1. República Bolivariana de Venezuela.
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior.
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño,
Maturín Edo. Monagas.
Profesor.
Ing. Graciela Maldonado Bachiller:
Dayaumary Villarroel.
C.I. 17.722.694
2. INTRODUCCIÓN.
La Geología es la ciencia que persigue la comprensión del planeta Tierra. El
objetivo es comprender el origen de la tierra y su evolución a lo largo del tiempo.
Por tanto, procurar ordenar cronológicamente los múltiples cambios físicos y
biológicos que han ocurrido en el pasado geológico.
Entender la tierra constituye un reto, porque nuestro planeta es un cuerpo
dinámico con muchas partes que interaccionan y una historia larga y compleja. La
Geología se percibe como una ciencia que se realiza en el exterior, lo cual es
correcto. Una gran parte de la geología se basa en observaciones y experimentos
llevados a cabo en el campo. Pero la geología también se realiza en el laboratorio.
Con frecuencia la geología requiere una comprensión y una aplicación del
conocimiento y los principios de la física, la química y la Biología.
3. DESARROLLO.
GEOLOGÍA.
La geología estudia la composición y constitución de la corteza terrestre, los
fenómenos en que esta acaece y las leyes físicas y químicas por la que se rigen.
La geología investiga la historia y evolución de las actividades de la tierra
de los tiempos más remotos hasta el momento actual, la composición, disposición
y origen de las rocas y los minerales que forman la corteza terrestres y los
procesos que han dado lugar a su presente estructural.
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA GEOLOGÍA.
Uniformismo: Las leyes de la física son inmutables y universales.
Actualismo: Las mismas causas producen los mismos efectos. Las
leyes no varían con el tiempo salvo su intensidad y periocidad.
Ciclos Geológico: La tierra está en constante evolución debido a:
1. Fenómenos Geodinámicos Internos: Diastrofismo (deformación de la
corteza), volcanes, terremotos, orogenias. Calor interno, positivos porque
se producen montañas.
2. Fenómenos Geodinámicos Externos: Erosión, transporte,
sedimentación, energía sola. Son negativos porque arrasan con
montañas.
Sucesos Geológicos: Cualquier variación con la tierra constituye un
suceso geológico. Se produce un fenómeno geológico cualquiera en un
tiempo, en un espacio con ambiente determinado y con un consumo de
energía. La unidad de tiempo en geología son millones de años debido a
que los procesos son lentos excepto algunos.
Cronología Absoluta: Indica el tiempo transcurrido desde que se
produce un suceso hasta el momento que se mide.
Cronología Relativa: Establece el orden cronológico en que se produce
los procesos, basados en:
4. 1. Principio de superposición normal. Horizontabilidad inicial.
2. Un suceso es posterior a estratos a los que afecta y anterior a los no
afectados por él.
3. Sucesión faunística.
4. Fósil característico (abundante, gran dispersión y evolución rápida).
GEOLOGIA APLICADA A LA INGENERIA.
Es la ciencia dedicada a la investigación, estudio y solución de problemas
de la ingeniería y ambientales que surgen como resultado de la interacción entre
la geología, las obras y actividades del hombre, así como la predicción y desarrollo
de medidas para la prevención o remediación de peligros geológicos.
Es el conjunto de conocimientos geológicos relacionados con la ingeniería,
es decir, las implicaciones del terreno, su naturaleza, estado físico y tensional que
tiene por las obras realizadas por el hombre y los fenómenos naturales que
pueden afectarlas.
GEOLOGÍA EN OBRA HIDRÁULICAS.
La geología se utiliza de diversas formas en obras hidráulicas entre las
cuales podemos mencionar las siguientes:
POZOS DE PUNTO CAPTACIÓN.
La mayoría de los problemas de drenaje en los trabajos de ingeniería civil
no tienen la magnitud de otros proyectos. Por fortuna, se dispone de otros medios
para madeja el agua freática en trabajos pequeños. Estos métodos implican el uso
de pozos de captación. El sistema se compone básicamente de una bomba
especial y varios pozos de punta de captación para abatir el nivel de agua freática
bajo el nivel de la excavación más profunda; así el material que se ve a excavarse
es comportamiento es incierto, al sólido; de esta manera se facilita el avance de la
excavación y se elimina los problemas causado por el agua. El control del agua
freática en la obras de construcción urbana, también es de vital importancia, y solo
5. puede ser efectuado con base en un estricto conocimiento de la capa subyacente
local de una detallada geología urbana.
CENTRALES HIDROELÉCTRICAS SUBTERRÁNEAS.
La idea de situar centrales hidroeléctrica o de bombeo subterráneas es casi
tan conocida, que han dejado de ser novedad en el diseño. Estos es un desarrollo
que tuvo lugar a partir de la segunda guerra mundial; aunque a fines del siglo XIX,
una de las primeras centrales eléctrica o hidroeléctrica canadienses en niágara
falls utilizo el subsuelo en un cierto grado. Las turbinas impulsada por agua se
situaron en el fondo de unas excavaciones circulares profundas y se conectaron
con los generadores situados en la superficie por medio de flechas de acero, y por
eso, esta no puede ser considera completamente subterránea.
CIMENTACIÓN DE PRESAS.
La construcción de una presa almacenadora de agua altera más las
condiciones naturales que cualquiera otra obra de la ingeniería civil. Esta es
importante por la función que desempeñan: en el almacenamiento de agua para el
suministro de avenidas, recreación o irrigación.
OBRA DE CONTROL FLUVIAL.
Desde hace más de 3000 años el hombre ha tratado de amansar algunos
de los grandes ríos del mundo. Las primeras obras de ingeniería civil fueron con
toda probabilidad las de control fluvial. La obras fluvial es esencia la regulación de
la corriente natural del río dentro de un curso bien definido, generalmente el que
suele ocupar la corriente. Ya que la desviación del curso probablemente ocurrirá
durante los periodos de caudal de avenida, la obra de control consiste en regular
la avenida.
6. GEOLOGÍA EN OBRAS VIALES.
La geología en obra viales juega un papel muy importante pues la mayoría
de las carreteras, túneles, y demás obras viales utilizan la geología para realizar
estudio de suelo de los terrenos que se utilizaran para dichas obras. Ahora
veremos algunos ejemplos donde se aplica la geología:
PERFORACIÓN DE LUMBRERAS.
Una de las partes más especializadas en las excavaciones abiertas es la
perforación de lumbreras para el acceso de trabajos de túneles. Existe una
experiencia abundante que nos ofrece la industria minera; por cierto, la perforación
de lumbreras es una operación de construcción compartida por los ingenieros
civiles y los de minas, pues muchas de las galerías de las grandes minas son
obras de contratistas en ingeniería civil y muchos ingenieros mineros se les
consulta acerca del problema con lumbreras en obras civiles.
CIMENTACIÓN DE PUENTES.
Como antecedente necesario deberá recalcarse la gran importancia de la
geología en la cimentación de los puentes. Por muy científicamente que esté
diseñada una columna de un puente, en definitiva el peso total del puente y las
cargas que soporta deberán descansar en el terreno de apoyo. Para el ingeniero
estructural las columnas y los estribos de un puente no son realmente
“interesantes”. Sin embargo, debe prestarles un interés más que pasajero, ya que
muy menudo el diseño de las cimentaciones compete al ingeniero estructural
responsable del diseño de la superestructura.
CAMPOS DE AVIACIÓN.
El crecimiento de la aviación civil ha sido extraordinario en los últimos
siglos; y es en este por su extensión en donde la geología no es tan determinante
como en otros tipos de construcciones. Los campos de aviación modernos tienen
7. que ser áreas muy grandes y bastante planas sin serios impedimentos para volar
en los alrededores.
CARRETERAS.
Son contadas las obras de ingeniería civil que guardan relación tan
estrechamente con la geología como las carreteras. Se puede esperar que todo
proyecto de carreteras importante encuentre una gran variedad de condiciones
geológicas, puesto que se extienden grandes distancias. Aunque será extraño que
una carretera requiera actividades constructivas en las profundidades del
subsuelo, los cortes que se realizan para lograr las gradientes uniformes que
demandan las autopistas modernas proporcionan por necesidad una multitud de
oportunidades de observar la geología. No sólo es atractivo para los conductores,
sino que también revelan detalles de la geología local que de otro modo serían
desconocidos.
GEOLOGÍA EN EDIFICACIONES.
La geología en las edificaciones constituye la zapata en la cual se apoyan
todas las edificaciones existentes en la actualidad, pues, se debe realizar siempre
un estudio del suelo sobre la cual nosotros los ingenieros civiles debemos
construir. Si no se realizan los estudios del suelo debido la mayoría de las
edificaciones con el tiempo pueden tener problemas los cuales son muy difíciles
de reparar estando ya la edificación terminada. Ahora veremos un ejemplo de la
explotación de canteras para conseguir la piedra para las edificaciones.
LAS ROCAS.
Las rocas son agregados naturales presentes en la Tierra en masas de
grandes dimensiones. Estas rocas están formadas por uno o más minerales. En
cualquier roca pueden existir minerales principales, por los cuales se clasifican, y
otros accesorios, cuya presencia no es decisiva para dicha clasificación. También
tenemos rocas compuestas por un solo mineral. Existen diferentes tipos de rocas
8. que pueden ser divididas o clasificadas en tres grandes grupos según su origen:
ígneas, metamórficas y sedimentarias.
CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS.
Las rocas son los materiales primordiales de los que están hechos el manto
y la corteza terrestre y las partes equivalentes de otros cuerpos planetarios
semejantes. Las rocas están formadas generalmente por varias especies
mineralógicas (rocas compuestas), y rocas constituidas por un solo mineral (rocas
monominerálicas). Las rocas suelen ser duras, aunque también pueden ser
blandas, como las rocas arcillosas o las arenas.
La composición de las rocas puede estar determinada por los minerales
esenciales o los minerales accesorios. Los minerales esenciales son aquellos que
caracterizan la composición de determinada roca, los que tienen en mayor
abundancia. Un ejemplo es el granito, que siempre tiene cuarzo, feldespato y
mica. Por otro lado, los minerales accesorios son los que aparecen en pequeña
proporción en la roca o pueden estar ausentes, por lo que no alteran la
clasificación de la misma. Por ejemplo, el granito puede contener zircón y apatito
en menor proporción.
Para la clasificación de las rocas se pueden tomar criterios como la
composición química, la textura, la permeabilidad, entre otros, aunque el criterio
más utilizado es el origen de las mismas, o sea, la manera en que se formaron.
DUREZA DE LAS ROCAS.
La dureza es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la
penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, y las deformaciones permanentes
entre otras.
Al tratar de establecer comparaciones de dureza con valores absolutos y
más precisos, se crearon métodos y escalas que, por lo general, adoptaron el
nombre de su creador, entre ellas están:
Escala de Mohs.
9. Es una relación de diez minerales ordenados por su dureza, de menor a
mayor. Se utiliza como referencia de la dureza de una sustancia. Fue propuesta
por el geólogo alemán Friedrich Mohs en 1825 y se basa en el principio de que
una sustancia cualquiera puede rayar a otras más blandas, sin que suceda lo
contrario.
Escala de Rosiwal.
La escala de Rosiwal debe su nombre al ilustre geólogo austriaco August
Karl Rosiwal. La escala Rosiwal basa su medición en valores absolutos, a
diferencia de la escala de Mohs cuyos valores relativos son más apropiados para
la investigación de campo (in situ).
Escala de Knoop.
10. Es una prueba de microdureza, un examen realizado para determinar la
dureza mecánica especialmente de materiales muy quebradizos o láminas finas,
donde solo se pueden hacer hendiduras pequeñas para realizar la prueba.
CLASIFICACIÓN DE LOS TIPOS DE ROCAS.
Existen tres grupos o tipos de rocas en los que pueden ser divididas según
su origen. Las rocas están clasificadas en:
Ígneas: Se forman cuando el magma (rocas fundidas) se enfría. Esto
puede ocurrir rápidamente en la superficie o lentamente en el interior de la
corteza terrestre cuando hay actividad volcánica. Esto origina grandes
masas de rocas llamadas plutónicas.
Metamórficas: Están formadas a partir de otras rocas. Se forman por la
acción de extraordinarias presiones y temperaturas que las transforman.
Sedimentarias: Se forman en la superficie terrestre cuando los materiales
se depositan formando capas o estratos. Se les conoce como detríticas
cuando se forman a partir de trozos de otras rocas, y químicas y orgánicas
11. si son formadas a partir de precipitación de compuestos químicos o
acumulación de restos de seres vivos.
TIPOS DE ROCAS ÍGNEAS.
Rocas plutónicas: Se forman al enfriarse el magma lentamente en el
interior de la Tierra. Como el enfriamiento del magma es muy lento los
minerales disponen de tiempo para crecer, por lo que las rocas presentan
cristales relativamente grandes. Son rocas densas y sin huecos. Los
granitos son las rocas plutónicas más comunes, compuestas de los
minerales cuarzo, feldespato y micas.
Rocas volcánicas: Se forman cuando el magma se enfría en la superficie
de la Tierra, a baja temperatura y presión. Como el enfriamiento es muy
rápido los cristales no tienen mucho tiempo para formarse y crecer, por lo
que las rocas están constituidas por una masa de cristales de pequeño
tamaño o bien materia amorfa sin cristalizar. Tienen un aspecto esponjoso.
Un ejemplo común es el basalto.
Rocas filonianas: Estas pueden cristalizar en el interior de grietas o
fracturas en las que las presiones y temperaturas no son tan elevadas
como las que soportan las rocas plutónicas durante su formación, ni tan
bajas como las de las rocas volcánicas.
TIPOS DE METAMORFISMO.
Metamorfismo de contacto o térmico: Donde la metamorfosis se produce
por acción térmica y por presión de carga, ésta última representada por el
peso que tienen que soportar los sedimentos. Las cuarcitas se originan a
través de este proceso mediante la transformación térmica de las areniscas
(rocas metamórficas). Las pizarras también son otro ejemplo, éstas son
producto de la transformación de las margas (arcilla con elevado porcentaje
de carbonato de calcio, 70%).
12. Metamorfismo regional o dinámico: La metamorfosis se produce cuando
las rocas son sometidas a altas presiones lo que produce alargamientos o
acortamientos. Esto hace que los componentes minerales presenten una
orientación aplanada o alargada. Ejemplo de estas transformaciones se
observan en algunos minerales como micas, anfíboles y cloritas que se
orientan en posiciones paralelas al plano de alargamiento de la roca, en
láminas o agujas, formando las rocas metamórficas foliadas. Estos cambios
se producen a temperaturas de 800 a 1000 ºC.
TIPOS DE ROCAS SEDIMENTARIAS.
Detríticas: Se forman a partir de la sedimentación de trozos de otras rocas
después de una fase de transporte. Se clasifican de acuerdo a los tamaños
de los trozos que las componen.
Conglomerados: Están constituidas por trozos de tamaño grande.
Areniscas: Poseen granos de tamaño intermedio.
Limos y arcillas: poseen trozos muy pequeños.
Químicas y orgánicas: se forman a partir de la precipitación de
determinados compuestos químicos en soluciones acuosas o bien por
acumulación de sustancias de origen orgánico. Un ejemplo de esta roca es
la roca caliza, formada en su mayor parte por restos de organismos como
corales, algas, etc. Los carbones y petróleos son rocas sedimentarias
orgánicas, originadas a partir de la acumulación de restos de materia
orgánica.
LA ROCA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN.
a) Como agregados (áridos): Arena, piedra picada, polvo de roca (equivale
entre el 75% al 85% el volumen de las estructuras de pavimentos).
1. Agregados naturales: Gravas y arenas.
13. 2. Procesados: han sido triturados y tamizados antes de ser usados. Por
ejemplo las gravas naturales son trituradas y los fragmentos de roca se
reducen de tamaño.
b) Como piedra de construcción: Las rocas de las que se pueden extraer
áridos son: rocas calcáreas, rocas ígneas y metamórficas (granito, basalto y
cuarcita).
c) Confección de hormigones (concreto) y morteros.
1. Hormigón (piedra picada, grava y arena y corresponde al 80%, cemento,
agua y aditivos).
2. Morteros (cemento, arena y agua).
d) Balastos de vías férreas.
Piedra donde se colocan los durmientes, evita que nazca la vegetación,
distribución de las cargas, colchón de plasticidad.
Materiales: piedra caliza triturada, ya que era muy abundante, pero hoy en
día se usan piedras más duras, como el granito o la gravilla.
El tamaño del balasto está entre 2,5 y 6 cm.
El balasto sujeta la vía en su emplazamiento y le proporciona el drenaje
adecuado, a la vez que reparte la presión bajo la traviesa para impedir que el
subsuelo blando se dañe con el peso de los trenes.
e) Base y sub-bases de carreteras.
Las bases y sub-bases son capas de material pétreo adecuadamente
seleccionadas para traspasar las cargas de la carpeta de rodadura a la sub-
rasante (Infraestructura). Puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con
la profundidad, la ubicación de estos materiales dentro de la estructura de un
pavimento (superestructura), está dada por las propiedades mecánicas de cada
una de ellas.
La sub-base: Es la capa granular localizada entre la sub-rasante y la base
en pavimentos flexibles o rígidos y ocasionalmente, sobre todo en pavimentos
rígidos, se puede prescindir de ella.
14. La base: Capa sobre sub-base o sub-rasante destinada a sustentar la
estructura del pavimento. Es la capa que recibe la mayor parte de los esfuerzos
producidos por los vehículos. Regularmente esta capa además de la
compactación, necesita otro tipo de mejoramiento (estabilización) para poder
resistir las cargas del tránsito sin deformarse y además transmitirlas en forma
adecuada a las capas inferiores.
f) Para terraplenes de presas de tierra.
g) Elaboración de cemento (calizas trituradas).
h) Rellenos: Escolleras, pedraplén, terraplén
SUELOS.
Se conoce como suelo la parte superficial de la corteza terrestre,
conformada por minerales y partículas orgánicas producidas por la acción
combinada del viento el agua y procesos de desintegración orgánica.
Los suelos no siempre son iguales cambian de un lugar a otro por razones
climáticas y ambientales, de igual forma los suelos cambian su estructura, estas
variaciones son lentas y graduales excepto las originadas por desastres naturales.
El suelo está formado por varios componentes: rocas, arena, arcilla, humus
o materia orgánica en descomposición, minerales y otros elementos en diferentes
proporciones.
El conjunto de alteraciones que sufren las rocas, hasta llegar a constituir el
suelo, se denomina, meteorización; proceso que consiste en el deterioro y la
transformación que se produce en la roca al fragmentarse por acción de factores
físicos, químicos, biológicos y geológicos.
TIPOS DE SUELO.
Suelos arenosos: están formados principalmente por arena. Son suelos
que no retienen agua. Tienen muy poca materia orgánica y no son aptos
para la agricultura.
15. Suelos arcillosos: principalmente están formados por arcilla, de granos
muy finos color amarillento, retienen el agua formando charcos. Si se
mezclan con humus pueden ser buenos para cultivar.
Suelos calizos: tienen abundancia de sales calcáreas. Son de color
blanco, son secos y áridos y no son buenos para la agricultura.
Suelos pedregosos: formados por rocas de todos los tamaños. No
retienen el agua y no son buenos para el cultivo.
Suelos fumíferos: en su composición abunda la materia orgánica en
descomposición o descompuesta (humus). Son de color oscuros, retienen
bien el agua y son buenos para los cultivos.
ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS SUELOS.
Los suelos tienen su origen en los macizos rocosos preexistentes que
constituye la roca madre, sometida a la acción ambiental disgregadora de la
erosión en sus tres facetas:
Física: Debido a cambios térmicos y a la acción del agua (arrastre de
fragmentos ya erosionados). Estas acciones físicas tienden a romper la
roca inicial y a dividirla en fragmentos de tamaño cada vez más pequeños,
que pueden ser separados de la roca por agentes activos (agua, viento y
gravedad) y llevándolos a otros puntos en los que continua la acción
erosiva. Es decir, tiende a crear las partículas que van a formar el suelo.
Química: Originadas por fenómenos de hidratación, disolución oxidación,
cementación. Esta acción, tiende por lo 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 forma, aunque la mayor parte de las veces
contribuye mas a destruir y transformar que unir.
1. Hidratación: Es aquella reacción en la que se produce la incorporación de
agua a un compuesto.
16. 2. Disolución: Describe un sistema en el cual una o más sustancias están
mezcladas en forma homogénea en otra sustancia.
3. Oxidación: Es de gran importancia para los procesos de meteorización,
formación de diversos suelos y procesos biológicos.
4. Cementación: Es un tratamiento termoquímico.
Biológica: Producida por actividad bacteriana, induciendo a la putrefacción
de materiales orgánicos y mezclando el producto con otras partículas de
origen físico-químico.
HORIZONTES DE LOS SUELOS.
Se define como horizontes a las capas que forman el suelo. El perfil de un
suelo ideal comprende los siguientes horizontes:
Horizonte A: Llamado también horizonte lavado por estar expuestos a la
erosión y lavado por la lluvia. Es la capa más superficial del suelo, abundan
las raíces y se pueden encontrar los microorganismos animales y
vegetales, es de color oscuro debido a la presencia de humus.
Horizonte B: Recibe también el nombre de horizonte de precipitación, ya
que aquí se acumulan las arcillas que han sido arrastradas por el agua del
horizonte , es de color más claro del anterior y está constituido por humus
mezclado con fragmentos de rocas.
Horizonte C: Se le conoce como Subsuelo o Zona de Transición, está
formado por la roca madre fragmentada en procesos de desintegración.
Horizonte D: Es la capa más profunda del suelo, está formado por la raca
madre fragmentada; por lo que también recibe el nombre de Horizonte R.
¿QUÉ NOS PERMITE LA GEOLOGÍA COMO ING. CIVIL?
Conocer el funcionamiento global de la tierra a nivel de procesos internos
(endógenos) y superficiales (exógenos).
17. Entender los procesos relacionados con la deformación dúctil y frágil de las
rocas, que condicionan el comportamiento mecánico de los macizos
rocosos.
Ser capaz de interpretar un mapa geológico sencillo y comprender su
utilidad para la ubicación y el trazado de obras civiles.
Reconocer en campo y laboratorio los distintos tipos de rocas.
Conocer e interpretar en términos genéticos las principales formas del
relieve y su importancia para la ordenación del territorio.
Entender la influencia del clima sobre el relieve y su control sobre los
principales procesos geomorfológicos.
Conocer la importancia del agua en el modelado del relieve.
Ser capaz de evaluar la peligrosidad asociada a los procesos geológicos
superficiales.
18. CONCLUSIÓN.
Los recursos representan otro importante foco de la Geología, que es de
gran valor práctico para las personas. Estos recursos son el agua y el suelo, una
gran variedad de minerales metálicos y no metálicos, y la energía. En conjunto,
forman la verdadera base de la civilización moderna. La Geología aborda no sólo
la formación y la existencia de estos recursos vitales, sino también el
mandamiento de sus existencias y el impacto ambiental de su extracción y su uso.
No sólo los procesos geológicos tienen un impacto sobre las personas, sino
que nosotros, los seres humanos podemos influir de forma notable en los
procesos geológicos también. Por ejemplo, las crecidas de los ríos son algo
natural, pero las actividades humanas, como aclaramientos de bosques,
construcción de ciudades y construcciones de embalses, pueden cambiar su
magnitud y frecuencia. Por desgracia, los sistemas naturales no se ajustan
siempre a los cambios artificiales de maneras que podemos prever. Así, una
alteración en el medio ambiente que se preveía beneficiosa para la sociedad a
menudo tiene el efecto opuesto.
