Estudio de Geología para Ingeniería y Geotecnia. Sobre la ruta seleccionada o posibles rutas a tener en cuenta para e l trazado de una carretera se debe realizar en estudio geológico con el fin de obtener la ubicación de posibles fallas o problemas de estabilidad que se puedan presentar durante o después de la construcción de esta. Este estudio geológico comprende, además de la geología detallada a lo largo y ancho del corredor de la vía en estudio, información sobre la estabilidad de las laderas naturales, comportamiento de los cauces en cuanto a socavación y sedimentación, estudio de los sitios para fuentes de materiales y ubicación de los sitios para la disposición del material de corte. A lo largo del trazado de una carretera se requiere ubicar, diseñar y construir las obras de drenaje para que las diferentes corrientes de agua atraviesen la banca de tal forma que se garantice la estabilidad de esta y se tenga el mínimo efecto sobre el medio ambiente. 

La hidrología se encarga de estudiar el comportamiento, principalmentecaudales y velocidades, de una corriente de agua a partir de parámetros como la topografía, vegetación, área, pluviosidad, etc. Este estudio se realiza en base a planos de restitución a una escala adecuada y sobre los cuales selocalizaran tanto la vía proyectada como las diferentes estaciones hidrometeorológicas e hidrográficas ubicadas en las diferentes cuencas a estudiar. Con el caudal, altura y velocidad obtenidas para cada una de las corrientes que atraviesan el proyecto y de acuerdo a las condiciones físicas del sitio, la hidráulica se encarga de determinar el tipo, forma y tamaño de la obra necesaria. Los estudios de socavación se deben adelantar en los diferentes ponteaderos que requiere la carretera. Se debe estudiar el comportamiento del fondo de ríos y quebradas con el fin de evitar que las fundac iones, estribos y pilas, puedan sufrir alguna desestabilización debido a la d inámica de la corriente. 3. NOCIONES SOBRE TRAZADO DE CARRETERAS En el trazado de una carretera se presentan diferent es etapas, siendo algunas de estas imprescindibles, mientras que otras depende n de factores tales como la topografía, alcances e importancia del proyecto, disponibilidad de recursos, información disponible e inclusive la premura de los diseños. Dada la necesidad de construir una carretera que permita enlazar dos puntos terrestres se debe determinar inicialmente sus características o especificaciones y los puntos intermedios que por razones especiales seconvierten en obligados, llamados puntos de control primario. A partir de este momento se presentan entonces las diferentes fa ses que conforman un proyecto de una carretera. Para evaluar una ruta en el trazado de una carretera se tendrá en cuenta lo siguiente: • Determinar puntos de control secundario: posibles ponteaderos ( cruces favorables de corrientes de agua), depresiones de las c ordilleras, vías existentes, pequeñas poblaciones, bosques, puntos de fallas o pantanos que deben ser evitados. • Hallar pendientes longitudinales y transversales predominantes. • Determinar características geológicas. • Ubicar fuentes de materiales (canteras). • Determinar posibles sitios para la disposición de desechos sólidos ( “botaderos”). • Establecer cantidad, clase y dirección de los diferentes cursos de agua. 

• Establecer condiciones climáticas o meteorológicas. • Observar desde el punto de vista del alineamiento horizontal cual puede arrojar un trazado más suave. 

En la Figura se puede visualizar tres posibles alternativas o rutas para el trazado de una carretera entre los puntos Ay B. La ruta 1 requiere de una estructura para cruzar el río, la ruta 2 requiere dos estructuras aunque presenta una curvatura más suave, mientras que la ru ta 3, aunque con un recorrido un poco mayor, no requiere estructuras. Basados en los resultados de los análisis realizados se determina entonces cual puede ser la ruta o rutas más favorables, con e l fin de desarrollar un estudio más detallado sobre estas, hasta llegar a la solución óptima en términos económicos, técnicos, estéticos, ambientale s y sociales. Las alternativas propuestas como posibles rutas necesariamente no tienen que ser completamente independientes. Puede suceder que parte de una ruta sea compartida con otra. Lo anterior se deba a que habrá zonas que dadas sus características físicas son casi de paso obligado. 

4. ESTUDIOS GEOLÓGICOS PARA EL TRAZADO DE UNA CARRETERA. CALICATAS: Las calicatas, zanjas, rozas, pozos, etc., consisten en excavaciones realizadas mediante medios mecánicos convencionales, que permit en la observación directa del terreno a cierta profundidad, así como la toma de muestras y la realización de ensayos en campo. Tienen la ventaja de que permiten acceder directamente al terreno, pudiéndose observar las variaciones litológicas, est ructuras, discontinuidades, etc., así como tomar muestras de gran tamaño para la r ealización de ensayos y análisis. Las calicatas son uno de los métodos más empleados en el reconocimiento superficial del terreno, y dado su bajo coste y rapidez de realización, constituyen un elemento habitual en cualquier tipo de investigación en el terreno. Sin embargo, cuentan con las siguientes limitaciones: • • • • 

La profundidad no suele exceder de 4m La presencia de agua limita su utilidad. El terreno debe poderse excavar con medios mecánicos. Para su ejecución es imprescindible cumplir las normas de seguridad frente a derrumbes de las paredes, así como cerciorarse de la ausencia d e instalaciones, conclusiones, cables, etc. 

Los resultados de este tipo de reconocimientos se registran en estadillos en los que se indica la profundidad, continuidad de los diferentes niveles, descripción litológica, discontinuidades, presencia de filtraciones, situación de las muestras tomadas y fotografías. 

Calicata: imagen donde podemos observar los diferentes tipos de estratos del suelo. 

CAPÍTULO IV: GEOLOGÍA APLICADA A LA CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS. ESTUDIO DEFINITIVO 

I. 

IMPORTANCIA DE LA GEOLOGÍA EN LA INGENIERÍA CIVIL. 

La ingeniería geológica es la aplicación de los conocimientos y métodos derivados de las diferentes ramas de la geología, a los problemas y procesos de la ingeniería civil. Obras humanas tales como presas, embalses, túneles, carreteras, aeropuertos, minas, y edificios altos o pesados, se construyen en la forma mas satisfactoria cuando previamente se determinan las condiciones geológicas del terreno y se toman en consideración en el diseño y la construcción de estructuras. Los geólogos especialistas en ingeniería civil son consultados sobre la erosión producida por cambios en el curso de ríos que pueden socavar los estribos y pilares de puentes; los posibles daños por desprendimientos de rocas y deslizamientos de tierra en grandes cortes de carreteras; las fundaciones defectuosas en rocas o fallas activas en sitios de presas. 

II. 

ESTUDIO GEOLOGICO DE LA BASE VIAL 

En esta área, desde el punto de vista geotécnico, interesan la caracterización de los materiales que constituirán, principalmente, la capa de cimentación de la nueva estructura y del terreno subyacente hasta una profundidad tal que los esfuerzos inducidos por las cargas de tráfico repetitivas son significativos. con la finalidad de visualizar anticipadamente la posición relativa de la capa subrasante de proyecto y preveer los materiales necesarios que lo constituirán. 

Los estudios geológicos y geotécnicos deben considerar los siguientes aspectos para el diseño adecuado y construcción eficiente de carreteras: A) EN LA CONFORMACIÓN DE TERRAPLENES: • • • • • • • 

Conformación con suelos apropiados. El material de los terraplenes tiende a consolidarse. Es necesaria la compactación enérgica y sistemática. Propiedades del terreno natural de cimentación. Estabilidad de taludes. Problemas de corrimientos o deslizamientos rotacionales. Zonas de capa freática somera. IMPORTANCIA DE LA GEOTECNIA En términos generales, la ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que utiliza métodos científicos para determinar, evaluar y aplicar las relaciones entre el entorno geológico y las obras de ingeniería. Se trata de la aplicación de los conocimientos y prácticas de la geología para la ejecución de cimentaciones de las grandes obras de ingeniería, como construcciones civiles, hidroeléctricas 

B) OTROS PROBLEMAS GEOTÉCNICOS: • • • • • • • • 

Zonas de turbas o de arcillas muy compresibles. Zonas de nivel freático muy superficial. Zonas de rocas alteradas. Erosiones y arrastres de materiales en laderas. Vados (zonas inundables). Carreteras en la proximidad de ríos. Zonas de gran penetración de la helada. Fallas geológicas. 

III. 

MATERIALES DE CONSTRUCCION Y MANTENCION 

USO DE ROCA EN CARRETERAS. La roca constituye un importante material de construcción en carreteras y es el material base para obras como: Escolleras (puentes, accesos). Revestimientos (muros de mampostería, pantallas, etc.). Gaviones (canales, muros, pantallas). Como material seleccionado natural o triturado para hormigones. Para la conformación de Pavimentos flexibles: capa de rodadura, carpeta de mezcla asfáltica en caliente o frío, bermas, capa base conformada por suelos granulares triturados o semi triturados, y capa sub base constituida por suelos granulares seleccionados. TIPOS DE MATERIALES A) MATERIAL DE SUB- BASE Los materiales para sub-base estarán sujetos a los tratamientos mecánicos que lleguen a requerir para cumplir con las especificaciones adecuadas, siendo los más usuales: la eliminación de desperdicios, el disgregado, el cribado, la trituración y en algunas ocasiones el lavado, los podemos encontrar en cauces de tipo torrencial, en las partes cercanas al nacimiento de un río y en los cerros constituidos por rocas andesíticas, basálticas y calizas. Es de gran importancia conocer el tipo de terreno con el que se va a trabajar ya que en base a esto se elige el tipo de maquinaria y el personal suficiente para trabajar en forma adecuada. B) MATERIAL DE BASE El material de base consistirá en materiales granulares en estado natural, o en una combinación de agregados gruesos y finos. Los agregados gruesos, a no ser que se estipule lo contrario en especificaciones particulares, serán de piedra o grava triturada 

IV. 

GEOMORFOLOGÍA, ESTABILIDAD Y RIESGO FÍSICO DE UNA VIA A. Este capítulo describe los caracteres fisiográficos y procesos erosivos de la zona del proyecto, analizando las implicancias geomorfológicas de los diversos aspectos del relieve, como, magnitud, intensidad erosiva, estabilidad y otros, especialmente en lo que concierne a la seguridad de las obras viales, su personal e instalaciones, así como a la conservación del medio ambiente. El estudio se subdivide en dos temas principales, el primero es la evaluación geomorfológica propiamente dicha, y el segundo proporciona una zonificación del área en función de estabilidades y riesgos físicos de cada sector. 

B. FISIOGRAFÍA La descripción fisiográfica del área de estudio incide en los aspectos externos (pendiente, magnitud del relieve, rugosidad, etc.) que suelen ser determinantes para las particularidades del proyecto. La fisiografía es la base de la caracterización geomorfológica, y por ello las formas de tierra se agrupan en conjuntos morfológicos sencillos muy generales, como planicies, relieves colinosos, montañas, etc. En el mapa geomorfológico la presentación fisiográfica parte de dos grandes grupos, denominados planicies y superficies onduladas. Sus características son las siguientes 

C. PLANICIES Y SUPERFICIES ONDULADAS. Como su nombre indica son relieves llanos que incluyen sectores con accidentes topográficos menores. Las planicies y llanuras tienen pendientes que no pasan generalmente de 10 a 15%, Sin embargo, en este conjuntomorfológico se incluyen también zonas algo más accidentadas, donde las pendientes llegan hasta 25%. D. FONDOS DE VALLE Son relieves llanos que forman fajas de terreno alargadas y estrechas, encajonados entre vertientes montañosas, es decir no son relieves amplios y abiertos 

CAPÍTULO V: GEOLOGÍA APLICADA A LA CONSTRUCCIÓN DE VÍAS FÉRREAS, AEROPUERTOS. I. 

CONSTRUCCIÓN DE VÍAS FÉRREAS. 

Se denomina vía férrea a la parte de la infraestructura ferroviaria formada por el conjunto de elementos que conforman el sitio por el cual se desplazan los trenes. Las vías férreas son el elemento esencial de la infraestructura ferroviaria y constan, básicamente, de rieles apoyados sobre traviesas que se disponen dentro de una capa de balasto. Para su construcción es necesario realizar movimiento de suelos y obras complementarias (puentes, alcantarillas, muros de contención, drenajes, etc.). Se completa la infraestructura básica con sistemas de señalización (antes manuales y ahora automáticas) y, en el caso de líneas electrificadas, con el tendido eléctrico que provee de energía a las locomotoras. ELEMENTOS DE LA INFRAESTRUCTURA. 1. APARATO DE VÍA. Un aparato de vía es un dispositivo que permite la ramificación y el cruce de diferentes vías de ferrocarril. Los aparatos de vía están formados por dos elementos básicos: desvíos y travesías. Desvío ordinario. 

Travesía rectangular 

2. BALASTO. Se denomina balasto a un tipo de árido de una granulometría variable entre 40 y 150 mm aproximadamente. Su utilización va desde la construcción hasta aplicaciones industriales. Un uso extendido internacionalmente es en la construcción de vías férreas, aeropuertos. 

Acopio de basalto triturado procedente de la Cantera BATOVÍ, TACUAREMBÓ, URUGUAY una de las mejores canteras de América para la c onstrucción de vías férreas, aeropuertos. El balasto se utiliza generalmente como base de pavimentaciones, tanto de pavimentos continuos como el aglomerado como de pavimentos por piezas, como el adoquinado. De manera similar, el balasto de vía cumple la función de aportar estabilidad a la vía férrea, haciendo que permanezca con la geometría dada durante su construcción. Adicionalmente cumple otras dos funciones importantes: distribuye las presiones que trasmite la vía al terreno, haciendo que sean admisibles para éste, y permite el drenaje del agua de lluvia, evitando que se deteriore el conjunto. 

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS. Ensayo de Desgaste (Los Ángeles) El porcentaje de desgaste de la piedra partida ensayada por el procedimiento de Los Ángeles (Norma ASTM C535, degradación por abrasión de Agregados Grandes), no será mayor del 22% como porcentaje máximo admisible. GRANULOMETRÍA. Granulometría admisible según norma del ferrocarril. La g ranulometría debe permitir el drenaje de la formación y debe proporcionar una t rabazón adecuada entre partículas, de forma que se mantenga la estabilidad de la vía 

3. CATENARIA (FERROCARRIL). En ferrocarriles se denomina catenaria a la línea aérea de alimentación que transmite energía eléctrica a las locomotoras u otro material motor. 

Línea aérea de contacto en la red ferroviaria. Catenaria aérea flexible. La catenaria flexible consiste en dos cables principales, de los cuales el superior tiene aproximadamente la forma de la curva conocida como catenaria y se llama "sustentador"; en algunos países hispanohablantes se denomina también "cable portador". 

Catenaria aérea rígida. L a catenaria rígida se distingue de las otras en que el e lemento que transmite la corriente eléctrica no es u n cable, sino un carril rígido. 

4. ESTACIÓN FERROVIARIA. Una estación ferroviaria o estación de ferrocarril e s una instalación ferroviaria con vías a la que pueden llegar y desde la que se pueden expedir trenes. Se compone de varias vías, con desvíos entre ellas, y se delimita por señales de entrada y salida, adicionalmente son un punto de acceso al ferrocarril de pasajeros y mercancías, aunque no es una condición indispensable para ser una estación. Suelen componerse de andenes junto a las vías y un edificio de viajeros con servicios como venta de billetes y sala de espera. 

5. RAÍL. Se denomina riel, carril, raíl o trillo a cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes y tranvías. Los rieles se disponen como una de las partes fundamentales de las vías férreas y actúan como soporte, dispositivo de guiado y elemento conductor de la corriente eléctrica. 

La característica técnica más importante del ferrocarril es el contacto entre el riel y la rueda con pestaña, siendo sus principales cualidades su material, forma y peso. 

SUBESTRUCTURA. Se denomina subestructura ferroviaria al terreno que se encuentra inmediatamente debajo del balasto o de la plataforma (si es vía en placa) soportando las cargas que estas transmiten, y tiene como función básica proporcionar el apoyo a la superestructura de la vía, de modo que ésta no sufra deformaciones que impidan o influyan negativamente en la explotación, bajo las condiciones del tráfico que determinan el trazado de la vía, gracias a las técnicas de mecánica de suelos y rocas. Por lo tanto, los problemas que la subestructura presenta son determinar su capacidad portante, y conocer las causas y efectos de las deformaciones y asentamientos, para dimensionar el espesor del balasto, y conocer la degradación geométrica de la vía. 

Vía sobre traviesas de madera, con balasto de canto rodado. La calidad de un suelo se define por su naturaleza y su estado, variando sus propiedades de resistencia y deformación. La naturaleza del suelo se establece gracias a la identificación visual, granulometría, sedimentación. 

RESISTENCIA DE DIFERENTES TIPOS DE SUELOS MATERIAL 

TENSIÓN ADMISIBLE (KG/CM2) 

Roca coherente 

4.5 

Banco de cantos rodados grava 

3.5 3 

Arcilla Seca 

2,0 a 2,5 

Arena Fina Grava arcillosa 

1,0 a 1,5 0,8 a 1,0 

Arcilla húmeda Arena con granulometría uniforme 

0,8 a 1,0 0,4 a 0,6 

Arcilla semi_resistente Arcilla blanda 

0,3 a 0,4 0,2 a 0,3 

De acuerdo con los factores que influyen en la capacidad portante de la plataforma el problema tiene una complejidad notable. En Europa se ha establecido por cálculos tanto teóricos como experimentales, que las solicitaciones están comprendidas entre 0,6 y 1 kg/cm², con lo que la plataforma de la vía debe tener una capacidad portante mínima de 1,0 kg/cm². Los suelos no cohesivos, como las gravas y arenas, normalmente aportan la resistencia necesaria. Para los suelos de carácter plástico, como 

algunos limos y arcillas, es necesario mejorarlos. Algunos estudios especializados dan las estimaciones que se indican en la tabla. En el caso de usar balasto bajo las traviesas hay diferentes estudios sobre sus necesidades de cálculo, y que pueden ser interesantes para la subestructura. Para este problema, hay que determinar la presión en la cara inferior de la traviesa, su distribución de presiones en el balasto, conocer la capacidad portante de la plataforma y determinar la capacidad portante del suelo. Como simplificación, los ferrocarriles mundiales clasifican sus vías según características, y fijan el espesor mínimo del balasto según la velocidad máxima, el tonelaje bruto anual, y el tipo de traviesa y su separación. Considerando todas las dificultades para medir las tensiones que distribuye el balasto, los ferrocarriles han establecido criterios generales para la plataforma de la vía según sistema establecido para la construcción de caminos fijando la capacidad soportante del suelo por el índice de California (C.B.R.), con un CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO,) superior a 20 para la plataforma, o sistemas similares en Europa. 

II. 

CONSTRUCCIÓN DE AEROPUERTOS. 

Un aeropuerto es un área definida de tierra o agua destinada totalmente o parcialmente a la llegada, salida y movimiento en superficie de aeronaves. Si bien los aeropuertos pequeños comúnmente denominados aeródromos tienen pistas cortas de gravilla o pasto, los grandes aeropuertos disponibles para vuelos internacionales cuentan con pistas de aterrizaje pavimentadas de uno o varios kilómetros de extensión. En un aeropuerto, desde el punto de vista de las operaciones aeroportuarias, se pueden distinguir dos partes: "lado aire" y "lado tierra". La diferenciación entre ambas partes se deriva de las distintas funciones que en cada lado se realizan. En el "lado aire" las operaciones se aplican sobre las aeronaves y todo se mueve alrededor de lo que estas necesitan, en el "lado tierra" los servicios giran alrededor de los pasajeros y sus necesidades . 

IMPACTO AMBIENTAL Y MEDIDAS DE PROTECCIÓN. Los grandes aeropuertos se construyen por regla general al margen de zonas de aglomeración. De ahí que la planificación de un aeropuerto, en su caso, deba integrarse en un plan urbanístico o regional ya existente. La influencia que sobre las estructuras socioeconómicas de una región ejerce la construcción de un aeropuerto es múltiple y difícil de delimitar. Como características esenciales hay que mencionar las siguientes: Modificación del uso del suelo. Modificación en la estructura de precios (precios del suelo, suministro de alimentos, etc.) Modificación de la estructura de asentamiento, pudiéndose llegar a una polarización extrema entre las organizaciones ricas (internacionales), como las cadenas de hoteles, restaurantes, oficinas de viajes, empresas, etc., y el entorno nacional deprimido. 

Los aeropuertos representan una agresión considerable contra el paisaje d ebido a la impermeabilización de grandes superficies de suelo y a su fuerte incidencia sobre el entorno. Un criterio esencial a la hora de elegir el emplazamiento adecuado del a eropuerto deberían ser los resultados de los estudios sobre reservas vegetales y a nimales. La existencia de espacios naturales protegidos, así como de escasos biotopos d e gran tamaño e interdependientes debería constituir un criterio suficiente para e xcluir determinados emplazamientos, cuando no haya posibilidades de establecer u n equilibrio o de crear espacios naturales sustitutorios. 

CONSTRUCCIÓN DE AEROPUERTOS. La construcción de un aeropuerto exige normalmente u n considerable movimiento d e tierras y la disposición de los materiales de construcción necesarios.El deterioro medioambiental que se produce inevitablemente debe limitarse mediante una correcta planificación. En este aspecto mencionaremos las principales medidas que deben adoptarse: Optimización de las vías de transporte. Utilización de los recursos naturales regionales (por ejemplo suelos de la zona c ircundante). Aprovechamiento de los materiales de construcción existentes o producidos a nivel local. Contratación de empresas constructoras locales que r espeten el medio ambiente. Configuración ecológica de las condiciones de evacuación hacia los cauces r eceptores. La construcción de aeropuertos representa una obra de gran envergadura que exige u n consumo de suelo y de tiempo considerable. TRABAJO EN AEROPUERTOS. El personal que trabaja en los aeropuertos está expuesto a riesgos laborales y a e xtremas emisiones de ruido. Además, debe confeccionarse un listado en el que se e numeren todas las sustancias peligrosas que se manejan con regularidad o con mayor frecuencia en el área de t rabajo, señalándose sus riesgos específicos, las normas de derecho laboral aplicables 

y el tipo de actuación sanitaria en caso de accidente. En consecuencia, deberá preverse también el equipamiento adecuado del puesto de socorro. PROTECCIÓN DE AGUAS Y ACUÍFEROS. En la fase de construcción, es preciso adoptar todas las medidas preventivas necesarias para impedir que la realización o funcionamiento del aeropuerto perjudique las reservas de aguas subterráneas o su calidad. Adicionalmente, es oportuno llevar a cabo un control regular del manto acuífero a través de pozos de nivel superior o inferior a la napa freática. RUIDO DE AVIACIÓN. El ruido producido por los aviones se considera una de las fuentes de ruido más d esagradables. Por otro lado, las perturbaciones que produce el ruido en las proximidades de un aeropuerto son inevitables. La planificación regional que se ocupa del entorno del aeropuerto debe tener en c uenta estas circunstancias y restringir el uso de las áreas protegidas contra los r uidos (zonas industriales, comerciales o urbanas) estableciendo niveles sonoros e scalonados para cada área.