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• Edy Aldo Apaza Amanqui

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GEOTECNIA Es una rama derivada tanto de la ing. civil e ing. geológica, que estudia las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los suelos y rocas. Es una ciencia aplicada que busca solucionar problemas (ligada a los geomateriales), referidas a los suelos y las rocas. Trata con los suelos naturales, suelos antrópicos, macizo rocoso. La geotecnia engloba diferentes disciplinas: mecánica de suelos (físico, mecánico), mecánica de rocas, cimentaciones (sobres suelos y rocas), la hidrogeología (flujo de agua subterránea a través de la porosidad) y la geofísica (conocimiento indirecto con métodos de propagación de ondas). El estudio geotécnico integral utiliza las disciplinas en forma integral, buscando un fin practico DESATADO DE ROCAS 1.- Factores que contribuyen a la caída de rocas Factores Geológicos, tipo de roca, fallas, fracturas, brechas y alteraciones. Factores Ambientales, cambios bruscos de temperatura en el macizo rocosa. Altas Presiones, minado a gran profundidad, excavación poco profunda, pero de grandes dimensiones. Método de Minado, método inapropiado en función al tipo y calidad de roca, relleno inadecuado. Efectos por voladura, potencia del explosivo, factor de carga del explosivo. Perforación Deficiente, malla de perforación inadecuada, inclinación de taladros. Factores personales, personal desmotivado y con autoestima muy bajo, falta de capacitación y entrenamiento, supervisión deficiente, falta de liderazgo, falta de control, exceso de confianza. Factores de trabajo, estándares de trabajo deficientes, procedimiento de trabajos deficientes, falta de barretillas, barretillas de tamaño insuficiente, alumbrado deficiente. Desatado de Rocas: Es un conjunto de prácticas y procedimientos que permite en primer lugar, detectar la roca suelta en el techo, frente y paredes de la excavación o labor minera, para luego proceder a palanquearla y hacerla caer, mediante el uso de una barretilla de desatado o un equipo de desatado. Hay ocho maneras por las que se puede crear condiciones para la formación de rocas sueltas: 1. A través de discontinuidades o debilidades naturales de la masa rocosa. 2. A través del daño que puede producir la voladura utilizada para crear la excavación. 3. Por los esfuerzos o presiones de la roca, debido a la profundidad de la mina. 4. Por la presencia de agua. 5. Por la forma, tamaño y orientación de las excavaciones. 6. Por el esquema y secuencia del minado. 7. Por los estándares inadecuados de perforación y voladura. 8. Por no instalar el sostenimiento oportuno.

Tabla GSI: En la rampa 904, con una sección de 4.5 m. por 4.20 m. presenta 11 fracturas/m. con discontinuidades rugosas, levemente alteradas y se rompe con dos golpes de picota en el hastial derecho, izquierdo y corona. Según tabla: Shotcrete (e=2”) más pernos sistemáticos 1.50 X 1.50 m. 1. En la Rampa (Ra) 2150 Sur, el cual tiene una sección de 4.5 x 4.5 metros, se realizó el mapeo del macizo rocoso, donde se obtuvo los siguientes datos: ESTRUCTURA DEL MACIZO ROCOSO 04 Fracturas x metro

CONDICIONES DEL MACIZO ROCOSO Discontinuidades rugosas, ligeramente abiertas y allegadas El macizo rocosa se rompe con 02 golpes de picota de geólogo. Determinar el índice “GSI” y el tipo de soporte a instalar LF/P = B Perno sistemático 1.2 x 1.2 metros, y malla (Perno helicoidal: long. 7 pies)

2. En el Cx 1860 Norte, el cual tiene una sección de 4.5 x 4.5 metros, presenta 12 fracturas/metro, con discontinuidades lisas, ligeramente abiertas y la roca se IDENTA superficialmente con el golpe de picota. Asimismo, se observa presencia de goteo de agua en toda la labor. Determinar el índice “GSI” y el tipo de soporte a instalar. MF/P =P SHOTCRETE (e=3”) o Cimbras

3. En el Cx 2240 Norte, el cual tiene una sección de 4.5 m. de ancho por 4.5 m. de altura, presenta 15 fracturas/metro, con discontinuidades muy rugosas, inalteradas, cerradas y la roca se rompe con 4 golpes de picota. Asimismo, se observa presencia de una falla transversal a 2 metros del tope de la labor. Determinar el índice “GSI” y el tipo de soporte a instalar. MF/B = D SHOTCRETE (e=2”) más pernos sistemáticos (Perno helicoidal: log. 7 pies) 4. En el By Pass 1820 Norte, el cual esta sostenido en su totalidad con malla electrosoldada mas pernos helicoidales de 7 pies, espaciados a 1.2 m. por 1.2 m., se observa que apareció filtración de agua a 20 metros del tope. Indique usted el índice “GSI” del macizo rocoso y la solución que plantea a dicho problema. LF/P =P PERNO SISTEMATICO Y MALLA

Solución: SHOTCRETE (e=2”) más pernos sistemáticos

5. En el Cx 1820 Norte, el cual esta sostenido en su totalidad con SHOTCRETE (E=2”) más PERNOS helicoidales de 7 pies espaciados a 1.2 m. por 1.2 m., se observa la deformación de las placas (platinas) de los pernos del hastial derecho a 15 metros del tope. Indique usted el índice GSI del macizo rocoso y la solución que plantea a dicho problema. MF/P = D SHOTCRETE (e=2”) más PERNOS sistemáticos (Perno helicoidal: long. 7 pies) Solución: SHOTCRETE (e=3”) o Cimbras Resistencia al corte de los suelos resistencia al cizallamiento: Propiedad de un terreno que le permite resistir el desplazamiento entre las partículas del mismo al ser sometido a una fuerza externa. También llamada resistencia al corte. ... resistencia a la tracción: Medida de la resistencia de un elemento o miembro estructural a las fuerzas flectoras. Asentamiento y compresibilidad de los suelos Causa de los asentamientos: Cuando actúa una carga vertical sobre la superficie del terreno, se presenta el asentamiento, esto no es del todo sorprendente porque, como se sabe por mecánica, el esfuerzo provoca deformación y la aplicación de la carga provoca desplazamiento. Se debe recordar, sin embargo, que el suelo se puede asentar por razones diferentes a las cargas externas: 1- Consolidación su propio peso. 2- Desecación natural o debida a algún proceso industrial. 3- Inundaciones. 4- Ataque químico. 5- Descomposición orgánica natural o a causa de algún agente externo. 6- Hundimiento regional provocado por el bombeo de agua. 7- Sismos, voladuras o vibraciones. 8- Alivio de esfuerzos por excavación o construcción de un túnel en la vecindad. 9- Bombeo de agua para alguna construcción cercana. 10- Movimientos tectónicos. 11- Erosión subterránea o derrumbes.

El asentamiento provocado por las cargas superficiales, se atribuye tradicionalmente a las causas siguientes: Asentamiento inicial. Se debe al cambio en los esfuerzos cortantes en la masa de suelos, esta deformación es análoga a la flexión de una viga, ocurre con rapidez, el volumen del cuerpo que soporta la carga permanece virtualmente inalterado. A medida que el área cargada se asienta, la superficie alrededor de ésta se eleva en una cantidad que equilibra el volumen de hundimiento.

Compresión inmediata. También conocida como “compresión inicial”, se observa en los suelos no saturados debida a una reducción rápida del volumen de vacíos. Los esfuerzos a la compresión la provocan y va acompañada por un rápido incremento delos esfuerzos efectivos. En los suelos parcialmente saturados, al aumentar la compresión, el grado de saturación se incrementa y cuando alcanza casi el 90%, pueden aumentar las presiones en el agua de los poros, estas presiones de poro harán que se reduzca la compresión posterior y se incrementen los esfuerzos efectivos, cuando la compresión es lenta, de modo que su velocidad tiene un significado práctico, se conoce como “consolidación”. SEMANA 5 S9 FUERZAS INTERNAS Y EXTERNAS QUE MODELAN EL RELIEVE TERRESTRE. Las fuerzas INTERNAS: ... Movimientos epirogenicos: Son en sentido vertical, producen fracturas en las rocas, se tratan de movimientos lentos de levantamiento y hundimiento enormes de corteza terrestre. Fuerzas Geológicas Internas. El tectonismo es la serie de movimientos que afectan la corteza terrestre y la parte superior del manto, deformando o destruyendo las rocas. ... El Tectonismo es la parte de la Geografía que estudia las deformaciones de la corteza terrestre por efecto de fuerzas internas. FUERZAS INTERNAS El relieve actual es el resultado de una serie de fuerzas internas de la Tierra, básicamente de los movimientos de las placas que se desplazan formando su superficie, y de las fuerzas externas que lo moldean. Los movimientos de las placas se llaman TECTONICOS. Las grandes zonas de mineralización, las áreas de riesgo y, en muchas ocasiones, las diversas regiones económicas están relacionadas directamente con estos movimientos. TECTÓNICA DE PLACAS  Corteza terrestre fragmentada en grandes bloques de diferentes tamaños denominados “placas tectónicas”  Son menos densos que el manto. flotan sobre el y se mueven gracias a los impulsos originados por el manto superior  convergen y se separan

 

   

Alfred Wagner. continentes se desplazan con base en la idea en que las costas orientales de Sudamérica occidentales de áfrica embonaban como un rompecabezas. Existió un súper continente llamado Pangea, constituido por todas las tierras emergidas. Se fragmentó y los bloques flotaron sin rumbo fijo hasta que los continentes alcanzaron su ubicación actual. se sustenta también en que rocas y fósiles de las distintas masas continentales guardan grandes similitudes zona de convergencia: zona donde las placas tectónicas hacen contacto. (formación de montañas). una placa se hunde y otra queda encima. Zona de subducción: placas oceánicas entran en contacto con las continentales. es muy grande la presión. La placa oceánica se hunde por debajo de la continental. Están relacionadas con sismos, vulcanismo y montañas.’

DIASTROFISMO movimientos que ocurren en partes internas y causan deformaciones en rocas, así se presenta el fenómeno de “diastrofismo”. depende de la dirección del movimiento para que sea dividido en: movimientos epirogénicos: sentido vertical. producen fracturas en rocas. abarcan grandes extensiones. movimientos lentos de levantamiento y hundimiento de grandes porciones de corteza terrestre. el efecto es apreciado en el cambio de líneas costeras y transformación en el aspecto de los continentes. de ellos se derivan dif. deformaciones:

Comportamiento de la masa del suelo SUELO Definición:

•

El suelo es la capa de materiales orgánicos y minerales que cubre la corteza terrestre, en la cual, los vegetales desarrollan sus raíces y toman los minerales y el agua, necesarios para su nutrición. •El suelo ha tenido y tiene una gran importancia en el desarrollo de la Humanidad ya que es el asiento de la producción vegetal e indirectamente animal. 2. Formación De Los Suelos El suelo se formó hace miles de años atrás, por acción de diversos factores, como:

–El clima; –Microorganismos; –Vegetación; –Topografía;

–Tiempo. Los que actuaron sobre la roca madre, formando de esta manera el suelo en sus diferentes clases. 3. Parámetros del Suelo

4. Organismos Básicamente

los

organismos

ejercen

tres

acciones

fundamentales:

Constituyen la fuente de material original para la fracción biológica del suelo.

Restos vegetales y animales que al morir se incorporan al suelo y sufren profundas transformaciones.

Ejercen importantes acciones de alteración de los materiales edáficos. Producen una intensa mezcla de los materiales del suelo como resultado de su actividad biológica.

5. Clima La decisiva acción del clima en la formación del suelo se desprende al considerar que el clima regula el aporte de agua al suelo, así como su temperatura. La disponibilidad y el flujo de agua regulan la velocidad de desarrollo de la mayoría de los procesos edáficos. 6. Relieve Ejerce una importante acción en la formación del suelo. Suelen presentarse suelos esqueléticos en las zonas de fuertes pendientes. En las laderas de media pendiente se encuentran suelos de mediano desarrollo y en las depresiones aparecen suelos constituidos por materiales más finos de mayor espesor y frecuentemente más ricos en materia orgánica. 7. Roca Factor importante en la formación del suelo, ya que representa la fuente de los materiales sólidos inorgánicos.

Los minerales del suelo proceden directa o indirectamente de la roca madre. El influjo de las rocas en los constituyentes y propiedades de los suelos es muy marcado para los suelos más jóvenes, pero éste se va volviendo cada vez menos patente conforme va transcurriendo el tiempo ya que el material se va diferenciando para buscar el equilibrio con las condiciones ambientales. 7.1. Parámetros de la Roca Son muchos los parámetros de la roca que inciden en la formación y evolución de los suelos, pero de ellos podemos destacar claramente a tres: a) Composición mineralógica: Aquellas rocas que contengan abundantes minerales inestables evolucionarán fácil y rápidamente para formar suelos. Otras, que sólo contienen minerales muy estables, como el cuarzo, apenas si llegan a edafizarse aunque estén expuestas durante largo tiempo a la meteorización. b) Permeabilidad: Regula la penetración y circulación del aire y del agua, lo que condiciona de un modo decisivo la fragmentación, alteración y translocación de los materiales. A mayor permeabilidad, mayor facilidad para la edafización. c) Granulometría: La proporción entre los diferentes tamaños de partículas del suelo se denomina textura. Los suelos arenosos presentan una gran estabilidad mineral frente a la alteración. Cuanto mayor sea el tamaño del grano menos superficie presentará frente al volumen total del grano y por tanto menos superficie de ataque presentarán a la agresión del medio. 7.2. Tiempo de transformación Los cambios que se producen en el material para pasar de roca a suelo necesitan para desarrollarse que transcurra un determinado tiempo. La acción de este factor se pone claramente de manifiesto al estudiar suelos de distintas edades, por ejemplo en terrazas fluviales.

8. Perfil Típico del Suelo

Perfil Típico del Suelo 0. Suelo propiamente dicho. * Hojas y residuos orgánicos sin descomponer; * Residuos parcialmente descompuestos; * Color oscuro por presencia de materia orgánica. • Sub. suelo. • Fragmentos y restos de meteorización de la roca madre. • Roca madre sin alterar.

9. Parámetros de la Calidad de Suelos a. Porosidad b. Textura c. Color 9.1. Porosidad: La porosidad del suelo viene representada por el porcentaje de huecos existentes en el mismo, frente al volumen total.

9.2. Textura: Podemos entender como granulométrica del suelo.

textura

del

suelo

a

la

composición

Cada termino textura corresponde a una determinada composición cuantitativa de arena, limo y arcilla. Un suelo con mas de 40% de materia orgánica, se denomina generalmente orgánico Parámetros de la Calidad de Suelos 9.3. Color: Es una característica importante, pues, no solo sirve para reconocer los distintos tipos de terrenos, sino que indica, ciertas propiedades físicas y químicas. Podemos identificar los tipos de suelo según su color.

Color de los suelos

10. Tipos de suelo

•Suelos arenosos •Suelos francos •Suelos arcilloso 10.1. Suelos arenosos: Son todas las partículas que tienen entre 2 y 0,02mm. De diámetro, cualquiera sea su composición y origen, aunque suele dominar el cuarzo.

–Tendencia a secarse. –Baja fertilidad. –No almacena nutrientes. –Alta porosidad. –Rápida precolación. –Necesita frecuentes aportes de nutrientes. Un tipo de suelo de estas características es un terreno que casi no retiene ni el agua ni los nutrientes que se le puedan aportar.

10.2. Suelos francos: Son los formados por partículas cuyos diámetros están entre 0.02 y 0,002mm. Forman la mejor parte de los suelos agrícolas. Su composición es muy variada.

–Suelos equilibrados. –Pérdidas por lavado muy reducidas. –Son los suelos más fértiles. 10.3. Suelos arcillosos: Son todos los componentes de menos de dos micras (0,002mm) de diámetro químicamente, son todos los silicatos de aluminio hidratos, más o menos impurificados por diversos compuestos de calcio, hierro y carbono. Forma soluciones coloidales y es gran absorbente, por lo que facilita el intercambio iónico y también las funciones de absorción radical de los vegetales.

•Alta capacidad de retención de agua •Almacena nutrientes •Evita las pérdidas por lavado •Carece de porosidad •Problemas de aireación •Problemas de apelmazamiento •Problema de costras •Problema de drenaje y laboreo Los suelos arcillosos encharcamientos.

suelen

tener

un

mal

drenaje,

formando

11. Degradación de suelos: La degradación es la disminución de la calidad del suelo, es decir, la perdida de sus propiedades físicas, químicas y biológicas, que permiten el desarrollo de la vida vegetal en el. 11.1. Proceso de degradación de suelo 1. Desertización; 2. Erosión. 11.1.1. Desertización Se llama desertización a la transformación de tierras usadas para cultivos o pastos en tierras desérticas o casi desérticas, con una disminución de la productividad del 10% o más.

–La

desertización es moderada cuando la pérdida de productividad está entre el 10% y el 25%. –Es severa si la pérdida está entre el 25% y el 50% y, –Muy severa si es mayor. El proceso de desertización se observa en muchos lugares del mundo y es una amenaza seria para el ambiente y para el rendimiento agrícola en algunas zonas. Cuando está provocado por la actividad humana se le suele llamar desertificación. 11.1.2. Desertización Natural •La mayor parte de la desertización es natural en las zonas que bordean a los desiertos. En épocas de sequía estos lugares se deshidratan, pierden vegetación y buena parte de su suelo es arrastrado por el viento y otros agentes erosivos. •Sin embargo, este fenómeno natural se ve agravado por actividades humanas que debilitan el suelo y lo hacen más propenso a la erosión

11.1.3. Actividades humanas que aceleran la desertización •Sobrepastoreo. - Es el intento de mantener excesivas cabezas de ganado en un territorio, con el resultado de que la vegetación es arrancada y pisada por los herbívoros y no se puede reponer. El suelo desnudo es muchos más fácilmente erosionado. Es la principal causa humana de desertización en el mundo.

•Mal uso del suelo y del agua.- El riego con agua con sales en lugares secos y

cálidos termina salinizando el suelo y esto impide el crecimiento de la vegetación. Algunas técnicas de cultivo asimismo facilitan la erosión del suelo.

•Tala de árboles y minería a cielo abierto.- Cuando se quita la cubierta vegetal

y no se repone la pérdida de suelo es mucho más fácil. •Compactación del suelo.- El uso de maquinaria pesada o la acción del agua en suelos desnudados de vegetación (procesos de laterización) producen un suelo endurecido y compacto que dificulta el crecimiento de las plantas y favorece la desertización. 12. SUELOS SUBTERRANEOS O MACIZO ROCOSO La roca constituye la unidad básica de la corteza terrestre, de ella podemos decir que es un conjunto de minerales formados en determinadas condiciones de temperatura, presión y otros factores que han permitido su consolidación. Los minerales más comunes que forman una roca son: cuarzo, calcita, feldespatos, etc.; los minerales tienen diferente dureza, y generalmente son clasificados de acuerdo a una escala de durezas del 1 al 10 (escala de Mohs)

12.1. Escala de Mohs

12.2. CLASES DE ROCAS 12.2.1. Rocas Ígneas: Son formadas por las masas o mantos de lava (magma) solidificados y cristalizados. Si un magma es solidificado lentamente y sometido a una presión alta a gran profundidad, se forma una roca de cristales mayores y grano grueso como el granito, la monzonita, etc. 12.2.2. Rocas Eruptivas: Cuando un magma emerge más próximo a la superficie de la tierra en forma de lava, las masas se enfriaran más rápidamente y formaran una roca con granulación fina como el basalto, pórfido y diabasa. 12.2.3. Rocas Sedimentarias: Una vez que las rocas se han formado a partir del magma que asciende y sale a la superficie, pueden sufrir diversos procesos que las transforman. Por una parte, pueden ser pulverizadas por la erosión y, sus fragmentos, dar origen a rocas sedimentarias. Por otra, pueden hundirse - o no haber llegado a la superficie - y ser transformada por el calor y la presión, dando lugar a rocas metamórficas. Están formadas por el material intemperizado de la corteza sólida de la tierra, el mismo que con el tiempo se ha erosionado, ha sido transportado y sedimentado en las bocas de los ríos y sobre el fondo de los mares prehistóricos. Ejemplo: areniscas, pizarras, calizas, etc 12.2.4. Rocas Metamórficas: Las rocas metamórficas son aquellas cuya composición y textura originales han sido alteradas por calor y presión. A este proceso se le llama metamorfosis de la roca.

Los ambientes con calor y presión suficientes para causar metamorfismo se encuentran frecuentemente donde las placas tectónicas de la Tierra se están uniendo. Allí, las placas que chocan entre sí, trituran las rocas y son calentadas a grandes profundidades por el magma. Están formadas a partir de rocas eruptivas o sedimentarias. La influencia de la presión, la temperatura o el intercambio de elementos con el ambiente circundante transforma su estructura y composición. 13. ESTRUCTURA DE LA ROCA Las diferentes especies de roca también pueden ser clasificadas de acuerdo a su propia estructura. Si los granos de los minerales están mezclados en una masa homogénea, la roca es masiva. En una roca de especie laminada los granos de minerales están dispuestos según capas o láminas. 14. Defectos Mecánicos de la Roca Todas las rocas, tienen notorios defectos mecánicos, los que no tienen directa relación con sus propiedades. Estos defectos consisten en fracturamientos con un espaciamiento variable, en distintas direcciones y longitudes. Las fracturas simples se conocen cono “juntas” y los fracturamientos de mayores magnitudes, con un relativo desplazamiento de dos masas rocosas contiguas, son llamados “fallas”. 15. Defectos Químicos de la Roca Se refiere a los procesos de alteración que sufren las rocas en sus componentes por efectos de una reacción química, al entrar en contacto con el agua. Las vías principales para el ingreso del agua en el macizo rocoso lo constituyen los planos de juntas o fallas, desde estos caminos el agua penetra en los intersticios, tomando contacto con las granos de mineral. Toda alteración química resulta mas activa donde existe percolación del agua ocupando los vacíos de la roca continuamente, pudiéndose producir tanto en la superficie como en el interior de la masa rocosa. 16. Comportamiento y Propiedades Mecánicas del Macizo Rocoso El comportamiento mecánico de un macizo rocoso en el que se realizan labores mineras se ve seriamente afectado por la presencia de agua, pues disminuye la resistencia de las rocas a la rotura (la roca es mas fácilmente deformable) y facilita el desplazamiento de unos bloques con respecto a otros según direcciones paralelas a los planos de rotura, al actuar como “lubricante”. Las propiedades geomecánicas del macizo rocoso son muy importantes en la estabilidad de las labores mineras. La presencia de agua en los huecos de la roca (poros y/ o fisuras) modifica el comportamiento geomecánico al alterar la estabilidad y facilitar el movimiento de las masas rocosas.

17. EFECTOS DEL AGUA SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL MACIZO ROCOSO

17.1. EN LABORES MINERAS La diversidad de macizos rocosos en los que se desenvuelven las labores mineras a cielo abierto y subterránea, hace que se tengan que resolver numerosas situaciones para resolver condiciones geomecánicas que condicionen los proyectos mineros. Entre los problemas principales a resolver (influencia de la litología y estructura geológica, riesgos geológicos, medio ambiente) se encuentran los relacionados con la presencia del agua, pues es uno de los factores que más incidencia tiene en el comportamiento mecánico de los materiales. El agua influye en la respuesta geomecánica del macizo rocoso, y por tanto, en su respuesta a las fuerzas aplicadas y a los esfuerzos resultantes. Entre los efectos mas significativos se encuentran:

Juega

un papel importante en la resistencia de las rocas blandas y de los materiales meteorizados; Reduce la resistencia de la matriz rocosa en rocas porosas; Rellena las discontinuidades de los macizos rocosos e influye en su resistencia; Las zonas alteradas y meteorizadas, las discontinuidades importantes y las fallas son caminos preferentes para el flujo del agua. Produce meteorización química y física en la matriz y en los macizos rocosos; La disolución en rocas carbonatadas puede originar conductos de dimensiones variables que afectan la estabilidad del macizo; Es un agente erosivo muy importante 17.2. Meteorización de Rocas Es un proceso de transformación de las rocas de la superficie de la tierra, debido a la acción de los meteoros. Puede ser:

–Mecánica o de disgregación (heladas, viento, etc.) –Química oxidación, disolución, por la presencia temperatura) –Biológica (animales y crecimiento de plantas)

de agua, el oxígeno y la

17.3. Meteorización Química Listado de la resistencia de los minerales contra la meteorización Clasificación de los suelos por su capacidad de uso mayor La capacidad de uso mayor de las tierras se basa en las limitaciones permanentes de los suelos para poder mantener actividades agrícolas, pecuarias o forestales dentro de márgenes económicos. Los factores que fijan estas limitaciones son:

–Las condiciones climáticas o bioclimáticas dominantes, –Los riesgos de erosión (condicionados por la topografía y pendiente), –Las características del suelo en si (propiedades físicas, morfología, salinidad, alcalinidad, fertilidad y otros aspectos propios que inciden en la productividad) –Las condiciones de drenaje o humedad (presencia de niveles freáticos elevados, peligro de inundaciones, presencia de capas densas poco permeables en el subsuelo).

18. Tierras aptas para cultivo en limpio Son las tierras que reúnen condiciones ecológicas que permiten la renovación periódica y continuada del suelo para el sembrío de cultivos de corto período vegetativo bajo técnicas económicamente accesibles a los agricultores del lugar, sin deterioro de la capacidad productiva del suelo, ni alteración del régimen hidrológico de la cuenca. 19. Tierras aptas para cultivo permanente Son aquellas cuyas condiciones ecológicas no son adecuadas para la remoción periódica y continuada del suelo, pero que permiten la implantación de cultivos perennes y semiperennes (como es el caso de los árboles frutales), bajo técnicas económicamente accesibles a los agricultores. 20. Tierras aptas para pastos Son tierras que no reúnen las condiciones ecológicas mínimas para cultivo en limpio y permanente, pero que permiten la implantación de pastos naturales. 21. Tierras de protección Constituyen todas aquellas tierras que no reunen las condiciones ecológicas mínimas requeridas para cultivos intensivos, permanentes, de pastos y

producción forestal. Se incluye dentro de este grupo a los picos, nevados, playas, cauces de río y otras tierras que pueden presentar vegetación diversa, herbácea, arbustiva o arbórea, pero cuyo uso no es económico ni ecológicamente recomendable. 22. Tierras aptas para producción forestal Son tierras que no reúnen las condiciones ecológicas requeridas por los cultivos en limpio, permanentes o por los pastos y que solo permiten la producción de maderas y otros productos forestales. 23. Tierras Eriazas Según la definición de la legislación vigente (Ley 26505), las tierras eriazas son las que no se pueden aprovechar para la agricultura por falta o por exceso de agua, a las que se aplica el principio general de que pertenecen al Estado. 23.1. Clasificación de las tierras eriazas: -Con aptitud agrícola pecuaria - Pampas eriazas - Pasturas en lomas - Pasturas en superficies onduladas - Pasturas en vertientes - Bosques secos en llanuras (algarrobos) - Bosques secos en vertientes 23.2. Otras tierras - Tierras agrícolas (valles en producción) - Zonas de reserva - Tierras de protección 23.3. Pampas Eriazas • Sin embargo existen áreas que pueden ganarse para la agricultura o forestación mediante la irrigación y así mejorar los suelos. • Es necesario contar con un estudio especifico para la explotación de agua del subsuelo. Los suelos de las pampas eriazas tienen origen eólico y aluvial, mayormente son regosoles de textura gruesa y tiene un grado de fertilidad muy bajo. Pasturas en lomas, en superficies, en vertientes onduladas Tierras cuya capacidad de uso mayor esta destinado al pastoreo, tienen una calidad agrológica baja y limitaciones debido al clima. No se consideran tierras eriazas con aptitud agrícola: Las tierras de protección, las que no reúnen las condiciones ecológicas mínimas requeridas para cultivo, pastoreo o producción forestal. Las que constituyen patrimonio arqueológico defensa o seguridad nacional.

y aquellas destinadas a la

Las eriazas que se encuentren dentro de los planos aprobados para fines de expansión urbana.

Las tierras ribereñas al mar que se rigen con arreglo a su normatividad; y, Los cauces, riberas y fajas marginales de los ríos, arroyos, lagos, lagunas y vasos de almacenamiento. 24. Contaminación de Suelos por Minería • Las actividades mineras provocan generalmente fuertes impactos ambientales, con destrucción de los suelos naturales y creación de nuevos suelos (Antrosoles) que presentan fuertes limitaciones físicas, químicas y biológicas que dificultan la reinstalación de vegetación. • La minería en su conjunto produce toda una serie de contaminantes gaseosos, líquidos y sólidos, que de una forma u otra van a parar al suelo.

•Indiquemos

no obstante, que los suelos son también el receptáculo de los deshechos no deseables de origen geológico, por ejemplo, de las aguas ácidas con metales pesados provenientes de mineralizaciones sulfuradas aflorantes. • Esto sucede ya sea por depósito a partir de la atmósfera como partículas sedimentadas o traídas por las aguas de lluvia, por el vertido directo de los productos líquidos de la actividad minera y metalúrgica, o por la infiltración de productos de lixiviación del entorno minero: aguas provenientes de minas a cielo abierto, escombreras (mineral dumps), etc., o por la disposición de elementos mineros sobre el suelo: escombreras, talleres de la mina u otras edificaciones más o menos contaminantes en cada caso. •Según la obtención de recursos naturales, existen dos formas de extracción: •Explotación subterránea.- La agresividad de la minería subterránea es, en líneas generales menos grave que la de superficie. •Explotación superficial o a cielo abierto.- Ofrece un mayor impacto en el medio ambiente. En este grupo se incluyen las canteras de materiales para construcción y rocas ornamentales y de áridos para carreteras. •En los últimos años se han elaborado un gran número de normativas que obligan a la recuperación de los suelos de mina, lo que implica la necesidad de estudios previos sobre el estado inicial, así como el estado en que queda el suelo de la zona, para planificar las medidas técnicas a realizar en cada caso concreto.

SEMANA 7 Teoría del empuje de tierras – Muros de sostenimiento La teoría del empuje de tierras se hace notable dentro del ámbito de la mecánica de suelos, especialmente en lo que respecta a las cimentaciones, en los cuales hace referencia a los muros de sostenimiento que tienen como función soportar lateralmente una masa de suelo. En tanto la presión ejercida por el suelo contra estas estructuras es lo que se le denomina “empuje de tierras”. Por otra parte, para definir el empuje de tierras, es necesario analizar las condiciones del suelo, esto para proyectarse de una manera exacta en los diferentes trabajos de construcción.

Fuerzas internas que actúan en un muro de contención.

Presión lateral del terreno sobre muros: Dentro del diseño de las estructuras de contención no basta con solamente conocer las características de los suelos y sus propiedades, sino que para estabilizar un talud inestable de una forma adecuada el diseñador debe conocer: Las características resistentes de la materia de contención. Las sobrecargas que la estructura soporta. El nivel de agua freática, las condiciones de cimentación. El modo y magnitud del movimiento relativo del muro. TIPOS DE EMPUJE.

La presión del terreno sobre un muro está fuertemente condicionada por la deformabilidad del muro, entendiendo por tal no sólo la deformación que el muro experimenta como pieza de hormigón, sino también la que produce en el muro la deformación del terreno de cimentación.

Empuje activo y pasivo.

Si el muro se desplaza, permitiendo la expansión lateral del suelo, se produce un fallo por corte del suelo, y la cuña de rotura avanza hacia el muro y desciende. El empuje se reduce desde el valor del empuje al reposo hasta el denominado valor de empuje activo, que es el mínimo valor posible del empuje (figura 2. a). Por el contrario, si se aplican fuerzas al muro de forma que éste empuje al relleno, el fallo se produce mediante una cuña mucho más amplia, que experimenta un ascenso. Este valor recibe el nombre de empuje pasivo y es el mayor valor que puede alcanzar el empuje. Por tanto, el empuje al reposo es de valor intermedio entre el empuje activo y el empuje pasivo (figura 10 b). Calculo del empuje activo: Coulomb desarrolló su teoría para suelos granulares bien drenados en 1773. Existen diversas teorías para la determinación del empuje activo, entre las que destacan las debidas a Coulomb y Rankine. En ambas teorías se establecen diversas hipótesis simplificativas del problema, que conducen a cierto grado de error, pero producen valores de empuje que entran dentro de los márgenes de seguridad.

Teoría de coulomb: La teoría se basa en suponer que, al moverse el muro bajo la acción del empuje, se produce el deslizamiento de una cuña de terreno MNC, limitada por el trasdós del muro MN, por un plano

que pase por el pie del muro y por la superficie del terreno. Por tanto, se establece una primera hipótesis, que es suponer una superficie de deslizamiento plana, lo cual no es del todo cierto, aunque el error introducido sea pequeño. El resto de los supuestos de partida se pueden sintetizar en los siguientes puntos: • Considera la existencia de fricción entre el terreno y el muro. • Supone que el terreno es un material granular, homogéneo e isotrópico y que el drenaje es lo suficientemente bueno como para no considerar presiones intersticiales en el terreno. • De todos los posibles planos de deslizamiento, el que realmente se produce es el que conlleva un valor de empuje máximo. • La falla es un problema bidimensional. • Considera una longitud unitaria de un cuerpo infinitamente largo. Teoría de Rankine Estados de Equilibrio Plástico. Una masa de suelo se encuentra en estado de equilibrio plástico cuando cada punto de la misma se encuentra al borde de la rotura, es decir que en todos los puntos del material los esfuerzos tangenciales actuantes igualan a la resistencia al corte del material. Estados de Equilibrio Plástico de Rankine: Rankine (1857) estudió el estado de equilibrio plástico que puede alcanzar una masa de suelo cuando permanece constante el esfuerzo vertical. Estado Activo de Rankine. Una masa de suelo entra en un estado de equilibrio plástico activo cuando el material experimenta una expansión en dirección horizontal, disminuyendo el esfuerzo horizontal y permaneciendo constante el esfuerzo vertical. La disminución en la presión horizontal es tal que se plastifica la masa de suelo. Estado Pasivo de Rankine. Una masa de suelo entra en un estado de equilibrio plástico pasivo cuando el material experimenta una compresión en dirección horizontal, aumentando el esfuerzo horizontal y permaneciendo constante el esfuerzo vertical. El aumento en la presión horizontal es tal que se plastifica la masa de suelo. Muros de contención: Un muro de contención es una estructura que sirve para detener los empujes horizontales de masas de tierra, líquidos u otros materiales sueltos cuando estas masas no pueden asumir su pendiente natural. Un muro de contención de tierras tiene como misión resistir las fuerzas que ejerce la tierra que debe contener y transmitir esas fuerzas a la cimentación. En un deslizamiento de tierras, el muro de contención debe contener la masa inestable y transmitir las fuerzas fuera de la zona de influencia de la masa susceptible de moverse.

Este empuje da origen a dos solicitaciones fundamentales, que puede ocasionar la falla para la estabilidad del muro, estas se describen a continuación: • Falla por Volcamiento: Se produce cuando el momento de volcamiento, debido al empuje, es mayor que el momento resistente, que se obtiene con el peso del muro y del terreno colaborante. El momento de volcamiento, que tiende a hacer girar al muro hacia el exterior, en torno a su base. • Falla de Deslizamiento: Se produce cuando la fuerza de deslizamiento y/o corte es mayor que la fuerza de fricción entre el muro y el suelo de fundación. una fuerza horizontal de deslizamiento, que tiende a desplazarlo sobre el plano de base, también hacia el exterior. • Falla Estructural: Puede producirse debido a esfuerzos excesivos del material componente del muro, dando lugar a grietas y a desintegración. • Falla por Presión Excesiva sobre el Terreno: Se debe a posibles asentamientos diferenciales por ser la presión actuante sobre el suelo de fundación, superior a su capacidad resistente, lo que trae como consecuencia una reducción del momento resistente. En relación a este último punto, se recomienda tener muy en cuenta la presión máxima aplicada, de acuerdo a la calidad del terreno de fundación. En lo posible, un muro no se construye sobre un suelo perturbado o sobre rellenos en que puedan producirse asentamientos. En cuanto a la profundidad de fundación, es recomendable situarse por debajo del nivel de congelamiento del terreno, lo cual en climas relativamente fríos significa una profundidad comprendida entre 1,2 y 1,5 metros

Muros gravitacionales • Los muros de gravedad se construyen por lo general de hormigón o de mampostería en piedra, con un gran espesor, de tal manera que sean despreciables o no se produzcan los esfuerzos de tensión en ninguna parte de la estructura. • El muro solo cuenta con su masa y su resistencia a la compresión para resistir las fuerzas que sobre el actúan. Muros cantilever El muro cantilever (de hormigón armado) consta de un cuerpo vertical o alzado que contiene la tierra y se mantiene en posición gracias a la zapata o losa base. El peso del relleno por encima del talón, además del propio peso del muro, contribuye a la estabilidad de la estructura. Muros criba El sistema está formado por vigas entrelazadas las cuales forman un armazón que se rellena con suelo granular. El conjunto actúa como un muro de gravedad y tiene las ventaja de permitir una tolerancia de asentamientos diferenciales apreciables. Gaviones 13 Los muros de gaviones están formados por cajas metálicas apiladas llenas de rocas o agregados, que por lo general tienen dimensiones de 1 m x 1 m de sección transversal por 2 m de largo. Tablestacas Están formados por delgados pilotes (entrelazados) que son hincados en el suelo. Son estructuras flexibles cuya estabilidad depende del anclaje en la parte empotrada del soporte lateral, o de la fijación a una estructura rígida. Muros pantalla

Los muros pantalla se construyen en zanjas sostenidas mediante el uso de lodo bentonítico. Después de introducir la armadura se introduce el hormigón, el cual desplaza el lodo bentonítico. Finalmente se realiza la excavación. Tierra armada Se introducen bandas de refuerzo horizontales en un suelo granular con el fin de estabilizar la masa mediante la movilización de la resistencia a la fricción que tiene lugar en el suelo del entorno.

Factores geológicos y problemas geotécnicos La diversidad del medio geológico y la complejidad de sus procesos hacen que las obras de ingeniería se deban resolver situaciones donde los factores geológicos son condicionantes de un proyecto. 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. En la tabla 1 y 2 se presentan las posibles influencias de la litología y la estructura geológica sobre el comportamiento geotécnico de los materiales rocosos y suelos, mientras que en las tablas 3 y 4 se indica como el agua y los materiales son afectados por los diferentes procesos geológicos, dando lugar a problemas geotécnicos. Litología Rocas duras

Factores característicos -Minerales duros y abrasivos

Rocas blandas

-Resistencia media a baja -Minerales alterables

Suelos duros

-Resistencia media a alta

Suelos blandos

-Resistencia baja a muy baja

Suelos orgánicos y biogénicos

-Alta compresibilidad -Estructuras metaestables

Problemas geotécnicos -Abrasividad -Dificultad de arranque -Rotura en taludes -Deformabilidad en túneles -Cambio de propiedades con el tiempo -Problemas en cimentaciones con arcillas expansivas y estructuras colapsables -Asientos en cimentaciones -Roturas en taludes -Subsidencia y colapsos

Tabla 1. Influencia de la litología en el comportamiento geotécnico del terreno

Estructuras geológicas Fallas y fracturas

Factores característicos -Superficies muy continuas; espesor variable

Planos de estratificación

-Superficies continuas; poca separación -Superficies poco continuas, cerradas o poco separadas -Superficies de gran continuidad

Discontinuidades Pliegues

Foliación, esquistosidad

-Superficies poco continuas y cerradas

Problemas geotécnicos Roturas, inestabilidades, acumulación de tensiones, filtraciones y alteraciones Roturas, inestabilidad y filtraciones Roturas, inestabilidad, filtraciones y alteraciones Inestabilidad, filtraciones y tensiones condicionadas a la orientación Anisotropía en función de la orientación

Tabla 2 Estructuras geológicas y problemas geotécnicos

Preguntas más frecuentes de Geotecnia 1.

¿Qué es la ingeniería geotécnica?

La ingeniería geotécnica es una rama de la ingeniería civil que se encarga de evaluar el comportamiento de los suelos y rocas que forman la corteza terrestre.

2. ¿Qué información se rescata desde la aplicación de la Ingeniería Geotécnica? Propiedades físicas y mecánicas. Las propiedades físicas de los materiales son las que describen el estado de los componentes del suelo, que definen su apariencia. Por otro lado, las propiedades mecánicas describen el comportamiento de los suelos bajo esfuerzos inducidos y cambios del medio ambiente.

3. ¿Cuál es la importancia de un estudio geotécnico dentro del proceso de construcción? Garantizar que las características físicas y mecánicas del suelo sean analizadas e interpretadas de forma correcta para la realización y desarrollo de cimentaciones para cualquier obra de construcción. Se debe conocer el tipo de obra o proyecto a realizar y sus dimensiones para poder definir las cargas a las que se encontraría el suelo, con el fin de poder determinar qué tipo de suelo es ideal para soportar esas cargas y evitar problemas de asentamientos, derrumbes, etc. Las muestras alteradas son una porción del suelo extraído con fines de estudio en el laboratorio, que no requiere su conservación en estado natural. Las muestras inalteradas son una porción de suelo con fines de estudio de laboratorio en donde requiera que se conserve en estado real o natural, para realizarle pruebas especiales y determinar las propiedades mecánicas del estrato estudiado.

5.

¿Qué es la estratigrafía dentro de un estudio geotécnico?

Elemento gráfico que define la descripción de las capas componentes del subsuelo, su profundidad, espesor y sus propiedades.

6. ¿Qué características generales contempla el reconocimiento del suelo y subsuelo? Descripción física de la materia como: aspecto visual, color, consistencia, estructura, espesor de las capas, inclinación, estratificación, nivel freático (distancia a la que se encuentra el agua subterránea de la superficie del terreno), entre otras.

7. Dentro de un estudio geotécnico ¿Qué características geotécnicas se debe recopilar y analizar? Algunos de los puntos que contiene información relevante y necesaria son: sismicidad de la región del proyecto - Grado de frecuencia o de intensidad de los sismos que ocurren en una zona determinada. Cartas Geológicas y Topográficas- Documentos cartográficos que ofrece el conocimiento de la naturaleza y disposición estructural de los terrenos dentro de un área determinada. Estudios Geotécnicos de sitios aledaños- Conocimiento de las características físicas y mecánicas del suelo y/o subsuelo de áreas vecinas. Estudios Geohidrológicos- Estudio de la textura y la estratificación de suelos y rocas. Conocimiento de las fuerzas que actúan sobre el agua subterránea y provocan su movimiento. Aspectos Climáticos- Conocimiento de los factores ambientales que alteran o modifican las características físicas y mecánicas del suelo y/o subsuelo. Los puntos anteriormente enlistados sirven para conocer los factores contextuales de la zona, a partir de su reconocimiento y estudio se determinan campos de acción para el desarrollo del proyecto.

8. ¿Cuál es la metodología y alcance dentro de un estudio de geotecnia? Reconocimiento del marco geológico regional- Reconoce el origen y formación de los suelos, en esta parte se determinan las características y propiedades de los suelos. Etapa de exploración y muestreo- Consiste en realizar recorridos por el predio y sus alrededores para identificar las condiciones del suelo y el comportamiento de estructuras existentes, buscando indicios de problemas geotécnicos en el sitio y zonas circundantes. Ensayos o Pruebas de laboratorio- Define los parámetros significativos para clasificar adecuadamente el tipo de suelo y definir la estratigrafía existente. Ingeniería de Gabinete- Conjuntar, analizar e interpretar el resultado de los trabajos de campo y laboratorio. Procediendo a realizar el análisis y diseño geotécnico del proyecto a realizar.

9.

¿Para qué me sirven los ensayos de laboratorio?

Determina las características físico- resistentes de los materiales que serán afectados por diferentes variables de esfuerzo y agentes cambiantes que pudieran tener efecto en el suelo y/o subsuelo.

10. Dado que todas las obras se apoyan en el terreno, para definir el tipo de cimentación de acuerdo a las características físicomecánicas del suelo hay que considerar: Tamaño de la cimentación- Se define el tamaño de la cimentación de acuerdo al tamaño y carga total del proyecto sobre el terreno,

tiene la función de transmitir y distribuir las cargas del edificio al terreno. Tamaño de las zapatas- Las zapatas son una ampliación de la base de una columna o muro y que tiene por objeto transmitir la carga al subsuelo a una presión adecuada a las propiedades del suelo. El tamaño de la zapata es proporcionalmente al tamaño de la estructura soportada, La zapata que se construye debajo de un muro se llama zapata corrida o continua. Si una zapata soporta varias columnas se llama zapata combinada. Transmisión de cargas que vaya ejercer la estructura total sobre el terreno- Se define como la presión admisible o de trabajo ya que es la máxima tensión que se puede transmitir al terreno sin que la estructura sustentada sufra daños. Estudiarse la deformabilidad y resistencia del subsuelo- El conocer el tipo de subsuelo es de suma importancia ya que de acuerdo a las características físicas- mecánicas es la profundidad en la que se va definir el soporte apoyada de la estratificación. Existen suelos blandos en los que podría existir hundimiento y conforme más profundo más resistencia y compactación existe solidez.

11. ¿Qué tipo de métodos se emplean para la exploración de suelo? Existen los métodos indirectos o geofísicos y los métodos directos. Los métodos indirectos (geofísicos)- Se basan en la medida de una característica física de los materiales que componen el subsuelo, son métodos no intrusivos que abarcan la superficie del suelo a muy poca profundidad. Los métodos directos- Son aquellos donde se obtienen muestras que sirven para determinar las propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas del suelo. Pueden ser: Excavación de pozos a cielo abierto: Se excavan los pozos con el fin de tomar muestras de cada estrato. Dichas excavaciones deben tener un área de 1.00 x 1.5 m (mínimo), con separaciones y profundidades variables. Exploración con ensayos de penetración estándar (SPT): Implementación para suelos duros o rocosos, equipo de perforación rotaria y herramientas especializadas para la exploración y para obtener muestras alteradas o inalteradas a diversas profundidades.

12. ¿Cuáles son las características a verificar una vez realizado mi estudio geotécnico antes de dar pie a la obra? Estratigrafía del sitio Capacidad de carga del subsuelo Deformaciones esperadas de acuerdo con el tipo de cimentación Recomendaciones para constructoras

13. ¿Qué riesgos corre una construcción si no se realiza una mecánica de suelos? Debido a que se consideran características físico-mecánicas y ambientales pueden poner en peligro no solo la viabilidad de un proyecto sino el bienestar de las personas que laborenhabiten las construcciones. El omitir un estudio geotécnico- mecánica de suelos da como resultado problemas como los siguientes: construcciones relativamente nuevas muestran fisuras, canales cuyos taludes no resultan estables, erosiones que comprometen la integridad estructural de puentes y estructuras, hundimientos de calzadas después de construcción de obras, hasta el colapso estructural y pérdida de los inmuebles.