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Ing. Geo técnica 1. Ingeniería Geo técnica : d efiniciones y ca mp os de a plic ac ión
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CAPITULO 1INGENIERIA GEOTÉCNICA: DEFINICIONES Y CAMPOS DE APLICACIÓN
1.1 Introducción.
La ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que trata con el suelo,las roc as, el ag ua subte rráne a, y su relac ión a l d iseño , co nstrucc ión y op erac ión
de p royec tos de inge niería. La d isc iplina e s tam bién llam ad a Inge niería d e suelos
o inge niería de l terreno. C iertamente tod os los proyec tos de inge niería c ivil de be n
ser soportados por el terreno, y de este modo requieren al menos algo de
ingeniería ge otéc nic a.
Los preg unta s típic as que a tienden los ingenieros ge oté c nic os incluyen: ¿Pueden los suelos y las rocas que se encuentran debajo del sitio de la
c onstrucc ión sop ortar seg uram ente el proyec to p rop uesto?. ¿Que condiciones de agua subterránea existen comúnmente, cómo
podrían cambiar ellas en el futuro, y qué impacto tendrían sobre el
proyecto?.
¿Cuá l sería e l imp ac to d e p lanific ar un relleno o exca vac ión? ¿Son estable s los ta ludes naturales o propuestos? ¿Qué clase de fundaciones son necesarias para soportar las estructuras
planific ad as, y có mo deb erían d iseña rse?
Si el p royec to req uiere muros de retenc ión, ¿qué c lase d eb ería ser el mejor
y c ómo d eb ería d iseña rse? ¿Cómo respondería el sitio ante un posible terremoto? ¿Estará el terreno c ontaminad o c on m ate riales químic os o biológicos?
Algunos de estos temas son simples y directos, y requieren muy poca ingeniería
ge otéc nic a. Sin em ba rgo , otros c asos son muy c omplejos y requierenexplorac iones extensivas, ensayos y a nálisis. En sitios d ifíc iles, es conveniente que
un ingeniero g eotéc nic o p ueda c ontrolar incluso téc nic amente el proyecto.
La ingeniería geotécnica está relacionada muy cercanamente con la ingeniería
geológica . Ind ividuos d e a mba s profesiones a m enud o trab ajan juntos, ca d a uno
haciendo su contribución desde su propia experticia para resolver problemas
prácticos. El esfuerzo combinado de estas dos profesiones es llamado algunasveces Geotecnia.
Los ingenieros geotécnicos usualmente comienzan por evaluar las condiciones
subterráneas y las propiedades ingenieriles de varios estratos. Este proceso esllamado exploración o caracterización del sitio . Esto usualmente involucra la
perforación de agujeros verticales dentro del terreno, llamados perforaciones
exploratorias de las que se obtienen muestras de suelo y rocas a diversas
profundidades, las que son ensayadas en el laboratorio. La caracterización
tam bién pued e involucrar co nduc ir ensayos in-situ (en el luga r).
El paso siguiente es ejecutar análisis de ingeniería basados en la información
ob tenida de l programa de c arac terizac ión y explorac ión d el sitio. Para e jec utar
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estos análisis se utilizan herramientas analíticas que son conocidas como
mecánica de suelos o mecánica de rocas. Así, la mecánica de suelos y la
mecánica de rocas son para la ingeniería geotécnica lo que la mecánica
estructural es para la ingeniería estructural. En ambos campos “mecánica” se
refiere a las herram ientas ana lítica s, m ientras que “ ingeniería” es un térm ino
am plio que tam bién incluye el resto d e los proc esos d e d iseño y c onstrucc ión.
Los resultados del análisis son usados para desarrollar datos de entrada (input)
ge otéc nic os pa ra propósitos d e d iseño. El proceso de d iseño tam bién incluye
juic io inge nieril, expe rienc ia de proyec tos previos y sentido de e c onom ía.
El trab ajo d e un ingeniero g eo téc nic o no debe ría te rminar en la fa se d e d iseño, es
muy importante también participar en la fase de la construcción. Los servicios
geo téc nic os durante la c onstrucc ión típica mente incluyen:
Examinar las condiciones del suelo y las rocas encontradas durante la construcción y compararlas con aquéllas utilizadas en el diseño. Esto es
especialmente útil cuando el proyecto incluye grandes excavaciones,
porque ellas exponen mucho más de las condiciones del subsuelo que lasvistas en las perforaciones exploratorias. Algunas veces las condiciones
encontradas durante la construcción son diferentes, y esto puede dictar
c am bios ap rop iad os en el diseño. Comparar el comportamiento actual con el anticipado en el diseño. Para
ello pueden instalarse instrumentos especiales que midan movimientos,
niveles de agua subterránea y otras características importantes. Estos
procesos, los cuales son llamados métodos observacionales, pueden
tam bién prod uc ir c am bios en el diseño . Proveer ensayos de control de calidad , especialmente en rellenos
c om pa c tad os y fund ac iones estruc turales.
Ocasionalmente los servicios geotécnicos pueden continuar después de
finalizada la construcción. Por ejemplo, sitios propensos a asentamientos de largo
plazo pueden requerir monitoreo por meses o años después de la construcción.
Las actividades post-construcción también pueden incluir investigaciones de sitios
que no tienen un comportamiento satisfactorio y el desarrollo de medidas
remediales.
1.2 Definiciones.
Ing. Geoté cnica
se oc upa d e:
Suelo: ag lom erac ión rela tivamente suelta d e ma teriales
minerales y orgá nico s, y sed imentos que se enc uentran sob reun lecho roc oso, y que co n relativa fac ilidad se d isgrega n
mecánicamente.
Roca: poseen grandes fuerzas internas de cohesión y
moleculares que mantienen juntos a los granos minerales
constituyentes.
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La me c ánica d e suelos es la ram a d e la ingeniería ge otéc nic a que se o c upa de
la m ec ánica y propieda de s de l suelo, mientras que la mec ánica d e roca s trata la
mecánica y propiedades de la roca, que por lo general, pero no siempre,
consiste en el lecho rocoso. La mecánica de suelos aplica a los suelos los
principios básicos de la mecánica, incluyendo la cinemática, dinámica,
mecánica de fluidos y la resistencia de materiales. En otras palabras, si en otras
ocasiones ha interesado ocuparse en el estudio del agua, el acero o el concreto
c om o m ate riales, en este c aso el ma terial d e interés es el suelo, y nos oc upa remos
de ente nder sus prop ied ad es y compo rtam iento p ara p od er co nstruir c on y sob re
él. Un comentario similar podría hacerse también respecto a la mecánica de
rocas.
Desde el punto de vista de la Ing. Ge otéc nica, la línea d ivisoria entre suelo y roc a
es arbitraria , pueden e nc ont rarse suelos muy duros y rocas muy blandas, un nuevotérmino usado para de sc ribir estos suelos y roc as es geomaterial intermedio.
O´Neill y Ree se (1999) los de finen c om o m ateriales c ohesivos o c em enta d os, tales
c om o las arcillas esquistosas o esquistos, con 250 kPa su 2500 kPa, d ond e su esla resistenc ia c ortante no d rena d a; o m ate riales no c ohesivos, co n N60 60. Estos
ma teriales pueden ser d ifíc iles d e evalua r porque po seen p rop ied ad es inge nieriles
entre suelo y roca.
La roc a se d efine c omo un ma terial co n su 2500 kPa, la cual corresponde a una
resistencia a compresión no confinada, q u 5000 kPa. Esta d efinic ión no
corresponde necesariamente a la definición geológica de roca, la cual incluye
algunos materiales que podrían ser clasificados como geomateriales intermedios.
La geología es la ciencia de las rocas, minerales, suelos y el agua superficial,
incluyend o e l estud io d e su form ac ión, estruc tura y c ompo rtam iento .
1.3 Campos de aplicación.Algunos de los campos de aplicación de la ingeniería geotécnica son: la
estabilidad de taludes naturales y artificiales, la estabilidad de estructuras de
retención de tierra permanentes y temporales, el control del movimiento y
presiones del agua, el diseño y construcción de cimentaciones superficiales y
profunda s, y aún el ma ntenim iento y reha bilitac ión d e ed ific ac iones antigua s.
Geología se
ocupa de:
Suelo: roc a s desc ompuestas y desinteg rad as que ge neralmente
se enc uentran e n una c ap a muy delgad a e n la p arte superior
de la co rteza, y que son c ap ac es de sop ortar la vida veg etal.
Roca: todos los materiales que se encuentran en la corteza
terrestre, independientemente de que tan fuertemente estén
ligadas las partículas minerales.
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A co ntinuac ión se p resenta n fotog rafías de p rob lema s ge otéc nic os suced idos en
el pa ís, de los que el ingeniero geotéc nic o se oc upa , (fotos proporciona das po r el
Dr. Manuel López).
Licuefacción en el lago Ilopango, 13 de enero de 2001.
Fenómeno de licuefacción ocurrido en San Nicolás Lempa, el 13 de enero de 2001,que dañó una de las pilas del puente de ferrocarril.
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Deslizamiento de la curva de La Leona, 13 de enero de 2001
Deslizamiento de Las Colinas, Santa Tecla, 13 de enero de 2001.
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Deslizamiento en la carretera que conduce al balneario de Los Chorros, 13 de enerode 2001.
Deslizamiento en la zona del río El Desagüe, 13 de febrero de 2001.
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Deslizamiento en las riberas del rio Jiboa, 13 de febrero de 2001.
Inestabilidad de taludes en la colonia Santísima Trinidad, Ayutuxtepeque, 13 deenero de 2001.
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Inestabilidad de taludes en Santiago Texacuangos, 13 de enero de 2001.
Inestabilidad de taludes en San Agustín - Berlín, 13 de enero de 2001.
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Deslave en la residencial Santa Lucía, Ilopango. Tomado de El Diario de Hoy,página 60, 29 de agosto de 2008.
1.4 Características únicas de los suelos y las rocas.
La Ingeniería g eo téc nic a e s altam ente empíric a y e s quizás m ás un “ arte” que las
otras d isc iplinas d e la ingeniería c ivil d eb ido a la naturaleza del suelo y las rocas.
La m ayoría d e las teorías que se tienen pa ra el comp ortam iento m ec ánico de los
materiales en ingeniería asumen materiales homogéneos, isotrópicos y que
ob ed ec en a leyes esfuerzo-de formac ión lineales. El ac ero y el c onc reto no se
desvían muc ho d e e stos idea les y pued en usarse estas teo rías.
Los suelos en c am bio son:
Heterog éneos: sus prop ied ad es mec ánicas pued en variar am pliam ente d e
un punto a otro d entro d e una m asa d e suelo.
Materiales no lineales: sus curvas esfuerzo-deformación no son líneas rectas.
Anisotrópicos: sus propiedades mecánicas no son las mismas en todas las
direcciones. Materiales no conservativos: tienen memoria, recuerdan casi todo lo que
una vez les ha ocurrido, y esto afecta fuertemente su comportamiento
mecánico.
Sin emba rgo, en la Ingeniería Geo téc nic a p ued e a sumirse una respuesta e sfuerzo-
deformación lineal pero hay que aplicar grandes correcciones empíricas o
factores de “seguridad” para que los diseños tomen en cuenta el
c om po rtam iento real d e los mate riales.
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Además, el comportamiento del suelo in situ se ve afectado por la presencia de
juntas, frac turas, estratos, zona s d éb iles y o tros “ d efec tos del m aterial” , es más,
aún los ensayos d e lab orato rio y mé tod os simp lific ad os d e a nálisis frec uente mente
no tom an en c uenta tales c arac terístic as rea les de l suelo y la roc a.
Por otra parte:
Es muy difícil poder observar en su totalidad como se encuentra el suelo
debajo de la superficie, tomamos pequeñas muestras con las que
extrapolamos las c ond ic iones d el subsuelo.
La mayoría de los suelos se alteran debido a la toma de muestras, por lo
que e l com po rtam iento m ed id o en el lab oratorio p ued e ser diferente al de l
suelo in situ.
El éxito d e la Ingeniería Geo técnica de pend e d el buen juicio y experienc ia prác tic a del
diseñador, constructor o consultor.
Es impo rtante c onstruir un “b anco d e d a tos” men tal sob re la a p arienc ia d e c iertos suelos y
roc as, c ómo se po dría n co mp ortar si ca mb ia el co ntenido de hum eda d, la c arga, cuá l es
el rango d e va lores num éricos prob ables pa ra los resultad os de los diferente s ensayos, etc .
Co mp lementa do po r un estudio serio de los compone ntes teóric os, empírico s y d e d iseño
de la p rác tic a d e la Ingeniería G eotéc nica .