Geologia Aplicada Clase5.pptx

GEOLOGÍA APLICADA UNIDAD 1

1. GEOLOGÍA EN LA INGENIERÍA CIVIL INTRODUCCIÓN 

La ingeniería geológica es la ciencia aplicada al estudio y solución de los problemas de la ingeniería y del medio ambiente, producidos como consecuencia de la interacción entre las actividades humanas y el medio geológico.

INGENIERÍA GEOLÓGICA EN EL DESARROLLO

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La ingeniería geológica surge con el desarrollo de las grandes obras públicas y el crecimiento urbano, diferenciándose como especialidad de la geológica a mediados del siglo XX. La rotura de algunas presas por causas geológicas y sus graves consecuencias, incluyendo la pérdida de cientos de vidas humanas, los deslizamientos durante la construcción del Canal de Panamá en las primeras décadas del siglo XX, o las roturas de taludes en los ferrocarriles suecos en 1912, fueron algunos de los hitos que marcaron la necesidad de llevar a cabo estudios geológicos aplicados a la ingeniería.

Presa de San Francisco (California, 1928)

 Presa de Malpasset (Francia, 1959)

1.3 IMPORTANCIA DE LA GEOLOGIA EN LA INGENIERIA CIVIL

Se manifiesta en dos grandes campos de actuación: Proyectos y obras de ingeniería donde el terreno constituye el soporte, el material de excavación, de almacenamiento o de construcción

Prevención, mitigación y control de los riesgos geológicos

VENTAJAS DEL ESTUDIO GEOLOGICO 

Conocimiento sistematizados de los materiales.

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Los problemas de cimentación son esencialmente geológico.

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Los edificios, puentes, presas, y otras construcciones, se establecen sobre algún material natural.

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Las excavaciones se pueden planear y dirigir más inteligentemente y realizarse con mayor seguridad.

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El conocimiento de la existencia de aguas subterráneas, y los elementos de la hidrología subterránea, son excelentes auxiliares en muchas ramas de la ingeniería práctica.

GEOLOGÍA EN OBRA HIDRÁULICAS 

Pozos de punta 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 otro medios para manejar el agua freática en trabajos pequeños.

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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 va 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 puede ser efectuado con base en un estricto conocimiento de la capa subyacente local de una detallada geología urbana.

GEOLOGÍA EN LAS EDIFICACIONES 

Antes de construir un edificio se hace necesario un informe geológico (Informe Geotécnico) que defina el tipo de cimentación y el nivel de apoyo en el terreno, las presiones de trabajo y los asientos asociados con los mismos y los eventuales problemas de ejecución.

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Este tipo de informe es particularmente importante sino imprescindible, en las poblaciones situadas en zonas sísmicas o próximas a volcanes considerados inactivos, en las que las construcciones se tienen que hacer con muchas más garantías

2. ROCAS 2.1 DEFINICIÓN 

Son solidos inorgánicos de origen natural, formados por agregados de uno o varios minerales.

TIPOS DE ROCAS 

Rocas Ígneas o magmáticas: Se forman apartir del enfriamiento de un magma que se convierte en roca sólida.

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Metamórficas: Formadas a partir de rocas preexistentes, que sufren cambios provocados por las presiones y temperaturas elevadas.

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Sedimentarias: Se forman por la compactación de sedimentos procedentes de la erosión de las rocas superficiales.

APLICACIÓN DE ROCAS EN LA INGENIERIA 

Depende de la naturaleza del trabajo, estas pueden ser usadas para cavados decorativos y en obras de construcción civil.

CIMENTACIONES 

En cimentaciones se usan básicamente rocas metamórficas provenientes de las riveras de los ríos, las que llamamos piedras de canto rodado, y que mientras mas golpes hayan recibido en su formación, mejor.

CANTO RODADO: Usado en la albañilería confinada y rara vez como elementos decorativos

ARENA GRUESA Y FINA La arena es el conjunto de partículas pequeñas de rocas que se acumulan en las orillas del mar o de los ríos, que se usan para elaborar morteros y concreto. 

La arena gruesa: Sus partículas tienen un tamaño máximo de 5 mm. y se utiliza en la preparación de la mezcla para asentar los ladrillos y en la preparación del concreto

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La arena Fina: Sus partículas deben tener un tamaño máximo de 1 mm. Se utiliza en la preparación de mezcla para el tarrajeo de muros, para cielos rasos y para mortero de asentado de ladrillo caravista 

PIEDRA CHANCADA 

Es el agregado grueso obtenido por trituración artificial de rocas o gravas cuyas dimensiones son de ½”, ¾”, 1”, 1 ¼”, 2”, 2 ½” y 3”, Para seleccionarlas por tamaño se usa el tamizado. (Esta piedra debe ser de consistencia dura, no debe ser porosa ni tener arcilla, polvo o barro adherido a su superficie) El Uso común de la piedra chancada se restringe al campo de preparación del concreto, como agregado grueso.

BASALTO 

Roca de origen volcánico, constituido principalmente por sílice, hierro y magnesio, de resistencia dura. Esta piedra al ser fundida se usa como revestimiento en la construcción y pavimentación de calles y carreteras, ya que es un material resistente al desgaste, así como al ataque de químicos.

GRANITO 

El granito es una piedra frecuentemente utilizada en la construcción, siendo una roca ígnea consolidada lentamente a gran profundidad y que ha llegado a la superficie por plegamientos de la corteza terrestre y destrucción de las capas superiores.

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Se utiliza mucho en pavimentación y revestimientos por su gran duración y adherencia, en forma de adoquines y losas. También como cimentación y elemento de carga en muros estructurales de grandes edificaciones

3. GEOLOGÍA ESTRUCTURAL INTRODUCCION 

La Geología Estructural se dedica al estudio e interpretación de las estructuras generadas en la corteza terrestre producto de movimientos propios de la dinámica terrestre, mayormente entendidos y tratados por la Tectónica de Placas.

GEODINÁMICA INTERNA Y CICLO GEOLÓGICO 

La geosfera no permanece estática, sino que sufre cambios a lo largo del tiempo que se manifiestan en la superficie

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Estos cambios son producidos por la energía externa, como la energía solar o la gravitacional (GEODINÁMICA EXTERNA) y por la enería interna, como la calorífica procedente del interior de la geosfera (GEODINÁMICA EXTERNA)

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En ambos casos, además de cambios en la superficie terrestre, pueden provocar riesgos (terremotos, inundaciones, volcanes…) o pueden aparecer productos y sustancias, que pueden constituir recursos para la humanidad

GEODINÁMICA EXTERNA 

Los agentes y procesos externos (seres vivos, cambios de temperatura, gases, agua, nieve, viento…) actúan realizando los procesos geológicos externos (meteorización y erosión de las rocas (ígneas, metamórficas y sedimentarias), transporte y sedimentación de los materiales erosionados)

GEODINÁMICA INTERNA 

Llamada también fuerzas endógenas o Fuerzas internas, son fuerzas que se desplazan en contra de la gravedad, pues buscan salir hacia la superficie.

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Las rocas se van transformado por diferencias de presión y temperatura en otras rocas distintas.

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Cualquier roca puede ser transformada en otro tipo por acción de la energía interna y puede ser disgregada y erosionada por la energía externa, por tanto, la geosfera está en continuo cambio por acción conjunta de la energía externa e interna formando el CICLO GEOLÓGICO

MODELO DINÁMICO

Basado en el comportamiento de los materiales. 

LITOSFERA: Comprende CORTEZA + PARTE SUPERIOR DEL MANTO. Llega hasta el canal de baja velocidad (astenosfera). Hasta ahora, se consideraba que la litosfera llegaba hasta la astenosfera o canal de baja velocidad. Hoy en día su presencia está en entredicho, si bien existe puntualmente en algunas zonas del planeta, pero no se trata de una capa universal.

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MESOSFERA: Desde la litosfera hasta el núcleo externo. En ella aparecen corrientes de convección. Es sólida, pero su comportamiento es plástico y permite el movimiento de los materiales.

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NÚCLEO: Incluye el núcleo externo, que es fluido, por lo que en su interior se produce también convección, y el núcleo interno, que es sólido y rígido.

TECTÓNICA DE PLACAS 

Según el modelo de tectónica de placas, la litosfera se comporta como una capa sólida y rígida. Además está rota en numerosos fragmentos, denominados PLACASLITOSFÉRICAS que están en continuo movimiento y cambian de forma y tamaño. Se conocen siete placas principales (formadas por litosfera oceánica o mixta).También existen placas de menor tamaño y microplacas.

TECTÓNICA DE PLACAS 

Las placas litosféricas se mueven a velocidades muy pequeñas, pero suelen ser continuas. El movimiento es impulsado por la distribución desigual del calor en el interior de la Tierra (corrientes de convección). Los roces entre placas van a generar terremotos, volcanes y deforman grandes masas de rocas. Se consideran tres tipos de bordes:

• Bordes divergentes, distensivos o constructivos • Bordes convergentes, compresivos o destructivos • Bordes deslizantes, transformantes o pasivos

DEFORMACIONES DE LOS MATERIALES 

La deformación son los cambios en forma y volumen que experimenta una roca

SISMICIDAD 

Un terremoto es una vibración de la Tierra producida por una rápida liberación de energía. La energía liberada se transmite por todas las direcciones desde su origen, el foco o hipocentro. Es a lo largo de las fallas asociadas con los bordes de placa donde se producen la mayoría de los terremotos.

ONDAS SÍSMICAS Profundas: Se propagan por el interior de la tierra a partir del hipocentro. • Primarias (P): Las moléculas se comprimen, son las más rápidas y atraviesan sólidos y fluidos. • Secundarias (S): Mas lentas, son sacudidas perpendiculares al sentido de desplazamiento, no atraviesan fluidos. Superficiales: consecuencia de la interacción con la superficie terrestre de las ondas profundas. Son las que causan los mayores destrozos. Hay de dos tipos LyR.

TIPOS DE DEFORMACIONES El esfuerzo (sea del tipo que sea) puede provocar la deformación de las rocas y esta deformación puede ser de tres tipos (igual que en cualquier otro tipo de material) 1.

Deformación elástica: el material se deforma, pero cuando cesa el esfuerzo, la deformación desaparece (por ejemplo una goma elástica). Es, por tanto, una deformación reversible.

2.

2. Deformación plástica: la deformación se mantiene aunque el esfuerzo desaparezca (como ocurre con la plastilina) . La deformación es irreversible.

3.

3. Deformación frágil: el material se fractura como respuesta al esfuerzo (sería el caso de un vidrio roto). Al igual que la anterior, también es irreversible.. En la superficie las rocas se comportan como plásticas pero en el interior la plasticidad y elasticidad varían mucho.

Esfuerzos que provocan las deformaciones

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Compresión Fuerzas de misma dirección y sentidos opuestos que se enfrentan

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Cizalladura Fuerzas de misma dirección y sentidos opuestos que se rozan

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Distensión o tracción o tensión Fuerzas de misma dirección y sentidos opuestos que se separan

PLIEGUES

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Una roca se pliega cuando una superficie de referencia definida antes del plegamiento como plana se transforma en una superficie curva.

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El plegamiento es tanto mayor cuanto más numerosas y fuertes son las variaciones de buzamiento. Las rocas en las que se aprecia el plegamiento con mayor facilidad son las sedimentarias, cuyos planos de estratificación se muestran como buenos planos de referencia.

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En las rocas ígneas, cristalinas y de aspecto masivo, resulta más compleja la identificación de pliegues por la escasez de estructuras planares de referencia.

CLASIFICACIÓN Y TIPOS DE PLIEGUES ANTICLINAL Y SINCLINAL. Cada uno de los tramos de un estrato o conjunto de capas comprendidos entre los puntos de inflexión es un pliegue, por el que se da una sucesión de formas cóncavas seguidas de otras convexas y a la inversa. Si consideramos un tren de pliegues, periódicamente se repiten y alternan formas convexas o antiformes, y formas cóncavas o sinformes. Los conceptos de anticlinal y sinclinal informan, además, de la convexidad o concavidad de la edad de los materiales en el pliegue. 

Anticlinal: pliegue arqueado o con la convexidad ascendente en el que los materiales más antiguos se localizan en el núcleo.

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Sinclinal: pliegue arqueado o con la convexidad descendente en el que los materiales más modernos se localizan en el núcleo.

PARTES DE UN PLIEGUE.

PLIGUES FALLA Y MANTO DE CORRIMIENTO 

Cuando las fuerzas tectónicas siguen actuando y sobrepasan el límite de plasticidad de las rocas, estas se pueden romper y deslizarse sobre el plano de fractura (el desplazamiento puede ser de varios kilómetros), originando un Pliegue-Falla (a).

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Si un cabalgamiento tiene más de 5 Km de longitud se denomina Manto de Corrimiento (b) Pliegues falla y mantos de corrimiento

DIACLASAS

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Son fracturas en las rocas sin desplazamiento de los bloques. Constituyen las grietas y fisuras presentes en la mayoría de las rocas de la corteza terrestre. Tienen una anchura, una extensión y una profundidad muy variables.

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Muchas diaclasas son rellenadas posteriormente por minerales o por diques de rocas magmáticas.

TIPOS DIACLASAS 

Tectoclasas: Se originan por esfuerzos tectónicos, los mismos que dan lugar a las Fallas.

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Diaclasas: Se originan durante la formación de las rocas, por ejemplo, las producidas en los basaltos cuando se contrae la lava al enfriarse y dan lugar a columnas prismáticas (pentagonales, hexagonales) de Basalto), o los sistemas de diaclasas originadas en las rocas graníticas al ascender el magma. Calzada de los Gigantes (Irlanda)

FALLAS

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Las fallas constituyen la deformación frágil más frecuente en Geología, y por lo tanto, al igual que en el caso de los pliegues, se trata de uno de los elementos más representados en Geología Estructural.

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Los bloques resultantes de la rotura se desplazan uno con respecto al otro.

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El movimiento entre los dos bloques es brusco y con sacudidas, y como consecuencia, se pueden producir terremotos.

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Una falla puede actuar durante millones de años. Cada vez que se reactive, lo hará bruscamente.

ELEMENTOS DE UNA FALLA

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El plano de falla

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Los labios de falla (levantado y hundido)

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Salto de falla (escarpe de falla)

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Buzamiento del plano de falla.

TIPOS DE FALLAS 

Fallas Normales, producidas por fuerzas distensivas. Uno de los bloques se hunde a favor del plano de falla. Se caracterizan porque hay un aumento en la superficie total del terreno.

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Fallas Inversas, generadas por fuerzas compresivas. Uno de los bloques se eleva en contra del plano de falla y, por tanto, se produce un acortamiento en el terreno.

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Fallas de Dirección, producidas por fuerzas que tienen la misma dirección y sentido contrario. Los bloques se mueven horizontalmente y el plano de falla es vertical.