4.1 TRABAJOS DE EXPLORACIÓN PARA OBRAS IMPORTANTES DE La geología se utiliza de variadas formas en obras hidráulicas, entre las que podemos mencionar: Pozos de punta captación: La mayoría de los problemas de drenaje en los variados proyectos de ingeniería no tienen la magnitud de otros. Para ello hay existen métodos que se aplican en 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 excavación más profunda; de esta manera se facilita el avance de las excavaciones y se evitan los problemas causados por el agua. Centrales hidroeléctricas subterráneas: La idea de situar centrales hidroeléctricas o bombeo subterráneo es muy conocida, ya que tuvo su desarrollo a partir de la segunda guerra mundial. Las turbinas impulsadas por el agua se sitúan en el fondo de excavaciones profundas y se conectan con los generadores situados en la superficie por medio de flechas de acero por lo que no se puede considerar subterránea en su totalidad. Cimentación de presas: La construcción de una presa almacenadora de agua, provocan una alteración mayor a las condiciones naturales que cualquier otro tipo de obra de ingeniería civil.Obra de control fluvial; las obras fluviales en esencia regulan la corriente natural de un río dentro de un curso bien definido, generalmente el que suele ocupar la corriente, ya que la desviación del curso probablemente ocurrirá durante los periodos de caudales de avenida, por lo que la obra consiste en regular la avenida. Cimentación de puentes: Por muy científicamente que este diseñada una columna de un puente, en definitiva el peso neto del puente y las cargas que soporta deberán descansar en el terreno donde fue construido. Campos de aviación: El crecimiento de la aviación civil ha sido extraordinario en los últimos siglos, por los que los campos de aviación modernos deben ser muy grandes y planos sin tener ningún impedimento para los aviones.
GEOLOGÍA EN OBRAS VIALES. Carreteras:
Se puede que todo proyecto de carreteras importante encuentre una gran variedad de condiciones geológicas, puesto que se extienden grandes distancias. Aunque sea extraño que una carretera requiera actividades constructivas en las profundidades del subsuelo, los cortes que se realizan para lograr las gradientes uniformes que demandan las autopistas modernas proporcionan por necesidad una multitud de oportunidades de observar la geología.
GEOLOGÍA EN EDIFICACIONES La geología en las edificaciones constituye la zapata en la cual se apoyan todas las edificaciones existentes en la actualidad, pues, se debe realizar siempre un estudio del suelo sobre la cual nosotros los ingenieros civiles debemos construir. Si no se realizan los estudios del suelo debido la mayoría de las edificaciones con el tiempo pueden tener problemas los cuales son muy difíciles de reparar estando ya la edificación terminada. Ahora veremos un ejemplo de la explotación de canteras para conseguir la piedra para las edificaciones.
MÉTODOS ELÉCTRICOS Las propiedades eléctricas del subsuelo pueden explorarse, bien eléctricamente, bien electromagnéticamente. Tres métodos puramente eléctricos son: Potencial Espontáneo: Se basa en la medición de las diferencias de potencial naturales que suelen existir entre dos puntos cualesquiera del terreno. Están asociados con corrientes eléctricas que fluyen a través del terreno y por las acciones electroquímicas en las rocas superficiales o en cuerpos encajados en ellas. Cualquier mili-voltímetro con impedancia de entrada suficientemente alta se conecta a dos electrodos clavados 10-15 cm el subsuelo y se lee la tensión entre ellos.
MÉTODOS ELÉCTRICOS Resistividad del Terreno: En el método de resistividades se introduce en el terreno una corriente eléctrica (continua, conmutada o alterna de baja frecuencia) a través de dos electrodos (barras de hierro o cable desnudo convenientemente tendido en el terreno) conectados a los terminales de una fuente portátil. Así se establece en el terreno una distribución de potencial que se estudia y cartografía por medio de do s “sondas” (barras de hierro o preferiblemente electrodos impolarizables) y de cuyo conocimiento puede deducirse la distribución de la resistividad eléctrica en el subsuelo. La importancia de las anomalías eléctricas registradas sobre un terreno heterogéneo, depende del contraste de resistividad entre las diferentes rocas.
MÉTODOS ELÉCTRICOS Polarización Inducida: Si una corriente que circula a través del terreno es interrumpida, la diferencia de potencial no cae instantáneamente a cero, sino que, por el contrario, se ha observado de que desciende lentamente durante varios segundos o minutos partiendo de un valor inicial, que es una fracción pequeña de la tensión que existía mientras que fluía la corriente. Este fenómeno ha sido denominado polarización inducida o sobre tensión.
MÉTODOS ELECTROMAGNÉTICOS Métodos Electromagnéticos – Entran.-en vez de ondas electromagnéticas continuas se utilizan agudos impulsos eléctricos que son enviados al subsuelo, registrándose mediante un receptor las señales de retorno. Suelen aplicarse al terreno por medio de dos electrodos de corriente clavados en el suelo o también una espirar de cable aislado. El elemento receptor consiste en dos electrodos de potencial. La separación entre cada electrodo es por lo regular de 300 m. Los impulsos llegan al receptor después de haber sufrido retrasos y distorsiones que dependen de la conductividad del terreno, la distancia al receptor y las reflexiones que hayan sufrido.
MÉTODOS SÍSMICO Se basan en el hecho de que las ondas elásticas viajan con velocidades diferentes en rocas diferentes. El principio es iniciar tales ondas en un punto, y determinar en un cierto número de otros puntos el tiempo de llegada de la energía que ha sido refractada o reflejada por las discontinuidades entre diferentes formaciones rocosas. Esto permite deducir la posición de las discontinuidades
MÉTODO DE REFRACCIÓN Características Método más antiguo. Perfiles de 100 km de longitud y más. Mayor distancia entre tiro y geófonos
El parámetro relevante es la velocidad de las ondas correspondiente a una capa litológica. Es decir una interface caracterizada por una variación en la densidad de las rocas, donde la velocidad de las ondas no cambia, no se detecta aplicando la sísmica de refracción. Las velocidades correspondientes a las diferentes capas, en que se propagan las ondas sísmicas, se obtienen a través de la sísmica de refracción.
MÉTODOS DE REFLEXIÓN A través de los datos entregados por las reflexiones sísmicas se puede construir el horizonte de reflexión aplicando uno de los métodos siguiente:
Método de la tangente Método de las imágenes Métodos de reflexión Métodos de reflexión Métodos de reflexión Características Método más moderno y más común. Menor distancia entre tiro y geófonos. Se determina la impedancia = producto de la velocidad y la densidad correspondiente a una capa. Se obtiene informaciones acerca de la geometría de las formaciones geológicas (localización de interfaces). La configuración de los geófonos es relativamente compleja. El procesamiento y la interpretación de los datos son más sencillos en comparación a la sísmica de refracción. Se las aplica en la sísmica marina, en la prospección petrolífera, en la prospección minera y en la sísmica subterránea.
TRICHERAS Las ventajas principales del método de trincheras son: Proporciona un corte continuo de los extractos del suelo
En caso de que se llegue a la roca firme, se obtiene una visión excelente del contacto entre la roca y el recubrimiento y los rasgos estructurales en la roca cono diaclasas o fractura Es fácil tener testigos in situ. Se excavan generalmente sin estibación y su profundidad depende de la estabilidad de sus hastíales para un terreno dado. No es factible excavar una trinchera bajo el nivel de agua freática
TÚNELES Un túnel es una excavación horizontal o casi horizontal abierta a la superficie del terreno por sus dos extremos. Se utilizan para hacer pasar la línea bajo un obstáculo, como una colina o sierra, para los ferrocarriles o carreteras subterráneas, entre otros. En un túnel es importante saber cómo se va a comportar la presión en el túnel y la forma que se distribuye, esto dependerá de la estratificación de la roca en la que se construye.
PERFORACIÓN Los métodos más conocidos para la exploración y toma de muestra de perforación son los siguientes:
Penetró metros Muestras "lavadas" Muestras obtenidas con taladros helicoidales y tipo balde Pozos de exploración Métodos geofísicos Sondeos
Penetró metros: Se conocen dos tipos de Penetró metros que son: los dinámicos y los estáticos. Penetró metros dinámicos. Son barras que tienen, generalmente extremos de forma cónica de 45 a 60 grados. Estas barras son hincadas en el suelo por medio de golpes, el número de golpes, varía de acuerdo al tipo de suelo y a la profundidad en
la que se encuentra el mismo. Este penetró metro es golpeado con una masa conocida y la penetración será leída para un determinado número de golpes. Penetró metros estáticos. Consiste en barras con los extremos cónicos que se introducen a presión en el subsuelo. Los más utilizados son los conos que se introduce de 20 a 40 cm / min. Aplicando una presión constante. La profundidad de penetración no es medida para cada incremento de carga.
Muestras lavadas: Para este método se emplean equipos de perforación normalizados que mediante agua a presión se va lavando el material del suelo a medida que se introduce la tubería de perforación. Por el color y textura de los materiales se puede determinar el tipo de suelo que estamos perforando, la variación en el color y textura también permite saber el espesor de la capa del suelo.
Muestras obtenidas por taladros helicoidales y de tipo balde: Generalmente los taladros helicoidales son empleados en suelos con material cohesivo y con un elevado contenido de humedad. Los suelos con estas características se adhieren a las paredes del taladro de donde son extraídos por el operario. Los taladros con muestra tipo balde, son muy empleados en la actualidad, puesto que permite obtener grandes muestra en profundidades que alcanzan unos 60 metros.
Pozos de exploración: La excavación de pozos o fosas de exploración nos permite con facilidad el espesor de los diferentes estratos.
Métodos geofísicos: Son generalmente usados en la minería, alguno de ellos se emplean en la ingeniería (en trabajos donde no se requiere muestreo).
Sondeos: Es el método más recomendable para exploraciones a profundidad en el subsuelo. Este método permite, una vez realizada la clasificación litológica de las muestras obtenidas, una mejor elaboración del perfil del subsuelo, que en los otros métodos no se puede realizar por el reducido tamaño de las muestras. La determinación de las partículas de suelo en cuanto a su tamaño, se llama análisis granulométrico; se hace por un proceso de tamizado, en suelos de grano grueso, y por un proceso de sedimentación en agua (análisis granulométrico por vía húmeda),
en suelo fino. Cuando se usan ambos procesos, el ensayo se denomina análisis granulométrico combinado. El análisis granulométrico, consiste en la determinación de los porcentajes de piedra, grava, arena, limo, arcilla, que hay en una cierta masa de suelo.
