Ingeniería Geotécnica
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La Ingeniería Geotécnica es la rama de la ingeniería civil que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra.
Los ingenieros geotécnicos también investigan el riesgo para los seres humanos, las propiedades y el medio ambiente, derivados de la ocurrencia de fenómenos naturales o propiciados por la actividad humana tales como deslizamientos de terreno, hundimientos de tierra, flujos de lodo y caída de rocas.
Los ingenieros geotécnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y diseñar las cimentaciones
para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas.
Sumario
Cimentación
Se denomina cimentación a la parte de la estructura cuya misión es transmitir las cargas de la edificación al suelo. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados excepto en suelos rocosos muy coherentes.
Los Suelos
Desde el punto de vista de la ingeniería, suelo es el sustrato físico sobre el que se realizan las obras, del que importan las propiedades físico-químicas, especialmente las propiedades mecánicas. Desde el punto de vista ingenieril se diferencia del término roca al considerarse específicamente bajo este término un sustrato formado por elementos que pueden ser separados sin un aporte significativamente alto de energía.
El suelo como un sistema multifase formado por
- sólidos, que constituyen el esqueleto de la estructura del suelo
- fase líquida generalmente agua
- fase gaseosa generalmente aire que ocupan los intersticios entre los sólidos.
Parámetros que permiten definir el comportamiento del suelo ante la obra que en él incide
- los parámetros de identificación
- los parámetros de estado
- los parámetros estrictamente geomecánicos.
los parámetros de identificación
Son los más significativos la granulometría distribución de los tamaños de grano que constituyen el agregado y la plasticidad la variación de consistencia del agregado en función del contenido en agua.
El tamaño de las partículas va desde los tamaños granulares conocidos como gravas y arenas, hasta los finos como la arcilla y el limo.
Las variaciones en la consistencia del suelo en función del contenido en agua diferencian también las mencionadas clases granulométricas principales.
Los parámetros de estado fundamentales son la humedad contenido en agua del agregado, y la densidad, referida al grado de compacidad que muestren las partículas constituyentes.
En función de la variación de los parámetros de identificación y de los parámetros de estado varía el comportamiento geomecánico del suelo, definiéndose un segundo orden de parámetros tales como la resistencia al esfuerzo cortante, la deformabilidad o la permeabilidad.
Composición química
La composición química y/o mineralógica de la fase sólida también influye en el comportamiento del suelo, si bien dicha influencia se manifiesta esencialmente en suelos de grano muy fino arcillas.
De la composición depende la capacidad de retención del agua y la estabilidad del volumen, presentando los mayores problemas los minerales arcillosos. Éstos son filosilicatos hidrófilos capaces de retener grandes cantidades de agua por adsorción, lo que provoca su expansión, desestabilizando las obras si no se realiza una cimentación apropiada. También son problemáticos los sustratos colapsables y los suelos solubles.
De manera genérica, es usual hablar de movimiento de suelos incluyendo en el concepto el trabajo con materiales, como rocas y otros, que sobrepasan la definición formal.
Central hidroeléctrica
Una central hidroeléctrica es aquella que se utiliza para la generación de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en una presa situada a más alto nivel que la central.
El agua se lleva por una tubería de descarga a la sala de máquinas de la central, donde mediante enormes turbinas hidráulicas se produce la generación de energía eléctrica en alternadores.
Es por esto que los ingenieros geotécnicos, además de entender cabalmente los principios de la mecánica y de la hidráulica, necesitan un adecuado dominio de los conceptos básicos de la geología. Es de especial importancia conocer las condiciones bajo las cuales determinados materiales fueron creados o depositados, y los posteriores procesos estructurales o diagenéticos procesos metamórficos, de sustitución, cristalización que han sufrido.
Geología
La geología es la ciencia que estudia la forma interior de la Tierra, la materia que la compone, su mecanismo de formación, los cambios o alteraciones que ésta ha experimentado desde su origen, y la textura y estructura que tiene su superficie en el actual estado.
Diseños para estructuras construidas por encima de la superficie incluyen cimentaciones superficiales zapatas, cimentaciones profundas pilotes y muros de contención. Presas y diques son estructuras que pueden ser construidas de suelo o roca y que para su estabilidad y estanqueidad dependen en gran medida de los materiales sobre los que están asentados o de los cuales se encuentran rodeados. Finalmente los túneles son estructuras construidas a través del suelo o roca y que dependen en gran medida de las características de los materiales a través de los cuales son construidos para definir el sistema de construcción, la duración de la obra y los costos.
Tipos de corrimientos
Deslizamientos
- Se producen cuando una gran masa de terreno o zona inestable, desliza con respecto a una zona estable, a través de una superficie o franja de terreno de pequeño espesor.
- Los deslizamientos se producen cuando en la franja se alcanza la tensión tangencial máxima en todos sus puntos.
- Estos tipos de corrimientos son ingenierilmente evitables. Sin embargo, los siguientes no lo son.
Flujo de arcilla
- Se producen en zonas muy lluviosas afectando a zonas muy grandes.
- Los terrenos arcillosos, al entrar en contacto con el agua, se comportan como si alcanzasen el límite líquido, y se mueven de manera más lenta que los deslizamientos.
- Se da en pequeñas pendientes, pero en gran cantidad.
Licuefacción
- Se da en zonas de arenas limosas saturadas, o en arenas muy finas.
- Debido a la gran cantidad de agua intersticial que presentan, las presiones intersticiales son tan elevadas que un seísmo, o una carga dinámica, o la elevación del nivel freático, pueden aumentarlas, llegando a anular las tensiones efectivas.
- Esto motiva que las tensiones tangenciales se anulen, comportándose el terreno como un pseudolíquido.
- Se produce, entre otros terrenos, en rellenos mineros.
Reptación
- Movimiento muy lento que se da en capas superiores de laderas arcillosas, de en torno a 50 centímetros de espesor.
- Está relacionado con procesos de variación de humedad estaciónales.
- Se manifiestan en forma de pequeñas ondulaciones, y suelen ser signo de una posible futura inestabilidad generalizada.
Antiguamente a la geotecnia se la identificaba como la mecánica de suelos, pero el término se amplió para incluir temas como la ingeniería sísmica, la elaboración de materiales geotécnicos, mejoramiento de las características del suelo, interacción suelo-estructura y otros. Sin embargo, la geotecnia es una de las ramas más jóvenes de la ingeniería civil y, por lo tanto, sigue evolucionando activamente.
Historia de Karl von Terzaghi
Ingeniero reconocido como el padre de la mecánica de suelos y de la ingeniería geotécnica.
Desde el comienzo de su carrera dedicó todos sus esfuerzos a buscar un método racional para resolver los problemas relacionados con la ingeniería de suelos y las cimentaciones.
La coronación de sus esfuerzos se dio en 1925, con la publicación Erdbaumechanik, considerada hoy como el punto de partida de la mecánica de suelos.
De 1925 a 1929 trabajó en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde inició el primer programa estadounidense sobre mecánica de suelos, y consiguió que esta ciencia se convirtiese en una materia importante en la Ingeniería Civil.
En 1938 pasó a la Universidad de Harvard donde desarrolló y expuso su curso sobre geología aplicada a la ingeniería, retirándose como profesor en 1953 a la edad de 70 años. Se nacionalizó estadounidense en 1943.
Su libro Soil Mechanics in Engineering Practice, escrito en colaboración con Ralph B. Peck, es de consulta obligada para los profesionales de la ingeniería geotécnica. Está considerado entre los mejores ingenieros civiles del siglo XX.
