ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA.

PROFESORA:

YASSUANA BRITTO

BRENDA BRAVO QUINTERO

VANESSA ZEQUEDA ÁVILA.

FUNDACIÓN UNIVERSITARIA DEL ÁREA ANDINA.

VALLEDUPAR, OCTUBRE,2015

1. ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA

Se    basa en la clasificación de unidades geotécnicamente homogéneas, que pueden abarcar diferentes edades geológicas. El detalle y el grado de homogeneidad dependerán de la escala, objetivo del mapa y datos disponibles. Las unidades geotécnicas y su distribución espacial generalmente se establecen a partir de la litología, origen y características geológicas de los materiales, determinadas a partir de la información y mapas geológicos existentes, fotointerpretación, observaciones y medidas de campo. Según la escala del mapa y los datos disponibles, las unidades se definen    con distinto grado de homogeneidad.

En diferentes publicaciones de la Asociación Internacional de Ingeniería Geológica    IAEG y UNESCO‐IAEG se propone la siguiente clasificación de rocas y suelos para cartografía geotécnica, aplicable según la escala del mapa y ordenada de mayor a menor grado de homogeneidad litológica y física:

Tipo Geotécnico: uniformidad litológica y física caracterizadas por valores medios de sus propiedades geotécnicas a partir de determinaciones y medidas puntuales. Pueden realizarse para mapas geotécnicos a gran escala.  

Tipo litológico: unidad homogénea en la composición, textura y estructura, pero generalmente no uniforme en sus características físicas; no pueden aportarse propiedades mecánicas medidas para todo el conjunto, sino un rango de valores. Se emplean en mapas a gran escala y, si es posible, a media escala.

Complejo litológico: un grupo de tipos litológicos relacionados, de iguales condiciones genéticas y tectónicas, no uniformes en litología ni propiedades físicas. Se aportan datos sobre los tipos litológicos individuales y sobre el comportamiento general de la unidad. Se aplican a escalas medias y a veces pequeñas.

Conjunto litológico: varios complejos litológicos desarrollados bajo iguales condiciones genéticas (paleogeográficas) y tectónicas; presentan ciertas características litológicas comunes que lo diferencian de otras unidades o conjuntos litológicos; sólo pueden aportarse propiedades geotécnicas muy generales. Se emplean en mapas a pequeña escala. Una vez caracterizadas y establecidas las diferentes unidades o zonas y delimitadas en el mapa, éstas se pueden clasificar en la leyenda de forma interpretativa o, en cartografías generales y específicas, en base a los problemas de tipo geotécnico, geológico, geomorfológico, hidrogeológico, etc. que se pueden presentar para diversos usos o aplicaciones.

2. Las metodologías de zonificación son muy diversas, pero tienden siempre a llegar a un mismo objetivo, que es el de modelar gráficamente una zona

partiendo de información geológica y geotécnica. Algunas de las características generales que tiende a incluir una metodología son:

• Incluye los parámetros básicos necesarios • Plantea un procedimiento de análisis flexible, esto dependiendo de la magnitud del problema y de las implicaciones que este traiga consigo. • Aplicable a diversos análisis específicos y a diversas escalas de trabajo. • El resultado final debe ser comprensible por personas ajenas a la actividad; su lenguaje debe ser técnico pero a la vez simple. Dentro de una metodología como esta, se tienen en cuenta factores como la geología, la caracterización geomecánica de los suelos, pendientes, hidrología, clima, la vegetación y el uso actual del suelo.

La geología estudia los materiales del suelo y el subsuelo, con el objeto que estos sean identificados y se puedan seleccionar y tratar en las cimentaciones y construcciones de obras civiles, en lo que se refiere a la solución de problemas ambientales en donde la mitigación de amenazas es la prioridad. Se analizan los elementos que desde un punto de vista de ingeniería podrán tener influencia en la estabilidad del terreno, en la generación de amenazas y en el comportamiento de futuras obras civiles. El uso de los parámetros geomecánicos permite desarrollar de manera cuantitativa un análisis de comportamiento del suelo, su resistencia, su plasticidad, entre otros.

La caracterización geomecánica varía en función del proyecto, por eso una descripción detallada de los suelos y rocas debe incluir información a nivel de masa o macizo (donde son relevantes características estratigráficas, fallas, etc.), y a nivel material se manejan muestras de menor tamaño tomadas de apiques manuales. 23 Las pendientes son elementos que se encuentran relacionados con la calificación de estabilidad, por eso, este análisis debe efectuarse con criterios de estabilidad de taludes. Los factores de seguridad cobran gran importancia. Al hablar de hidrología, clima y vegetación, hacemos referencia a un factor de total relevancia en el tema de amenazas: El agua. Este contribuye entre otros fenómenos como el de la licuación y el de los asentamientos de obras civiles debido a la consolidación. La relación entre el clima y la erosión se ve reflejada en el comportamiento y en las condiciones de estabilidad.

• La zonificación geotécnica hace parte del proceso que conduce a la microzonificación sísmica de un territorio, siendo una de las actividades inmediatamente anteriores a los análisis y modelamiento de la respuesta dinámica de los depósitos de suelo.

Se utiliza la zonificación geotécnica para determinar los usos de los suelos.

3. TRABAJOS DE CAMPO:

Sondeos mecánicos: Son perforaciones de diámetros y profundidad variables que permiten reconocer la naturaleza y localización de los diferentes niveles geotécnicos del terreno, extraer muestras inalteradas a diferentes profundidades.Los sondeos son los reconocimientos del terreno más completos y mejores, al poder recuperar las muestras del terreno a unas profundidades relativamente elevadas y sin alteración. Permiten obtener una testificación directa del terreno, la capacidad portante del mismo a partir de los ensayos SPT, así como la obtención de muestras continuas a lo largo de todo el sondeo. Estas muestras se llevan al laboratorio para realizar ensayos de identificación, rotura a compresión, triaxial, edómetro, corte directo, etc.,

Ensayos de penetración dinámica: Consisten en hincar una puntaza maciza perdida, mediante una maza de golpeo normalizada que cae desde una altura predeterminada. Es un ensayo útil para determinar la resistencia a la penetración dinámica de un suelo, evaluar la compacidad en suelos granulares, investigar la homogeneidad o anomalías de una capa de suelo y comprobar la situación en profundidad de una capa cuya existencia se conoce.

Calicatas: Se agrupan bajo este nombre genérico las excavaciones de formas diversas (pozos, zanjas, rozas, etc.) que permiten la observación directa del terreno, así como la toma de muestras. Es un ensayo rápido y barato, su profundidad no suele superar los 5 metros, y se realizan normalmente con pala retroexcavadora. En este ensayo se obtienen muestras alteradas, y muestras inalteradas en bloque o por hinca de tubo de PVC in situ. No es útil en suelos duros o rocas poco meteorizadas, debido a que la retroexcavadora no puede profundizar. En estos casos se debe recurrir al sondeo geotécnico.

Toma de muestras de agua y piezómetros: Se utiliza normalmente para medir el nivel del agua freática en sondeos. Cuando se realiza un estudio geotécnico, el sondeo realizado queda entubado con PVC y arqueta metálica en superficie, facilitando la medida del nivel freático.

Ensayos de penetración estática: Empleados en la determinación de las características geotécnicas de un terreno, como parte de las técnicas de un reconocimiento geotécnico. Es un método utilizado para determinar las propiedades geotécnicas y delinear la litología del suelo. Consiste en el uso

de una plataforma hidráulica para introducir a presión una punta cónica instrumentada en el suelo mediante varias barras. Mide de forma continua la resistencia necesaria para penetrar en el suelo a una velocidad constante de dos centímetros por segundo. La fuerza total que actúa sobre el cono se llama resistencia del cono y es el criterio calificador de la fuerza de su suelo. La fuerza que actúa sobre las barras de sondeo proporciona la fricción total.

Ensayos presio-dilatométricos: El objetivo básico es obtener una respuesta esfuerzo-deformación del terreno «in situ», de modo que podamos calcular el módulo de deformación del terreno. Este ensayo consiste en aplicar presiones crecientes al terreno a través de una camisa elástica alojada en el interior del sondeo, obteniéndose a tiempo real, la curva desplazamiento-carga.

Ensayos geofísicos: Estudia los materiales del subsuelo, a partir de las mediciones indirectas de algunas de sus propiedades físicas fundamentales (densidad, resistividad eléctrica, permeabilidad magnética, etc). Se detectan formaciones geológicas, plumas de contaminación, yacimientos arqueológicos, etc. La gran información que aportan estos métodos permiten caracterizar cuantitativamente el terreno o una estructura, de acuerdo a ciertos parámetros físicos. Métodos utilizados en Geofísica: - Eléctricos: Tomografía eléctrica y Sondeos eléctricos verticales. - Sísmicos: Refracción, Tomografía sísmica, Reflexión, Remi, Sísmica en pozo, Cross-hole, Down-hole, Sísmica paralela, y Sísmica en capa. - Georadar. - Gravimetrías. - Métodos electromagnéticos. - Métodos ultrasónicos y ultrasísmicos. 

ENSAYOS DE LABORATORIO:

Granulometría: Tiene por objeto determinar los diferentes tamaños de las partículas de un suelo y obtener la cantidad, expresada en tanto por ciento de éstas, que pasan por los distintos tamices de la serie empleada en el ensayo, hasta el 0,080 mm (arcilla/limo). Se clasifica la muestra, expresando en porcentaje la proporción de gravas, arena y arcilla o limo.

Límites de Atterberg: lo constituyen el límite líquido y el límite plástico. El Índice de plasticidad resultará de la diferencia entre ambos. El límite líquido, se determina mediante la utilización del aparato de Casagrande. Se define como la humedad que tiene un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara normalizada, cuando un surco, realizado con un acanalador normalizado, que divide dicho suelo en dos mitades, se cierra a lo largo de su fondo en una distancia de 13 mm, tras haber dejado caer 25 veces la

mencionada cuchara desde una altura de 10 mm sobre una base también normalizada, con una cadencia de 2 golpes por segundo.  El límite plástico se define como la humedad más baja con la que pueden formarse con un suelo, cilindros de 3 mm de diámetro, rodando dicho suelo entre los dedos de la mano y una superficie lisa, hasta que los cilindros empiecen a resquebrajarse.

Humedad: Se determina mediante secado en estufa. Se expresa en tanto por ciento, entre la masa de agua que pierde el suelo al secarlo y la masa de suelo seco.

Densidad aparente: Se define como el cociente entre la masa de dicho suelo y su volumen. Para ello se toman dos muestras de una determinada masa de un suelo. A una de ellas se le calcula la humedad, y a la otra su volumen. Este último se determina por diferencia de pesadas, después de haber sido recubierta la muestra con una capa de parafina de masa conocida, e introducida en una balanza hidrostática con la muestra sumergida en agua.

Rotura a compresión simple: Determina la resistencia a compresión simple de una probeta cilíndrica de suelo cohesivo (muestra inalterada), sometida a una carga axial. Se realiza sin confinamiento lateral y sin drenaje, por lo que es un ensayo rápido. Se utiliza una prensa para rotura de probetas de suelo y en roca se mide la compresión uniaxial de una probeta de roca, con forma cilíndrica regular y sin confinamiento, con capacidad suficiente para llegar a rotura, con velocidad controlada, y en donde se pueda medir la deformación durante el proceso.

Corte directo: Tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzo cortante de una muestra teniendo en cuenta que en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción fina del suelo y responsable a su vez del comportamiento plástico de este, y el rozamiento interno entre las partículas granulares.Este ensayo directo se realiza sobre tres probetas de una misma muestra de suelo, situada dentro de una caja de metal dividida en dos piezas: la mitad superior y la mitad inferior. Simultáneamente la muestra es sometida a una carga normal constante y a un esfuerzo lateral que se va incrementando de forma progresiva. Se realiza preferentemente en muestras de suelo con partículas de pequeño tamaño.

Consolidación unidimensional en edómetro: Se utiliza para determinar las características de consolidación de los suelos. Para ello, una probeta cilíndrica confinada lateralmente, se somete a diferentes presiones verticales, permitiendo el drenaje por sus caras superior e inferior, y se miden los asientos correspondientes. Se utiliza principalmente para

determinar los asientos previsibles en suelos blandos, bajo nivel freático. Con este ensayo se obtiene el módulo de elasticidad de un suelo.

Ensayos de hinchamiento en el suelo: El ensayo Lambe tiene por objeto la identificación rápida de suelos que puedan presentar problemas de expansividad, es decir, de cambio de volumen como consecuencia de variaciones en su contenido de humedad. El método consiste en valorar la expansividad que experimenta una probeta de suelo compactado, en unas condiciones de humedad establecidas.Para poder cuantificar el cambio potencial de volumen real que experimenta un suelo, se debe realizar un ensayo de Hinchamiento libre o Presión de hinchamiento. El hinchamiento libre de un suelo en edómetro, es el incremento de altura, expresado en tanto por ciento del valor inicial, que experimenta una probeta de suelo cuando se encuentra confinada lateralmente, sometida a una presión vertical de 10 kPa, y se inunda de agua. Se puede realizar tanto en probetas de una muestra inalterada, como remoldeada. La presión de hinchamiento de un suelo en edómetro, es la presión vertical necesaria para mantener sin cambio de volumen, una probeta confinada lateralmente cuando se inunda de agua.

Colapso: El objeto del ensayo es la determinar la magnitud de colapso unidimensional que se produce cuando se inunda un suelo semisaturado.Dicho procedimiento se puede utilizar para obtener la magnitud del colapso que se produce para una tensión vertical (axial) determinada y potencial porcentual de colapso en dicho suelo. Se puede realizar tanto en probetas de una muestra inalterada, como remoldeada.

Ensayo triaxial: Tiene como objeto la determinación de las relaciones tensión–deformación, los parámetros resistentes cohesión, ángulo de rozamiento interno, y las trayectorias de tensiones totales y efectivas de un suelo sometido a una presión externa, es decir, a una presión igual en todas las direcciones que se aplica a la muestra envuelta en una membrana de goma por medio del fluido que la rodea. Normalmente el ensayo se realiza sobre tres probetas de un mismo suelo, saturadas, sometidas cada una de ellas a una tensión diferente. La desventaja es que es un ensayo muy costoso, y normalmente se recurre al ensayo de corte directo.

4. MAPAS GEOTÉCNICOS.

Los mapas geotécnicos son una herramienta muy útil para los ingenieros, ya que contiene información de las propiedades del suelo y subsuelo de una determinada zona a la cual se le puede estimar su comportamiento y prever problemas geológicos y geotécnicos.

El detalle de la información que suministran estos mapas están en función de: el objetivo, que puede ser específico, el cual brinda información sobre un proyecto concreto que se va a realizar, y múltiple que proporciona información general para varios proyectos que se estén necesitando; el contenido temático o analítico (información geológica: meteorización procesos sísmicos, suelos expansivos),contendido integrado (condiciones geotécnicas de los principales componentes del medio geológico), contenido auxiliar (datos concretos sobre aspectos geológicos y geotécnicos), y contenido complementario (información básica); la escala, la cual puede ser regional (<1:10.000), que representa una escala pequeña y se utiliza para preliminares y información general de la región, local (1:10.000 a 1:500) que es escala mediana y se utiliza para planificación y viabilidad de obras y finalmente la gran escala local (1:5000 a 1:500) la cual ayuda a diseñar las obras y a detallar los problemas geotécnicos que se presenten en el área de interés.

En ingeniería   Los mapas geotécnicos para aplicaciones específicas de la ingeniería geológica tienen diferente finalidad:

Estudio previos o de visibilidad para selección de emplazamientos o trazados.

Información y datos para el proyecto y construcción de una obra.

En ambos casos la información se debe complementar con cortes o perfiles geotécnicos. Una de las principales aplicaciones de la cartografía geotécnica son los estudios de vialidad y la selección de alternativas para el trazado y construcción de obras lineales (carreteras, vías de ferrocarril, etc.), túneles, presas, etc.

Planificación Los mapas  realizados para planificación del territorio son mapas generales integrados que aportan información sobre diversos aspectos geológico – geotécnicos para variadas aplicaciones de la ingeniería geológica y usos geotécnicos, como planificación regional, local o urbana.

Son útiles también para evaluar las actividades humanas, para la ubicación de depósitos minerales y materiales de construcción, para determinar la estabilidad, capacidad de carga y asiento del terreno. También proporcionan información sobre las características y propiedades del suelo, la capacidad de almacenar agua, valores y dirección de la escorrentía superficial y subterránea, así como la posibilidad que se produzca licuefacción.

5. Las unidades geotécnicas y su distribución espacial generalmente se establecen a partir de la litología, origen y características geológicas de los materiales, determinadas a partir de la información y mapas geológicos existentes, fotointerpretación, observaciones y medidas de campo. Sig nos permite relacionar

cualquier tipo de dato con una localización geográfica. Esto quiere decir que en un solo mapa el sistema muestra la distribución de recursos, edificios, poblaciones, entre otros datos de los municipios, departamentos, regiones o todo un país.

Con este software se pueden desarrollar mapas geotécnicos que contengan la zonificación, localizando las áreas delimitándolas por polígonos, teniendo este unas propiedades geotécnicas, obtenidos por los ensayos realizados, Sig nos permite determinar a través de coordenadas las estaciones donde se realizó el estudio y se tomaron las muestras, indicándonos todos los ensayos mecánicos que se realizaron para la respectiva caracterización geotécnica, realizado de esta forma la zonificación.

BIBLIOGRÁFIA

 

González De Vallejo,Luis. INGENIERÍA GEOLÓGICA,PEARSON EDUCACIÓN, Madrid 2002.

Oas.org, (2015). Capitulo 5. Sistemas de información geográfica en el

manejo de peligros naturales,

https://www.oas.org/dsd/publications/Unit/oea65s/ch10.htm [Accessed 20

Oct. 2015]. Design, S. (2015). Casagrande Geotecnia. Ingeniería geológica y

geotécnica , Casagrandegeo.com, http://www.casagrandegeo.com/acreditaciones.php [Accessed 20 Oct. 2015].

CORAL MONCAYO, Hugo. Zonificación Geotécnica Urbana Preliminar para Pasto. Universidad de Nariño. Sociedad Colombiana de Geotecnia. Bogotá, 1993.

CORAL MONCAYO, Hugo. Zonificación Geotécnica Urbana Preliminar para Pasto. Universidad de Nariño. Sociedad Colombiana de Geotecnia. Bogotá, 1993.

CORAL MONCAYO, Hugo. Zonificación Geotécnica Urbana Preliminar para Pasto. Universidad de Nariño. Sociedad Colombiana de Geotecnia. Bogotá, 1993.