Introduccion a la  ing geotecnica
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Introducción a la ingeniería geotécnica

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Introduccion a la ing geotecnica Presentation Transcript

  • 1. INTRODUCCION A LA INGENIERIA GEOTECNICA
  • 2. La Geotecnia es la ciencia dedicada a la investigación, estudio y solución de problemas relacionados con las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles que surgen como resultado de la interacción entre la geología y las obras y actividades del hombre, así como a la predicción y desarrollo de medidas para la prevención o remediación de peligros geológicos.
  • 3. Geología Minería y Energía Paleontología Petrología Ambiental e Hidrogeología Aplicada Estructural y Tectónica Ing.Civil Estructuras y Construcción Hidráulica Transporte Geotécnica Ing.Minas Metalurgia Operaciones Mineras Geotecnia Minera
  • 4.
    • Se aplica en las siguientes ramas de la ingeniería :
    • Estructuras .- Se aplica al diseño de fundaciones, edificios, puentes, etc.
    • Hidráulica .- En el diseño de Obras Hidráulicas (canales, presas, reservorios de almacenamiento, túneles, etc.), flujo a través de medios porosos, hidráulica de ríos, puertos, etc.
    • Sanitaria .- Diseño de redes de alcantarillado sanitario y pluvial (zanjas, entibados), Diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales (estudio del suelo del lecho, permeabilidad de los estratos), diseño de rellenos sanitarios, etc.
  • 5.
    • Carreteras .- Estudios geotécnicos de suelo en general de toda el área donde se pretende construir la carretera, estabilidad de taludes, compactación de suelos, etc.
    • Medio ambiente .- Estudios para conocer el grado de contaminación del subsuelo, permeabilidad de los estratos para conocer la velocidad de difusión de contaminantes, etc.
  • 6. Construcción El comportamiento de los materiales debe asegurar la evolución del proyecto según lo esperado-seguro y económico: proyectos livianos, proyectos pesados (casas, edificios pequeños) Excavaciones y Túneles Estabilidad de las paredes, controlar el agua y sugerir métodos de excavación
  • 7. Obras de Corte y Relleno Establecer la pendiente de un camino o trazado lineal. Identificar los materiales a lo largo del trazado. Utilización y abandono de la obra. Estabilidad de taludes en el largo plazo, etc. Fundaciones Asegurar que el medio soporte estructuras, sin asentamientos excesivos, etc.
  • 8. Represas La elección de la ubicación y tipo de muro, estabilidad de laderas, filtraciones, material, estribos, etc. Materiales de Construcción Búsqueda y evaluación del material, transporte .
  • 9. Planificación Urbana y Territorial Creciente importancia del estudio de peligros geológicos en el diseño urbano, desastres, inundaciones, terremotos, etc.
  • 10. METODOLOGIA
    • Selección del lugar
    • Investigación de la Geología
    • =>Modelo geológico
    • Evaluación de Materiales
    • =>Modelo geomecánico
    • Evaluación de las prácticas de construcción y diseño; Monitoreo durante la operación: monitoreo
    • => Modelos geotécnicos de
    • comportamiento
  • 11. La profundidad de la investigación depende de las necesidades del proyecto (sondajes, ensayes, geofísica) Incluye los estudios iniciales (revisión bibliográfica, logística, planificación fases siguientes), investigación de terreno, ensayos de terreno o laboratorio y elaboración de informes. INVESTIGACION DEL SITIO
  • 12.
    • La importancia de la Geotecnia se manifiesta en dos grandes campos de actuación:
  • 13.
    • EL PRIMERO CAMPO
    • Corresponde a los proyectos y obras de ingeniería
    • donde el terreno constituye el soporte, el material
    • de excavación, de almacenamiento o de
    • construcción.
    • Dentro de este ámbito se incluyen las principales
    • obras de infraestructura, edificación, obras
    • hidráulicas, marítimas, plantas industriales,
    • explotaciones mineras, centrales de energía, etc.
    • La participación de la ingeniería geológica en
    • estas actividades es fundamental al contribuir a
    • su seguridad y economía.
  • 14.
    • EL SEGUNDO CAMPO
    • Se refiere a la prevención, mitigación y
    • control de los riesgos geológicos, así
    • como de los impactos ambientales de las
    • obras públicas, actividades industriales
    • mineras o urbanas.
  • 15. PROYECCION A 30 AÑOS E HIPOTESIS DE RIESGO MAXIMO RATIO BENEFICIO/COSTE: PERDIDAS POR RIESGOS GEOLOGICOS MENOS LAS PERDIDAS SI SE APLICAN MEDIDAS PREVENTIVAS, DIVIDIDAS POR EL COSTE DE LAS MEDIDAS DE PREVENCION
  • 16.
    • Ambos campos tienen un peso importante en el producto bruto interno (PBI) de los países, al estar directamente relacionados con los sectores de las infraestructura, construcción, minería y edificación.
  • 17. EN LOS ALBORES DE LA MODERNIDAD DE LA INGENIERIA CIVIL FRANCIS BACON DIJO ESTAS PALABRAS:
    • OBEDESCAMOS A LA
    • NATURALEZA SI QUEREMOS
    • CONTROLARLA
  • 18.
    • El medio geológico está en continua evolución y
    • los procesos afectan tanto a los materiales
    • rocosos y a los suelos como al medio natural en
    • su conjunto. El antrópico, representado por las
    • ciudades, las infraestructuras, obras publicas,
    • etc., irrumpe con frecuencia en regiones
    • geológicamente inestables modificando, e incluso
    • desencadenando, los procesos geológicos.
  • 19.
    • La búsqueda de soluciones armónicas entre
    • el medio geológico y el antrópico precisa de
    • la consideración previa de ciertos factores
    • diferenciadores entre ambos, cuyo
    • desconocimiento es causa de
    • Interpretaciones erróneas. Entre estos
    • factores destacan:
    • - La escala geológica y la ingenieril.
    • - El tiempo geológico y el antrópico.
    • - El lenguaje geológico y el ingenieril.
  • 20.
    • El profesional de la ingeniería
    • geológica tiene formación científica y
    • técnica aplicada a la solución de los
    • problemas geológicos y ambientales
    • que afectan a la ingeniería, dando
    • respuesta a las siguientes cuestiones:
  • 21.
    • Dónde situar una obra pública o instalación industrial para que su emplazamiento sea geológicamente seguro y constructivamente económico.
    • Por dónde trazar una vía de comunicación o una conducción para que las condiciones geológicas sean favorables.
    • En qué condiciones geológico-geotécnicas debe cimentarse un edificio.
    • Cómo excavar un talud para que sea estable y
    • constructivamente económico.
    • Cómo excavar un túnel o instalación subterránea para que sea estable.
  • 22.
    • Con qué tipo de materiales geológicos puede construirse una presa, terraplén, carretera, etc.
    • A qué tratamientos debe someterse el terreno para evitar o corregir filtraciones, hundimientos, asientos, desprendimientos, etc.
    • En qué tipo de materiales geológicos pueden almacenarse residuos tóxicos, urbanos o radiactivos.
    • Cómo evitar, controlar o prevenir los riesgos geológicos (terremotos, deslizamientos, etc.).
    • Qué criterios geológicos-geotécnicos deben tenerse en cuenta en la ordenación territorial y urbana y en la mitigación de los impactos ambientales.
  • 23. FACTORES GEOLOGICOS Y PROBLEMAS GEOTECNICOS
  • 24.
    • La diversidad del medio geológico y la
    • complejidad de sus procesos hacen que en
    • las obras de ingeniería se deban resolver
    • situaciones donde los factores geológicos
    • son condicionantes de un proyecto.
  • 25.
    • En primer lugar, por su mayor importancia,
    • estarían los riesgos geológicos, cuya
    • incidencia puede afectar a la seguridad o la
    • viabilidad del proyecto. En segundo lugar
    • están todos aquellos factores geológicos
    • cuya presencia condicione técnica o
    • económicamente la obra. Estos factores
    • y su influencia en los problemas
    • geotécnicos se muestran a continuación:
  • 26.
    • INFLUENCIA DE LA LITOLOGIA EN EL COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DEL TERRENO
    • ESTRUCTURAS GEOLOGICAS Y PROBLEMAS GEOTECNICOS
    • EFECTOS DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS RELACIONADOS CON EL AGUA Y SU INFLUENCIA GEOTECNICA
    • INFLUENCIA DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS EN LA INGENIERIA Y EL MEDIO AMBIENTE
  • 27. INFLUENCIA DE LA LITOLOGIA EN EL COMPORTAMIENTO GEOTECNICO DEL TERRENO
  • 28. GRANITOS CON CUARZO, PLAGIOCLASAS Y MICAS LITOLOGIA FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS Rocas duras Minerales duros y abrasivos Abrasividad
  • 29. Rotura en taludes mineros LITOLOGIA FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS   Resistencia media a baja Roturas de Taludes Rocas blandas Minerales alterables Deformabilidad en túneles     Cambio de propiedades con el tiempo
  • 30. LA TORRE INCLINADA DE PISA LA TORRE INCLINADA DE PISA LITOLOGIA FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS Suelos Blandos Resistencia baja a muy baja Asientos en cimentaciones
  • 31. Subsidencia en suelos lacustres afectando a la Basílica de Nª Sª de Guadalupe (Mexico D.C.) LITOLOGIA FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS Suelos Orgánicos y Alta compresibilidad Subsidencia y colapso biogénicos Estructuras metaestables  
  • 32. ESTRUCTURAS GEOLOGICAS Y PROBLEMAS GEOTECNICOS
  • 33. Falla Normal FALLA NORMAL ESTRUCTURAS GEOLOGICAS FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS Fallas y Fracturas Superficies muy continuas : Espesor variable Roturas, inestabilidades acumulación de     tensiones, filtraciones y alteraciones
  • 34. Estratos y Diaclasas ESTRUCTURAS GEOLOGICAS FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS Planos de Estratificación Superficies continuas: poca separación Roturas, inestabilidades y Filtraciones
  • 35. Pliegues en Cuarcitas ESTRUCTURAS GEOLOGICAS FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS Pliegues Superficie de gran continuidad Inestabilidad, filtraciones y tensiones     condicionados a la orientación
  • 36. ESQUISTOS REPLEGADOS ESTRUCTURAS GEOLOGICAS FACTORES CARACTERISTICOS PROBLEMAS GEOTECNICOS foliación, esquistosidad superficies poco continuas y cerradas Anisotropía en función de la orientación
  • 37. EFECTOS DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS RELACIONADOS CON EL AGUA Y SU INCIDENCIA GEOTECNICA
  • 38. DISOLUCION KARST YESIFERO
  • 39. EROSION Y ACARCAVAMIENTO EN PIROCLASTOS
  • 40. INFLUENCIA DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS EN LA INGENIERIA Y EN EL MEDIO AMBIENTE
  • 41. EDIFICIO DESTRUIDO EN EL TERREMOTO DE MEXICO
  • 42. COLADAS DE LAVA EN LA ERUPCION DEL TENEGUIA EN 1971
  • 43. SUBSIDENCIA DEL PALACIO DE BELLAS ARTES, MEXICO D.F.
  • 44. COLMATACION DEL CAUCE QUE REBASA LA CARRETERA Y OBLIGA A ABRIR UN CAUCE ARTIFICIAL.
  • 45. INFLUENCIA DE LOS PROCESOS GEOLOGICOS EN LA INGENIERIA Y EN EL MEDIO AMBIENTE
  • 46. DAÑOS DE CARRETERA POR DESLIZAMIENTO
  • 47. SUBSIDENCIA POR EXTRACCIÓN DE AGUA DE POZOS Y A FAVOR DE FALLAS ACTIVAS
  • 48. LA ROTURA DE LA PRESA DE AZNALCOLLAR: UN EJEMPLO DE FALLO GEOLOGICO-GEOTECNICO DE GRAVES CONSECUENCIAS ECOLÓGICAS
    • La presa de residuos mineros de Aznalcóllar
    • (Sevilla), propiedad de la empresa Boliden-Apirsa,
    • tenía 28 metros de altura cuando se produjo su
    • rotura el 25 de abril de 1998.Tres años antes se
    • comprobó su estado de seguridad, y tanto la
    • propiedad como los responsables del proyecto
    • confirmaron que cumplía todos los requisitos,
    • conclusión que fue reafirmada 5 días antes del
    • desastre.
  • 49. LA ROTURA DE LA PRESA DE AZNALCOLLAR: UN EJEMPLO DE FALLO GEOLOGICO-GEOTECNICO DE GRAVES CONSECUENCIAS ECOLÓGICAS
    • La rotura del dique de contención produjo un vertido de
    • 4,5 Hm 3 de líquidos y Iodos hacia el río Agrio, y de ahí al
    • Guadiamar, afluente del Guadalquivir, que anegó las tierras
    • circundantes, ocasionando una contaminación por aguas
    • ácidas con diversos contenidos en metales pesados,
    • afectando a todo el ecosistema circundante, incluso el
    • Parque Nacional de Doñana.
    • La presa estaba apoyada sobre la formación miocena
    • conocida como margas azules, constituidas por arcillas
    • de plasticidad alta, muy sobreconsolidadas y con
    • abundantes superficies de corte o slickensides en su
    • interior.
  • 50.  
  • 51. LA ROTURA DE LA PRESA DE AZNALCOLLAR: UN EJEMPLO DE FALLO GEOLOGICO-GEOTECNICO DE GRAVES CONSECUENCIAS ECOLÓGICAS
    • Las margas azules han sido muy bien estudiadas y se
    • conocen los problemas de inestabilidad que ocasionan,
    • sobre todo en taludes de carreteras y ferrocarriles. Cuando
    • entran en contacto con el agua y se generan altas
    • presiones intersticiales a lo largo de las citadas
    • superficies, su resistencia puede ser muy baja. Según los
    • informes periciales .la rotura del dique se debió a un fallo
    • del sustrato de margas, deslizando la cimentación de la
    • Presa. Es evidente que los factores geológico-geotécnicos
    • que ocasionaron la rotura no se tuvieron en cuenta
    • adecuadamente y que tampoco los sistemas de control del
    • sistema presa-terreno fueron operativos, cuestiones
    • fundamentales en ingeniería geológica.
  • 52.  
  • 53. METODOS Y APLICACIONES EN INGENIERIA GEOLOGICA
  • 54.
    • La ingeniería geológica tiene sus fundamentos en
    • la geología y en el comportamiento mecánico de
    • los suelos y las rocas. Incluye el conocimiento de
    • las técnicas de investigación del subsuelo, tanto
    • mecánicas como instrumentales y geofísicas, así
    • como los métodos de análisis y modelación del
    • terreno. La metodología de estudio responde en
    • términos generales indicados en el Proceso
    • Metodológico siguiente :
  • 55. Proceso metodológico
  • 56.
    • Identificación de materiales y procesos. Definición de la geomorfología, estructura, litología y condiciones del agua subterránea.
    • Investigación geológica-geotécnica del subsuelo.
    • Distribución espacial de materiales, estructuras y discontinuidades.
    • Condiciones hidrogeológicas, tensionales y ambientales.
  • 57.
    • Caracterización de propiedades geomecánicas, hidrogeológicas y químicas.
    • Caracterización de los materiales geológicos utilizados en la construcción, extracción de recursos naturales y trabajos de protección medioambiental.
    • Comportamiento geológico-geotécnico bajo las condiciones del proyecto.
  • 58.
    • Evaluación del comportamiento mecánico e hidráulico de suelos y macizos rocosos. Predicción de los cambios de las anteriores propiedades con el tiempo.
    • Determinación de los parámetros que deben ser utilizados en los análisis de estabilidad para excavaciones, estructuras de tierras y cimentaciones.
  • 59.
    • Evaluación de los tratamientos del terreno
    • para su mejora frente a filtraciones, asientos,
    • inestabilidad de taludes, desprendimientos,
    • hundimientos, etc.
    • 11. Consideraciones frente a riesgos geológicos e impactos ambientales.
    • 12. Verificación y adaptación de los resultados
    • del proyecto a las condiciones geológico - geotécnicas encontradas en obra. Instrumentación y auscultación.
  • 60.
    • Para el desarrollo completo de dicha
    • secuencia metodológica deben definirse
    • tres tipos de modelos :
    • - Modelo geológico.
    • - Modelo geomecánico.
    • - Modelo geotécnico de comportamiento .
  • 61. EL MODELO GEOLÓGICO Representa la distribución espacial de los materiales, estructuras tectónicas, datos geomorfológicos e hidrogeológicos, entre otros, presentes en el área de estudio y su entorno de influencia
  • 62. EL MODELO GEOMECÁNICO
    • Representa la caracterización geotécnica e hidrogeológica
    • de los materiales y su clasificación geomecánica.
  • 63. EL MODELO GEOTÉCNICO DE COMPORTAMIENTO
    • Representa la respuesta del terreno durante la construcción
    • y después de la misma.
    DURANTE LA CONSTRUCCION DESPUES DE LA CONSTRUCCION
  • 64.
    • Esta metodología constituye la base de las
    • siguientes aplicaciones de la ingeniería geológica
    • a la ingeniería civil y al medio ambiente:
    • - Infraestructuras para el transporte.
    • - Obras hidráulicas, marítimas y portuarias.
    • - Edificación urbana, industrial y de servicios.
    • - Centrales de energía.
    • - Minería y canteras.
    • - Almacenamientos para residuos urbanos,
    • industriales y radiactivos.
    • - Ordenación del territorio y planificación
    • urbana.
    • - Protección civil y planes de emergencia .
  • 65. SUELO
  • 66. ORIGEN Y FORMACION DE LOS SUELOS
  • 67.
    • Los suelos tienen su origen en los
    • macizos rocosos preexistentes que
    • constituyen la roca madre, sometida
    • a la acción ambiental disgregadora de
    • la erosión en sus tres facetas:
  • 68. Faceta Física
    • Debida a cambios térmicos (lo que origina dilataciones diferenciales entre los diferentes minerales y da lugar a acciones y fisuras internas) y a la acción del agua (arrastres de fragmentos ya erosionados; posible acción directa por congelación, que produce tensiones internas por el aumento de volumen del hielo respecto al agua; acción alternante de humedad-sequedad a lo largo del tiempo, etc.).
  • 69.
    • Estas acciones físicas tienden a romper la roca inicial y a dividida en fragmentos de tamaño cada vez más pequeño, que pueden ser separados de la roca por agentes activos (agua, viento, gravedad) y llevados a otros puntos en los que continúa la acción erosiva. Es decir, tienden a crear las partículas que van a formar el suelo.
  • 70. Faceta Química
    • Originada por fenómenos de hidratación (por ejemplo, paso de anhidrita o sulfato hemihidratado a yeso o sulfato
    • dihidratado), disolución (de sales, como los sulfatos en el agua), oxidación (de minerales de hierro por efecto
    • ambiental), cementación (por agua conteniendo carbonatos previamente disueltos a partir de otra roca), etc.
  • 71.
    • Esta acción, por lo tanto, tiende tanto a disgregar como a cementar, lo que quiere decir que puede ayudar a la acción física y, posteriormente, cementar los productos
    • formados, dando unión química a las partículas pequeñas, tamaño suelo, que se forman, aunque la mayor parte de las veces contribuye más a destruir y transformar que a unir .
  • 72. Faceta Biológica
    • Producida por actividad bacteriana, induciendo putrefacciones de materiales orgánicos y mezclando el producto con otras partículas de origen físico-químico, actuando de elemento catalizador, etc.
  • 73.
    • Todo ello da lugar a fenómenos de disgregación
    • (alteración o meteorización) y transformación de
    • la roca, creándose el perfil de meteorización
  • 74.
    • En este perfil la roca madre ocupa la parte más baja y alejada de la superficie, y el suelo la más alta. Cuando el suelo permanece in situ sin ser transportado, se le conoce como suelo residual, y cuando ha sufrido transporte, formando depósitos coluviales, aluviales, etc., se
    • denomina suelo transportado.
  • 75. FERFIL DE METEORIZACION O INTEMPERIZACION
  • 76.
    • A continuación se resumen los
    • distintos procesos que intervienen en la
    • formación de los suelos, caracterizados por :
  • 77.
    • Ser un sistema particulado de sólidos de
    • diverso origen, que pueden considerarse
    • indeformables.
    • Tener una granulometría de gruesos
    • (centímetros) a finos (micras); las
    • partículas más finas (por debajo de las 2 ó
    • 5 micras) necesitan procesos
    • físico-químicos para su constitución; las
    • de mayor tamaño solo necesitan
    • procesos físicos, aunque pueden
    • intervenir los químicos
  • 78.
    • Una estructura y fábrica en función del origen de los minerales, agentes cementantes, medio de deposición transformaciones químicas, etc.
    • Presencia importante de huecos (o poros o intersticios), con agua (suelo saturado), aire y agua (semisaturado) o solo aire (seco), situación prácticamente inexistente en la naturaleza. El fluido intersticial se considera, a la temperaturas normales, incompresible.
    • - Las deformaciones del conjunto del suelo se producen por giros y deslizamientos relativos de las partículas y por expulsión de agua; solo en raras ocasiones se producen por roturas de granos.
  • 79. Formación de los suelos
  • 80. LOS SUELOS
    • La acción antrópica, en el entorno geográfico, altera
    • las condiciones del medio natural cuando se realizan
    • excavaciones, explanaciones, aplicación de cargas al
    • terreno, etc. La respuesta del terreno frente a esa
    • alteración depende de su constitución y características,
    • de los condicionantes geológicos del entorno, de las
    • propiedades que están relacionadas con las actuaciones
    • humanas y del acomodo de la obra realizada al entorno
    • natural. La respuesta del terreno, por lo tanto, es compleja,
    • dependiendo en primer lugar del material o materiales
    • preexistentes en la zona y del tipo de acciones a que se le
    • someta
  • 81.
    • Si el terreno es un macizo rocoso, la respuesta
    • vendrá condicionada por la resistencia de la roca,
    • la presencia de zonas alteradas, las
    • discontinuidades, etc. Pero si se trata de suelos,
    • es decir, materiales sueltos fruto de la erosión
    • ejercida sobre rocas pre-existentes y depositados
    • por acción del agua o del aire, la respuesta
    • cambia sustancialmente, así :
  • 82.
    • Los suelos están formados por partículas
    • pequeñas (desde micras a algunos centímetros) e individualizadas que, a efectos prácticos, pueden considerarse indeformables.
    • Entre partículas no cementadas (o ligeramente
    • cementadas) quedan huecos con un volumen
    • total del orden de magnitud del volumen
    • ocupado por ellas (desde la mitad a varias veces
    • superior).
  • 83.
    • Un suelo es un sistema multifase (bifase
    • o trifase).
    • Los huecos, poros o intersticios pueden
    • estar llenos de agua, suelos saturados, o
    • con aire y agua, suelos semisaturados, lo
    • que condiciona el conjunto del material.
    • En condiciones normales de presión: y
    • temperatura, el agua se considera
    • incompresible.
  • 84. SUELO
    • Se le define como un agregado de minerales, unidos por fuerzas débiles de contacto, separables por medios mecánicos de poca energía o por agitación en agua .
  • 85. DESCRIPCION Y CLASIFICACION DE SUELOS El suelo como sistema particulado
  • 86. DESCRIPCION Y CLASIFICACION DE SUELOS El suelo como sistema particulado
  • 87. DESCRIPCION Y CLASIFICACION DE SUELOS El suelo como sistema particulado