Minerales metálicos diseminados)Estudio de contaminaciones

Sondeos Electromagnéticos en el Dominio de Tiempos, SEDT:

Es un método electromagnético en el Dominio de Tiempos. Mediante una antena se crea un campo magnético que al incidir sobre cuerpos conductores crea en estos un campo secundario. Se mide este campo secundario. Estos es las medidas se toman cuando no hay corriente en el bucle transmisor. Tiene la ventaja de llegar a grandes profundidades (hasta 1Km dependiendo de la configuración de campo) Cuanto más grande sea el bucle transmisor, más profundo se llegará en el estudio. La configuración de bucle fijo, permite tomar medidas en una malla. La configuración de bucle móvil permite tomar medidas en perfiles, dentro o fuera del bucle (dependiendo de la forma y buzamiento del conductor será mejor tomar las medidas dentro o fuera del bucle).

Aplicaciones:

Detección de FallasContactos y BuzamientosConducciones de Agua o ElectricidadAcuíferosProfundidad y Espesor de rellenoCuerpos ConductivosIntrusiones salinas en acuíferosLocalización de restos arqueológicos

Electromagnético Ligero:

Este método se basa en los mismos principios teóricos del electromagnético en dominio de tiempos, utilizando las antenas receptoras y transmisoras pequeñas, para su fácil manejo en el campo, pero teniendo poca penetración.

Page 30: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Las frecuencias de onda transmitida son más altas.

Aplicaciones:

Detección de Fracturas, Contactos y BuzamientosBúsqueda de CavidadesConducciones de Agua o Electricidad cerca de superficieAcuíferos cerca de superficieProfundidad y Espesor de rellenoCuerpos ConductivosLocalización de restos arqueológicosEstudio de contaminaciones

Max-Min:

Es un método electromagnético en el Dominio de Frecuencias. Esto quiere decir que emitimos a distintas frecuencias y medimos la respuesta del terreno para cada frecuencia. Las frecuencias más altas se atenúan con rapidez, las más bajas llegan a más profundidad.

Aplicaciones:

Detección de Fallas, Contactos y BuzamientosConducciones de Agua o Electricidad cerca de superficieCuerpos Conductivos cerca de superficieCavidades

Sondeos Magneto Telúricos:

Se miden las diferencias de potencial de las corrientes telúricas que se originan en el campo geomagnético. No necesitan fuente, pero es necesario que haya fluctuaciones en el campo geomagnético para obtener buenos resultados. Se obtiene información de mucha profundidad.

Page 31: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Aplicaciones:

Detección de Fallas, Contactos y BuzamientosCuerpos Conductivos CavidadesAcuíferos

Audio Magneto Telúrico de Fuente Controlada CSAMT:

Son métodos que utilizan fuentes de frecuencias de Audio, y que toman medidas en intervalos grandes de tiempo. Sus ventajas son que se llega a profundidades muy grandes (hasta 2 Km), y que al medir contrastes de resistividad podemos buscar materiales con conductividades no muy altas.

Aplicaciones:

Detección de Fallas, Contactos y BuzamientosCuerpos ConductivosCavidadesAcuíferos

Page 32: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

METODO SISMICO

Los métodos sísmicos son un tipo de método geofísico, y constituyen pruebas

realizadas para la determinación de las características geotécnicas de un

terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento de un reconocimiento

geotécnico.

Las ondas sísmicas que atraviesan un terreno pueden ser:

Longitudinales o de compresión.

Transversales o de cizallamiento.

Superficiales.

La velocidad de propagación de las ondas sísmicas en el terreno depende de

sus características de formabilidad. En la hipótesis de suponer un

comportamiento elástico para el terreno, la velocidad de las ondas

longitudinales y transversales es función del módulo elástico y del coeficiente

de Poisson (ambos dinámicos), por lo que con ambas expresiones pueden

obtenerse dichos parámetros.

Las ondas longitudinales son más rápidas que las transversales, lo que dificulta

la detección de estas últimas en campo. Por ello, en general se obtiene el

módulo elástico a partir de la velocidad longitudinal, estableciendo hipótesis

Page 33: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

respecto al valor del coeficiente de Pisson. El módulo dinámico tiene un valor

mayor que el estático, ya que se obtiene para incrementos tensiónales

pequeños como son los producidos por ondas sísmicas. La relación entre el

módulo dinámico y el estático se considera normalmente de 4, pero el rango

puede estar entre 1 y 20.

El método sísmico de refracción se basa, tanto en el hecho de la diferencia de

velocidad de la onda sísmica en los distintos terrenos, como en que las ondas

al cruzar la frontera entre dos tipos de terreno distinto sufren refracción, (al

igual que sucede con las ondas de luz), cambiando su dirección en un ángulo

cuyo valor depende de la relación entre las velocidades de onda de cada

terreno.

El impulso generador de la onda puede ser un impacto o una pequeña carga

explosiva que se coloca, generalmente, en un punto de la superficie. Mediante

geófonos (que son detectores de pequeñas vibraciones en el terreno),

dispuestos a distintas distancias del punto de impacto, se mide el momento en

que llega la primera onda que alcanza a un determinado geófono. De esta

forma se obtiene la velocidad de transmisión.

Cuando se produce el impulso, las ondas se emiten en todas direcciones. Una

onda en particular recorre un camino por la superficie del terreno en dirección

al geófono (onda directa). Otras ondas descienden con diversos ángulos

respecto a la horizontal. Al encontrar un estrato inferior con diferente velocidad

sísmica, la onda se refracta en el plano de contacto entre ambos terrenos.

Existe una dirección de onda que al alcanzar el estrato inferior con un

determinado ángulo de incidencia, su refracción se dirige por encima del

estrato inferior paralelamente a la frontera entre terrenos. Esta onda, con su

nueva dirección, continúa emitiendo energía hacia la superficie con un ángulo

de refracción simétrico al de incidencia anterior, por lo que los geófonos

pueden llegar a detectarla.

Si la velocidad sísmica del terreno inferior tiene un valor mayor que la del

terreno superficial, el tiempo necesario para que la onda refractada alcance un

Page 34: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

punto de la superficie puede llegar a ser menor que el requerido por la onda

directa que viaja superficialmente, aún cuando la longitud del camino sea

mayor. Los geófonos cercanos al impulso reciben en primer lugar la onda

directa, pero a los que se encuentran a una cierta distancia les alcanza antes la

onda refractada.

La prospección con métodos sísmicos consiste en explorar el subsuelo

mediante ondas elásticas. Es el método más utilizado en geotecnia y Obra

Civil, ya que existe una relación experimental entre las velocidades sísmicas de

los materiales con las calidades de estos, importante a la hora de cimentar y

dar grados de ripabilidad.

ESTO SE DIVIDE EN DOS:

Page 35: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Sísmica de Refracción:

Estudia el comportamiento de las ondas elásticas refractadas críticamente.

También se puede completar el estudio analizando el comportamiento de las

ondas directas y superficiales, que nos darán información de los primeros

metros del subsuelo. Si las capas más profundas tienen velocidades de onda

mas bajas que las capas superiores no se deben utilizar este método.

Aplicaciones:

Techo de roca fresca, Ripabilidad, Módulos de elasticidad, Litología, Detección

de fallas, contactos y buzamiento, Localización de acuíferos y potencia del

acuífero en determinadas condiciones

Page 36: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Sísmica de Reflexión:

Estudia el comportamiento de las ondas elásticas reflejadas. Con este método

se llega a grandes profundidades, y su interpretación permite obtener

información de todas las capas en las que se reflejen las ondas.

Aplicaciones:

Techo de roca sana, Ripabilidad, Litología, Detección de fallas, contactos y

buzamientos

Detección de Cavidades.

La propagación de las Ondas Sísmicas, a partir del foco de un temblor, ha

permitido determinar la constitución del interior del planeta, ya que en

diferentes estaciones de detección se registran las ondas, se mide su

intensidad y el tiempo que tardan en llegar; esto se origina por la energía

liberada durante el temblor y se propaga con mayor o menor intensidad,

dependiendo de varios factores como son la fuerza del temblor, la constitución

de las rocas que atraviesa y las alteraciones y estructuras que afectan a dichas

rocas, lo que determina la intensidad con que se propagan las ondas a través

de las rocas de la corteza terrestre.

FOCO DE UN TEMBLOR Y SU EPICENTRO (SOBRE LA VERTICAL EN

SUPERFICIE

Page 37: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

TIPOS DE SISMOS

Por su origen se pueden clasificar como naturales y artificiales.

LOS SISMOS NATURALES

Sismos tectónicos; se generan por interacción de placas tectónicas. De estos

sismos se han definido dos clases: los interplaca, ocasionadas por fricción en

las zonas de contacto entre las placas, ya descritas y los intraplaca, que se

generan en la parte interna de las placas, aun en zonas donde se ha llegado a

suponer un nivel nulo de sismidad.

Sismos volcánicos; estos son simultáneos a erupciones volcánicas,

principalmente loa ocasiona el fractura miento de rocas debito a movimiento de

magma.

Sismos de colapso; se derrumbamiento del techo de cavernas y minas.

Generalmente ocurren cerca de la superficie y se sienten en un área reducida.

SISMOS ARTIFICIALES

Son los producidos por el hombre por medio de explosiones comunes y

nucleares, con fines de explosión, investigación, y explotación de bancos

materiales para la industria por ejemplo extracción de minerales.

Ocasionalmente las explosiones nucleares son suficientemente grandes de

modo de que las detectan instrumentos en las diversas partes del planeta, pero

se sienten solo en sitios cercanos al lugar de pruebas. La ocurrencia de sismos

de gran magnitud y la actividad volcánica no están ligadas con explosiones

nucleares.

Page 38: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

CONCLUSION

En este trabajo aprendimos los métodos de exploración del

subsuelo, donde nos explica claramente que el método que

se aplica es el indirecto, ya que solo se obtienes pruebas

de lo que se esta explorando ya sean materiales sólidos y

líquidos entre otros; se dice que son indirectos porque el

hombre no puede llegar mas allá de subsuelo, solo obtiene

muestras.

También se hablo de los cuatro tipos de métodos de

exploración que son:

Método eléctrico

Método gravimétrico

Método sísmico

Método magnético

En cada uno de estos se hablo de la importancia que tiene, como se lleva acabo este tipo de método, que instrumentos se utilizan y por supuesto donde tiene sus aplicación

Page 39: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

3.- GEOLOGIA DEL SUBSUELO

Química y física del subsuelo solo hasta esa profundidad), se compone de diversas rocas, minerales (en diferente estado físico, como la lava), etc.No existen suelos especiales donde se localice el petróleo, es variable, aunque normalmente se localiza donde existen grietas de estructuras rocosa y a veces sale al exterior donde se oxida....

Las características del suelo del petróleo varían según el lugar. Pero las más comunes son:

Que se encuentran en zonas muy antiguas del planeta y que se encuentran intactas por eso por lo general se encuentran en el océano.Que sea en una zona donde hayan sido descubiertos fósiles.

PROCEDIMIENTOS DE MUSTREO.

En esta sección no nos centraremos en lo que es la toma de muestras rutinaria para la cartografía, o una campaña geoquímica, sino que estudiaremos las metodologías concretas que se utilizan sobre las zonas más interesantes de un prospecto.

Una vez localizado un blanco dentro de un prospecto lo que procede es pasar a la etapa de estudio de detalle del mismo. Durante esta fase, la toma de muestras cobra especial relevancia. Esta la llevaremos a cabo mediante tres metodologías:

Pozos.

Trincheras (calicatas).

Sondeos.

Los pozos se realizan ahí donde el terreno lo permite (fácil de excavar), y se realizan normalmente mediante métodos mecánicos. Estas constituyen técnicas preliminares, en un prospecto, o pueden ser utilizadas de complementaria durante la fase de sondeos. Los pozos son muy comunes en la exploración de placeres auríferos; con maquinaria especializada se pueden alcanzar profundidades de hasta unos 13 m.

Page 40: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Excavador hidráulico Poclain 160; permite alcanzar una profundidad en el pozo es de unos 12-13

Las trincheras se utilizan para obtener muestras y cartografiar en detalle. La excavación puede realizarse con una retroexcavadora o un bulldozer, pudiéndose alcanzar profundidades de hasta 4 m.

Geólogo trabajando en una trinchera. Note los bancos de seguridad (safety batters) para minimizar el riesgo de derrumbes.

Page 41: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Los sondeos pueden ser diversos tipos, dependiendo del tipo de terreno y la calidad de información que queramos obtener. Entre los distintos tipos de sondeos tenemos los siguientes:

Hélice (auger drilling).

Percusión-rotación (down-the-hole: DTH).

Recuperación de testigo = diamente = diamantina (diamond drill hole: DDH).

Aire reverso (circulación reversa; reverse circulation: RC).

Los sondeos de hélice son los más simples, y pueden ser realizados manualmente o con máquinas montadas en vehículos. Se realizan en terrenos de fácil penetración, y pueden alcanzar profundidades de hasta unos 60 m, siendo 30 m una profundidad común. El diámetro normal es de unos 5-15 cm.

Los sondeos de percusión-rotación son realizados con un martillo accionado neumáticamente, al que se le imprime un movimiento vertical y rotacional. La herramienta (martillo) suele ser carburo de tungsteno, permiten diámetros de hasta 20 cm, y pueden penetrar hasta unos 200 m. Dependiendo del tipo de roca, se pueden perforar hasta unos 100-150 m en unas 8 horas. Si bien su coste es bajo (comparado con la de recuperación de testigo), la información geológica que entrega es pobre, ya que ésta consiste tan solo en la gravilla (cuttings) que sube por las paredes de la perforación a medida que se inyecta aire a presión por las varillas (rods). Su principal uso es para la determinación de leyes.

Page 42: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Otro problema que presentan es la contaminación: los materiales que ascienden se pueden contaminar con otros, de tramos superiores, que han caído por efectos del movimiento de la varillas.

Los sondeos con recuperación de testigo son caros pero proporcionan gran información geológica. Los precios son de alrededor de US$ 100 (€ 110) por metro perforado. La herramienta de corte es un tubo hueco con una corona de diamante en la cabeza, siendo los diámetros más comunes: 2.17 - 6.35 cm. Se pueden perforar hasta 10 m por hora. La herramienta gira y corta un testigo de roca (testigo) a medida que profundiza. Dicho cilindro de roca queda contenido dentro del tubo portatestigo. A medida que se profundiza, se van agregando varillas al sistema. El problema es que cuando el portatestigo está lleno (3 m), hay que retirar el varillaje que se ha ido agregando progresivamente. Cuando se han perforado muchos metros, por ejemplo, más de 100, toma tiempo recuperar el tubo portatestigo, y recordemos, el tiempo es dinero.

Para remediar esto se puede utilizar un tubo portatestigo conectado con un cable a superficie (wireline core barrel), pero en ese caso, el diámetro del testigo será inferior.

Page 43: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Los sondeos por aire reverso son muy populares, y están en uso desde los años 70. El sistema permite la recuperación de cuttings por inyección de aire o agua a través de un sistema de pared doble, que evita los problemas de contaminación que se producen en el sistema percusión-rotación. Son de gran velocidad y en algunos casos pueden ser implementados como sistemas duales RC/DDH.

Page 44: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Aire reverso. Note como el aire/agua entra por un sistema interno de doble pared (flechas descendentes) y regresa con los cuttings a superficie por el interior (flechas ascendentes), lo que evita la contaminación que suele producirse en el sistema percusión-rotación.

POZO A CIELO ABIERTO

Cuando este método sea practicable debe considerársele como el más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo, ya que consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para que un técnico pueda directamente bajar y examinar los diferentes estratos de suelo en su estado natural, así como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo.

Desgraciadamente este tipo de excavación no puede llevarse a grandes profundidades a causa, sobre todo, de la dificultad de controlar el flujo de agua bajo el nivel freático; naturalmente que el tipo de suelo de los diferentes estratos atravesados también influye grandemente en los alcances del método en sí.

Deben cuidarse especialmente los criterios para distinguir la naturaleza del suelo "in situ" y la misma, modificada por la excavación realizada. En efecto, una arcilla dura puede, con el tiempo, aparecer como suave y esponjosa a causa del flujo de agua hacia la trinchera de excavación; análogamente, una arena compacta puede presentarse como semifluida y suelta por el mismo motivo. Se recomienda que siempre que se haga un pozo a cielo abierto se lleve un registro completo de las condiciones del subsuelo durante la excavación, hecho por un técnico conocedor.

En estos pozos se pueden tomar muestras alteradas o inalteradas de los diferentes estratos que se hayan encontrado.

PENETRACION ESTANDAR

Page 45: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Este procedimiento es, entre todos los exploratorios preliminares, quizá el que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona más útil información en torno al subsuelo y no sólo en lo referente a descripción.

En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer la compacidad de los mantos que es la característica fundamental respecto a su comportamiento mecánico. En suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea, si bien tosca, de la resistencia a la compresión simple. Además el método lleva implícito un muestreo, que proporciona muestras alteradas representativas del suelo en estudio.

El equipo necesario para aplicar el procedimiento consta de un muestreador especial de dimensiones establecidas en la figura. Es normal que el penetrómetro sea de media caña, para facilitar la extracción de la muestra.

La utilidad e importancia mayor de la prueba de penetración estándar radica en las correlaciones realizadas en el campo y en el laboratorio en diversos suelos, sobre todo arenas, que permiten relacionar aproximadamente la compacidad, el ángulo de fricción interna en arenas y el valor de la resistencia a la compresión simple en arcillas, con el número de golpes necesarios en ese suelo para que el penetrómetro estándar logre entrar los 30 cm especificados.

TUBO SHELBY

Otro sistema de extracción de muestras se basa en tubos muestreadores, los cuales pueden ser de dos tipos: el toma muestra de pared fina, también llamado tubo "Shelby" y el toma muestra partido. Su elección dependerá de la naturaleza del suelo.

Page 46: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Toma muestra de pared fina (tubo "Shelby")

El término "Shelby" no es característico de la mecánica de suelos; se usa para indicar que un tubo no tiene costuras, es decir, que no se advierte ninguna soldadura a su largo. Los toma muestras de pared fina, poseen un diámetro exterior de 2 a 5 pulgadas (50.8 a 127 mm) y se construyen en materiales anticorrosivos de resistencia adecuada, con un espesor en sus paredes igual a 1/16". La longitud del tubo es de 5 a 10 veces el diámetro para penetración en materiales arenoso, y de 10 a 15 veces en el caso de materiales arcillosos. El tubo deberá permanecer circular y suave, sin abolladuras, mellas o rayados, limpio y libre de óxidos y suelo. La punta se hace biselada, formando un borde cortante para facilitar la penetración.

La cabeza del toma muestra de pared fina es un dispositivo que permite su unión a una barra o asta de perforación. La cabeza posee dos orificios para escape de agua de 9.1 mm de diámetro mínimo y una válvula de retención que cumple un doble propósito: Permitir el ascenso del agua freática o de lavado por tubería de perforación, cuando el toma muestra baja, e impedir su paso en caso contrario para obviar la expulsión del espécimen.

Page 47: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

PERFORACION ROTATORIA

Las perforaciones rotatorias con lavado son mejores para sondeos por debajo del nivel de agua.

• Pueden alcanzar profundidades superiores a 100 metros

• Puntas:

– De corte para arcillas

– Rotatorias para arenas

– Punta de diamante para rocas

Page 48: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

4.- CIMENTACIONES

OBJETIVO:

Como alumnos aprendamos a obtener la información geológica y geotécnica del lugar, necesaria para definir el tipo y forma de cimentaciones, obras de drenaje y estructuras de tierra que podrán adoptarse.

CIMENTACIONES

La cimentación es la parte estructural del edificio, encargada de transmitir las cargas al terreno, el cual es el único elemento que no podemos elegir, por lo que la cimentación la realizaremos en función del mismo. Al mismo tiempo este no se encuentra todo a la misma profundidad por lo que eso será otro motivo que influya en la decisión de la elección de la cimentación adecuada.

La finalidad de la cimentación es sustentar estructuras garantizando la estabilidad y evitando daños a los materiales estructurales y no estructurales.

CLASIFICACION DE CIMENTACIONES

CIMENTACIONES SUPERFICIALES

Son superficiales cuando transmiten la carga al suelo por presión bajo su base sin rozamientos laterales de ningún tipo.

Un cimiento es superficial cuando su anchura es igual o mayor que su profundidad. Engloban las zapatas en general y las losas de cimentación.

Los distintos tipos de cimentación superficial dependen de las cargas que sobre ellas recaen.

El material mas empleado en la construcción de cimientos superficiales es la piedra (básicamente tratándose de construcciones ligeras), en cualquiera de sus variedades siempre y cuando esta sea resistente, maciza y sin poros. Sin embargo, el concreto armado es un extraordinario material de construcción y siempre resulta más recomendable.

CIMENTACIONES PROFUNDAS

Son profundas aquellas que transmiten la carga al suelo por presión bajo su base, pero pueden contar, además, con rozamiento en el fuste.

Page 49: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Pilotes.

Cilindros.

Cajones.

PILOTES

En ocasiones, cuando comenzamos a realizar la excavación para la ejecución de obra, podemos encontrarnos diversas dificultades para encontrar el estrato resistente o firme donde queremos cimentar. O simplemente se nos presenta la necesidad de apoyar una carga aislada sobre un terreno sin firme, o difícilmente accesible por métodos habituales.

Los cimientos, a fin de distribuir la carga, pueden extenderse horizontalmente, pero también pueden desarrollarse verticalmente hasta alcanzar estratos más bajos capaces de soportarla. En estos casos se recurre a la solución de cimentación profunda, que se constituye por medio de muros verticales profundos de hormigón, los muros pantalla o bien a base de pilares hincados o perforados en el terreno, denominados pilotes.

Un pilote es un soporte, normalmente de hormigón armado, de una gran longitud en relación a su sección transversal, que puede hincarse o construirse “in situ” en una cavidad abierta en el terreno. Los pilotes son columnas esbeltas con capacidad para soportar y transmitir cargas a estratos más resistentes o de roca, o por rozamiento en el fuste. Por lo general, su diámetro o lado no es mayor de 60 cms. Constituye un sistema constructivo de cimentación profunda al que denominaremos cimentación por pilotaje. Los pilotes son necesarios cuando la capa superficial o suelo portante no es capaz de resistir el peso del edificio o bien cuando esta se encuentra a gran profundidad; también cuando el terreno esta lleno de agua y ello dificulta los trabajos de excavación. Con la construcción de pilotes se evitan edificaciones costosas y volúmenes grandes de cimentación.

Los pilotes pueden alcanzar profundidades superiores a los 40 mts teniendo una sección transversal de 2-4 mts, pudiendo gravitar sobre ellos una carga de 2000 t. Los pilotes deben recibir fuerzas longitudinales de compresión, ya que las cargas por flexión producen deformaciones mayores con alto grado de peligrosidad; sin embargo, en ocasiones deberán tomarse en cuenta otras solicitaciones de cargas horizontales como viento y sismo. Una excentricidad por pequeña que sea provoca cambios importantes en los esfuerzos de los pilotes. La capacidad de estos para soportar las cargas dependerá de la resistencia desarrollada entre ellos y el subsuelo.

Page 50: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

CIMENTACIONES CORRIDAS

Es un tipo de cimiento de hormigón o de hormigón armado que se desarrolla linealmente a una profundidad y con una anchura que depende del tipo de suelo. Se utiliza primordialmente para transmitir adecuadamente cargas proporcionadas por estructuras de muros portantes. Se usa también para cimentar muros de cerca, muros de contención por gravedad, para cerramientos de elevado peso, etc. Las cimentaciones corridas no son recomendables cuando el suelo es muy blando.

CIMENTACIÓN FLOTANTE

Cuando la capacidad portante del suelo es muy pequeña y el peso del edificio importante, puede suceder que el solar de que disponemos no tenga superficie como para albergar una losa que distribuya la carga; en tal caso es posible construir un cimiento que flote sobre el suelo.

CIMENTACIÓN POR ZAPATAS

En general son de planta cuadrada, pero en la proximidad de los lindes suelen hacerse rectangulares o circulares cuando los útiles de excavación dejan los pozos de esta forma. Se hacen de hormigón armado para que sean capaces de distribuir fuertes cargas en una superficie importante. Esta solución será satisfactoria mientras las zapatas no se junten demasiado; de ocurrir esto será mejor la cimentación corrida. Esta formada por concreto armado, esto quiere decir que esta conformada por concreto y acero, el cual debe ir armado según los cálculos de las cargas que reciba dicha cimentación. Este tipo de cimentación se utiliza en obras grandes en las cuales debido al área de construcción y al terreno, no se pueden utilizar las cimentaciones corridas.

TIPOS DE ZAPATAS

Zapatas aisladas.

Zapatas aisladas cuadrada.

Zapata aislada rectangular.

Zapata aislada descentradas.

Zapatas corridas.

Zapata corrida de concreto armado para apoyos aislados

Page 51: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

EXCAVACIÓN

FUNCIÓN DE LA EXCAVACIÓN

Como primer paso en la construcción de cimentaciones, se encuentra la excavación del suelo o roca que yace bajo la superficie y por encima del nivel de dicha cimentación. Por lo tanto las excavaciones tienen como función preparar el terreno para la futura construcción del sistema de cimentación propuesto. Generalmente el proceso constructivo y método de excavación son elegidos por el Ingeniero Contratista, aunque en algunos casos se recomienda

directamente por el diseñador. TIPOS DE EXCAVACIONES

Excavaciones sin Apuntalar

Estas excavaciones son de poca profundidad y en lugar de sostener el material circundante con elementos externos, se sostiene por medio de taludes diseñados en la misma excavación. Los taludes deben ser diseñados con todas las normas que rigen la estabilidad de taludes.

La excavación se realiza generalmente con máquina, puesto que es común encontrar anchos considerables y grandes volúmenes de material a mover.

Cada uno de los tipos de excavación (Profundas y Poco Profundas) tiene un método de apuntalamiento, por esta razón se considera que un buen método es aquel que reduce al máximo las deformaciones y protege lo mejor posible las construcciones y estructuras vecinas a la excavación e inclusive el interior de la misma excavación.

Son consideradas excavaciones Poco Profundas, aquellas que se encuentran entre 1 y 5 m, por lo tanto las Profundas son aquellas mayores de 5 m.

EXCAVACIÓN SIN APUNTALAR

Page 52: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

PROCESO DE EXCAVACIÓN

PERFECCIONAMIENTO DEL TALUD DE EXCAVACIÓN

EXCAVACIONES APUNTALADAS

El apuntalamiento consiste en sostener el material adyacente a la excavación con el fin de reducir al máximo los efectos inevitables que una intervención de este tipo conlleva. Estos efectos se producen debido al cambio de esfuerzo en el suelo y comúnmente se presentan en forma de hundimientos y deformaciones.

EXCAVACIÓN APUNTALADA CON ANILLOS DE CEMENTO

Page 53: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

EXCAVACIÓN APUNTALADA CON VIGAS METÁLICAS

EXCAVACIONES APUNTALADASPROCESO CONSTRUCTIVO EXCAVACIONES POCO PROFUNDAS

Debido a condiciones de linderos y reducción en las áreas de trabajo para las construcciones, es común encontrar frentes de excavaciones verticales en los cuales es recomendable apuntalar. En el caso de excavaciones poco profundas se utilizan tablones alrededor de la excavación unidos por medio de vigas perimetrales denominadas largueros soportadas entre ellas por los puntales. Estos puntales pueden ser metálicos, en madera o inclusive si la excavación es muy ancha se utilizan cerchas.

Page 54: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

EXCAVACIONES APUNTALADASPROCESO CONSTRUCTIVO EXCAVACIONES PROFUNDAS

Para este caso, es común la utilización de las tablestacas, pilotes metálicos en forma de "H" e inclusive muros pantalla en concreto. El proceso más común en estos casos es el de hincar las tablestacas y trabarlas para luego retirar el material del interior. A medida que se va profundizando, se van colocando los largueros y puntales.

En el caso de utilizar pilotes, el procedimiento es el mismo y la diferencia radica en que una vez retirado el material del área de los pilotes se colocan tablas acuñadas entre ellos para luego ubicar los largueros y puntales.

Page 55: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

EQUIPO UTILIZADO PARA LA EXCAVACIÓN DE MUROS PANTALLA

Almeja: elemento utilizado para la excavación de muros pantalla

FUNDICIÓN DEL MURO PANTALLA CON UN TUBO TROMPA DE ELEFANTE

Page 56: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

MURO PANTALLA

PROPIEDADES MECÁNICAS DE ROCAS Y SUELOS

SUELO

Desde el punto de vista de la ingeniería, suelo es el sustrato físico sobre el que se realizan las obras, del que importan las propiedades físico-químicas, especialmente las propiedades mecánicas. Desde el punto de vista de la ingeniería se diferencia del término roca al considerarse específicamente bajo este término un sustrato formado por elementos que pueden ser separados sin un aporte significativamente alto de energía.

Se considera el suelo como un sistema multifase formado por:

Sólidos, que constituyen el esqueleto de la estructura del suelo

Fase líquida (generalmente agua)

Fase gaseosa (generalmente aire) que ocupan los intersticios entre los sólidos.

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

Los parámetros de identificación

Los parámetros de estado

Los parámetros estrictamente geomecánicos.

Page 57: Geologia Aplicada a Las Obras Civiles

Entre los parámetros de identificación son los más significativos la granulometría (distribución de los tamaños de grano que constituyen el agregado) y la plasticidad (la variación de consistencia del agregado en función del contenido en agua). El tamaño de las partículas va desde los tamaños granulares conocidos como gravas y arenas, hasta los finos como la arcilla y el limo. Las variaciones en la consistencia del suelo en función del contenido en agua diferencian también las mencionadas clases granulométricas principales.

La composición química y/o mineralógica de la fase sólida también influye en el comportamiento del suelo, si bien dicha influencia se manifiesta esencialmente en suelos de grano muy fino (arcillas). De la composición depende la capacidad de retención del agua y la estabilidad del volumen, presentando los mayores problemas los minerales arcillosos. Estos son filo silicatos hidrófilos capaces de retener grandes cantidades de agua por adsorción, lo que provoca su expansión, desestabilizando las obras si no se realiza una cimentación apropiada. También son problemáticos los sustratos colapsables y los suelos solubles.

Características de las rocas:

- Densidad y porosidad: Buenos índices de resistencia y durabilidad.

- Características hídricas: Referentes a movimientos de fluidos. Buena absorción succión y permeabilidad.

- Mecánicas: Resistencia, dureza, y módulo de estabilidad.

- Térmicas: Calor específico, conductividad e hidratación.

- Sónicas: Transmisión de ondas acústicas.

- Durabilidad: Composición y tamaño del grano.

SUELOS SEDIMENTARIOS

Formación de sedimentos

El principal modo de formación de los sedimentos lo constituye la meteorización física y química de las rocas de la superficie terrestre. En general las partículas de limo, arena y grava se forman por la meteorización física de la roca, mientras que las partículas arcillosas son formadas por procesos de alteración química de las mismas. La formación de partículas arcillosas a partir de las rocas puede producirse, por combinación de elementos en disolución o por la descomposición química de otros minerales.

Transporte de los sedimentos

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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 tamaño y la textura de las partículas por abrasión, desgaste, impacto y disolución;

b) produce una clasificación o graduación de las partículas.

Deposito de sedimentos

Después de que las partículas se han formado y se han transportado se depositan para formar el suelo sedimentario. Las tres causas de este depósito en el agua son: la reducción de la velocidad, la disminución de la solubilidad y el aumento de electrolitos. Cuando una corriente desemboca en un lago, océano, o un gran volumen de agua, pierde la mayor parte de su velocidad. Disminuye así la fuerza de la corriente y se produce una sedimentación. Cualquier cambio en la temperatura del agua o en su naturaleza química puede provocar una reducción en la solubilidad de la corriente, produciéndose la precipitación de alguno de los elementos disueltos.

Alteraciones de los suelos después de su formación

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 también para toda la duración, vida útil, de la misma. El tamaño y la forma de un depósito determinado como las propiedades mecánicas del suelo que lo componen pueden variar de manera muy significativa. Muchas de estas variaciones se producen independientemente de la actividad andrógena, 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.

COMPRESIBILIDAD

Compresibilidad, propiedad que presentan los cuerpos materiales de disminuir su volumen cuando se aumenta la presión ejercida sobre ellos. Es mucho mayor en los gases que en los líquidos y sólidos.

El módulo de compresibilidad es el cociente, cambiado de signo, entre la variación de presión que experimenta un cuerpo y la variación relativa de volumen correspondiente.

Una de las diferencias fundamentales entre los líquidos y los gases es su comportamiento frente a los cambios exteriores de presión; así los líquidos son prácticamente incompresibles mientras los gases pueden reducir considerablemente su volumen.

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Se pueden distinguir dos tipos de compresión en los gases: una compresión a temperatura constante o isotérmica y una compresión en un recinto aislado sin intercambio de calor o adiabática. Se incluyen en este último tipo las compresiones rápidas, ya que en ellas no hay tiempo para que se produzcan intercambios de calor.

En una compresión isotérmica, el volumen (V) ocupado por una determinada masa gaseosa es inversamente proporcional a la presión (p), es decir, el producto p · V permanece constante. En una compresión adiabática es el producto p · Vg el que permanece constante, donde g es una constante característica del gas y que siempre es mayor que la unidad.

RESISTENCIA

La Resistencia Geológica es una medida de que tan bien los minerales resisten factores errosivos, y se basa primeramente en la Escala de Mohs, la reactividad química, y la cohesión química.

Entre mas dureza, menos reactividad y más cohesión tendrá un mineral y será menos susceptible a la erosión. Las diferencias en resistencia geológica dentro de una misma formación geológica lleva, con el tiempo, a la formación de columnas y arcos como los de Moab, Utah y los puentes como el Puente Arcoíris, también en Utah.

PERMEABILIDAD

La permeabilidad es la capacidad de un material para permitir que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.

La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos:

La porosidad del material;

La densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura;

La presión a que está sometido el fluido.

Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez, tales espacios deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material.

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Permeabilidad del suelo

En geología la determinación de la permeabilidad del suelo tiene una importante incidencia en los estudios hidráulicos portante del sustrato (por ejemplo previo a la construcción de edificios u obras civiles), para estudios de erosión y para mineralogía, entre otras aplicaciones.

Permeabilidad y drenaje

De la mencionada ley de Darcy se deriva también una fórmula que relaciona el volumen de agua que atraviesa una muestra con su permeabilidad teniendo en cuenta el diferencial de presión:

Q = K * I * A

Donde:

Q = Cantidad de agua drenada a través de la muestra por unidad de tiempo, (cm3/h)

K = Conductividad hidráulica o coeficiente de permeabilidad. Se expresa generalmente en (cm/h).

I = = gradiente piezométrico disponible; (m/m)

A = Sección transversal por donde se filtra el agua en la muestra (cm2).

Cuando se mide la filtración tanto en el campo como en laboratorio, al inicio de la prueba los valores son mayores y progresivamente se estabilizan en los valores finales que son los que interesan para caracterizar un suelo desde este punto de vista. La velocidad final de infiltración se denomina Vf.

Para la medición de la velocidad final de infiltración, en el campo, sobre el suelo inalterado, se utiliza el infiltrómetro de doble cilindro.

FRAGMENTACION

¿Que es fragmentación o escisión?

La fragmentación o escisión, es un método de división asexual animal por el cual un individuo se divide en dos o más trozos, cada uno de los cuales es capaz de reconstruir un animal por completo. Unas veces, este proceso de reconstrucción se efectúa después de producirse la escisión (arquitomía) aunque lo frecuente es que se realice antes de dividirse (paratomía). En el primer caso, la fragmentación puede deberse un accidente fortuito, mientras que en el segundo caso se realiza de forma espontánea.

Alterabilidad de los feldespatos.

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Los feldespatos son los minerales más fácilmente alterables en las rocas graníticas. Cuando están sanos son minerales de alta dureza, muy aptos para un buen pulido, y con muy baja capacidad de absorción de agua. Sin embargo, su alteración genera minerales arcillosos (caolín, illita), que presentan caracteres diametralmente opuestos: baja dureza, no aptos para el pulido, y con muy alta capacidad de absorción de agua. Por ello, la diferencia de comportamiento mecánico, y de durabilidad frente a la intemperie de un granito con feldespatos sanos frente a otros en que los feldespatos están alterados es enorme. Por ejemplo, analicemos la hidrólisis de un feldespato potásico, constituyente normal de los granitos.

Alterabilidad de las micas.

El granito a menudo contiene micas, siendo la biotita la más típica que la moscovita. Ambos minerales son mucho más blandos que el cuarzo y los feldespatos, y tan alterables como los feldespatos, dando también origen a filosilicatos: clorita por parte de la biotita, illita por parte de la moscovita. Por tanto, la presencia de micas en el granito en grandes cantidades implica un cierto riesgo de que la roca presente problemas de estabilidad mecánica.

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Alterabilidad de los anfíboles.

Los anfíboles son metaestables en condiciones atmosféricas, y tienden a alterarse con relativa facilidad.

Alterabilidad de los sulfuros.

Las rocas graníticas suelen incluir en su mineralogía sulfuros, normalmente como minerales accesorios. Los más comunes son los de hierro (pirita, marcasita, pirrotina). En determinados casos, y bajo ambientes atmosféricos agresivos estos minerales pueden alterarse, generando sulfatos y óxidos, que dan origen a manchas marrón-rojizas.

5.- BANCOS DE MATERIALES¿Qué es un material granular?

La expresión material granular agrupa a todos los materiales compuestos exclusivamente por granos o partículas independientes.

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No importa si ellos son minerales o vegetales, grandes o pequeños, livianos o pesados; lo importante es que se trate de granos semejantes y perfectamente identificables como elementos

Constitutivos del material. Arroz, sal, granos de café, arena, trigo, azúcar, polvos de talco, e incluso bolitas y pastillas de dulce, son materiales granulares.

¿Por qué son tan especiales los materiales granulares?

Porque, pese a su aparente simplicidad, tienen un comportamiento único que nos permite considerar al material granular como un nuevo estado de la materia, distinto a los sólidos, los líquidos o los gases, que son los estados tradicionales. En efecto, los materiales granulares pueden comportarse como un sólido, un líquido o un gas, y tienen además otras propiedades, como la dilatancia (capacidad de expandirse como un todo), la segregación (o separación de las partículas por tamaño), la particular distribución de una fuerza aplicada, la formación de dunas o la posibilidad de sufrir avalanchas, que les son propias.

Todas estas características del material granular explican fenómenos cotidianos muy singulares. Por ejemplo, ¿por qué la arena se seca alrededor de nuestro pie cuando caminamos por la orilla de una playa? ¿O por qué, en un envase de palomitas de maíz, los granos que no han reventado siempre están abajo? Muchas de estas preguntas han sido respondidas por la ciencia, mas para otras situaciones aún no existe una explicación absoluta.

¿Por qué es necesario estudiar un medio granular?

Los materiales granulares juegan un importante rol en muchos procesos productivos, como la minería, la agricultura, la ingeniería civil y la industria farmacéutica. También son claramente importantes en procesos geológicos que configuran la forma de la Tierra, como las avalanchas o deslizamientos, la erosión y,

A mayor escala, las placas tectónicas.

Tomemos en cuenta las siguientes estadísticas:

En la industria química, cerca de la mitad de los productos y al menos los tres cuartos de los materiales en bruto se manejan en forma granular

Las avalanchas causan constantemente pérdidas humanas y económicas

Diversos materiales granulares

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Cada año, miles de silos y graneros se rompen y destruyen. En Estados Unidos, por ejemplo, la cifra supera los mil anuales

En México, el 30 por ciento del maíz cosechado se pierde debido al mal diseño de sistemas de manejo de los granos para el transporte y almacenamiento.

La tecnología para manipular y controlar los materiales granulares no está suficientemente desarrollada. Se estima que las industrias, en general, podrían perder más de la mitad de la producción de sus plantas, por problemas relacionados con el transporte y almacenamiento de estos materiales. Por tanto, incluso una leve mejoría en el proceso de manipulación de medios granulares, podría traer grandes beneficios. Y una buena comprensión de la física de la materia granular es esencial para diseñar sistemas de manejo eficientes.

Por otra parte, el estudio de los materiales granulares y su comportamiento también ha sido recientemente utilizados para ilustrar fenómenos científicos en otras áreas, como la autorganización, los superconductores y las dinámicas de los terremotos.

¿Desde cuándo se conoce a los materiales granulares como tales?

La ciencia de los medios granulares tiene una larga historia. Físicos célebres como Coulomb (1773), Faraday (1831) y Reynolds (1885) estudiaron algunas de sus propiedades, como la dilatancia, la fricción entre los granos. En años recientes, ha resurgido el interés entre los físicos por realizar estudios en este campo, debido a sus múltiples aplicaciones prácticas. Actualmente, decenas de grupos científicos trabajan alrededor de todo el mundo en su investigación, seducidos por el fascinante comportamiento colectivo de millones de partículas sólidas.

La acción conjunta de los factores que condicionan la formación y evolución del suelo conduce al desarrollo de diferentes perfiles o tipos de suelos. La clasificación de los mismos puede basarse en criterios diversos. Entre otros, podemos citar:

Características intrínsecas del suelo, dependientes de los procesos genéticos que los desarrollan.

Propiedades del suelo como permeabilidad, salinidad, composición,... y que se relacionan estrechamente con los factores de formación.

Según su aptitud para diferentes usos, fundamentalmente agrícola.

Es frecuente realizar una primera agrupación en función del factor o factores predominantes en su desarrollo. Así, se distingue entre:

Suelos azonales: corresponden a suelos inmaduros, que se encuentran en las primeras etapas de su desarrollo por no haber actuado los factores edafogenticos durante el tiempo suficiente ( acliácicos), en los que los caracteres predominantes son los debidos al tipo de roca madre. Son los presentes por ejemplo sobre

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sedimentos recientes (alóctonos), desiertos, suelos helados.Escaso o nulo desarrollo y diferenciación de horizontes.

Suelos intrazonales: son los desarrollados bajo condiciones en que predominan los factores edafogenéticos pasivos, como roca madre, pendiente, acción humana,... Son suelos aclimáticos, ya que el factor clima no es determinante en su formación, y ( climácicos).

Suelos zonales: desarrollados bajo la acción de los factores activos de formación del suelo, en especial el clima, durante el tiempo suficiente. Son, por tanto, climácicos y climáticos. Se trata de suelos maduros y bien evolucionados.

Existen numerosos sistemas de clasificación, entre los que hay que destacar:

Thorp, Baldwin y Kellog (1938,1949). Distingue tres órdenes: suelos zonales, intrazonales y azonales, y, en cada uno de ellos, subórdenes y grupos. En esta clasificación se basan las más utilizadas tradicionalmente, como la tabla, muy resumida siguiente:

CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

TIPOS DE SUELOS

TIPO DE SUELO Características

AZONALES Inmaduros o brutos. Horizontes mal desarrollados

LITOSUELOS

Delgados. Influidos por el tipo de roca madre debido a poca evolución temporal o desarrollo en grandes pendientes

REGOSOLESSobre depósitos muy recientes: aluviones, arenas, dunas.

INTERZONALES Poco evolucionados. Condicionados por roca madre y

RANKER Sobre rocas silíceas (granitos, gneises). Propio de climas fríos de montaña y fuerte pendiente. Suelo ácido pobre en carbonatos. Sin horizonte B

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mal drenaje

RENDSINA

Sobre rocas calizas en climas diversos. Poco espesor. Sin horizonte B. Es el equivalente al anterior en terrenos calcáreos.

SALINOSRicos en sales. Climas secos. Escasa vegetación (halófitas). Pobre en humus.

GLEY

Zonas pantanosas. Horizontes inferiores encharcados en los que se acumula Fe que le da color "gris azulado"

TURBERASTerreno encharcado con abundante vegetación y exceso de materia orgánica. Suelo ácido.

ZONALES Suelos condicionados por el clima, que ha actuado largo tiempo. Son suelos maduros, muy evolucionados.

Alta lat. TUNDRAVegetación escasa. Evolución lenta limitada al período estival.

Latitudes medias

Clima frío

PODSOL

Tierras grises o de cenizas. Asociados a bosques de coníferas (taiga). Rico en humus bruto. Suelo ácido y arenoso

TIERRA PARDA DE BOSQUE

En bosques de caducifolios. Rico en humus. Horizonte B poco desarrollado.

Climas templados

MEDITERRÁNEOS

Veranos secos. Asociados a bosques de encinas y arbustos. Pobres en humus y arcillosos por descalcificación de calizas. Destacan los suelos rojos mediterráneos o terra rossa.

CHERNOZIOM Tierras negras de estepa. Climas continentales. Horizonte A muy desarrollado y rico en humus y óxidos de Fe. Suelos muy

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fértiles.

DESÉRTICOS

Poca materia orgánica, por lo que tienen un color claro. Presentan concreciones de carbonatos precipitados a partir de aguas capilares o caliches.

Latitud intertropical LATERITAS

Clima ecuatorial, cálido y muy lluvioso. Intensa meteorización química: suelos de gran espesor. Carecen de horizonte A por el lavado intenso. El horizonte B presenta hidróxidos de Fe y Al. Se forma una costra rojiza muy dura.

La clasificación del USDA (United States Department of Agriculture) reconoce varios órdenes de suelos, cuyos nombres se forman anteponiendo una partícula descriptiva a la terminación –sol.

ORDEN Características

  ENTISOLCasi nula diferenciación de horizontes; distinciones no climáticas: aluviones, suelos helados, desierto de arena...

  VERTISOLSuelos ricos en arcilla; generalmente en zonas subhúmedas a áridas, con hidratación y expansión en húmedo y agrietados cuando secos.

  INCEPTISOLSuelos con débil desarrollo de horizontes; suelos de tundra, suelos volcánicos recientes, zonas recientemente deglaciadas...

  ARIDISOLSuelos secos (climas áridos); sales, yeso o acumulaciones de carbonatos frecuentes.

  MOLLISOL Suelos de zonas de pradera en climas templados; horizonte

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superficial blando; rico en materia orgánica, espeso y oscuro.

  ALFISOLSuelos con horizonte B arcilloso enriquecido por iluviación; suelos jóvenes, comúnmente bajo bosques de hoja caediza.

  SPODOSOLSuelos forestales húmedos; frecuentemente bajos coníferos. Con un horizonte B enriquecido en hierro y/o en materia orgánica y comúnmente un horizonte A gris-ceniza, lixiviado.

  ULTISOLSuelos de zonas húmedas templadas a tropicales sobre antiguas superficies intensamente meteorizadas; suelos enriquecidos en arcilla.

  OXISOLSuelos tropicales y subtropicales, intensamente meteorizados formándose recientemente horizontes lateríticos y suelos bauxíticos.

  HISTOSOLSuelos orgánicos. Depósitos orgánicos: turba, lignito.... sin distinciones climáticas.

Deformabilidad del Terreno

La deformación de un terreno es condicionante de fundamental importancia para la elección y tipo de cimentaciones.

Las relaciones entre tensiones y deformaciones del terreno permiten evaluar los asientos (movimientos verticales) y los movimientos horizontales que una estructura puede sufrir.

Cuando se aplica un esfuerzo se produce una deformación que se obtiene a partir de la relación tensión/deformación, que por lo general es una relación compleja. El grado de deformación depende de la naturaleza del terreno, del tipo de estructura, del índice de huecos del suelo y de la forma que es aplicada la carga. Es usual el empleo de fórmulas de la teoría de la elasticidad lineal, para condiciones adicionales de homogeneidad e isotropía.

Horizonte del suelo

Artículo de la Enciclopedia Libre Universal en Español.

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En el suelo se distinguen tres horizontes:

El horizonte A en el que se encuentran los elementos orgánicos, finos o gruesos, y solubles, que han de ser lixiviados.

El horizonte B en el que se encuentran los materiales procedentes del horizonte A. Aquí se acumulan los coloides provenientes de la lixiviación del horizonte A. Tiene una mayor fracción mineral.

El horizonte C es la zona de contacto entre el suelo y la roca madre. La región en la que la roca madre se disgrega.

La secuencia repetida de los perfiles del suelo, asociados a la forma de la pendiente, se llama catena. Los perfiles se suceden regularmente y con las mismas características desde el interfluvio hasta el fondo del valle, presentando valores progresivos, en el grado de lixiviación y migración de coloides.

6.- VIAS TERRESTRES

PLANEACIÓN

ELEMENTOS DE UNA SECCION TRANSVERSAL DE UN CAMINO.

Corona: es la superficie del camino terminado que queda comprendida entre los hombros del camino.

Horizontes del suelo

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Calzada: es la parte de la corona destinada al tránsito de vehículos y constituida por uno o más carriles.

Carril: es la faja de ancho suficiente para la circulación den una hilera de vehículos.

Acotamientos: son las fajas continuas a la calzada, comprendidas entre sus orillas y las líneas definidas por los hombros del camino. Protegen la calzada contra la humedad y la erosión, mejoran la visibilidad en los tramos en curva, facilitan los trabajos de conservación del camino y mejoran la apariencia del mismo.

Subcorona;: es la superficie que limita las terracerías y sobre la que se apoyan las capas del pavimento.

Rasante: es la línea obtenida al proyectar el alineamiento vertical de un camino.

Sub-rasante: es la proyección sobre un plano vertical del desarrollo del eje de la subcorona.

Ancho: es la distancia horizontal comprendida entre los puntos de intersección de la subcorona con los taludes del terraplén, cuneta o corte.

Bombeo: es la pendiente que se le da ala corona en las tangentes del alineamiento horizontal hacia uno y otro lado de la rasante para evitar la acumulación del agua sobre el camino.

Sobre elevación: es la pendiente que se da a la corona hacia el centro de la curva horizontal para contrarrestar parcialmente el efecto de la fuerza centrifuga de un camino.

Cuneta: es una zanja, de sección triangular que se construye en los tramos en corte a uno o ambos lados de la corona, con el objeto de recibir el agua que escurre por la corona y los taludes del corte.

Contracuneta: es una zanja de sección trapezoidal que se excava arriba de la línea de ceros de un corte y en dirección normal a la pendiente máxima del terreno, para interceptar los escurrimientos superficiales del terreno natural y evitar deslaves en los cortes.

Talud: es la superficie comprendida, en cortes entre la línea de ceros y el fondo de la cuneta; y en terraplenes, entre la línea de ceros y el hombro correspondiente. Los taludes en cortes y terraplenes se fijan de acuerdo con su altura y la naturaleza del material que los forma.

PLANEACION.

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Se entiende por planeación el proceso que consiste en el análisis documentado, sistemático y tan cuantitativo como sea posible, previo al mejoramiento de una determinada situación, y en el ordenamiento de los actos conducentes a ETAPAS QUE CONSTITUYEN LOS MECANISMOS DE PLANEACION.

a) El conocimiento de la situación que se pretende cambiar.

b) La necesidad y el interés de los integrantes de la comunidad de realizar la modificación y sus proyectos al futuro.

c) Una proposición que sea la expresión concreta del deseo de la colectividad.

d) Un juicio que valorice las consecuencias de la proposición.

e) Un programa que ordene en forma precisa, en tiempo y espacio, el desarrollo de los actos necesarios.

dicho mejoramiento.

EN LA PLANEACION DE UN CAMINO DEBEN ESTUDIARSE LOS SIGUIENTES PUNTOS:

a) Inventario de los recursos naturales de la zona: centro agrícolas, ganaderos, mineros, turísticos, industriales, etc.

b) Estimación de la población de la zona.

c) Tendencia en el futuro

d) Estimación del transito actual y el futuro.

e) Conveniencia o no construir el camino.

RECONOCIMIENTO

Los reconocimientos que se requieren para el proyecto, diseño y construcción de caminos, adquieren mayor importancia que el que tienen los que se realizan para la construcción de otras vías de comunicación ya que al aspecto puede ingenieril debe añadirse el punto de vista del beneficio social.

El reconocimiento del terreno puede ser aéreo, terrestre, o combinado.

RECONOCIMENTO AEREO.

El reconocimiento aéreo se hace desde el aire por medio de aviones o helicópteros. Estos vuelos se llevan al cabo con el fin de darse cuenta de la forma general del terreno, la densidad de la vegetación y su tipo, la hidrografía,

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la cantidad y calidad de las vías de comunicación y la constitución geológica del terreno.

El reconocimiento aéreo da una información general, pero para tener una información mas completa, es necesario recurrir a fotografías aéreas de toda la zona.

El reconocimiento aéreo tiene ventajas sobre el terrestre, las cuales son:

a) Rapidez y economía.

b) Obtención de gran cantidad de detalles sobre el terreno.

c) Posibilidad de enmendar los errores cometidos sin necesidad de ir al terreno, ya que las fotografías aéreas son archivados.

d) RECONOCIMIENTO TERRESTRE.

e) El reconocimiento consiste en el examen de una faja de terreno en donde se alojara el camino que se pretende construir y fijar los puntos obligados, es decir, aquellos puntos en los cuales debe pasar el camino.

Los puntos obligados sirven de base para la planeación. Desde el punto de vista económico son puntos obligados los centros agrícolas, ganaderos y mineros, las fincas de productivas, centros de interés turísticos, zonas arqueológicas, etc. Y por razones topográficas son puntos obligados los puertos, cruces de los ríos y los necesarios para evitar pantanos y médanos.

El ingeniero localizador escoge todo s aquellos lugares que a su criterio juzgue obligados en el proyecto, como: centros agrícolas, haciendas, centros agrícolas, puertos, cruces, ríos, etc.los cuales serán unidos con una poligonal sobre la cual se apoyará el estudio del trazo definitivo.

Se determinan también distancias entre los puntos obligados, direcciones de la líneas, pendientes, cotas de los puntos obligados y de puntos notables del terreno.

El ingeniero geólogo recopila datos sobre la calidad del suelo y observa la existencia de posibles bancos de prestamos, así como la posibilidad de que haya fallas geológicos en la elección de la ruta.

ELECCION DE LA RUTA.

Una vez que el ingeniero efectué el reconocimiento se encontrará en muchas ocasiones con dos o mas rutas, en las cuales debe de elegir la mas adecuada, siendo la topografía una de las principales causas de determinarla.

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Otro aspecto importante que se debe de estudiarse para elegir la ruta consiste en que el camino toque todos los poblados intermedios o bien se construya en los puntos terminales con ramales a los otros poblados.

ANTEPROYECTO

Después de haber hecho en la etapa de estudio del trazado un reconocimiento en el campo de cada una de las rutas seleccionadas, y luego de hacer una evaluación de cada una de las alternativas y seleccionar la que reúna mejores condiciones llegamos a la etapa del anteproyecto donde se debe fijar en los planos la línea que represente la ruta seleccionada y para tal fin hay que realizar un estudio topográfico de la misma a través de una poligonal base.

La poligonal base recibe este nombre debido a que servirá de apoyo para el futuro replanteo de la obra.

El levantamiento de esta poligonal consiste en la medición de los ángulos y los lados, en la nivelación de todos sus vértices y en la toma de las secciones transversales.

Estas poligonales son abiertas, por que comienzan y terminan en puntos diferentes, pero deben tener controles en su trayectoria, según esto se pueden presentar dos casos:

a) Poligonales que comienzan y terminan en puntos de coordenadas conocidas, las cuales tendrán control azimutal y métrico.

b) Poligonales que comienzan y terminan en puntos de coordenadas desconocidas, las cuales tendrán control azimutal a través de azimutes determinados por medio de observaciones solares y que se aconsejan realizar cada 5 kilómetros.

Los instrumentos utilizados en el levantamiento de esta poligonal deben garantizar la precisión exigida, los mismos deben ser tales como teodolitos, niveles automáticos, cinta métricas, estadía invar, etc.

CONSTRUCCIÓN

En la etapa de construcción, la dirección general de proyectos y laboratorios hacen una supervisión a través de los laboratorios de campo; en problemas especiales se tiene una supervisión directa por medio de oficinas indicadas, haciendo a menudo pruebas in situ.

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Es muy conveniente que las compañías constructoras cuenten con mapas de fotointerpretación a escalas 1:50,000 y 1:10,000 y con una copia de fotografías aéreas 1:10,000 para que puedan cotizar y programar mejor sus trabajos.

PUENTES

La construcción de un puente, esta destinada a proteger obstáculos naturales, como valles, ríos, lagos o brazos de mar; y obstáculos artificiales, como vías férreas o carreteras, que nos permite pasar sobre el y con el fin de unir caminos. Los puentes construidos sobre terreno seco o en un valle y formados por un conjunto de tramos cortos se suelen llamar viaductos; se llaman pasos elevados los puentes que cruzan las autopistas y las vías de tren. Un puente bajo, pavimentado, sobre aguas pantanosas o en una bahía y formado por muchos tramos cortos se suele llamar carretera elevada. Esta estructura esta hecha principalmente por: pilares externos, apoyos centrales y los cimientos y esta une la base de ambos. Esta estructura aguanta directamente las cargas, en las vigas, cables y arcos que transmiten las cargas a los apoyos centrales y pilares externos

LOS PUENTES. CLASIFICACIÓN.

    Los puentes son estructuras que los seres humanos han ido construyendo a lo largo de los tiempos para superar las diferentes barreras naturales con las que se han encontrado y poder transportar así sus mercancías, permitir la circulación de las gentes y trasladar sustancias de un sitio a otro.

    Dependiendo el uso que se les dé, algunos de ellos reciben nombres particulares, como acueductos, cuando se emplean para la conducción del agua, viaductos, si soportan el paso de carreteras y vías férreas, y pasarelas, están destinados exclusivamente a la circulación de personas.

    Las características de los puentes están ligadas a las de los materiales con los que se construyen:

Los puentes de madera, aunque son rápidos de construir y de bajo coste, son poco resistentes y duraderos, ya que son muy sensibles a los agentes atmosféricos, como la lluvia y el viento, por lo que requieren un mantenimiento continuado y costoso. Su bajo coste (debido a la abundancia de madera, sobre todo en la antigüedad) y la facilidad para labrar  la madera pueden explicar que los primeros puentes construidos fueran de madera. 

Los puentes de piedra, de los que los romanos fueron grandes constructores, son tremendamente resistentes, compactos y duraderos, aunque en la actualidad su construcción es muy costosa. Los cuidados necesarios para su mantenimiento son escasos, ya que resisten muy bien los agentes climáticos. Desde el hombre consiguió dominar la técnica del arco este tipo de puentes dominó durante siglos. Sólo la

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revolución industrial con las nacientes técnicas de construcción con hierro pudo amortiguar este dominio.

Los puentes metálicos son muy versátiles, permiten diseños de grandes luces, se construyen con rapidez, pero son caros de construir y además están sometidos a la acción corrosiva, tanto de los agentes atmosféricos como de los gases y humos de las fábricas y ciudades, lo que supone un mantenimiento caro. El primer puente metálico fue construido en hierro en Coolbrookdale (Inglaterra)

Los puentes de hormigón armado son de montaje rápido, ya que ad-miten en muchas ocasiones elementos prefabricados, son resistentes, permiten superar luces mayores que los puentes de piedra, aunque menores que los de hierro, y tienen unos gastos de mantenimiento muy escasos, ya que son muy resistentes a la acción de los agentes atmosféricos

    Básicamente, las formas que adoptan los puentes son tres, que, por otra parte, están directamente relacionadas con los esfuerzos que soportan sus elementos constructivos. Estas configuraciones son:

Puentes de viga. Están formados fundamentalmente por elementos horizontales que se apoyan en sus extremos sobre soportes o pilares. Mientras que la fuerza que se transmite a través de los pilares es vertical y hacia abajo y, por lo tanto, éstos se ven sometidos a esfuerzos de compresión, las vigas o elementos horizontales tienden a flexionarse como consecuencia de las cargas que soportan. El esfuerzo de flexión supone una compresión en la zona superior de las vigas y una tracción en la inferior

Puentes de arco. Están constituidos básicamente por una sección curvada hacia arriba que se apoya en unos soportes o estribos y que abarca una luz o espacio vacío. En ciertas ocasiones el arco es el que soporta el tablero (arco bajo tablero) del puente sobre el que se circula, mediante una serie de soportes auxiliares, mientras que en otras de él es del que pende el tablero (arco sobre tablero) mediante la utilización de tirantes. La sección curvada del puente está siempre sometida a esfuerzos de compresión, igual que los soportes, tanto del arco como los auxiliares que sustentan el tablero. Los tirantes soportan esfuerzos de tracción.

Puentes colgantes. Están formados por un tablero por el que se circula, que pende, mediante un gran número de tirantes, de dos grandes cables que forman sendas catenarias y que están anclados en los extremos del puente y sujetos por grandes torres de hormigón o acero. Con excepción de las torres o pilares que soportan los grandes cables portantes y que están sometidos a esfuerzos de compresión, los demás elementos del puente, es decir, cables y tirantes, están sometidos a esfuerzos de tracción.

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TUNELES

Un túnel es una obra de ingeniería que para su construcción, requiere de técnicas, productos, equipos especiales y de análisis geológicos, geotécnicos e hidráulicos; estos son realizados por especialistas en el ramo, una vez que se ha definido el proyecto de construcción de un túnel.

ESTABILIDAD

• Se conoce las condiciones y características del lugar, eligiendo el proceso constructivo que conviene para su construcción. Según las dimensiones del proyecto, se deben de considerar otros factores como son seguridad, economía y durabilidad de la obra.

• La geología se convierte en un factor determinante, se debe ubicar el túnel en una roca de alta calidad, no importa que se tenga que profundizar un poco más, ya que los costos de excavación se verán recompensados por el dinero y esfuerzo que se ahorrará en revestimiento.

CONTROL DE AGUAS SUBTERRANEAS

En ocasiones, durante la construcción de túneles, existe la presencia de agua, ya sea por niveles freáticos altos o por cuencas subterráneas. La elección del método de inyección está en función del caudal de agua que ingresa al túnel, la presión, las fracturas y las condiciones del terreno. La inyección elimina o reduce al mínimo esta filtración de aguas subterráneas.

TIPOS DE INYECCION.

• Preinyección: inyectar al frente • Postinyección: inyectar detrás del frente (método pasivo).

El procedimiento de preinyección consiste en perforar barrenos en todo el perímetro de la frente del túnel, por los cuales se inyecta una lechada de cemento para sellar fracturas que podrían aportar agua, estabilizándolo e impermeabilizándolo.

Cuando se hace una inyección después de haber sido excavado el túnel recibe el nombre de postinyección. Se emplea principalmente para sellar zonas del túnel donde hay presencia de agua mayor al deseado. Con el método de postinyección se puede construir un túnel seco, aunque eso eleva el costo. Sin embargo en zonas donde la construcción del túnel requiere una impermeabilización y sellado rápido, este método sella rápidamente cualquier fuga que se encuentre dentro de un túnel

CONSTRUCCIÓN

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Por cambios bruscos en temperatura: este es el sistema más clásico de todos, consiste en hacer una hoguera en el frente del túnel para calentar la roca, mas tarde se le aplica agua fría lo que producirá un resquebrajamiento y posibilitará una fácil remoción.

• Por perforación y voladura: La perforación en este caso se hace por medio de la colocación de tacos de dinamita para luego volar la roca y perforar de este modo, luego de la voladura se debe sacar el humo y todos los agentes que puedan causar contaminación por medio de extractores, se comienza a sacar el material volado, se acondiciona luego con todos los servicios.

• Perforación completa: Se hacen con unas máquinas especiales, sólo se pueden hacer perforaciones circulares, la superficie que es excavada quedará casi completamente lista para empezar a funcionar lo que evitará las sobre excavaciones, además el material excavado se lleva a la parte posterior de la máquina por medio de bandas transportadoras manejando de ese modo una eficiencia máxima.

• Con rozadoras: Es un brazo hidráulico articulado con dos ruedas que poseen elementos abrasivos, este brazo se puede mover tanto horizontal como verticalmente.

IMPORTANCIA DE LA GEOLOGÍA EN LA CONSTRUCCION DE TUNELES

• Conocimiento sistematizado de los materiales.

• 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 indispensables en la construcción de un túnel.

• El conocimiento de las aguas superficiales, sus efectos de erosión, su transporte y sus sedimentaciones, es esencial para el control de las corrientes, y de la conservación de suelos.

• La capacidad para leer e interpretar informes geológico, mapas, planos geológico, es de gran utilidad para la planeación de la construcción de un túnel y de muchas obras.

TÚNELES Y POZOS HIDRÁULICOS

• emplazamiento o ubicación: Depende fundamentalmente a 3 factores:• -          Geología

• -          Topografía

• -          Arquitectura hidráulica

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• La geología se convierte en un factor determinante, se debe ubicar el túnel en una roca de alta calidad, no importa que se tenga que profundizar un poco más, ya que los costos de excavación se verán recompensados por el dinero y esfuerzo que se ahorrará en revestimiento

Otro aspecto importante será la ubicación de la entrada y de salida del túnel ya que deben quedar en una zona de alta confiabilidad, es de suponer que a medida que se profundiza el túnel se comiencen a encontrar mejores zonas en el macizo (roca madre), además a la hora de empezar a construir el túnel se debe desviar el agua por medio de una ataguía ya que si llegara una creciente podría afectar parcial o totalmente la construcción, además de representar una gran pérdida económica. Al trazar el túnel se deben tener en cuenta algunos factores tales como:

Zonas de antiguos derrumbes, esto me generaría una falsa impresión sobre el espesor real del macizo firme, lo mismo ocurriría con cauces secundarios, valles rellenados y fallas geológicas ya que allí se encuentra una gran zona de roca triturada que lo único que me generará será crear un espesor mayor en el diámetro además de un tratamiento especial en cuanto al cálculo estructural de túnel.

ESTIMACIÓN DE CARGAS

De acuerdo con unos apiques iníciales se puede saber el perfil y el estado del macizo que se tiene en la zona que se verá afectada por el túnel, con estos apiques se pueden estimar unas cargas y tener un tipo de revestimiento para cada perfil y al comenzar a excavar se sabrá que tipo de sección es y que revestimiento le corresponderá. Se hace también uso del estudio geosísmico, este estudio se hace por medio de explosiones y reflejos de la onda de explosión dándose cuenta del efecto que se tendrá en el macizo y que altura tendrá el tipo del macizo necesario a la hora de construcción, la zona afectada se llamará zona descomprimida, al evaluar estas zonas podré ubicar diferentes tipos de cámara para diferentes usos, como cuarto de máquinas, de aireación, etc.

REVESTIMIENTO

El diseño del revestimiento además de tener en cuenta todas las cargas que actuarán sobre el túnel debe contar con la más mínima posibilidad de pérdidas, deberá proporcionar el sostenimiento necesario y la impermeabilización en todos los casos. 

CONCEPTOS GENERALES

Los terraplenes y estructuras térreas que se utilizan para rellenos de predios, plataformas, caminos, bordos, desniveles, pisos industriales, estacionamientos, patios de contenedores, ferrocarriles, aeropuertos, rampas de hospitales u otras, etc., son el acumulamiento de tierra o suelo de una cierta calidad,

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compactado de acuerdo a técnicas ya muy conocidas. La resistencia de dicha acumulación de tierra varía de acuerdo al tipo de suelo que se use y de acuerdo al uso que se pretenda dar a tal obra.

Cuando lo anterior implica la formación de un desnivel, comienza a denominarse talud o terraplén, aunque esto entra a una disertación que de manera exitosa presentan Rico y del Castillo, 1980, y de los cuales se toma la siguiente clasificación de taludes, por considerarla muy interesante y adecuada.

En el presente trabajo se hablará principalmente de taludes artificiales: su formación y corrección, aunque también se puede, mediante estos mismos métodos, corregir y prevenir la falla de taludes o laderas naturales, así como el prevenir o corregir derrumbes, caídos, erosión y tubificación. Estas soluciones son fáciles de calcular, ya que utilizan las mismas teorías y conceptos que los taludes y terraplenes sin refuerzo; son fáciles de construir, ya que necesitan un mínimo de mano de obra, se construyen principalmente con maquinaria pesada, a muy rápidas velocidades de construcción. Son económicos y efectivos. Permiten alcanzar ángulos de reposo que de ninguna manera se podría alcanzar con los suelos naturales y permiten alcanzar grandes alturas, a bajos costos de estabilización, llegando incluso a alcanzar la vertical y sustituir con facilidad a muros de contención tradicionales.

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En el caso de aplicación a rellenos de cavidades o para conformar plataformas de trabajo de baja altura (< 2 m), se puede usar mano de obra, carretillas, bailarinas en sustitución de maquinaria pesada, aunque su avance resulte más lento.

En este trabajo, las estructuras de suelo reforzado se dividirán en:

Taludes o laderas y terraplenes con pendientes pronunciadas sobre suelos con adecuada.

Capacidad de carga,

Muros de contención sobre suelos con adecuada capacidad de carga,

Refuerzo de suelos con baja capacidad de carga,

Terraplenes sobre suelos con baja capacidad de carga,

Control de erosión en taludes, laderas y muros.

En los dos primeros casos, el muro, talud o terraplén de suelo reforzado, se supone que esté desplantado sobre un suelo firme incompresible o roca, los cuales impiden a las potenciales superficies de falla presentarse por la base o por el pié del talud al revisarse por estabilidad global la estructura. Un ejemplo de esto, con sus principales componentes, se ilustra en la Fig. 2.1.

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Principales componentes de un talud de suelo reforzado sobre un suelo con adecuada capacidad de carga.

Para el caso de terraplenes sobre suelos blandos, la resistencia del suelo de cimentación y su compresibilidad controlan, con mucho, la estabilidad de la estructura ya que, aunque se pueda reforzar de manera adecuada el suelo blando subyacente (caso del Valle de México, zona del lago), éste tiene una gran deformabilidad, que no debe olvidarse y que, aunque resista la construcción, tendrá hundimientos y deformaciones en el tiempo, misma que deben de calcularse y tenerse en cuenta para la vida útil del proyecto. Un ejemplo de esto se ilustra en la Fig. 2.2. El refuerzo debe de colocarse, en una o varias capas, en su parte inferior, para tomar las tensiones que se generen y minimizar la deformación que se presente, sobretodo en la parte central de la estructura, que es la que mayor deformación va a sufrir. El estrato compresible D es el que va a presentar las deformaciones por compresibilidad, las cuales no pueden evitarse a menos de removerlo del sitio (hecho que puede lograrse solamente cuando el espesor es de poca importancia). No debe olvidarse que, aunque este reforzado, el talud o estructura siempre va a tener hundimientos ya que actúa como refuerzo, no como balsa salvavidas.

El refuerzo que se coloca actúa exactamente como el que se coloca para las losas o vigas de concreto reforzado: se hace la analogía entresuelo reforzado y concreto reforzado: el concreto y el suelo solamente toman esfuerzos de compresión; el acero y los geosintéticos toman las tensiones por desarrollarse y la flecha que se produzca debajo de las sobrecargas será tomada por el acero de refuerzo. La características de resistencia de la capa o las capas dependerán de los esfuerzos actuantes, al igual que en el caso de concreto reforzado y, al igual que el acero, que existen manuales de diseño en donde existen varillas y perfiles con ciertas características, en el caso de los

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geosintéticos y el suelo reforzado, existen manuales en donde se publican las resistencias de los diferentes geosintéticos de refuerzo por seleccionar en el diseño.

Principales componentes de un terraplén sobre suelos blandos.

TALUDES

Las principales componentes de un talud con pendiente pronunciada. Donde H es la altura del pié hasta la cresta del talud y es el ángulo que forma la cara del talud con respecto a la horizontal.

Zona de suelo reforzado: es la masa de suelo conformada por el relleno y las capas horizontales de refuerzo. La cara del suelo reforzado puede ser o no paralela la cara frontal del talud. Pueden o no existir también sobrecargas sobre la superficie del suelo reforzado.

Suelo retenido: es el suelo natural o relleno localizado detrás de la zona de suelo reforzado. Puede, igualmente, soportar o no sobrecargas en su superficie.

Dren de chimenea: generalmente se hace necesario, como medida de seguridad, el colocar un dren que elimine o intercepte las aguas subterráneas provenientes del respaldo, evitando que se establezca una red de flujo a través del talud, disminuyéndole de esta forma su factor de seguridad e incluso podría ponerlo en peligro al generarse presiones hidrostáticas en la zona de suelo reforzado. Estos drenes pueden formarse por piedra partida, envuelta dentro de un geotextil, el cual funcionará como filtro, evitando el taponamiento del dren.

Pueden igualmente usarse drenes prefabricados y una tubería de drenaje, forrada, igualmente, con un geotextil, para desalojar el agua que se colecte.

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Suelo de cimentación: es aquel suelo o roca localizada por debajo de la zona de suelo reforzado.

Refuerzo primario: este refuerzo comprende a las capas horizontales, de lata resistencia y alto módulo que se colocan de manera horizontal desde la cara del talud hacia adentro del mismo, en la zona de suelo reforzado. El refuerzo primario le da la resistencia a la tensión a la zona de suelo reforzado y le permite al talud resistir un ángulo más alto que el de reposo del material de relleno o alcanzar mayores alturas que las que permitiría dicho material sin refuerzo.

Refuerzo secundario: está formado por capas horizontales cortas de geosintéticos que permiten estabilizar de manera local la cara del talud, durante y después de su construcción. En algunos casos el refuerzo secundario se usa de manera conjunta con una capa delgada de material granular en la cara del talud, lo cual facilita su construcción y drenaje.

Protección superficial: de la cara del talud contra la erosión. Esto se logra de muchas maneras: revegetando el talud, colocando concreto lanzado o utilizando geomatrices, las cuales se fijan o se anclan a la cara del talud para prevenir la erosión sobretodo a aquella debida a las lluvias y a las corriente que se forman por encima de la superficie de la cara del talud.

Refuerzo de terraplenes o terraplenes de suelo reforzado

Los principales componentes de un terraplén reforzado sobre de un suelo suave o compresible. El espesor D se refiere al espesor de suelo suave que sobreyace al suelo resistente; H se refiere a la altura del terraplén, entre la base o pié y la cresta del mismo; B es el ancho o base del terraplén y es el ángulo del talud, medido con respecto a la horizontal.

El uso de refuerzos con geosintéticos en la base del relleno puede incrementar el factor de seguridad contra una falla catastrófica cuando se construye sobre un suelo suave o compresible. En este caso, la función principal del geosintético de alta resistencia es el refuerzo, también puede trabajar, al inicio de la construcción, como separador y facilitador de la misma construcción. Debe señalarse, sin embargo, que la inclusión de los geosintéticos en el diseño y construcción de los terraplenes, no minimizará, de ninguna manera, los asentamientos del terraplén, al consolidarse el terreno que lo subyace.

Relleno del terraplén: comprende al suelo natural o a suelos importados, compactados, usados como relleno en la formación del cuerpo del terraplén.

Suelo de cimentación: comprende a un suelo con una muy baja resistencia al esfuerzo cortante, tal que, el factor de seguridad contra la falla catastrófica o de colapso del terraplén queda controlada por los suelos subyacentes. Además, estos materiales pueden ser compresibles bajo el peso del relleno del terraplén.

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Refuerzo: está formado por una capa horizontal de alta resistencia y alto módulo; un geosintético que se extiende a lo largo del ancho total de la base del terraplén. En algunos casos se ha llegado a utilizar más de una capa de refuerzo en la base del terraplén y la cara de éste se ha reforzado con capas horizontales, primarias y secundarias, semejantes a las ya descritas, para los taludes con pendientes muy pronunciados.

ORIENTACIÓN DEL REFUERZO

Los materiales que generalmente se usan para el refuerzo, son materiales con diferentes resistencias y rigideces, tanto en sentido longitudinal como en sentido transversal. Cuando se usan en aplicaciones de refuerzo, en taludes o en terraplenes, la dirección más fuerte deberá de orientarse de manera perpendicular a la cara del talud. Este es el caso de las georredes uniaxiales en donde uno de sus lados es preferentemente fuerte en uno de sus lados.

En algunas otras ocasiones se han usado redes biaxiales, las cuales, supuestamente, tienen la misma dirección en ambos sentidos (no siempre es correcto, aunque no existe tanta anisotropía como en el caso de las redes uniaxiales), o bien geotextiles de alta o muy alta resistencia.

Los geotextiles y las georredes biaxiales, en taludes, se usan como refuerzo secundario. Los geotextiles de alta y muy alta resistencia se usan como refuerzo primario.

SELECCIÓN DEL REFUERZO

Es necesario, para todos los métodos de análisis de muros, taludes y terraplenes, el que todos los geosintéticos que se utilicen tengan una suficiente resistencia a la tensión, y que permanezca sano e inalterado por un tiempo de vida mucho mayor al de la estructura que se diseñe. Hay dos mecanismos de falla potenciales que deben de considerarse:

Pullout o extracción del refuerzo.

Falla por adherencia o más bien, por falta de adherencia.

Falla por sobreesfuerzo del refuerzo.

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7.- PRESASPLANECIÒN

Dentro de la planeación existen los estudios técnicos, ambientales, sociales y económicos.

-una presa en algunos casos se construyen para prevenir inundaciones en algunos lugares que sufren por esta cuestión.

*Estudio climatológico información para el estudio hidrológico así como el análisis estadístico de lluvias. Nieves .variaciones térmicas y demás variables

Dentro del estudio hidrológico no se limitara al análisis de los caudales del río, sino que avaluara también sus determinantes: precipitaciones, escorrerias. Fisiografía.

*El estudio hidrológico se orientara hacia los aspectos siguientes;

- el suministro de las cifras básicas para el análisis del rendimiento hidráulico de la obra.

- la ponderación de los riesgos consecuentes al establecimiento desde la obra , en cuanto a la creación o modificación de las avenidas en su recorrido a lo largo del cauce aguas abajo.

- el conocimiento de la influencia que puede tener las presas de embalse ya construidas en la misma cuenca del río ,aguas abajo y aguas arriba de la que se proyecta.

APLICACIÓN GEOLÓGICA A LA CONSTRUCCIÓN DE EMBALSES.

La construcción de una presa precisa, indispensablemente, un estudio geológico detallado que abarque tres aspectos fundamentales: geología del cierre de la presa; la permeabilidad del vaso o embalse propiamente dicho y geología del área madre o cuenca hidrográfica que vierte sus aguas a este embalse.

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El conocimiento del cierre es imprescindible, ya que la presa se asienta sobre rocas con distintas características de resistencia que han de formar cuerpo con la pared de la presa y soportar el empuje y peso de toda el agua embalsamada. Es fundamental pues, el conocer sus propiedades elásticas, su posible facturación (puede presentar diaclasa dos imperceptibles a simple vista) que provocaría el desmoronamiento de la presa, etc.

El estudio hidrogeológico del vaso del embalse es necesario de cara a evitar la inundación de zonas que favorezcan la filtración y circulación del agua embalsada por debajo del cierre, esto pondría en peligro la propia estabilidad de la presa al debilitarse el terreno por debajo de ella así como su eficacia.

Sin embargo, una presa tiene una vida limitada si los afluentes que concurren a ella traen tal cantidad de aportes detríticos que se produce su colmatación u obliga a su limpieza periódica. Para impedir este problema, se hace necesario reducir el grado de erosión en las zonas más favorables a tal efecto, localizándose éstas por la composición de los materiales transportados por los afluentes y la geología del área madre. La repoblación forestal ofrece para este caso una solución técnica bastante ventajosa.

TIPO DE PRESA

El tipo de presa más adecuada, se puede determinar con las observaciones económicas; ya que el costo de los materiales y del transporte deberá de ir ubicados dentro del presupuesto, y, mediante los estudios de ingeniería ya que solo con las características que posee el terreno se puede determinar el tipo de estructura.

El tipo óptimo de presa para un lugar específico se determina con las estimaciones de costo y el programa de construcción para todas las soluciones diseñadas que sean técnicamente validas. Donde las circunstancias del sitio ofrezcan alternativas variables, es conveniente que las opciones se mantengan abiertas, evaluando las implicaciones de cada una de ellas con respecto a los recursos, programación y costos, hasta que sea evidente la solución.

PRESA DE BOVEDA

Se construyen con hormigón armado y pretensazo su curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga se distribuye por toda la

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presa hacia los extremos. Los empujes del agua acaban siendo transmitidos a los apoyos laterales en terreno firme.

Presas que resisten el empuje de las aguas por propio peso presas de hormigón o de materiales sueltos. De base ancha y luego y luego se va estrechando hacia la parte superior .este tipo de presa es muy duradera y el mantenimiento es menor.

PRESA DE CONTRAFUERTES

Estas presas son construidos en valles anchos, y su costo en materiales es mínimo a poseen una pared que soportan el agua y una serie de contrafuertes que transmiten la carga a la base y que sujetan la pared.

Según la función a desempeñar las presas reciben la siguiente clasificación:

-HIDROELECTRICAS

-ABASTECIMIENTO

-USO MIXTO

-RIEGOS

EMBALSE

Acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho de un río o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce

Agua acumulada en una presa

NIVELES CARACTERÍSTICOS EN UN EMBALSE

El nivel del agua en un embalse es siempre mayor que el nivel original del río. Desde el punto de vista de la operación de los embalses, se definen una serie de niveles. Los principales son (en orden creciente):

Nivel mínimo minimorum: es el nivel mínimo que puede alcanzar el embalse; coincide con el nivel mínimo de la toma situada en la menor cota.

Nivel mínimo operacional: es el nivel por debajo del cual las

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estructuras asociadas al embalse y la presa no operan u operan en forma inadecuada.

Nivel medio. Es el nivel que tiene el 50% de permanencia en el lapso del ciclo de compensación del embalse, que puede ser de un día, para los pequeños embalses, hasta períodos plurianuales para los grandes embalses. El período más frecuente es de un año.

Nivel máximo operacional: al llegarse a este nivel se comienza a verter agua con el objetivo de mantener el nivel pero sin causar daños aguas abajo.

Nivel del vertedero. Si la presa dispone de un solo vertedero libre, el nivel de la solera coincide con el nivel máximo operacional. Si el vertedero está equipado con compuertas, el nivel de la solera es inferior al máximo operacional.

Nivel máximo normal: al llegarse a este nivel la operación cambia de objetivo y la prioridad es garantizar la seguridad de la presa. En esta fase pueden ocurrir daños aguas abajo; sin embargo, se intentará minimizar los mismos.

Nivel máximo maximorum: en este nivel ya la prioridad absoluta es la seguridad de la presa, dado que una ruptura sería catastrófica aguas abajo. Se mantiene el nivel a toda costa; el caudal descargado es igual al caudal que entra en el embalse.

Volúmenes característicos de un embalse

Los volúmenes característicos de los embalses están asociados a los niveles; de esta forma se tiene:

Volumen muerto. definido como el volumen almacenado hasta alcanzar el nivel mínimo minimorum.

Volumen útil, el comprendido entre el nivel mínimo minimorum y el nivel máximo operacional.

Volumen de laminación, es el volumen comprendido entre el nivel máximo operacional y el nivel máximo normal. Este volumen, como su nombre lo dice, se utiliza para reducir el caudal vertido en las avenidas, para limitar los daños aguas abajo.

IMPACTOS AMBIENTALES

El mayor impacto para la fauna se originará en la pérdida de hábitat, que ocurre al llenar el reservorio y producirse los cambios en el uso del terreno de la cuenca. Pueden afectar los modelos de migración de la fauna, debido al reservorio y el desarrollo que se relaciona con éste

CONSTRUCCIÒN DE UNA PRESA

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El mayor impacto para la fauna se originará en la pérdida de hábitat, que ocurre al llenar el reservorio y producirse los cambios en el uso del terreno de la cuenca. Pueden afectar los modelos de migración de la fauna, debido al reservorio y el desarrollo que se relaciona con éste

ALIVIADERO

Los aliviaderos son necesarios para descargar el excedente de agua para que éste no dañe la presa, la central eléctrica ni la ribera del río delante de la presa. El tipo de aliviadero más común es el derrame

*El desagüe: de un aliviadero debe tener la capacidad suficiente como para evitar que la máxima crecida del río pueda sobrepasar la coronación.