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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________
DEFINICIÓN DE PRESA
Una presa se define como una barrera artificial que se construye en algunos
ríos para embalsarlos y retener su caudal.
Los motivos principales para construir presas son concentrar el agua del río
en un sitio determinado, lo que permite generar electricidad, regular el agua
y dirigirla hacia canales y sistemas de abastecimiento, aumentar la
profundidad de los ríos para hacerlos navegables, controlar el caudal de agua
durante los periodos de inundaciones y sequía, y crear pantanos para
actividades recreativas. Muchas presas desempeñan varias de estas
funciones.
TIPOS DE PRESAS
Las presas se clasifican según la forma de su estructura y los materiales
empleados. Las grandes presas pueden ser de hormigón o de elementos sin
trabar. Las presas de hormigón más comunes son de gravedad, de bóveda
y de contrafuertes. Las presas de elementos sin trabar pueden ser de
piedra o de tierra. También se construyen presas mixtas, por ejemplo de
gravedad y de piedra, para conseguir mayor estabilidad. Además, una
presa de tierra puede tener una estructura de gravedad de hormigón que
soporte los aliviaderos. La elección del tipo de presa más adecuado para un
emplazamiento concreto se determina mediante estudios de ingeniería y
consideraciones económicas.
El costo de cada tipo de presa depende de la disponibilidad en las
cercanías de los materiales para su construcción y de las facilidades
para su transporte. Muchas veces sólo las características del terreno
determinan la elección del tipo de estructura.
1.1.2.1 PRESAS DE GRAVEDAD
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________Son aquellas que retienen el agua gracias al tipo de materiales empleados,
como mampostería u hormigones.
Las presas de gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular;
la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da
al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de
curva suave. La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el
tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento.
Su altura suele estar limitada por la resistencia del terreno. Debido a su
peso las presas de gravedad de más de 20 m de altura se construyen sobre
roca.
PRESAS DE CONTRAFUERTE
Son aquellas que están formadas por una pared impermeable situada aguas
arriba, y contrafuertes resistentes para su estabilidad, situados aguas abajo.
Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una
serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y
transmiten la carga del agua a la base. Estas presas precisan de un 35 a un
50% del hormigón que necesitaría una de gravedad de tamaño similar. Hay
varios tipos de presa de contrafuertes: los más comunes son de planchas
uniformes y de bóvedas múltiples.
En las de planchas uniformes el elemento que contiene el agua es un
conjunto de planchas que cubren la superficie entre los contrafuertes. En
las de bóvedas múltiples, éstas permiten que los contrafuertes estén más
espaciados.
A pesar del ahorro de hormigón las presas de contrafuertes no son siempre
más económicas que las de gravedad. El costo de las complicadas
estructuras para forjar el hormigón y la instalación de refuerzos de acero
suele equivaler al ahorro
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________en materiales de construcción. Pero este tipo de presa es necesario en
terrenos poco estables.
PRESAS DE ARCO – BÓVEDA
Son aquellas que aprovechan el efecto transmisor del arco para transferir los
empujes del agua al terreno.
Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La
curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga
se distribuye por toda la presa hacia los extremos; las paredes de los
estrechos valles y cañones donde se suele construir este tipo de presa. En
condiciones favorables, esta estructura necesita menos hormigón que la de
gravedad, pero es difícil encontrar emplazamientos donde se puedan
construir.
PRESAS DE TIERRA O ESCOLLERA
Son aquellas que presentan un núcleo de material arcilloso, que a veces es
tratado químicamente o con inyecciones de cemento.
Las presas de piedra o tierra y los diques son las estructuras más usadas
para contener agua. En su construcción se utiliza desde arcilla hasta
grandes piedras.
Las presas de tierra y piedra utilizan materiales naturales con la mínima
transformación, aunque la disponibilidad de materiales utilizables en los
alrededores condiciona la elección de este tipo de presa. El desarrollo de las
excavadoras y otras grandes máquinas ha hecho que este tipo de presas
compita en costos con las de hormigón. La escasa estabilidad de estos
materiales obliga a que la anchura de la base de este tipo de presas sea de
cuatro a siete veces mayor que su altura. La cuantía de filtraciones es
inversamente proporcional a la distancia que debe recorrer el agua; por lo
tanto, la ancha base debe estar bien asentada sobre un terreno cimentado.
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________Las presas de elementos sin trabar pueden estar construidas con materiales
impermeables en su totalidad, como arcilla, o estar formadas por un núcleo
de material impermeable reforzado por los dos lados con materiales más
permeables, como arena, grava o roca. El núcleo debe extenderse hasta
bastante más abajo de la base e para evitar filtraciones.
PRESAS HOMOGÉNEAS O DE MATERIAL UNIFORME IMPERMEABLE
El material resistentes también impermeable. Existen pocas presas homogéneas por dos razones. Es menos frecuente encontrar el material adecuado y porque a alturas de presa mayores de 20 metros se presentan problemas de estabilidad
PRESAS DE MATERIALES HETEROGÉNEOS
Son las más frecuentes y tienen la ventaja de emplear óptimamente los
materiales próximos disponibles distribuyéndolos según sus características.
Los materiales más permeables se usan como elemento es6tabilizados por su peso. Los más finos se usan para lograr un núcleo impermeable. Otros se utilizan como elementos drenantes o para establecer capaz de transición (filtros). El núcleo impermeable suele estar en el centro, en posición vertical o cercana a ella.
PRESAS CON PANTALLA O DIAFRAGMA
Cuando no se encuentra cerca de la presa un material impermeable natural
(arcilla o limo) hay que acudir a una pantalla artificial impermeabilizadora ______________________________________________________________________________
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________que se coloca sobre el talud, aguas arriba o en el centro del dique
(diafragma).
TIPOS DE PRESAS
INVESTIGACIÓN SUBTERRANEA
Hace falta una práctica considerable de campo y de gabinete para obtener
los datos adecuados en la investigación de un proyecto y darles una
interpretación técnica correcta. Esta facultad no puede provenir de un solo
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________libro; por ello, el desarrollo de este punto debe considerarse únicamente
como una ayuda para adquirir algunos conocimientos básicos en el vasto
campo de las investigaciones subterráneas. Los métodos de investigación
subterránea existentes no son algo definitivo y rígido, sino que están sujetos
a desarrollo y perfeccionamiento. Para poder emplear en la forma más eficaz
los métodos de investigación de que se dispone en un lugar dado, el
investigador debe estar impuesto en Geología, en general, y en las
condiciones geológicas locales, la particular.
Principios generales.- El procedimiento más común de realizar
investigaciones subterráneas es perforar sondeos en el lugar escogido para
ubicación de la obra y extraer testigos de las rocas, de los suelos o de ambas
cosas, para su estudio posterior. Se puede obtener también información
sobre la calidad de los terrenos que forman el subsuelo, no solamente de los
testigos, sino de las observaciones sobre el terreno acerca de la resistencia
ofrecida al avance del sondeo. Estas observaciones constituyen un elemento
esencial de las investigaciones de campo y son frecuentemente más
importantes que la simple extracción de testigos, especialmente cuando se
investigan suelos.
La máquina que se utiliza para realizar sondeos se llama comúnmente sonda.
No se dispone de una sonda universal; es decir, no hay un tipo de sonda
capaz de extraer toda clase de testigos en toda clase de terrenos. La elección
de una máquina de investigación se basa ante todo en razones económicas.
Cuanto menor y menos costosa sea la construcción proyectada, objeto de la
investigación, tanto más simple y menos costosa será ésta. Después de las
razones económicas, son las condiciones geológicas las que quizás ejerzan
mayor influencia en la elección del
equipo de investigación, así como en la intensidad de su utilización. La
elección del equipo de investigación lo controla, por ejemplo, la mayor o
menor dureza del terreno. Los méritos relativos de los diferentes métodos de
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________investigación dependen también del tipo del terreno, accesibilidad y
condiciones topográficas locales. En una zona de cañones extremadamente
escarpada pueden no ser económicas las sondas montadas sobre camiones,
mientras que pueden emplearse sondas pequeñas montadas sobre patines o
narrias . En las primeras fases de una
investigación puede que no se disponga de carretera transitable, y en tal
caso se pueden utilizar sondas ligeras, portátiles, o incluso pueden hacerse
calicatas a mano.
No hemos creído conveniente exponer en este proyecto los costes reales de
los distintos métodos de investigación subterránea. Los costes dependen de
todos los factores previamente mencionados. Además, varían
considerablemente en todo el mundo dependiendo de las particularidades de
la subasta para las obras condiciones laborales locales y de urgencia del
trabajo. Por ejemplo: se sabe de ensayos de penetración que han costado
desde 75 centavos a 3 dólares el pie, y sondeos con corona de diamantes (y
extracción de testigo) que han variado desde sólo 2 dólares hasta 65 dólares
el pie.
Investigación Previa por ensayos de penetración.- Estos ensayos se
utilizan generalmente para la investigación subterránea por la observación
de la resistencia a la penetración del terreno, sin realizar sondeos. Esto se
hace clavando en el suelo: 1) una barra, 2) una barra rodeada de un tubo, o
3) un cable con una resistencia eléctrica. Se pueden sustituir las barras por
tubos cerrados como de una pulgada de diámetro con juntas embutidas y
provistas de un regatón. Se pueden clavar, bien con un gato, una mandarria
o aplicándoles un peso. Estos ensayos son prácticos también para localizar
zonas blandas en los rellenos. Los penetrómetros de cono originarios de
Holanda dan excelentes resultados en ensayos de este tipo en arena., que
consiste esencialmente en una barra con un cono en un extremo. La barra
está rodeada de un tubo y puede clavarse con él o sin él. Cuando la barra se
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________clava sin el tubo, tiene que vencer solamente la resistencia ofrecida a la
penetración del cono. Cuando se clava con tubo tiene que vencer, además, la
fricción de éste con el terreno. El camino recorrido por el cono cada vez que
se empuja es de unas 4 pulgadas; la resistencia se mide con un manómetro
de Bourdon en el extremo superior de la barra.
El aparato sueco In situ (es decir, en sitio), consiste básicamente en un
pequeño anclaje que se clava plegado en el terreno; se despliega a una
profundidad dada y se tira de él. El cable del anclaje se engancha a una
cabria pequeña con un registrador; se traza automáticamente el diagrama de
la resistencia al arranque del anclaje. La altura del aparato sobre el suelo es
de alrededor de unos 30 cm. Este aparato da resultados especialmente
buenos en suelos blandos.
PERFORACION Y OBTENCION DE TESTIGOS EN SUELOS
Sondeos.- Los sondeos pueden ser verticales, oblicuos (sondeos inclinados)
u horizontales. Según avanza la perforación, es necesario desprender la
tierra del fondo y extraerla del sondeo. Esta operación se realiza
generalmente con un trépano, que actúa en el fondo del sondeo, o con una
broca que tiene en el sondeo una acción semejante a la de un berbiquí
perforando en la madera. Las tierras que se extraen del sondeo se llaman
detritos. Los sondeos de pequeño diámetro sobre el nivel hidrostático son
generalmente estables. El peligro de hundimiento aumenta con: 1) el
diámetro y profundidad del sondeo, 2) la presencia de arenas sueltas, y 3) la
presencia de agua. A veces, llenando el sondeo de agua se neutraliza su
tendencia al hundimiento. Los sondeos en arcillas cohesivas o en rocas
blandas se suelen dejar rellenos de agua y sin revestimiento si han de
permanecer largo tiempo abiertos. Si las paredes del sondeo contienen sal o
anhidrita, se puede emplear una disolución concentrada de sal en lugar del
agua dulce, para evitar la disolución de las sales.
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________Lodos de sondeos.- Los sondeos se pueden afirmar llenándolos de lodo de
sondeos. Es un lodo o lechada que se prepara mezclando productos
comerciales tales como Volclay o Aquagel (esencialmente, bentonita) con
agua; si se puede obtener arcilla grasa en la localidad se puede emplear ésta
para su mezcla con otros productos. Por ejemplo, el lodo del lago Muroc (en
el desierto de Mojave), utilizado a veces en los Estados Unidos del Oeste, se
mezcla con bentonita y sulfato bárico. El lodo estabiliza las paredes del
sondeo, revistiéndola de una película relativamente impermeable y
ejerciendo sobre ellas una presión (hidrostática) lateral. Aunque en ingeniería
civil se emplean a veces los lodos para estabilizar sondeos de pequeño
diámetro, es más común su uso en los sondeos de petróleo.
Cuando se utilizan lodos en los sondeos con extracción de testigos, se debe
hacer notar su empleo en el registro del sondeo ; en caso de no hacerlo se
puede tomar erróneamente como parte del testigo mismo la superficie del
testigo contaminada por el lodo.
Revestimiento.- El método más caro, pero más seguro, de proteger las
paredes de un sondeo es el uso del revestimiento (o entubado). Se utilizan
muchos tipos de tubería normalizada o especial para el revestimiento. Los
tubos negros extrafuertes o normalizados son los que más se utilizan, por ser
de fácil adquisición. Los extrafuertes permiten una utilización repetida, mejor
que los de tipo normalizado, y generalmente se prefieren a éstos.. Los tubos
de revestimiento vienen generalmente en piezas de 1,5 a 3 metros de
longitud.
La unión entre las distintas secciones puede ser abierta, con acoplamiento
embutido o con juntas machihembradas. El extremo inferior del
revestimiento está provisto de un anillo cortante de acero duro,
especialmente cuando el entubado deba hincarse a través de una capa dura.
En el revestimiento con uniones embutidas, el anillo cortante puede consistir
simplemente en un tubo de pequeña sección. Si se encuentra un bolo al
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________introducir la tubería y no puede apartarse con ésta, será necesario perforarlo
(con trépanos adecuados) o volarlo con explosivos. En este último caso, para
evitar daños, el revestimiento se retira unos 8 ó 10 pies antes de la
explosión. Si el terreno es razonablemente cohesivo, los sondeos se hacen
sin revestimiento. La tubería se hunde generalmente en el terreno dejando
caer repetidamente sobre su extremo superior una masa muy pesada .
Cuando el sondeo deja de ser necesario, se recupera el revestimiento, que
puede volver a utilizarse.
Métodos y equipos de sondeo.- Hay tres tipos básicos de sondas:
1) Rotatoria
2) De percusión, y una sonda semejante con cuchara
3) Con broca.
Todas las sondas están provistas de motores (de gasolina, diesel, de aire
comprimido o eléctrico).
En las sondas rotatorias, el motor está conectado a una cabeza de rotación
que hace girar el varillaje con una corona en su extremo inferior. Se hace
girar el varillaje por medio de un engranaje y se hace presión con un gato
hidráulico o mecánico sobre el varillaje, para que penetre la corona en el
terreno. Así profundiza la corona y corta, desmenuza y muele el terreno. En
las sondas rotatorias las varillas son generalmente tubos de sección gruesa.
En las sondas de percusión se utiliza una columna de varillas. Consiste en un
trépano atornillado en una barra maestra, la cual, a su vez, va unida a dos
barras de perforación, colgadas de una cuerda o cable. E1 trépano puede ser
una barra pesada de cuatro o más pies de largo, que trabaja en el fondo del
sondeo. La acción del trépano, conjuntamente con la columna de varillas,
consiste en un martilleo o percusión. La energía necesaria para ello se
proporciona de diferentes formas, una de ellas puede realizarse con un
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________balancín con un movimiento ascendente y descendente, transmitido por
medio de barras excéntricas accionadas por un motor.
Las barras de perforación tienen la función de un martillo para la hincadura
del portatestigos cuando se ha hecho el sondeo o pueden utilizarse también
para tirar del trépano y desprenderlo del terreno si se ha enganchado en el
fondo del sondeo. En este método, el sondeo está parcial o totalmente lleno
de agua. El lodo que se forma en el fondo del sondeo se achica
periódicamente por medio de cucharas o bombas de arena.
Equipo de maniobra.- En la ejecución de un sondeo hay que realizar
una serie de operaciones auxiliares tales como colocar o quitar el
revestimiento y el varillaje, así como tirar del portatestigos e izarlo. Para
poder realizar la mayoría de estas maniobras, las sondas están provistas
generalmente de castillete o percha. El castillete es una simple grúa con una
roldana o polea centrada sobre el cabezal del sondeo con cuerdas o cables.
La fuerza motriz corre a cargo de una cabria. Los castilletes pueden tener
cuatro patas de, por ejemplo, 28 a 34 pies de altura, o bien solamente 3
(trípode).
Estos últimos se utilizan más en sondas montadas sobre narrias, que se
deslizan sobre patines de acero colocados directamente en el suelo. mientras
que un castillete puede utilizarse independientemente de la sonda, la percha
abatible es una parte constitutiva de ésta formada por dos o cuatro patas
próximas entre sí y sólidamente enlazados. Un soporte en pirámide es otro
tipo de percha de altura limitada (10 a 20 pies) con dos patas montadas en
forma de A. Los aparatos elevadores llamados cabrias pueden ser del tipo de
cable, con un cable de acero fijado de una forma permanente al tambor y
enrollado en él, o del tipo de fricción, llamado generalmente cabrestante. En
este último tipo se dan tres o cuatro vueltas de cuerda de abacá al tambor, y
la tracción se lleva a cabo tirando del extremo de la cuerda para que los
arrollamientos se tensen sobre el tambor, con lo que se desarrollan grandes
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________fuerzas de fricción. Con el fin de lograr mayor movilidad, los equipos de
sondeo pueden ir montados en camión, remolque o jeep, para terrenos
suaves, o sobre patines. Los castilletes y perchas pueden ser abatibles y
elevarse y abatirse mecánicamente.
Sondeos por inyección.- Para hacer sondeos por el simple método
conocido como sondeo por inyección, se suele emplear un castillete de
cuatro patas y con un mojón en su parte alta. Antes de que comience la
inyección se debe romper y excavar el terreno duro superficial, por ejemplo,
hasta una profundidad de 0,3 cm, poco más o menos, con una pica (una
barra de hierro afilada en un extremo). Si el terreno blando que puede
perforarse con este tipo de sondeo está endurecido en la parte alta o
cubierto por otras capas duras, es necesario hacer en primer lugar un sondeo
normal por alguno de los métodos que se explican más adelante. El
revestimiento se hinca entonces hasta el terreno blando ya descubierto que
se va a perforar, dándole golpes repetidos con un martinete de caída libre. El
peso habitual de un martinete utilizado con cabrestante es de unos 65 a 140
kg. siendo la altura de caída libre de 0,60 a 1,20 m. Con cabrias de cable, se
pueden utilizar martinetes que pesen hasta 350 kg. El revestimiento rodea el
tubo de inyección, generalmente de 1 pulgada o más de diámetro, con un
anillo cortante en su extremo. Por tanto el tubo de inyección es, en este caso,
lo que generalmente se llama varillaje de sondeo. Cuando el revestimiento se
ha hincado a una profundidad razonable se extrae la tierra del interior del
revestimiento. El cabezal del tubo de revestimiento se sustituye con un tubo
en T. La tubería de inyección se conecta a un cabezal de inyección y éste, a
una bomba. La tubería de inyección arroja un chorro de agua a través del
trépano. De esta forma el agua erosiona el suelo próximo a la extremidad del
revestimiento y vuelve a la superficie entre éste y la tubería de inyección,
arrastrando consigo el suelo roto y erosionado en forma de suspensión. Ésta
se recibe en una cubeta o balsa en el terreno, bajo la parte horizontal de la T.
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________(Debemos hacer notar que el lodo de sondeos se utiliza en ellos de la misma
forma, es decir se inyecta a presión en el sondeo por el varillaje y vuelve
entre éste y el revestimiento.) Se hace volver continuamente al sondeo el
agua de retorno que fluye a la balsa, o cubeta, excepto, naturalmente, si se
utilizan lodos especiales de sondeo.
La mezcla se mantiene a la densidad correcta por la adición ocasional de
agua o de productos químicos. Si el sondeo se hace cerca de un río u otra
fuente de agua, es preferible bombear directamente, en lugar de volver a
utilizar el agua de la balsa. Para facilitar la erosión rápida del terreno bajo el
extremo del trépano, se agita verticalmente y se hace girar la tubería de
inyección. En este caso se puede llevar a cabo tal movimiento arrollando una
cuerda en el cabezal de inyección y levantando y dejando caer la tubería, al
tensar y destensar los arrollamientos de la cuerda en el tambor del
cabrestante. Se utilizan llaves inglesas de mano para hacer girar la tubería.
Cuando termina la inyección, sigue generalmente la toma de testigos. Sin
embargo, los sondeos por inyección pueden ser útiles incluso sin extracción
de testigos. Como, por ejemplo, en el caso en que se sabe que bajo cierto
lugar hay una roca bastante somera y cuya profundidad exacta debe tenerse
en cuenta en el proyecto. (Esta aplicación de los sondeos por inyección no
resulta práctica si la roca es tan erosionable bajo la acción del agua que no
se puede determinar su profundidad exacta.) Los sondeos de inyección sin
extracción de testigo pueden ser prácticos en la investigación previa, antes
de que comience la costosa extracción de testigos profundos inalterados. Los
detritos que vienen del sondeo darán alguna información, aunque
incompleta, sobre el carácter general del suelo y la secuencia de sus
estratos. Tales identificaciones deben formarse con reserva, ya que el agua
tiende a lavar los finos del terreno. Por tanto, los detritos que trae el agua de
retorno pueden indicar que el suelo está formado de elementos más gruesos
de lo que lo está. Igualmente, las gravas gruesas se pueden convertir en
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________gravilla fina bajo los golpes del trépano y, por consiguiente, no aparecer en
los detritos.
Sin embargo, se puede descubrir a veces la presencia de estos elementos
gruesos por la acción del trépano y por la presencia de numerosos trozos
angulosos en los detritos. Se pueden hacer frecuentemente sondeos de este
tipo en terrenos blandos, como arcilla plástica o limo orgánico, hasta una
profundidad considerable, como 20 ó 25 metros, utilizando solamente una
tubería de revestimiento corta (por ejemplo, 5 metros) en la boca del sondeo.
En general, durante la inyección el revestimiento debe sujetarse firmemente
con una mordaza o perro de seguridad, para evitar su posible hundimiento
en el sondeo. En terrenos muy blandos el revestimiento puede hundirse
varios pies (a veces muchos) por su propio peso. Para recuperar el
revestimiento se golpea hacia arriba el cabezal con el martinete.
El personal de un sondeo de inyección consiste generalmente en un sondista
y dos ayudantes. El sondista tiene la obligación. de enviar un parte diario del
avance del sondeo a la oficina de ingenieros y anotar los siguientes datos: 1)
diámetro y tipo del revestimiento por pie lineal; 2) peso del martinete, altura
media de caída y número de golpes requeridos para cada pie lineal de
avance del revestimiento; 3) pérdida o ganancia de agua de inyección, y 4)
su propio registro del sondeo haya o no un ingeniero o geólogo en el lugar de
trabajo.
MAPAS Y FOTOGRAFÍAS AEREAS
Uno de los rasgos básicos de la Ingeniería civil lo constituyen los proyectos
de utilización de la tierra y el agua para satisfacer las necesidades del
hombre. Antes de que pueda establecerse un proyecto inteligente, es
necesario un conocimiento previo de los siguientes datos:
1) Topografía del emplazamiento del proyecto, es decir, la configuración
de la superficie del terreno.
2) Geología y condiciones del suelo en el mismo, esto es, los depósitos
que componen la tierra y su superficie meteorizada.______________________________________________________________________________
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3) Hidrología del lugar, o sea, la disposición de las aguas superficiales y
subterráneas.
Estas tres clases de características se pueden representar gráficamente en
mapas y fotografías aéreas.
1.1.4.1. MAPAS TOPOGRÁFICOS
Un mapa topográfico es la representación de los aspectos, naturales o
debidos a la mano del hombre, de una área mediante signos convencionales
en una superficie plana. Un mapa topográfico indica las distancias
horizontales entre los distintos aspectos sobresalientes y sus cotas sobre
determinado nivel llamado plano de comparación (que para la mayoría de los
mapas se toma al nivel del mar, altitud, o cota 0,00). La configuración de la
superficie de la tierra, que se conoce como relieve, se puede representar en
el mapa por curvas de nivel, rayados (sombreado con rayado fino para
indicar el declive del terreno), o con tintas hipsométricas (diferentes colores
indicando las distintas altitudes).
De acuerdo con las variaciones en altitud, los relieves pueden ser suaves,
moderados o fuertes. En todos los mapas topográficos se representan las
aguas superficiales, tales como arroyos, fuentes, lagos y marismas (lo que se
llama red hidrográfica), y la llamada obra humana, que comprende
carreteras, ferrocarriles, aeropuertos, poblaciones y grupos de edificios tales
como hospitales aislados o grupos de viviendas. La obra humana se
representa en el mapa con símbolos. Esta información a veces se suplementa
con símbolos indicando vegetación (árboles, arbustos, etc.). Las cercas,
líneas eléctricas y telefónicas, etc., se indican también en muchos mapas.
Esta información es especialmente útil para proyectar la investigación previa
para estructuras.
ESCALA
La escala puede variar según el terreno y la posible utilización del mapa. los
mapas topográficos preparados especialmente para estudio de grandes ______________________________________________________________________________
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________estructuras, tales como túneles o presas, pueden dibujarse en escalas de 50,
100 ó 200 metros por cm, mientras que los mapas publicados para el público
en general pueden ser de una escala aproximada de 1 milla por pulgada o,
más aproximadamente, 1:63.360. Esto quiere decir que una pulgada en el
mapa sería igual a 63.360 pulgadas en el terreno. Sin embargo, para fines
técnicos (diseño de proyectos) estas escalas se expresan con. mayor
frecuencia en tantos pies por pulgada o en tantas millas por pulgada,
utilizando números redondos, tales como 1 pulgada = 1.000 pies o 1 pulgada
= 2 millas, etc.
Si las distancias reales aparecen en el mapa considerablemente disminuidas
se dice que es un mapa de pequeña escala. Lo opuesto sería un mapa de
gran escala. Por tanto, si una área se cubre con dos mapas, y uno de ellos se
ha dibujado en una escala de 1 pulgada = 1 milla, éste será un mapa de
pequeña escala, mientras que el otro, dibujado a una escala de 1 pulgada =
50 pies, será de gran escala.
Intervalo entre curvas de nivel. Los puntos con la misma cota se unen con
curvas de nivel en el mapa. Se llama intervalo la distancia vertical entre dos
curvas consecutivas. En países bajos, ondulados, el intervalo entre las curvas
de nivel puede ser hasta de 0,5 a 1,5 m, mientras que en terrenos abruptos,
montañosos, pueden ser de 15 a 30 metros o mayor aún. Puede variar éste
también de acuerdo con el objeto a que se destine el mapa. En mapas
especiales para grandes estructuras no es raro utilizar intervalos de 50 cm,
sea el que fuere el relieve, puesto que puede ser importante un conocimiento
detallado de sus menores variaciones. Por ejemplo, la situación y tamaño de
los bloques de roca tiene su importancia para determinar el volumen y clase
de desmontes necesario para una estructura.
REDES DE CONTROL
Para el levantamiento topográfico de una zona es necesario el
establecimiento previo de una serie de estaciones claves relacionadas entre
sí por medidas precisas; este sistema de estaciones se denomina ______________________________________________________________________________
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________generalmente red de control. El control horizontal consiste, en primer lugar,
en la determinación de las latitudes y longitudes de las cotas de ciertos
puntos del terreno. El vertical es la determinación precisa de estos puntos o
vértices. Éstos se marcan en el terreno con referencias (placas metálicas
especiales colocadas, en forma firme y segura, en bloques de cemento).
La red que relaciona estos puntos entre sí debe ser cerrada; es decir, los
itinerarios se hacen en forma de circuito, de punto en punto, terminando bien
en el que se comienza o en un punto previamente establecido cuyas
situación y cota son ya conocidas. Según la magnitud de error en el cierre, la
red de control puede ser de primero, segundo, tercero o cuarto (el de menor
precisión) orden. La red de control de primer orden se establece por
triangulación, que es la medición precisa de la situación y cota relativas de
tres puntos muy separados en el terreno. Se hace el levantamiento de un
triángulo en el terreno y se van añadiendo gradualmente otros triángulos
semejantes. E1 tipo, de red depende del fin para el que se hace el
levantamiento, el cual predetermina, por tanto, la elección de los
instrumentos topográficos que han de utilizar y el carácter del trabajo de
levantamiento.
La triangulación en una montaña, por ejemplo, en la que ha de situarse un
túnel, debe hacerse con precisión de primer orden, pues si el túnel se perfora
con dos frentes (es decir, desde ambos lados) ambas perforaciones deben
encontrarse precisamente en el mismo punto y a la misma cota. En cambio,
un levantamiento para un embalse no necesita ser tan preciso y, así, puede
utilizarse para la ejecución del mapa un control de tercero o incluso de cuarto
orden.
Sistemas de cuadriculado. Los ingenieros necesitan normalmente mapas de
escalas grandes referidos, por comodidad, para efectuar medidas, a ejes de
coordenadas ortogonales. Por este motivo, los mapas (aunque no todos)
están provistos de sistemas de cuadriculado.
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________Un cuadriculado consiste en dos sistemas de líneas paralelas que se
intersectan en ángulo recto para formar una red de cuadrados, cuyos lados
pueden ser hasta de 3000 metros o incluso mayores o pueden llegar a no
tener más que 150 metros. Un cuadriculado se adapta al área plana que en
la cartografía sustituye la zona real de la superficie del terreno que
representa. Esta sustitución, realizada de acuerdo con ciertas reglas, produce
una pequeña distorsión de la zona, que es inevitable, ya que la superficie
curvada de la tierra no puede desarrollarse en un plano. El meridiano central
del área representada (pasando aproximadamente por
su centro) es el eje Y de la red. El eje X es perpendicular al Y y está situado
en el extremo sur de la zona dada. La intersección de estos dos ejes es el
origen de coordenadas. Su coordenada X o abscisa no es cero (0) sino que se
le asigna un valor mayor que la mitad de la anchura del área para evitar el
utilizar valores negativos de X. Las abscisas crecen numéricamente de Oeste
a Este y las ordenadas o coordenadas Y, de Sur a Norte (regla
mnemotécnica: leer a derecha y arriba). Los valores asignados a las abscisas
deben tener una diferencia considerable con los de las ordenadas y para
evitar confusiones al situar puntos, se pueden dar, por ejemplo, a las
coordenadas norte o Y, un sistema de números que partiendo de 500.000
crezcan hacia el Norte, mientras que las Este o X pueden partir de 100.000 y
crecer progresivamente hacia el Este. Así el mapa situaría un punto, por
ejemplo, 550.000 Norte; 125.000 Este. A menos que se cartografíen áreas
muy amplias, no es conveniente utilizar valores de coordenadas superiores al
millón, por las molestias que ocasionan en el trazado.
Hay varios sistemas de cuadriculado. El sistema militar de cuadrícula de los
Estados Unidos, inicialmente en yardas, se ha expresado desde 1947 en
metros (UTM, Universal Transverse Mercator).
La lectura de un mapa topográfico basado en un sistema de cuadriculado
ofrece poca dificultad, ya que las coordenadas vienen representadas en ellos
por trazos pequeños con la numeración al margen del mapa. La preparación
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________de tales mapas es, sin embargo, un proceso complicado, que requiere la
aplicación de fórmulas y tablas que ha publicado, en los Estados Unidos, el
USCGS.
El sistema de coordenadas debe establecerse antes o durante la
investigación para una estructura. Sólo entonces pueden referirse las
operaciones de reconocimiento, particularmente los sondeos, a dicho
sistema. Si es posible que una investigación continúe durante varios años,
conviene referir algunos de los sondeos iniciales de reconocimiento a
mojones permanentes o a puntos de referencia de la triangulación que haya
en la zona. No es raro encontrar que en el área de trabajo se han utilizado
más de un sistema de coordenadas y al pasar los años se han perdido las
referencias entre los distintos sistemas. Así, es posible que no se replanteen
exactamente registros de sondeos referidos a sistemas de coordenadas
anteriores, si es que pueden replantearse.
MAPAS Y MODELOS GEOLÓGICOS
Tipos de mapas geológicos.- Hay dos tipos básicos de mapas geológicos:
1) Los superficiales
2) Los profundos.
Los primeros se ejecutan a partir de los datos recogidos en la superficie del
terreno, y los segundos, de los registros de pozos y sondeos, investigaciones
geofísicas y extrapolaciones de los datos de la superficie. Los mapas
superficiales se suelen dividir en:
1) Mapas de suelos
2) Mapas de subsuelos.
Los mapas de suelos representan el carácter y distribución de los distintos
terrenos en la superficie, tales como los afloramientos, es decir, lugares en
que las rocas aparecen expuestas, o bien los afloramientos y tierras. En
dichos mapas éstas se clasifican de acuerdo con su origen, tal como glacial,
aluvial, etc. Estos mapas pueden ser muy útiles a los ingenieros. Los mapas
geológicos del subsuelo ______________________________________________________________________________
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________representan la superficie de la tierra como aparecería si se eliminara todo el
revestimiento. Se pueden indicar también los afloramientos con ciertos
símbolos.
Los detalles estructurales, tales como fallas, rumbos y buzamiento de las
formaciones, ejes de anticlinales y sinclinales, etc., se representan por
símbolos. También se indican los contactos entre las distintas formaciones. A
cada mapa acompaña una leyenda o explicación de los símbolos utilizados al
componerlo y en ella se incluyen los símbolos estratigráficos..
Los símbolos utilizados para cada una de las distintas formaciones que
aparecen en un mapa dado se anotan en orden descendente, con la más
reciente encabezando la lista y la más antigua en la parte inferior. Para
indicar tramos específicos, se utilizan letras pequeñas (subíndices). Como las
estructuras del subsuelo, al ser tridimensionales, no pueden representarse de
una forma apropiada en el mapa bidimensional, que no es esencialmente
más que una proyección horizontal, para completar la información del mapa
se suelen añadir cortes geológicos o columnas estratigráficas. El corte
geológico representa los estratos tal como aparecerían en un plano vertical
que cortara el terreno. Los cortes geológicos, si se han realizado
correctamente, son muy interpretativos. Al preparar un corte, el geólogo
aprovecha también la información obtenida de los sondeos, registros, minas,
trincheras y cortes en las canteras, investigaciones geofísicas y otros tipos de
excavaciones en el lugar. Un corte geológico puede considerarse análogo a
una sección o alzado de una estructura en los planos de una obra. Tendrá
iguales las escalas vertical y horizontal. Sin embargo, debido a las
limitaciones impuestas por el tamaño de una hoja de papel manejable o por
razones de claridad, es necesario muchas veces exagerar la escala vertical,
es decir, hacer la escala vertical varias veces mayor que la horizontal (o
viceversa, en algunas circunstancias). Por ejemplo: un corte geológico puede
tener una escala horizontal de 150 metros por cm y una vertical de 15
metros por centímetro, y en este caso el corte distorsionado tiene una
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________exageración vertical de 10 a 1. Cuando se usan cortes distorsionados, se
debe dar una interpretación correcta a las pendientes que aparecen en ellos.
Si se exagera la escala vertical, el buzamiento de los estratos en el corte,
comparado con el buzamiento real, resultará considerablemente aumentado
y los sondeos inclinados de exploración aparecerán más cerca de la vertical
de lo que lo están realmente.
UTILIZACIÓN DE LOS MAPAS GEOLÓGICOS EN INGENIERÍA.
Un ingeniero civil, de tipo medio, con conocimientos de topografía y
geometría descriptiva, debe encontrar poca dificultad en la lectura de los
mapas y cortes geológicos. Sin embargo, antes de hacer uso de tales datos,
debe tener cuidado con el grado de exactitud con que se ha preparado el
mapa que va a utilizar. En los mapas de pequeña escala, tales como los que
aparecen en los boletines y folios del USGS, se intenta dar una idea general
de la geología de la zona, y siendo así, aunque incluyan todos los rasgos
geológicos-estructurales presentes, no son suficientemente exactos para ser
utilizados directamente en la práctica de la ingeniería. Por ejemplo: cuando
se presenta un canal, el ingeniero tiene que determinar qué partes del
mismo deben ir revestidas y cuáles no. Utilizando los mapas publicados,
puede descubrir diversos terrenos que el canal va a atravesar, pero cometerá
un serio error si intenta deducir del mapa, midiendo a escala, las longitudes
del canal en cada una de las formaciones. Esto se remedia, en las grandes
empresas de construcción, preparando, directamente en el campo, mapas
geológicos especiales para las estructuras proyectadas.
Generalmente, hay dos fases en la preparación de mapas geológicos para
estructuras específicas. En la primera se hace una investigación de
reconocimiento. En ésta, el geólogo utiliza una brújula tipo Brunton, o
semejante para medir ángulos horizontales, pendientes de laderas, rumbos y
buzamientos. En la segunda fase, para más detalle, utiliza generalmente una
mesa plana y una alidada (plancheta). Con éstas puede establecer la
situación de los contactos entre formaciones y los rasgos geológicos ______________________________________________________________________________
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________estructurales de la zona, con el mismo grado de exactitud que los mapas
topográficos publicados. Para estas dos fases puede servir de base una parte
de una hoja topográfica, una fotografía aérea ampliada o simplemente una
hoja de papel en la que se han situado los vértices topográficos. En este
último caso el mapa geológico se superpone más tarde a un mapa
topográfico de la zona dada. Cuando no se dispone de mapas ni de vértices
topográficos, se pueden tomar las cotas por alturas barométricas o con un
altímetro de bolsillo. En todos los casos, los levantamientos geológicos se
cierran, bien en el punto de partida, bien en un punto situado en forma
definitiva en la red de vértices.
El grado de detalle de un mapa geológico especial depende del destino que
se le vaya a dar. Normalmente, debe darse en él la información siguiente: 1)
la litología o estratigrafía de la zona, es decir, los tipos de roca, cómo se
presentan, tamaño de grano, color y constituyentes minerales; 2) la
estructura de la roca, comprendiendo la estratificación, laminación, rumbo y
buzamiento de las capas, apizarramiento, fracturas, diaclasas, etc.; y 3) la
profundidad y características del revestimiento y roca meteorizada. Si
presenta inconvenientes la representación en el mapa de alguno de los
detalles mencionados, debe registrarse en el informe geológico que lo
acompañe. En todo caso, todas las observaciones detalladas de campo
deben anotarse cuidadosamente en la libreta de campo para su registro
posterior. El trabajo de campo del geólogo en la fase del levantamiento
detallado del mapa geológico es muy semejante al del topógrafo, con
algunas variaciones.
La plancheta se sitúa en una estación, el portamiras se mueve de un punto a
otro y a cada punto se le asigna un número y se sitúa en el mapa. El
portamiras es generalmente un geólogo y bajo el número del punto anota en
la libreta los datos geológicos observados en él. Más tarde, en la oficina los
datos pertinentes de la libreta se sitúan en el mapa geológico.
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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________La rosa o roseta de diaclasas en el mapa geológico representa
diagramáticamente la dirección e intensidad de las diaclasas en una zona.
Este diagrama permite al ingeniero deducir rápidamente la dirección de 1as
rocas más diaclasadas en relación con la estructura proyectada. La roseta
resulta especialmente útil en el proyecto de túneles, presas de bóveda y
casas de máquinas. Para dibujarla, el geólogo anota simplemente todas las
diaclasas que puede observar en una área dada y las agrupa de acuerdo con
su rumbo. La roseta también puede utilizarse para representar el grado de
fracturación e importancia de las fracturas si éstas siguen una marcha
determinable.
Los mapas geológicos finales, preparados después de terminar la
investigación subterránea, contienen los resultados de tal investigación y,
frecuentemente, el trazado de la estructura proyectada.
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