Ingeniería Geológica

UNVERSIDAD A LAS PERUANAS

FACULTAD: ING. CIVIL Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL: ING. CIVIL MONOGRAFIA DE INGENIERIA GEOTECNICA

CURSO: COMUNICACIÓN CURSO: COMUNICACIÓN II DOCENTE: FERNANDO DOCENTE: FERNANDO DIAS ALUMNO: QUISPE ALUMNO: QUISPE RIVERA MICKY S.

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DEDICATORIA

 A dios por por habernos habernos dado la vida, amor amor y la fortaleza fortaleza necesaria necesaria para salir adelante adelante .  A nuestros nuestros padres que nos brindan brindan su esfuerzo y apoyo en cada momento para asi poder superarnos y hacer que se sientan cada vez mas orgullosos de nosotros.  A nuestros docentes docentes que dia a dia nos brindan el el acondicionamiento acondicionamiento adecuado adecuado para aplicarlo en nuestra vida profesional y de esa manera satisfacer las necesidades de nuestra sociedad.

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INDICE

DEDICATORIA .............................................................................................................................................. 2 INTRODUCION ............................................................................................................................................. 5 CAPITULO I 1.LA EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA INGENIERÍA GEOLÓGICA A LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA ...................... ...................... 8 1.1.EVOLUCIÓN 1.1.EVOLUCIÓN DE LA INGENIERÍA GEOLÓGICA .................... ............................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ................ ..... 9 1.2.INGENIERÍA 1.2.INGENIERÍA GEOLOGICA ..................... ................................ ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ...................... ................... ........ 14 1.3.MODELO 1.3.MODELO DE INGENIERÍA GEOLÓGICA ...................... ................................. ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ..................... .......... 17 1.4.RELACIÓN 1.4.RELACIÓN ENTRE LA INGENIERÍA GEOLÓGICA Y LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA ..................... ................................. ................ .... 19 CAPITULO II 2.1.MODELO 2.1.MODELO DE UN DESLIZAMIENTO DESDE LA PERSPECTIVA DE LA INGENIERÍA GEOLÓGICA ............ .................. ...... 23 2.2.PRECURSORES 2.2.PRECURSORES DE LA MECÁNICA DE SUELOS ................. ............................ ...................... ...................... ...................... ....................... ....................... ............... .... 24 3.LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA G EOTÉCNICA ANTES DEL SIGLO XVIII..................... XVIII................................ ...................... ...................... ....................... ....................... ............. .. 24 4.EL NACIMIENTO DE LA MECÁNICA DE SUELOS .............................. ......................................... ...................... ...................... ....................... ....................... ............. .. 34 CAPITULO III 5.HITOS DESTACADOS EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA .............. ......................... ...................... ..................... .......... 37 5.1.LA 5.1.LA MECANICA DE SUELOS Y LA EDUCACIÓN EN INGENIERÍA DE FUNDACIONES EN 1949 ................... ....................... .... 37 5.2.C 5.2.CLASIFICACIÓN DE SUELOS .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .............. 38 5.3.C 5.3.CAPILARIDAD Y FLUJO ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................. ............................ ............................ ............................ .................. .... 38 5.4.A 5.4.ANÁLISIS DE ESFUERZOS POR TEORÍA DE LA ELASTICIDAD ............................ .......................................... ............................ ............................. ............................ ............... .. 38 5.5.C 5.5.CONSOLIDACIÓN Y ANÁLISIS DE ASENTAMIENTOS ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ......................... ........... 38 5.6.DESARROLLOS 5.6.DESARROLLOS ENTRE 1950 - 1960 ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................. ..................... ...... 38

CAPITULO IV 6.CONTRIBUCIONES MÁS SIGNIFICATIVAS DE LA INVESTIGACIÓN EN EL REINO UNIDO ENTRE 1950 - 200040 6.1.M 6.1.MECÁNICA DE SUELOS DEL ESTADO CRÍTICO ........................... .......................................... ............................. ............................ ............................ ............................ .................. .... 40 6.2.D 6.2.DEFORMACIONES ......................................... ............................. ............................ ............................ ......................... ........... 40 EFORMACIONES MENORES Y RIGIDEZ NO LINEAL .......................... 6.3.E 6.3.ENSAYOS TRIAXIALES BAJO ESFUERZOS EFECTIVOS .......................... ......................................... ............................. ............................ ............................ ......................... ........... 40 6.4.A 6.4.ANÁLISIS NUMÉRICO ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..................... ....... 40

7.PROYECTOS Y PROBLEMAS ..................................................................................................................... 41 8.NUEVAS TECNOLOGÍAS Y MATERIALES ..................... ................................ ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ............. 42 9.APLICACIONES DE LOS MÉTODOS NO INVASIVOS ....................... .................................. ...................... ...................... ....................... ....................... ............... .... 43 10.INGENIERÍA 10.INGENIERÍA GEOTÉCNICA..................... ................................ ...................... ...................... ....................... ....................... ...................... ...................... ...................... ................... ........ 46 CAPITULO V

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11.PARTES DE UN MOVIMIENTO EN MASA ................................................................................................ 47 11.1.CIMENTACIÓN .......................................................................................................................................... 48 11.2.LOS SUELOS ............................................................................................................................................. 48 11.3.COMPOSICIÓN QUÍMICA ............................................................................................................................. 49 11.4.CENTRAL HIDROELÉCTRICA .......................................................................................................................... 50 11.5.GEOLOGÍA ............................................................................................................................................... 50

12.TIPOS DE CORRIMIENTOS ..................................................................................................................... 50 12.1.DESLIZAMIENTOS ...................................................................................................................................... 50 12.2.FLUJO DE ARCILLA...................................................................................................................................... 51 12.3.LICUEFACCIÓN .......................................................................................................................................... 51 12.4.REPTACIÓN .............................................................................................................................................. 51

13.CICLO DE LAS ROCAS Y ORIGEN DEL SUELO ........................................................................................... 51 13.1.ROCAS ÍGNEAS .......................................................................................................................................... 52 13.2.METEORIZACIÓN ....................................................................................................................................... 53

14.TRANSPORTE DE PRODUCTOS DE LA METEORIZACIÓN ......................................................................... 55 14.1.ROCAS SEDIMENTARIAS .............................................................................................................................. 56 14.2.ROCAS METAMÓRFICAS .............................................................................................................................. 57 14.3.DEPÓSITOS DE SUELO EN GENERAL ................................................................................................................ 58 14.4.SUELOS RESIDUALES ................................................................................................................................... 58 14.5.DEPÓSITOS TRANSPORTADOS POR GRAVEDAD ................................................................................................. 58 14.6.DEPÓSITOS ALUVIALES................................................................................................................................ 59 14.7.DEPÓSITOS POR CORRIENTES FLUVIALES ......................................................................................................... 59 14.8.DEPÓSITOS DE CANAL ................................................................................................................................. 59 14.9.DEPÓSITOS LACUSTRES ............................................................................................................................... 61 14.10.DEPÓSITOS GLACIARES DURANTE ............................................................................................................... 61 14.11.DEPÓSITOS DE SUELO EÓLICOS ................................................................................................................... 62

15.SUELO ORGÁNICO ................................................................................................................................. 63 16.TAMAÑO DE PARTÍCULA DE SUELO ....................................................................................................... 63 17.MINERALES DE ARCILLA ........................................................................................................................ 64 18.GRAVEDAD ESPECÍFICA (GE) ................................................................................................................. 66 19.FORMA DE LA PARTÍCULA ..................................................................................................................... 67 20.CONSISTENCIA DEL SUELO .................................................................................................................... 67 21.COMPACTACIÓN DE SUELOS ................................................................................................................. 68 22.CONCLUSIONES ..................................................................................................................................... 69 23.SUGERENCIAS ....................................................................................................................................... 70 24.BIBLIOGRAFIAS ..................................................................................................................................... 71

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INTRODUCION

INGENIERÍA GEOTÉCNICA. La Ingeniería Geotécnica, como su nombre lo indica, se refiere a la aplicación de la tecnología de la Ingeniería Civil al manejo de los materiales térreos de la corteza del planeta. Usualmente, el ingeniero geotécnico se ocupa de estudiar sólo los materiales naturales que se encuentran en o cerca de la superficie de la tierra. Los ingenieros civiles denominan a estos materiales térreos como suelo y roca. El suelo, en el sentido ingenieril, es un aglomerado de minerales, materia orgánica y sedimentos, relativamente sin cohesión depositado sobre el lecho de roca. Los suelos se pueden romper o disgregar fácilmente, debido a sus constituyentes minerales o partículas orgánicas. Las rocas por el contrario, tienen alta resistencia debido a cohesión interna y fuerzas moleculares, que mantienen unidos a sus granos minerales constituyentes. Esto es cierto, tanto si la roca constituye una estructura masiva firme, como aquella que forma una partícula de grava embebida en un suelo arcilloso. La frontera que divide a los suelos de las rocas es arbitraria, y muchos materiales naturales que puede uno encontrar en la práctica profesional no son fácilmente clasificables. En ocasiones, se llega a hablar de rocas muy blandas o de suelos muy duros. Otras disciplinas científicas e ingenieriles tienen diferentes criterios para definir la diferencia entre suelos y rocas. En geología, por ejemplo, se entiende como roca a todos los materiales apoyados en la corteza de la tierra, independientemente de cuantas partículas minerales están reunidas por diversas ligas. Los suelos para los geólogos son precisamente rocas descompuestas y desintegradas generalmente apoyadas en la parte superficial más delgada de la corteza y capaz de sustentar la vida superficial. En forma similar, la pedología (ciencia del suelo) y la agronomía coinciden en estudiar las capas más superficiales del suelo, es decir, aquellos materiales de interés en actividades agrícolas y forestales. Los ingenieros geotécnicos pueden aprender mucho, tanto de la geología como de la pedología. Ambas ciencias, especialmente la ingeniería geológica, son auxiliares importantes para el ingeniero geotécnico y existe un considerable traslape entre estos campos. Sin embargo, las diferencias de terminología, aproximación al sujeto de estudio y objetivos, puede causar alguna confusión, especialmente para los principiantes. La ingeniería geotécnica tiene diversos aspectos o énfasis. La mecánica de suelos es la rama de la ingeniería geotécnica que se ocupa de la ingeniería mecánica y las propiedades de los suelos, mientras que la mecánica de rocas se ocupa de la ingeniería mecánica y las propiedades de las rocas, usualmente pero no necesariamente del lecho rocoso. La mecánica de suelos aplica los principios básicos de la mecánica, que incluye cinemática, dinámica, mecánica de fluidos y mecánica de materiales a los suelos. En otras palabras, el suelo, preferentemente al agua, el acero, o el concreto, por ejemplo, ahora la ingeniería de materiales llega a ser aquello cuyas propiedades y comportamiento debemos comprender, con el fin de construir cosas con ésta. Se puede hacer un comentario similar respecto a mecánica de rocas. 2 Finalmente, se debe hacer notar que existen diferencias significativas entre el comportamiento de las masas de suelo y las masas de roca, y en UAP

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principio no hay mucho traslape entre ambas disciplinas. La ingeniería de cimentaciones aplica los conocimientos de la geología, mecánica de suelos, mecánica de rocas, e ingeniería estructural, para posibilitar el diseño y la construcción de cimentaciones en obras de ingeniería civil y otro tipo de estructuras. La ingeniería de cimentaciones debe ser capaz de predecir el comportamiento o la respuesta del suelo o roca donde se cimienta, debido a las cargas que impone la estructura. Algunos ejemplos del tipo de problemas que encara la ingeniería de cimentaciones, incluye el diseño de las cimentaciones para industrias, comercios, edificios residenciales, y otros tipos como estructuras de apoyo para torres de radar; así como las cimentaciones para instalaciones petroleras como en el caso de tanques y estructuras fuera de costa. Los barcos deben contar con un dique seco durante la construcción o para fines de reparación, de modo que dicho dique debe contar con una cimentación. El apoyo de los cohetes y las estructuras pertinentes durante su construcción y lanzamiento conducen a problemas muy interesantes y desafiantes. Los problemas a que se enfrenta la ingeniería geotécnica en lo que se ha comentado, incluye la estabilidad de taludes naturales y excavados, la estabilidad de las estructuras de retención permanentes o temporales, los problemas de construcción, el control del movimiento y las presiones del agua, así como el mantenimiento y rehabilitación de viejos edificios. La cimentación no solo debe resistir con seguridad las cargas estáticas de la construcción y estructuras, sino que debe resistir también en forma adecuada las cargas dinámicas debidas a vientos, sismos, etc. Si usted piensa acerca de esto, llegará a la conclusión de que es imposible diseñar o construir cualquier estructura de ingeniería civil, sin considerar finalmente la cimentación en suelos y en rocas con alguna extensión; y esta es una verdad, tanto si la estructura se construye en la tierra o si se hace en un ambiente extraterrestre. El desempeño, la economía, y la seguridad de cualquier estructura de ingeniería civil, finalmente estará afectada o se puede controlar en función de su cimentación. Los materiales térreos se utilizan frecuentemente como materiales de construcción, debido a que son los materiales de construcción más baratos posibles. Sin embargo, sus propiedades ingenieriles como pueden ser resistencia y compresibilidad en condiciones naturales son frecuentemente malas. En muchas ocasiones se deben tomar medidas para densificar, aumentar la resistencia, o por otra parte estabilizar y armar a los suelos, de modo que se desempeñen satisfactoriamente en condiciones de servicio. Los terraplenes para carreteras y vías férreas, los campos de aviación, las presas de tierra y enrocamiento, los diques, y los acueductos, son ejemplos de estructuras de tierra (materiales térreos); y el ingeniero geotécnico es el responsable de su diseño y construcción. La seguridad de las presas y la rehabilitación de presas viejas son aspectos importantes de esta área de la ingeniería geotécnica. Igualmente emparentado, especialmente para ingenieros en carreteras y campos de aviación, está el diseño del pavimento, el cual es la última capa superficial de la estructura de tierra. En este caso final, el traslape entre las ingenierías de transporte y geotécnica en más bien aparente. La ingeniería de rocas, análoga para las rocas a lo que es la ingeniería de cimentaciones para los suelos, se encarga del estudio de las rocas como cimentación y como material de construcción. Debido a que la superficie de la tierra está en su mayor parte cubierta por suelo o agua, la ingeniería de rocas usualmente se aplica a obras bajo la superficie (túneles, casas de 3 máquinas subterráneas, cavidades UAP

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para depósitos de petróleo, minas, etc.). Sin embargo, algunas veces la ingeniería de rocas se aplica en obras superficiales, como es el caso de la construcción y cimentación de presas apoyadas en el lecho rocoso, excavaciones profundas en el lecho rocoso, la estabilidad de taludes de roca, etc. Esta presentación pretende mostrar los problemas típicos a los que se enfrenta el ingeniero geotécnico, que como se puede ver, primeramente, se trata de un campo muy amplio, y en segundo lugar, lo importante que resulta para el correcto diseño y construcción de estructuras en ingeniería civil. En verdad, se puede decir que la ingeniería geotécnica combina las ciencias físicas básicas, la geología y la pedología, con las ingenierías hidráulica, estructural, de transporte, de construcción y de minas. 1.2. LA NATURALEZA ÚNICA DE LOS SUELOS Y LAS ROCAS COMO MATERIALES. La ingeniería geotécnica es altamente empírica, y es quizá más cercana a un arte que las otras disciplinas que forman la ingeniería civil. Lo anterior se debe básicamente a que los suelos y rocas son materiales naturales. Frecuentemente se encuentran en estos materiales altas variaciones, entre puntos que pueden tener separaciones de hasta unos cuantos milímetros. Otra forma de expresar esto, es que los suelos son materiales heterogéneos antes que homogéneos. Es decir, que el material o las propiedades ingenieriles pueden variar ampliamente de un punto a otro en el interior de una masa de suelo. Además, los suelos en general son materiales no lineales, es decir, las relaciones entre esfuerzos y deformaciones no son una línea recta. También, para complicar más las cosas, los suelos son materiales no conservativos; esto quiere decir que tienen una memoria fantástica (recuerdan casi todo aquello que les ha sucedido, y este hecho afecta fuertemente su comportamiento ingenieril). En lugar de ser isotrópicos, los suelos son típicamente anisotrópicos, lo que quiere decir que sus propiedades materiales o ingenieriles no son las mismas en direcciones diferentes. Muchas de las teorías de que disponemos para modelar el comportamiento mecánico de los materiales que se usan en ingeniería, suponen que los materiales son homogéneos e isotrópicos; y que además obedecen a leyes esfuerzo-deformación lineales. Los materiales de ingeniería comunes, como el acero y el concreto, no se desvían en forma significativa de esos ideales, por lo que se pueden usar teorías lineales simples, con discreción, para predecir su respuesta para cargas de ingeniería. Con los suelos y las rocas no somos tan afortunados. Como podrá usted ver en sus estudios de ingeniería geotécnica, debemos suponer en muchos casos una respuesta esfuerzo-deformación lineal, pero para calcular adecuadamente se deben aplicar grandes correcciones empíricas o factores de seguridad a nuestros diseños, para calcular el comportamiento real del material. Por otra parte, el comportamiento mecánico de los suelos y las rocas in situ, está frecuentemente gobernado o controlado por juntas, fracturas, estratos y zonas débiles, y otros defectos en el material. Esta razón impide modelar exitosamente estos materiales en el laboratorio. Esta es la razón por la que la ingeniería geotécnica es realmente un arte, antes que una ciencia de la ingeniería. El éxito de la ingeniería geotécnica depende del buen juicio y la experiencia del diseñador, constructor, o consultor. Por otra parte, el éxito del ingeniero geotécnico consiste en desarrollar un cierto tacto sobre el comportamiento de los suelos y las rocas, para más

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adelante poder diseñar una cimentación en forma segura y económica, o construir con seguridad una estructura de ingeniería.

La evolución histórica de la Ingeniería Geológica a la Ingeniería Geotécnica La Ingeniería Geológica es una rama de la Geología que aplica los principios geológicos de las rocas, el suelo y el agua subterránea, a la ubicación apropiada, el diseño, y la construcción de una gran diversidad de estructuras de ingeniería, así como la evaluación y la elaboración de medidas de mitigación, para una amplia variedad de amenazas naturales y provocados por el hombre.  Algunos no están de acuerdo que la Ingeniería Geológica es una rama de la Geología, sino que es la aplicación de todas las ramas de la Geología a los problemas prácticos de ingeniería. Por lo general, un Ingeniero Geólogo es un generalista en lugar de un especialista, que utiliza los mapas geológicos existentes, en lugar de crear otros nuevos, predice cómo se comportarán las cosas en el futuro, en lugar de la forma en que se formaron en el pasado, tiende a ser pesimista frente a un optimista, es portador de malas noticias en lugar de un portador de buenas noticias, y es pagado de la misma forma!

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Evolución de la Ingeniería Geológica ORÍGENES

DE

LA

GEOLOGÍA

Y

LA

INGENIERÍA

GEOLÓGICA

La Geología moderna tuvo sus inicios a finales de 1700 y comienzos de 1800, por ejemplo, en la obra de Hutton, Lyell y Werner. El primer mapa geológico de Inglaterra fue elaborado por William Smith en 1813, que ahora se conoce como el padre de la geología británica (Sheppard, 1920 referido por el Legget y Karrow, 1983). Smith también fue el primer ingeniero geólogo. Con referencia a la ubicación y construcción de canales en Inglaterra, escribió: El orden natural de los diversos estratos permitirá al ingeniero encontrar los materiales más adecuados, elegir su ubicación, evitar suelos resbaladizos o remediar el mal.

El concepto de Ingeniería Geológica es conocido desde el siglo XIX, y el término Geotecnia apareció sólo en el siglo XX. El primero en introducir el término ingeniería geológica fue el inglés William Smith (1769-1839), que es considerado como el padre de la ingeniería geológica.

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William Smith (1769-1839)

Mientras tanto, durante la misma época, los Españoles, el capitán James Cook,  Alexander Mackenzie y Simon Fraser, fueron descubriendo y explorando el área que ahora es la Columbia Británica (British Columbia). Por supuesto, los pueblos indígenas habían vivido en la zona desde hace miles de años.  A finales de 1800 y principios de 1900, la ingeniería geológica se estaba desarrollando como una disciplina reconocida en Europa y Estados Unidos. En 1881, el libro de texto británico de Penning titulado Ingeniería Geológica ('Engineering Geology') se publicó como el primer texto en la materia. A comienzos de los años 1900s Charles Berkey, un estadounidense, era un avezado geólogo que trabajó en el abastecimiento de agua de Nueva York, y más tarde en la represa Hoover y una multitud de otros proyectos de ingeniería. Berkey es considerado como el primer ingeniero geólogo estadounidense. En 1914, Ries y Watson publicaron la primera edición estadounidense de su texto titulado también Ingeniería Geológica ('Engineering Geology') y en 1925, Karl Terzaghi, un hábil ingeniero austriaco, publicó el primer texto sobre Mecánica de Suelos ('Erdbaumechanik' en alemán). Terzaghi es conocido como el padre de la Mecánica de Suelos, pero también tenía un gran interés en la geología. En 1929, Redlich, Kampe y Terzaghi, publicaron su texto Ingeniería Geológica (en alemán). Más tarde, Terzaghi iba a tener una relación muy estrecha con la Columbia Británica.

Leslie Ransome

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El reconocimiento por parte de los ingenieros civiles de la necesidad de información de ingeniería geológica en la mayoría de los proyectos de ingeniería civil, se desarrolló durante la primera mitad del siglo XX, la mayoría en relación con la construcción de la infraestructura de transporte y de los recursos hídricos. Durante esos años de formación, un puñado de profesores de geología se convirtieron en consultores externos en una serie de proyectos de alta visibilidad, sobre todo en la construcción de represas. Entre ellos estuvieron W.O. Crosby en el MIT y su hijo Irving B. Crosby, Charles P. Berkey en Columbia, Kirk Bryan en Harvard, Heinrich Ries en Cornell, Chester K. Wentworth en la Universidad de Washington, Bailey Willis en Stanford, Andrew Lawson y George Louderback en Cal Berkeley y Leslie Ransome y John Buwalda en Cal Tech (Kiersch, 1991; 2001). Reis escribió el texto más antiguo en norteamérica sobre Ingeniería Geológica en 1914, poco después de los terribles problemas de estabilidad de taludes experimentados durante la excavación del Canal de Panamá, entre 1905 y 1914 (MacDonald, 1915), lo que llevó a la primera publicación de la Academia Nacional de Ciencias, la cual trata sobre amenazas geológicas (NAS, 1924). El impacto de la geología del sitio en proyectos de obra civil alcanzó un crescendo con una serie de rupturas de represas, de gran importancia, que sacudieron a la comunidad de la ingeniería civil entre 1928 y 1938. La mayor parte de las cuales estaban recién terminadas o en construcción: La represa St. Francis cerca de Los Ángeles, CA en marzo de 1928; la represa Table Rock Cove cerca de Greenville, CN en mayo de 1928, la represa de Pleasant Valley cerca de Price, Utah, en mayo de 1928, la represa Lafayette cerca a Oakland, CA en septiembre de 1928; la represa de escollera (rellena de roca) Virgin Gorge cerca de St. George, UT en julio de 1929, la cancelación de la represa San Gabriel durante su construcción (la que habría sido la más grande del mundo), cerca de  Azusa, CA, en noviembre de 1929; la represa Alexander en Kauai , Hawaii en marzo de 1930; la represa LaFruta cerca de Corpus Christi, TX en noviembre de 1930, la represa Saluda (la segunda represa de terraplén más grande del mundo), cerca de Columbia, SC en febrero de 1930, la represa Castlewood cerca de Denver, CO en agosto de 1933, y la represa Belle Fourche cerca de Belle Fourche, SD en septiembre de 1933. Mientras estos sucesos ocurrían, los Profesores Bryan (1929a, 1929b), Berkey (1929), Terzaghi (1929) y Wentworth (1929) escribieron documentos modelo que definen el papel de los ingenieros geólogos en proyectos de obras civiles.  A pesar de estos retrocesos en la confianza del público, la Oficina de Reclamación de EE.UU. (US Bureau of Reclamation) y el Cuerpo de Ingenieros (Corps of Engineers) continuaron diseñando y construyendo estructuras cada vez más grandes. Entre 19331940 el Cuerpo de Ingenieros de EE.UU. construyó la estructura de terraplén (earthfill) más grande en el mundo cerca de Fort Peck, Montana en el río Missouri. A punto de concluir en septiembre de 1938, el recubrimiento aguas arriba de la presa se licuó, extendiendo 5.2 millones de yardas cúbicas de material en el reservorio. Este proyecto involucró una agencia de ingeniería actualizada en el estado-del-arte y un prestigioso panel de consultores. Las rupturas de represas en la década 1928-1938 fueron atribuidas UAP

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a problemas de cimentación que incluían asentamientos, estabilidad de taludes y tubificación hidráulica. Estas experiencias señalaron la necesidad de caracterizar adecuadamente las condiciones de cimentación antes del diseño, la cartografía geológica de las condiciones expuestas en las excavaciones durante la construcción y la atención astuta ante cualquier cambio de las condiciones detectadas durante la ejecución de las obras. Fue una lección que habría de ser aprendida repetidamente, por las sucesivas generaciones de ingenieros. El evento de 1928 elevaría el nivel de conocimiento de la geología en la ingeniería en todo el mundo. En la falla de la represa St. Francis en California, 426 personas perdieron la vida. Ransome describió en 1928 en un documento sobre Geología Económica: Por lo que se puede averiguar, no se hizo evaluación geológica del sitio de la presa antes de comenzar la construcción ... La simple lección del desastre es que los ingenieros, no importa qué tan extensa sea su experiencia en la construcción de las represas ... no pueden prescindir de la seguridad del conocimiento del carácter y la estructura de las rocas adyacentes, que sólo un experto y detallado reconocimiento geológico puede proporcionar. (Ransome, 1928)

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Falla de la represa St. Francis

Información sobre la relación entre la ingeniería civil y la geología se encuentra en muchas fuentes históricas. White mostró que el conocimiento geológico fue apreciado y utilizado por maestros como Marcus Vitruvius Polio (Siglo I D.C.), Leonardo da Vinci (el cambio de los siglos XV y XVI) y William Smith (el cambio de los siglos XVIII y XIX).

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La Ingeniería Geológica se separó de la geología como un campo independiente, inspirada por la "explosión" en la industria de la construcción en el siglo XIX: los ferrocarriles, industria del acero, minas, fábricas, carreteras, puentes, túneles, presas, líneas eléctricas, etc. Los ingenieros de construcción desde el siglo XVIII sintieron la necesidad de una descripción teórica de la cooperación de la cimentación y el terreno. Hay grandes méritos en este campo debidos a: Coulomb (1773), Rankine (1857), Pauker (1855), Boussinesq (1856), Mohr (1882), Kurdiumov (1889), Prandtl (1920), y muchos otros.

Ingeniería

geologica

La persona más responsable del advenimiento de la Ingeniería Geológica en el plan de estudios de la ingeniería civil estadounidense fue Karl Terzaghi (1883-1963). Terzaghi (1925) escribió el primer texto sobre Mecánica de Suelos en 1925, mientras enseñaba en el Robert College de Estambul. Poco después de la aparición del libro fue invitado a MIT como profesor visitante para ayudarles a resolver los misterios que rodeaban los asentamientos del terreno ocurridos en el campus del MIT y presentar a la comunidad norteamericana de ingeniería civil, la Mecánica de Suelos. Mientras dictaba conferencias en el MIT, fue co-autor del texto Ingeniero geología(Ingeniería Geológica) con K.A. Redlich y R. Kampe, profesores del Instituto Técnico de Praga (Redlich, Terzaghi y Kampe, 1929). A finales de 1929 aceptó una cátedra en la Universidad Técnica de Viena. En el otoño de 1938, emigró a la Universidad de Harvard, donde fue nombrado Profesor de Ingeniería Geológica, un título que mantuvo hasta julio de 1946, cuando fue nombrado Profesor de Práctica de la Ingeniería Civil. La influencia de Terzaghi en ingeniería civil estadounidense no fue poco profunda. Cuando era joven, Terzaghi estudió geología y geomorfología en Alemania después de recibir su licenciatura en ingeniería general, en Graz (Goodman, 1999). A partir de entonces percibió los proyectos desde el punto de vista geológico y sus afirmaciones y opiniones llegaron a tener un peso enorme: él había recibido el más alto reconocimiento  ASCE, la Medalla Norman, por investigaciones pioneras y publicaciones en 1930, 1942 y 1946, más que cualquier otro ingeniero en historia ASCE (él sumó su cuarta Medalla Norman en 1955). Un puñado de eminentes ingenieros civiles norteamericanos se atrevió a desafiar a duelo a Terzaghi en las discusiones de las Transacciones ASCE, una decisión que por lo general lamentarían más adelante en sus carreras. Terzaghi es considerado como el creador de la Mecánica de Suelos moderna. En 1925, en el libro mostró que las fuerzas externas de reacción del suelo pueden identificarse por números. Para que la teoría sea aplicada con éxito en la práctica, es necesario establecer modelos y simplificaciones teóricas adecuadas, en función de las características del suelo. Esta manera de analizar la interacción entre el suelo y la fundación, despertó de UAP

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inmediato un gran interés e inspiró el desarrollo de nuevos campos del conocimiento de la ingeniería como la Mecánica de Suelos. En vida de Terzaghi, aparecieron alrededor de 30.000 publicaciones científicas, incluyendo al menos 1.000 monografías y libros de texto de mecánica de suelos.

En paralelo con el desarrollo de las teorías, una gran cantidad de energía se utilizó en la tecnología de investigación del suelo en el laboratorio y en el campo. Debido a la nueva tecnología de investigación, especialmente en el laboratorio, se tuvo la posibilidad de determinar y medir ciertas propiedades de los suelos. Este campo del conocimiento se llama comportamiento del suelo.

El comportamiento del suelo estaba estrechamente relacionado con la mecánica de suelos, y más tarde se convirtió en una parte de ella. De esta manera, tanto la mecánica de suelos como el comportamiento del suelo se convirtieron en componentes de la ingeniería geológica. En los años 1930s y 1940s, Karl Terzaghi fue Profesor de la Práctica (Facultad) de Ingeniería Civil en la Universidad de Harvard. El único curso que enseñaba era Ingeniería Geológica. En 1945, Terzaghi fue llevado a la costa oeste, inicialmente a Washington, y posteriormente a la Columbia Británica, por H.A. Simons como consultor para la revisión en mecánica de suelos, en relación con las fábricas de pulpa y papel en Port Alberni, Río Campbell, Nanaimo, Crofton y Castlegar. Más tarde, para la British Columbia Electric y  Alcan, Terzaghi trabajó en estrecha colaboración con Victor Dolmage (considerado el primer Ingeniero Geólogo de British Columbia) en numerosos sitios: La represa Misión, la represa Daisy Lake y el proyecto de energía Cheakamus (ubicado sobre debris (escombros) de deslizamiento). También llevó a cabo tareas para Pacific Great Eastern Railway (ahora British Columbia Rail), para el Distrito de Agua de Gran Vancouver y para  Alaska Pine y Cellulose en Woodfibre (sobre deslizamiento submarino). Todos estos son proyectos únicos en su clase.

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Karl Terzaghi

 Aunque se formó como ingeniero mecánico, Terzaghi tenía una muy fuerte inclinación hacia la geología. "Él nunca dictó una clase de mecánica de suelos. Siempre habían conferencias en geología, geomorfología, y cómo se relacionaban con un problema, al cual ... algo de ... mecánica de suelos tenía una aplicación. Era un geólogo de corazón a pesar de que era un ingeniero de la ingeniería al mismo tiempo. Pero él siempre consideró la mecánica de suelos como una rama de la ingeniería geológica, que a su vez, era una rama de la geología." (Peck referido por Legget, 1979) "Cada ingeniero civil participa en la geología experimental ..." (Terzaghi, 1953 referido por Legget, 1979) En las conferencias y artículos de Terzaghi, a menudo se refirió a sus proyectos y experiencia en British Columbia. Tuvo una gran influencia en ingeniería geológica de la provincia y después de su muerte en 1963, la represa British Columbia Hydro pasó a llamarse represa Mission, y represa Terzaghi.

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Modelo de Ingeniería Geológica El programa modelo para la ingeniería civil en la década de 1940s estaba en Harvard y Terzaghi impartió un curso en Ingeniería Geológica en el departamento de ingeniería civil entre 1938-1957. Esto se convirtió en el modelo para otros programas de ingeniería civil después de la Segunda Guerra Mundial, con la mayoría de las escuelas impulsando sus departamentos de geología para enseñar un curso de Ingeniería Geológica o de Geología para Ingenieros. Durante la primera generación de instrucción en el aula en las escuelas de ingeniería, los textos más comúnmente empleados eran: 'Ingeniería Geológica' de Ries y Watson (1931), 'Geología e Ingeniería' de Legget (1939), 'Aplicación de la Geología a la Práctica de la Ingeniería' de Paige (1950) y los 'Principios de Ingeniería Geológica y Geotécnica' de Krynine y Judd (1957).

El Consejo de Ingenieros para el Desarrollo Profesional (Engineers Council for Professional Development ECPD) se estableció como organismo de acreditación de programas de ingeniería en 1932. A comienzos de la década de 1950s, los programas modelo de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones se encontraban en la Universidad de Harvard, MIT, Illinois y Cornell. Todos incorporaron cursos de Ingeniería Geológica. En la década de 1940s, el ECPD recomendó que cada estudiante de ingeniería civil recibiera por lo menos un curso básico de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones. Hacia mediados de los 1950s se comenzó a recomendar un curso de Ingeniería Geológica también. Hacia 1975, aproximadamente el 77% de los programas de ingeniería civil acreditados por ECPD en los Estados Unidos requería a sus estudiantes a tomar por lo menos un curso de Ingeniería Geológica. UAP

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Como sub-disciplina de la ingeniería civil, la Ingeniería Geológica se había convertido en una parte fundamental de pedigrí educativo del ingeniero civil norteamericano.

Como es natural, a renglón seguido la Ingeniería Geológica se estableció firmemente en la mayoría de las organizaciones gubernamentales de ingeniería, también. El Cuerpo de Ingenieros de EE.UU., y la oficina de Reclamaciones de EE.UU, comenzaron reteniendo consultores de Ingeniería Geológica a finales de los años 1920s y hacia finales de los 1930s se comenzaron a contratar su propio equipo de geólogos (Burwell y Roberts, 1950). Hacia finales de la década de 1950s, la mayoría de las agencias de transporte estatales también emplearon a sus propios geólogos.

Cuanto más trabajo de ingeniería geológica se había realizado, mayor fue la necesidad de intercambiar ideas y experiencias. En los Estados Unidos, en 1888 la "División de Ingeniería Geológica" fue establecida en la Sociedad Geológica de América. En 1964, durante el 22o Congreso Geológico Internacional en Nueva Delhi, se creó la Asociación Internacional Ingeniería Geológica. El Primer Congreso Internacional IAEG se celebró en París en 1970.

 A principios del siglo XX también hubo opiniones de que la ingeniería geológica no era un campo independiente, sino un elemento del trabajo de diseño. Se decidió que para "consolidar fuerzas" y mejorar el diseño de las fundaciones, excavaciones, terraplenes y estructuras de tierra; las obras incluyendo la geología, la mecánica de suelos y el diseño serían tratadas en conjunto y la denominaron Ingeniería Geotécnica.

Inicialmente, la Geotecnia comenzó en los países nórdicos (Suecia, Noruega) y el Reino Unido y Alemania, y luego en los Estados Unidos (como Ingeniería Geotécnica). La Geotecnia se organizó en varios comités nacionales (Suecia, Francia). Fue incorporada a la organización internacional en 1953 durante la Tercera Internacional Conferencia sobre la Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones (ICSMFE) en Suiza.

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INGENIER A GEOL GICA 1888 - Fue establecida la División de Ingeniería Geológica en la Sociedad Americana de Geología en los Estados Unidos.

INGENIER A GEOT CNICA Hasta 1936 - La Ingeniería Geotécnica se organizó en varios comités nacionales (Suecia, Francia).

1936 - 1a Conferencia Internacional de 1964 Se creó la Asociación Mecánica de Suelos e Ingeniería de Internacional de Ingeniería Geológica Fundaciones (ICSMFE) en la Universidad (IAEG) durante el 22o Congreso de Harvard. Geológico Internacional en Nueva Delhi. 1953 - La Sociedad Internacional de 1970 - Primer Congreso Internacional Mecánica de Suelos e Ingeniería IAEG en París. Geotécnica (ISSMGE) fue firmemente establecida durante el 3er ICSMFE, en Suiza.

La Geología y la Ingeniería Geotécnica se combinan en muchas áreas - las propiedades físicas de suelos y rocas, la caracterización del sitio, la mineralogía y el diseño de cimentaciones.

Mientras que los ingenieros geotécnicos han refinado sus pruebas de laboratorio, las pruebas in situ y las técnicas de diseño, la fusión entre la geofísica y la Ingeniería Geotécnica geotécnico no ha tomado un rol de importancia en la práctica de la Ingeniería Geotécnica.

Los métodos geofísicos deberían ser los principales métodos de investigación para los ingenieros geotécnicos.

Relación entre la Ingeniería Geológica y la Ingeniería Geotécnica Entre los años 1975-2000, el requisito de Ingeniería Geológica fue inesperadamente retirado del plan de estudios requerido para la ingeniería civil. En 1980 la Junta de  Acreditación de Ingeniería y Tecnología (Accreditation Board for Engineering and Technology ABET) sustituyó la ECPD como el organismo de acreditación para los programas de ingeniería. ABET pronto se embarcó en un programa en cooperación con la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE), que encuestó a los ingenieros para clasificar la importancia relativa de los diferentes cursos que habían recibido para su UAP

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práctica cotidiana. Los ingenieros civiles practicante clasificaron la Ingeniería Geológica por debajo de otros cursos de ingeniería civil, especialmente los cursos de ingeniería estructural. Esto no debería haber sorprendido a nadie, ya que sólo un 9% de los graduados de ingeniería civil encontraron un empleo en Ingeniería Geotécnica, mientras que un poco menos del 40% utilizaban sus cursos relacionados con estructuras relacionadas en su práctica cotidiana. Los aspectos geotécnicos de la ingeniería civil son generalmente realizados por consultores externos. ABET utilizó los resultados de estas encuestas para recomendar la "modernización" de los programas de estudio de ingeniería civil, para eliminar lo que se percibía como cursos obsoletos y reemplazarlos con materias más pertinentes, ofreciendo especialmente las materias que hacían hincapié en los métodos informáticos. En la actualidad sólo el 4% de los programas acreditados de ingeniería civil exigen a sus estudiantes a hacer un curso de Ingeniería Geológica. Durante el mismo periodo (19752000) se vio que los programas de estudios de geología comenzaron a eliminar gradualmente los cursos de verano de geología de campo y trabajo de campo relacionado, debido a que estos cursos son costosos de ofrecer, remueven a los profesores de sus responsabilidades que generan apoyo a la investigación externa y no son considerados como mejora a la carrera. Cuando la facultad de profesores de Ingeniería Geológica expresó sus objeciones a la censura de sus cursos, por lo general se les informó que la geología es en realidad un "sub-disciplina" de la Ingeniería Geotécnica, y que se esperaría que los profesionales geotécnicos tomaran la Ingeniería Geológica como un curso electivo. Entre 1975-2000 la mayoría de los profesores contratados para impartir cursos de Ingeniería Geológica, Geomorfología y Geología de Campo, no fueron reemplazados cuando se jubilaron. En muchos programas de ingeniería civil a los estudiantes interesados en tomar cursos de geología se les desviaba simplemente a tomar cursos de Geología Física o de Geología Para Ingenieros, impartidos dentro del departamento de Geología. En las pocas instituciones donde todavía se ofrece Ingeniería Geológica en el departamento de ingeniería civil, por lo general es impartida por profesores de Ingeniería Geotécnica, y no por Ingenieros Geólogos. En la actualidad, en el lenguaje de la Ingeniería Civil, hay dos conceptos: el de Ingeniería Geológica y el de Ingeniería Geotecnia. En la práctica, estos conceptos a menudo se usan como alternativos. La Ingeniería Geológica y la Ingeniería Geotécnica, como demuestra la historia, tienen el pedigrí y el mismo objetivo. Sin embargo, su posición en la estructura de la ciencia, especialmente en la Ingeniería Civil no está claramente definida.

El campo se llama Ingeniería Geológica o Ingeniería Geotécnica dependiendo de la transferencia de contexto y el "centro de gravedad" en la dirección de la geología o hacia las aplicaciones técnicas. Dependiendo del punto de vista, la Geotecnia es considerada como la parte de Ingeniería Geológica (WIŁUN Z., Zarys geotechniki, Wyd. Komun. i UAP

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Łącz., Warszawa, 1987), o viceversa, la Ingeniería Geológica como parte de la Ingeniería Geotécnica (REUTER F., KLENGEL K.J., PAŠEK J., Ingenieurgeologie, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1977). Hasta la fecha, los límites entre la Ingeniería Geológica y la Ingeniería Geotécnica no se han definido claramente. Por lo tanto, en muchas situaciones se presenta la pregunta sobre la competencia entre los ingenieros geólogos e ingenieros geotécnicos. Además, en la disputa debe incluirse la "autoridad" de la burocracia.

En el desarrollo histórico, la esencia de la Ingeniería Geológica (en el sentido original) se basa en la descripción del ambiente geológico en términos de las necesidades de la Ingeniería Civil y Geotécnica - a partir de datos del entorno geológico en el ámbito de la ingeniería civil.

La Ingeniería Geológica frente a otras disciplinas según el 7o Congreso IAEG

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Relación entre Geotécnia, Ingeniería Geológica y Construcción

Geotecnia, Geología e Ingeniería Civil frente a otras disciplinas

Situación Actual y Perspectivas

Como ha observado recientemente, la polarización de opiniones sobre la competencia en la evaluación del ambiente geológico/geotécnico para propósitos de ingeniería civil, no sirve bien al objetivo básico de optimizar el proceso de diseño, así como minimizar el impacto negativo sobre el medio ambiente.

En Polonia, por ejemplo, las leyes de construcción pasan la investigación de la ingeniería geológica /condiciones geotécnicas en la cimentación de edificaciones a manos de los ingenieros geotécnicos. Anteriormente, estos casos estaban comprendidos en la competencia de los ingenieros geólogos. Este método se refiere a los geotecnistas de

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principios del siglo XX. La diferencia es que en ese momento los ingenieros geólogos y su geología se incluyeron en la Geotecnia.

En la actualidad, la Ingeniería Geológica se convirtió en parte de la Geotecnia, pero los ingenieros geólogos han quedado fuera de su posible uso en geotecnia. De acuerdo con la ley actual, el ingeniero geólogo tiene el derecho de reconocer el medio ambiente de Ingeniería Geológica para la planificación regional, protección del medio ambiente, y en los casos en que durante la fase de preparación del proyecto, se sabe que las condiciones geológicas son complicadas.

Modelo de un deslizamiento desde la perspectiva de la Ingeniería Geológica La legislación polaca y europea (EUROCODE 7) no dice nada sobre la relación entre la escala de los proyectos y competencias, en el diseño geotécnico. No se sabe, por ejemplo, como dividir las competencias durante el uso de la red neuronal, en la identificación de las características del ambiente geología-ingeniería, o en el caso de la ingeniería a escala mundial. Mientras tanto, la minería subterránea ya está llegando a una profundidad de casi 4,000 m (Sudáfrica), y se ha previsto la construcción de minas a cielo abierto a una profundidad de 800 m por debajo de la superficie del terreno (montañas Blagodar hasta los montes Urales en Rusia). Las perforaciones geológicas, alcanzan una profundidad de más de 9 km y se prevé alcanzar los 15 km. Sólo en Rusia desde 1917 hasta 1971 se fundaron más de 1,000 nuevas ciudades. A escala mundial, el hombre mueve cada año 10,000 km3 de masas de tierra, como Sergeev, dijo, refiriéndose a los UAP

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datos de Riabčikov "El hombre regularmente se convierte en una de las principales fuerzas exógenas que modelan la superficie de la corteza terrestre".

Precursores de la Mecánica de Suelos Son considerados como precursores de la mecánica de suelos, todas aquellas personas que contribuyeron con el desarrollo de teorías matemáticas y de experiencias campo, a nivel mundial, hasta el momento en que, a comienzos del siglo XX, el ingeniero Karl Terzaghi, en 1925, sienta las bases que dan origen a esta importante ciencia de la ingeniería geotécnica.

El estudio de la vida de aquellos filósofos, físicos, matemáticos y hasta ingenieros (militares, civiles, mecánicos, etc.), nos permite entender los logros de la ingeniería del pasado y la contribución de estos hombres a la Ingeniería Geotécnica.

Como punto de partida para un proceso evolutivo lógico, se adopta aquí la clasificación históric del desarrollo de la mecánica de suelos presentada por Sir Alec Westley Skempton en 1985.

Entre los principales precursores y contribuyentes al desarrollo de la ingeniería geotécnica se encuentran los presentados a continuación.

La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII El registro del primer uso del suelo como material de construcción se pierde en la antigüedad. En términos de verdadera ingeniería, la comprensión de la ingeniería geotécnica, como hoy es conocida comenzó a comienzos del siglo XVIII (Skempton, 1985). Durante años, el arte de la Ingeniería Geotécnica se basó en experiencias anteriores sólo a través de una sucesión de experimentación sin ningún carácter científico real. Sobre la base de los experimentos, muchas estructuras fueron construidas, algunas de las cuales se han derrumbado, mientras que otras siguen en pie.

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La historia escrita nos dice que las civilizaciones antiguas florecieron a lo largo de las orillas de ríos, como el Nilo (Egipto), el Tigris y el Éufrates (Mesopotamia), el Huang Ho (Río Amarillo, China), y el Indo (India). Diques que datan de alrededor de 2000 A.C. fueron construidos en la cuenca del Indo para proteger la ciudad de Mohenjo Dara (en lo que se convirtió en Pakistán después de 1947).

Durante la dinastía Chan en China (1120 A.C. a 249 D.C.) muchos diques se construyeron para riego. No hay evidencia de que se hubieran adoptado medidas para estabilizar cimientos o verificar la erosión causada por las inundaciones (Kerisel, 1985). La antigua civilización griega utilizó zapatas aisladas y fundaciones continuas-ycombinadas para la construcción de estructuras.

Comenzando alrededor de 2750 A.C., las cinco pirámides más importantes se construyeron en Egipto en un período de menos de un siglo (Saqqarah, Meidum, Dahshur del Sur y del Norte, y Keops). Esto plantea retos formidables en relación a fundaciones, estabilidad de taludes y construcción de cámaras subterráneas. Con la llegada del budismo a China durante la dinastía Han del Este en el 68 D.C., miles de pagodas se construyeron. Muchas de estas estructuras fueron construidas en limo y capas de arcilla blanda. En algunos casos la presión de la fundación excedía la capacidad de soporte del suelo y por lo tanto causaba daños estructurales.

Los documentos históricos muestran el uso de la rueda desde el 3,500 A.C., lo cual ilustra el interés de nuestros antepasados por reducir la fricción en movimientos de traslación. Los egipcios tenían el conocimiento de la fricción y los lubricantes, esto se ve en el transporte de grandes bloques de piedra para la construcción de monumentos y pirámides. Para realizar esta tarea utilizaban agua o grasa animal como lubricante.

De acuerdo a lo expuesto por el Profesor J. A. Jiménez Salas (en su discurso de 'Aportaciones científicas españolas a la geotecnia' de 1982), durante milenios, la Ciencia ha parecido nutrirse preferentemente por la técnica artística o de artesanía, toda vez que causa cierto asombro pensar que, en las sociedades primitivas, que se deben suponer acosadas por problemas de pura supervivencia, el estamento científico halló la manera de protegerse de la presión social, y concentró su interés en la Astronomía, sin duda porque la regularidad de sus fenómenos, le sugirió la posibilidad de comprenderlos.

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Pero, paralelamente, la Humanidad iba acumulando soluciones a sus problemas prácticos, en un inmenso almacén de conocimientos empíricos (artesanales). Solamente, en los últimos siglos, se produjo, o al menos así lo parece, un cambio cualitativo en la frecuencia de los acontecimientos de polimerización (crecimiento de las ideas en la mecánica, como lo denomina el Profesor Jiménez Salas), como si alguna radiación desconocida hubiera excitado los mecanismos de síntesis.

Esta polimerización comienza en el Renacimiento y se acelera hasta la actualidad, y es en este periodo de tiempo, comparativamente breve, cuando se produce la vertebración de las Ciencias Naturales en la forma en la que hoy persisten, es decir, se da la metamorfosis de artesanía a ciencia.

Con base en la observación visual de las deformaciones de las estructuras antiguas y las laderas naturales, la existencia de la reptación (creep) en suelos arcillosos que se conoce desde tiempos inmemoriales.

Inclinación por 'creep' en la Torre de Pisa (Italia) Sin embargo, la investigación real de este fenómeno se inició a mediados del siglo XIX, debido ala intensificación de las actividades de construcción. El 'creep' de los suelos arcillosos, comenzó a ser interesante para los científicos y especialistas, después de observar grandes deformaciones prolongadas e inadmisibles, que afectaba a la explotación normal de las estructuras y carreteras. El primer trabajo importante sobre el fenómeno de la fluencia en suelos arcillosos, se puede encontrar en "Bases y Fundaciones" escrito por el científico ruso por V.M. Karlovich, publicado en 1869. Es UAP

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posible decir que durante el último siglo, y sobre todo durante los últimos años, que las deformaciones de 'creep' en los suelos arcillosos, comenzaron a ser uno de los problemas más importantes de la mecánica de suelos.

Hoy en día se pueden encontrar muchos ejemplos de comportamiento creep in-situ. Uno clásico, es el asentamiento irregular de la Torre de Pisa, en Italia. La construcción de la torre se inició en 1173 y terminó en 1360. La altura de la torre es de 58 m de la base y 54.58 m desde la superficie del suelo, el peso se ha calculado en 14,453 toneladas, el área de la base anular es de 285 m² y la presión media en la base es 0,514 MPa. Debido a la deformación de fluencia de arcillas depositadas en forma de lentes en la base de arena, la torre se asentó e inclinó hacia un lado. La consolidación media de la estructura, de acuerdo a una de las muchas evaluaciones, es de 1.50 m, y la torre continúa asentándose. La inclinación de la torre es de 5.58 m, es decir, 5.5°.

Torres Asinelli y Garisenda, construidas en 1109 ubicadas en la Plaza de Porta Ravegnana, Bologna, Italia La construcción de la torre comenzada en 1173, continuó en varias etapas por más de 200 años. La torre se ha inclinado en el pasado al este, norte, oeste y, por último al sur. Investigaciones recientes muestran que la compresión de un estrato de arcilla débil a una profundidad de unos 11 m (36 pies) bajo la superficie del terreno causó la inclinación de la torre. Esta inclinación llegó a más de 5 m (16,5 pies) fuera de la vertical de 54 m (179 pies) de altura.

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Otro ejemplo se dio en Bologna, Italia, donde se construyeron dos torres en el siglo XII (Asinelli y Garisenda). La torre de la izquierda se suele denominar como la Torre Garisenda. Después de encontrarse con varios problemas relacionados con la fundación, durante la construcción a lo largo de los siglos pasados, los ingenieros y los científicos comenzaron a investigar las propiedades y comportamiento de los suelos de una manera más metódica a partir de la primera parte del siglo XVIII.

Leonardo da Vinci (1452-1519) dejó muchos textos y dibujos relacionados con la ciencia y la tecnología, aunque él no lo escribió en libros. Uno de los ejemplos que estudió es la resistencia del alambre de hierro, del que colgaba una cesta en la que iba añadiendo lentamente con arena. La resistencia del alambre fue determinada midiendo el peso de arena cuando el alambre se rompía. Por desgracia, las ideas y los avances adelantados por Leonardo da Vinci, quedaron enterrados en sus notas, y no fueron conocidos a tiempo por los científicos e ingenieros.  Algunas de las bases matemáticas de la ingeniería civil se remontan a los antiguos tiempos de los griegos. El principio de la palanca, por ejemplo, que Arquímedes (287-212  A.C.) entendió y describió, todavía se utiliza ampliamente en los cálculos de ingeniería civil. No fue sino hasta Galileo Galilei (1564-1642), sin embargo, que varias de las características de la ingeniería moderna y la ciencia comenzaron a ser bien formadas, como por ejemplo la idea de que la mejor prueba de una proposición o idea era un experimento. (Hoy en día decimos "poner la idea a prueba." Galileo utilizó el término cimento, o prueba, en otras palabras, para "pasar la idea por el ensayo de la prueba."). Por casualidad, el mismo año que murió Galileo, Isaac Newton nació. Newton (1642-1727) desarrolló y potenció en gran medida los campos de la física del nivel que tenían en la época de Galileo, y que siguen en uso en la actualidad.

Una aproximación intuitiva al concepto de gravedad lo encontramos en la obra de Lucrecio (60 A.C.): “De Rerum Natura”, siendo la idea del  heliocentrismo de Aristarco de Samos en el 270 A.C. Pero fue el inglés Isaac Newton, quien definió las leyes de la gravedad, partiendo de las observaciones y conclusiones del polaco Mikolaj Kopernik (en latín Nicolaus Copernicus, que en 1543 publicó “De Revolutionibum Orbium Caelestium”), del alemán Johannes Kepler (con sus tres leyes de movimientos planetarios de 16091619 en “Epitome Astronomiae Copernicanae”), del italiano Galileo Galilei (inercia, caída de cuerpos, péndulo, observaciones telescópicas, en “Discorsi di Due Scienze”, 1633, y otras obras), así como de otros grandes estudiosos, como reconociera el propio Newton cuando erigió su “Principia Mathemática” (1687) donde expresó las  leyes de la gravedad.

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Periodo Pre-Clásico de la Mecánica de Suelos (1700 - 1776)  Antes de Coulomb, se hicieron muchos intentos de enfrentar los problemas de la mecánica de suelos, en lo que podría llamarse el período pre-clásico; ejemplos de ello se pueden encontrar fácilmente en la práctica del diseño racional para la construcción de fundaciones y presas de tierra, basado en sanos criterios técnicos de ingeniería.

La Mecánica de Suelos en su forma actual es una adición relativamente reciente en el campo de la ingeniería. El interés en el comportamiento de los suelos y rocas para propósitos de ingeniería se remonta a la época romana (Paladio en su libro De Re Rustica), pero los avances más significativos en el análisis parece que se remontan al siglo XVIII, cuando la necesidad de construir grandes terraplenes defensivos, llevaron a los primeros trabajos sobre los muros de contención. El informe de Coulomb, entregado a la Académie Royale des Sciences en 1773, y publicado en 1776, representa uno de los primeros reporteso que mostró una comprensión considerable, entre otras cosas, del comportamiento de los suelos, y cuyos resultados siguen siendo válidos y en uso (Heyman, 1972). Posteriores trabajos, principalmente emitidos por los franceses, perfeccionaron mucho las soluciones disponibles, pero poco aumentaron el conocimiento fundamental.

Este período se concentró en los estudios relativos a la pendiente natural y pesos específicos de diversos tipos de suelos, así como las teorías semiempíricas de presión de tierra. En 1717 un ingeniero real francés, Henri Gautier (1660-1737), estudió las pendientes naturales de los suelos cuando reposan en una pila, para la formulación de los procedimientos de diseño de muros de contención. La pendiente natural es lo que hoy conocemos como el ángulo de reposo. Según este estudio, la pendiente natural de la arena limpia y seca, y de la tierra común era de 31° y 45°, respectivamente. Además, el peso unitario de la arena limpia y seca, y de la tierra ordinaria recomendados fueron de 18.1 kN/m3 (115 lb/pie3) y 13.4 kN/m3 (85 lb/pie3), respectivamente. No se reportaron resultados de pruebas sobre arcilla. En 1729, Bernard Forest de Belidor (1671-1761) publicó un libro de texto para los ingenieros militares y civiles en Francia. En el libro, él propuso una teoría para la presión lateral de tierra en muros de contención que fue una continuación del estudio original de Gautier (1717). También se especificó en el documento un sistema de clasificación del suelo.

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Clasificación de Suelos de Belidor (1729) en Das, B.-Principles of Geotechnical Engineering. 6th Ed. 2006

Peso Unitario y Ángulo de Fricción Interna de algunos Suelos

Los primeros resultados de las pruebas de laboratorio en un modelo de 76 mm de altura (3") de un muro de contención construido con relleno de arena, fueron registradas en 1746 por el ingeniero francés, Francois Gadroy (1705-1759), quien observó la existencia de planos de deslizamiento en la falla del suelo. El estudio de Gadroy fue posteriormente resumido por J.H. Mayniel en 1808.

De acuerdo con Mayniel (1808), Bullet fue el primero en tratar de establecer una teoría de la presión de tierras, en 1691. Más importante aún, es que Bullet señala la importancia de la investigación de campo del sitio (site investigation) para las fundaciones de estructuras de contención y recomienda el uso de sondeos para determinar los diferentes estratos de suelo bajo un sitio, y para asegurarse de que suelos pobres no subyacen a suelos UAP

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buenos. Cuando no se podían hacer los sondeos, Bullet recomendó el uso de un método indirecto de investigación mediante el cual la calidad del suelo se determina a partir del sonido y la penetración alcanzada cuando era golpeado con una barra de 6 - 8 pies de longitud (1.80 - 2.40 m).

Si bien el uso de sondeos para investigar el subsuelo data de los siglos atrás, resulta sorprendente que el equipo para hacer sondeos en suelos blandos también tiene una larga historia. Jensen (1969) y Whyte (1976) ilustran los tipos de equipos de perforación en uso alrededor de 1700, y muchas de las herramientas presentan un gran parecido con las utilizadas en la perforación de percusión ligera, en la actualidad en el Reino Unido.

La pila helicoidal fue inventada en el siglo XVIII de acuerdo a reportes escritos. A comienzos del siglo XIX un constructor inglés en hombre Alexander Mitchell utilizó pilas helicoidales instaladas a mano en el diseño fundaciones para faros. Esta tecnología fue llevada a los Estados Unidos, donde los faros fueron construidos sobre pilotes helicoidales a lo largo de la Costa Este, algunos de los cuales todavía pueden ser visitados hoy día. La instalación era mano utilizando la fuerza bruta humana o el trabajo de animales.

Un tiempo o después de la introducción de las pilas helicoidales en la industria de fundaciones, se mejoraron los métodos de perforación de pilas e hincado de pilotes hasta el punto de que los pilotes helicoidales instalados a mano ya no resultaban económicos, y se abandonó su uso. No fue hasta mediados del siglo XX, que se desarrollaron equipos de instalación trajeron nuevamente los pilotes helicoidales a la demanda.

El estudio de ingeniería de estabilidad de taludes en las excavaciones, así como en terraplenes, se inició en 1769 por J.R. Perronet en Francia. Él ya había investigado perforaciones y pozos de prueba para el diseño y construcción de terraplenes. En 1776 C.A. Coulomb, también en Francia, publicó un artículo sobre el análisis de equilibrio límite en mecánica de suelos. Las presas de terraplén en Gran Bretaña eran diseñadas y construidas con base en el conocimiento empírico. El reservorio Entwistle, construido en el año 1837, fue la presa más alta del mundo hasta 1882, inicialmente con 33 m de altura y más tarde elevada a 38 m. Más de 260 terraplenes de más de 15 m de altura fueron construidos en Gran Bretaña hasta 1930. En los Estados Unidos se construyeron 360 terraplenes de más de 15 m de altura.

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Periodo Clásico de la Mecánica de Suelos - Fase II (1856 - 1910)

Durante el período industrial precedente al siglo XX, muchos de los procesos geotécnicos actualmente en uso, para el mejoramiento de suelos tales como pilotaje, pre-carga, compactación y desecación, parecen haber sido utilizados (Feld 1948; Skempton 1960b; Jensen 1969). Estas técnicas fueron aplicadas de una manera puramente empírica. Varios resultados experimentales de pruebas de laboratorio sobre la arena aparecieron en la literatura técnica, en esta fase. Una de las publicaciones más antiguas e importantes es del ingeniero francés Henri Philibert Gaspard Darcy (1803-1858). En 1856, publicó un estudio sobre la permeabilidad de los filtros de arena. Con base en estas pruebas, Darcy definió el término coeficiente de permeabilidad (o conductividad hidráulica) del suelo, parámetro muy útil en la ingeniería geotécnica de hoy.

Sir George Howard Darwin (1845-1912), profesor de astronomía, llevó a cabo pruebas de laboratorio para determinar el momento de volcamiento de un muro con bisagras que retenía arena en estados suelto y denso de compactación. Otra notable contribución, publicada en 1885 por Joseph Valentin Boussinesq (1842-1929), fue el desarrollo de la teoría de la distribución de esfuerzos bajo áreas que soportan carga en un medio homogéneo, semi infinito, elástico, e isotrópico. En 1887, Osborne Reynolds (1842-1912) demostró el fenómeno de la dilatancia en la arena. En resumen, Darcy (1856), sobre la base de sus experimentos en filtros de arena, UAP

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propuso una ley para el flujo de agua en los materiales permeables y en el mismo año Stokes (1856) dio una ecuación para la determinación de la velocidad final de caída de partículas sólidas en líquidos. La teoría de ruptura de Mohr (1900) representada por los Círculos de Esfuerzos, es ampliamente utilizada en el estudio de la resistencia al corte de los suelos. Una de las más importantes contribuciones a la ciencia de la ingeniería fue realizada por Boussinesq (1885) quien propuso una teoría para determinar la distribución de esfuerzos en las zonas cargadas en un medio semiinfinito, elástico, homogéneo e isotrópico.

Dokucháyev en la estepa (pintura al óleo) Vasili Vasílievich Dokucháyev (1 de marzo de 1840 - 8 de noviembre de 1903) fue un destacado geógrafo edafólogo ruso conocido por ser uno de los próceres de la geografía rusa, y por ser justamente considerado padre de la ciencia de suelo o edafología, y prácticamente el primer científico edafólogo. Fue uno de los primeros científicos en realizar un vasto estudio de los tipos de suelos.

Uno de sus trabajos más importantes, fue el “principio del análisis integral del territorio” que orientó en gran medida las investigaciones y sirvió de directriz para la solución de variados problemas teóricos, metodológicos y prácticos del estudio de la geografía en Rusia. También cobra gran relevancia, su introducción del concepto geográfico de suelo, que se aleja del sentido que le otorgan geólogos e ingenieros para considerarlo como un sistema natural complejo, totalmente distinto a un estrato geológico, producto síntesis de la geografía en la cual se encuentra, e íntimamente ligado a sus factores, que pasan a ser considerados por Dokuchaev como factores de formación.

También desarrolló un esquema de la clasificación que describía cinco factores para la formación del suelo. Él llegó a su teoría después de extensos estudios de campo en los suelos rusos en 1883. Su trabajo más famoso es el chernozem ruso (1883), que hizo la palabra conocida en el extranjero.

Enseña en San Petersburgo. Es enviado a estudiar los suelos rusos, por demanda de la "Sociedad Económica Libre Imperiale de San Petersburgo", que se inquietaba por las desastrosas consecuencias, para la agricultura, de las severas sequías de los años 1873 a 1875. Particularmente en Rusia, observa que los suelos estaban ligados, en su naturaleza y distribución, a los siguientes factores: clima, roca subyacente, relieve, tiempo, agentes biológicos (vegetación, animales del suelo).

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Chernozem

El Nacimiento de la Mecánica de Suelos  A comienzos del siglo XX, Karl Terzaghi se encargó de recopilar y exponer a la academia, lo que en adelante se conocería como una nueva ciencia denominada 'Mecánica del Suelo'. Junto a un grupo de ilustres colaboradores, y a través de un extenso listado de publicaciones, le presentó a la comunidad de ingenieros civiles (ya diferenciados de los ingenieros militares) las bases para el estudio sistemático del comportamiento del suelo como material de ingeniería, dando también lugar al nacimiento de la ingeniería geotécnica.

Los más importantes contribuyentes al desarrollo de la mecánica de suelos son los siguientes:

Karl Von Terzaghi

En 1925 publica "Erdbaumechanik", en donde sienta las bases y punto de partida para la Mecánica de Suelos.

Vida temprana

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Nació en Praga (que en ese tiempo era la capital de la región austriaca de Bohemia) el 2 de octubre de 1883, y murió el 25 de octubre de 1963, en Winchester, Massachusetts.

Karl von Terzaghi, fue el primogénito del teniente coronel del Ejército Anton von Terzaghi y Amalia Eberle en Praga. Luego del retiro de  Anton Terzaghi del ejército, la familia se trasladó a Graz, Austria. A la edad de diez años, Terzaghi fue enviado a un internado militar. Allí desarrolló un interés por la astronomía y la geografía. A los catorce años, Terzaghi entró en una escuela militar diferente, en Hranice, la 'Corona de Bohemia'. Él era un estudiante excelente, sobre todo en la geometría y las matemáticas, y se graduó con honores en la edad de diecisiete años.

En 1900, Terzaghi ingresó en la Universidad Técnica de Graz para estudiar ingeniería mecánica. Se interesó por la mecánica teórica, pero casi llegó a ser expulsado de allí. Se graduó con honores en 1904. Posteriormente, cumplió un año de servicio obligatorio de un militar. En cumplimiento de sus obligaciones militares, tradujo y extendió ampliamente un popular manual de geología de campo, del inglés al alemán. Regresó a la universidad por un año y combinó el estudio de la geología con cursos sobre temas tales como la ingeniería de carreteras y ferroviaria. En poco tiempo produjo su primer trabajo académico, cuyo tema es la geología de las terrazas en el sur de Estiria (Austria).

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Los primeros años profesionales

Su primer trabajo fue como ingeniero de diseño junior para la firma Adol Baron Pittle, de Viena. La firma estaba cada vez más involucrada en el campo relativamente nuevo de la generación de energía hidroeléctrica, y Karl se vio envuelto en los problemas geológicos que enfrentó la empresa. Sus responsabilidades aumentaron rápidamente, y en 1908, ya estaba manejando un frente de construcción, los trabajadores, y el diseño y construcción de estructuras de acero reforzado. Se embarcó en un proyecto ambicioso y desafiante para la construcción de una represa hidroeléctrica en Croacia.Continuó con gran éxito hacia un proyecto aún más caótico en San Petersburgo. Durante seis meses en Rusia, desarrolló algunos nuevos métodos gráficos para el diseño de tanques industriales, que presentó como tesis para su doctorado en la universidad. Su creciente lista de logros empezó a abrirle más oportunidades.

La experiencia práctica en los proyectos de Croacia y Rusia, junto con un creciente interés en la geología, expuso a Terzaghi a las lagunas en el conocimiento de las condiciones geológicas subyacentes a los proyectos de construcción y las consecuencias de ingeniería resultantes de estas condiciones. Luego decidió ir a los Estados Unidos de  América, lo que hizo en 1912, para explorar los limitados avances en la ingeniería de movimientos de tierra.

En los EE.UU., por su propia cuenta, emprendió una gira de ingeniería de los principales sitios de construcción de presas en el oeste. Esto no fue un viaje normal, pero era su oportunidad de reunir los informes y de primera mano el conocimiento de los problemas de muchos proyectos diferentes, y lo aprovechó al máximo antes de regresar a Austria en diciembre de 1913. Cuando estalló la Primera Guerra Mundial, se encontraba reclutado en el ejército como oficial de la dirección de un batallón de 250 hombres de la ingeniería. Sus responsabilidades nuevamente aumentaron, hasta llegar a manejar 1000 hombres, y se enfrentó en combate en Serbia y fue testigo de la caída de Belgrado. Después de un breve período en la gestión de un campo de aviación, se convirtió en profesor en el Colegio Real de Ingeniería del otomano en Estambul (ahora Universidad Técnica de Estambul).

 Aquí inició una época feliz, muy productiva, en la que comenzó su tr abajo de toda la vida de brindar la verdadera comprensión en la ingeniería, del suelo como material de ingeniería cuyas propiedades se pueden medir en forma estandarizada. Instaló un laboratorio y usando equipos rudimentarios, comenzó su revolución.Sus mediciones y análisis de los esfuerzos sobre los muros de contención, fueron publicados por primera

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vez en inglés en 1919, y fue rápidamente reconocido como una nueva contribución importante a la comprensión científica del comportamiento fundamental de los suelos.

HITOS DESTACADOS EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA

 Antes de 1940 - Karl Terzaghi Después de la Segunda Guerra Mundial: las demandas políticas y sociales para: Las nuevas estructuras e instalaciones Protección y mejora del medio ambiente Nuevos recursos La mitigación de los riesgos de desastres naturales

LA MECANICA DE SUELOS Y LA EDUCACIÓN EN INGENIERÍA DE FUNDACIONES EN 1949

 Alcance del campo limitado principalmente a:

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Clasificación de Suelos Capilaridad y flujo  Análisis de esfuerzos por teoría de la elasticidad Consolidación y análisis de asentamientos Resistencia al corte Estabilidad de taludes Presiones laterales Capacidad portante Cimentaciones superficiales y profundas  Amplio énfasis en las arcillas y arenas saturadas

DESARROLLOS ENTRE 1950 - 1960

Estabilidad de taludes Resistencia al corte Estructura del suelo, causas de la sensibilidad en las arcillas Propiedades de las arcillas compactadas Diseño de pavimentos Estabilización de suelos Carga transitoria

DESARROLLOS ENTRE 1960-1970

Presión de poros, análisis bajo esfuerzo efectivo Fenómenos físico-químicos UAP

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Mecánica de Rocas  Aplicaciones informáticas  Análisis de elementos finitos Interacción suelo-estructura Dinámica del Suelo Licuefacción Presas de tierra y enrocados (escolleras) Proyectos en alta mar, regiones heladas y lunares

DESARROLLOS ENTRE 1970-1980

Modelos constitutivos Ensayos in situ Suelos expansivos Dinámica del Suelo Pruebas Centrífugas Suelos parcialmente saturados Ingeniería geotécnica sísmica Construcción subterránea

DESARROLLOS ENTRE 1980-1990

Riesgo y confiabilidad  Aguas subterráneas y geo hidrología

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Ingeniería geo ambiental Geo sintéticos Tierra reforzada Mejoramiento del suelo

DESARROLLOS ENTRE 1990-2000

Contenedores de residuos Rehabilitación de sitios Mitigación del riesgo sísmico Recuperación de tierras Infraestructura  Aplicaciones geofísicas Sistemas de información geográfica SIG

CONTRIBUCIONES MÁS SIGNIFICATIVAS DE LA INVESTIGACIÓN EN EL REINO UNIDO ENTRE 1950 - 2000 Mecánica de suelos del estado crítico Deformaciones menores y rigidez no lineal Ensayos triaxiales bajo esfuerzos efectivos  Análisis numérico Modelado centrífugo Efectos de la estructura y la fábrica Esfuerzos residuales en suelos OC

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Suelos parcialmente saturados  Análisis de esfuerzos efectivos en taludes y estructuras de contención Mediciones de campo en el BRE (Building Research Establishment)

SITUACIÓN EN EL SIGLO XXI

 ÁMBITO DE LA GEOTECNOLOGÍA

Ingeniería Geotécnica Geología e ingeniería geológica Geofísica Geoquímica Geohidrología Sismología Ingeniería Civil Minería e ingeniería mineral Ingeniería del petróleo Ciencia y tecnología de la información

PROYECTOS Y PROBLEMAS Fundaciones para todo tipo de estructuras Infraestructura subterráneos)

de

transporte

(carreteras,

aeropuertos,

ferrocarriles,

puertos

y

La recuperación de tierras Seguridad sísmica - mitigación del riesgo sísmico Recuperación de Recursos UAP

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Energía Conservación y restauración de estructuras antiguas Disposición y eliminación de residuos Rehabilitación de sitios y mejoramiento del medio ambiente Suelos y rocas como material de construcción Profundidades oceánicas, regiones heladas, espacio exterior Protección de amenazas naturales y reducción de riesgos (deslizamientos, tornados, huracanes, tsunamis, inundaciones, suelos expansivos, etc.)

NUEVAS TECNOLOGÍAS Y MATERIALES Tierra reforzada Mezcla de suelos profundos Jet grouting Grouting de compactación Geosintéticos Micro-pilotes Micro-túneles Geocompuestos Métodos geofísicos

INVASIVIDAD DE LAS MEDICIONES (en orden descendente de invasividad)

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Medición

Método

Satélites, aeronaves

Helicóptero

Caminar sobre suelo

Perturbación, <1m

Perturbación, <100 m

Percepción remota, fotografías

Percepción remota, electromagnetismo, Magnetismo, gravedad, GPR, conductividad magnetismo Sísmica, resistividad, muestreo: Penetrómetros; sondeos y muestras, geoquímico, biológico, de suelos mediciones de fondo de pozos, tomografía

 APLICACIONES DE LOS MÉTODOS NO INVASIVOS Caracterización de subsuelo para: - Eliminación de residuos, contención, recuperación - Construcción de infraestructura Localización de: - Cavidades - Recursos naturales - Servicios subterráneos - Minas terrestres enterradas y municiones sin estallar Monitoreo a: - Movimientos del terreno - Decadencia de la infraestructura Investigaciones arqueológicas o forenses Búsqueda y rescate

NUEVAS REALIDADES EN LA PRÁCTICA DE INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN Participación pública  Asuntos legales y regulatorios Salud y Seguridad Decisión y análisis de riesgos UAP

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Sustitución de la práctica de diseño-licitación-construcción la de diseño-construcción Cuestionable relación costo/beneficio Economías en dificultades Objetivos mal definidos  ALGUNAS NECESIDADES DEL CONOCIMIENTO Licuefacción y predecir sus consecuencias Evaluación de terrenos mejorados Predicción de deformaciones Trabajo con terrenos difíciles Capacidad portante de fundaciones Caracterización de sitios mejorados Modelos constitutivos (¡siempre!) TEMAS EN LOS QUE SE HA VENIDO PROFUNDIZANDO RECIENTEMENTE Pilotes y pilas perforadas Ingeniería geotécnica sísmica y licuefacción Comportamiento constitutivo, mecánica Mejoramiento del suelo y estabilización Propiedades y comportamiento Micro-mecánica Transporte de contaminantes Estabilidad Geosintéticos Presiones laterales, excavaciones Otros

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 ALGUNAS NUEVAS FRONTERAS DE LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA Micro-mecánica Nanotecnología Procesos biológicos "Observar dentro del suelo" ('Seeing into the earth') Materiales inteligentes  Auto-monitoreo y sistemas de corrección PREGUNTAS CLAVE ¿Qué es el suelo? ¿Cómo responde a diferentes estimulos? ¿Por qué se responde de esta manera? ¿Cómo relacionamos las respuestas a estas preguntas con el problema o proyecto en cuestión? Propiedades Mecánicas Fundamentales Cambio de volumen Esfuerzo-deformación Resistencia Conductividad hidráulica (y sus cambios con el tiempo) PROBLEMAS SIN RESOLVER MÁS IMPORTANTES Mercantilización de los servicios Reducir la brecha entre "el estado de la práctica" y "estado del conocimiento" transferencia rápida de los mejores resultados de la investigación a la práctica Comportamiento sísmico de estructuras de tierra Los desplazamientos de las estructuras de tierra durante y después de la construcción Caracterización y diseño de materiales comprendidos entre el suelo y la roca Efectos del tiempo suelos alterados UAP

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Caracterización de sitio mejorados Cómo generalizar y simplificar la disciplina

Ingeniería geotécnica

La Ingeniería Geotécnica o simplemente Geotecnia es la rama ingenieril de la Geología que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes del medio geológico, aplicadas a las obras de Ingeniería Civil. Los ingenieros geotecnistas investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades ingenieriles y diseñar las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, presas y centrales hidroeléctricas. Acciones en la rama vial como la estabilización de taludes, diseño y construcción de túneles y carreteras, diseño y construcción de cualquier tipo de estructura de contención para la prevención de riesgos geológicos, etc.

Relación entre la geotecnia, la ingeniería geológica y la ingeniería civil. Índice

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Ingeniero geotecnista determinando la inclinación de la roca y las características más relevantes de esta. Por ello, los ingenieros geotécnicos, además de entender cabalmente los principios de la mecánica y de la hidráulica, necesitan un claro y adecuado dominio de los conceptos fundamentales de la geología y la geofísica. Es de especial importancia conocer las condiciones bajo las cuales determinadas rocas fueron creadas o depositadas así como su adecuada clasificación, su edad en millones de años, y los posteriores procesos estructurales o diagenéticos (procesos metamórficos, de sustitución, cristalización, plegamientos, fallamientos etc.) que han sufrido.

Partes de un movimiento en masa Diseños para estructuras construidas por encima de la superficie incluyen cimentaciones superficiales (zapatas), cimentaciones semiprofundas (losas y cajones), y cimentaciones profundas (pilotes y pilas). 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 cuyo método constructivo depende en gran medida de las características geológicas del terreno que se verá afectado (tipos y condiciones de litologías atravesadas, UAP

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condiciones hidrogeológicas, condiciones tectónicas, etc.) lo que influye a su vez en la duración de la obra y en sus costes. Los ingenieros geotécnicos también investigan el riesgo para los seres humanos, las propiedades y el ambiente de fenómenos naturales o propiciados por la actividad humana tales como deslizamientos de terreno, hundimientos de tierra, flujos de lodo (mudflow) y caída de rocas (procesos de remoción en masa), así como medidas para mitigar este riesgo, como diseños de estructuras de contención (anclajes y muros), control de aguas de infiltración y de escorrentía en el medio geológico (subdrenes, cunetas, filtros).

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. Contenido

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.

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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.

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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 hidroeléctr ica 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 superficial es 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 corrimien corrimientos tos 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. UAP

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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  Antiguamente a la geotecnia se la identificaba identificaba como la mecánica de suelos, pero el término se amplió a mplió para incluir inc luir temas como la ingeniería ingeni ería sísmica, la elaboración de materiales geotécnicos, mejoramiento de las características del suelo, interacción sueloestructura y otros. Sin embargo, la geotecnia es una de las ramas más jóvenes de la ingeniería civil y, por lo tanto, sigue evolucionando activamente. . Origen de los depósitos del suelo, tamaño de grano

y forma

Ciclo de las rocas y origen del suelo Los granos minerales que forman la fase sólida de un agregado del suelo son el producto de la intemperización y la erosión de la roca. El tamaño de los granos individuales varía en un amplio intervalo. Muchas de las propiedades físicas del suelo son dictadas por el tamaño, la forma y la composición química de los granos. Para entender mejor estos factores, uno debe estar familiarizado con los tipos de roca que forman la corteza terrestre. Con base en su origen, las rocas se pueden dividir en tres tipos básicos: ígneas, sedimentarias y metamórfica muestra un diagrama del ciclo de formación de diferentes

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tipos de roca y los procesos asociados con ellos. A continuación se presentan las características/descripción de cada proceso del ciclo de las rocas.

Rocas ígneas Las rocas ígneas se forman por el enfriamiento y la solidifica canción del magma expulsado del manto de la Tierra. Después de la expulsión por cualquier erupción volcánica o de fi sura, una parte del magma fundido se enfría en la superfino cie de la tierra. A veces el magma cesa su movilidad bajo la superfino cie terrestre y se enfría para formar rocas ígneas intrusivas que se llaman plutónicas. Las rocas intrusivas formadas en el pasado pueden estar expuestas en la superfino cie como resultado del proceso continuo de la erosión de los materiales que las cubrían.

Los tipos de rocas ígneas formadas por el enfriamiento del magma dependen de factores tales como la composición del magma y la velocidad de enfriamiento asociado con él. Después de realizar varios ensayos de laboratorio, Bowen (1922) fue capaz de explicar la relación de la tasa de enfriamiento del magma con la formación de diferentes tipos de roca. Esta explicación, conocida como la serie de reacción de Bowen, describe la secuencia por la cual se forman nuevos minerales a medida que se enfría el magma. Los cristales de minerales crecen más grandes y algunos de ellos se asientan. Los cristales que permanecen en suspensión reaccionan con el material fundido restante para formar un nuevo mineral a una temperatura inferior. Este proceso continúa hasta que se solidifi ca el cuerpo entero del material fundido. Bowen clasifi có estas reacciones en dos grupos: (l) la serie de reacción discontinua ferromagnesiana, en la que los minerales formados son diferentes en su composición química y estructura cristalina, y (2) la serie de reacción continua plagioclasa feldespato, en la que los minerales que se forman tienen diferentes composiciones químicas con estructuras cristalinas similares. La fi gura 2.2 muestra la serie de reacción de Bowen. La composición química de los minerales se da en la tabla 2.1. Por lo tanto, dependiendo de las proporciones de minerales disponibles se forman diferentes tipos de roca ígnea. Granito, gabro y basalto son algunos de los tipos comunes de roca

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Meteorización La meteorización o intemperismo es el proceso de descomposición de las rocas por procesos mecánicos y químicos en fragmentos más pequeños. La meteorización mecánica puede ser causada por la expansión y contracción de las rocas a partir de la ganancia y la pérdida continua de calor, que da lugar a la desintegración fi nal. Con frecuencia el agua se fi ltra en los poros y fi suras existentes en las rocas. A medida que la temperatura desciende, el agua se congela y se expande. La presión ejercida por el hielo debido a la expansión de volumen es lo sufi cientemente fuerte como para romper incluso rocas de gran tamaño. Otros agentes físicos que ayudan a desintegrar las rocas son los glaciares (de hielo), el viento, el agua de los arroyos y ríos, y las olas del mar. Es importante darse cuenta que, en la meteorización mecánica, rocas grandes se descomponen en partes más pequeñas sin ningún cambio en la composición química.

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muestra un ejemplo de la meteorización mecánica debido a las olas del mar y el viento en Yehliu, Taiwán. Esta área se encuentra en un largo y estrecho cabo de mar en el lado noroeste de Keelung, a unos 15 kilómetros de la costa norte de Chin Shan y Wanli. En la meteorización química, los minerales de la roca originales se transforman en nuevos minerales por reacción química. El agua y el dióxido de carbono de la atmósfera forman ácido carbónico, que reacciona con los minerales de la roca existentes para formar nuevos minerales y sales solubles. Las sales solubles presentes en el agua subterránea y ácidos orgánicos formados a partir de materia orgánica descompuesta también causan desgaste químico. Un ejemplo de la erosión química de la ortoclasa para formar minerales de arcilla, sílice y carbonato de potasio soluble es el siguiente:

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Erosión mecánica debida al oleaje marino y al viento en Yehliu, Taiwán (Cortesía de Braja M. Das, Henderson Arizona) La meteorización química de feldespatos plagioclasa es similar a la de la ortoclasa en que se producen minerales de arcilla, sílice y diferentes sales solubles. Los minerales ferromagnesianos forman también los productos de descomposición de minerales de arcilla, sílice y sales solubles. Además, el hierro y el magnesio en minerales ferromagnesianos resultan en otros productos tales como hematita y limonita. El cuarzo es altamente resistente a la intemperie y sólo ligeramente soluble en agua. La fi gura 2.2 muestra la susceptibilidad de las rocas metamórfi cas a la intemperie. Los minerales formados a temperaturas más altas en la serie de reacción de Bowen son menos resistentes a la intemperie que los formados a temperaturas más bajas. El proceso de meteorización no se limita a las rocas ígneas. Como se muestra en el ciclo de las rocas (fi gura 2.1), las rocas sedimentarias y metamórfi cas también se meteorizan de una manera similar. Por lo tanto, a partir de la breve discusión anterior podemos ver cómo el proceso de meteorización cambia macizos rocosos sólidos en fragmentos más pequeños de diferentes tama- ños que pueden ir desde los cantos rodados grandes a muy pequeñas partículas de arcilla. Los agregados no cementados de estos pequeños granos en diversas proporciones forman diferentes tipos de suelo. Los minerales de arcilla, que son un producto de la meteorización química de los feldespatos, ferromagnesianos y micas, dan la propiedad plástica para suelos. Hay tres minerales de arcilla importantes: (1) caolinita, (2) ilita y (3) montmorilonita. (Se discuten estos minerales arcillosos más adelante en este capítulo.)

Transporte de productos de la meteorización Los productos de la meteorización pueden permanecer en el mismo lugar o pueden ser movidos a otros lugares por el hielo, el agua, el viento y la gravedad. Los suelos formados por los productos en su lugar de origen son llamados suelos residuales. Una característica importante del suelo residual es la gradación del tamaño de partícula. Los suelos de grano fi no se encuentran en la superfi cie y el tamaño de grano aumenta con la profundidad.  A mayores profundidades, también se pueden encontrar fragmentos de rocas angulares. Los suelos transportados se pueden clasifi car en varios grupos, dependiendo de su modo de transporte y deposición: UAP

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1. Suelos glaciales, formados por el transporte y la deposición de los glaciares 2. Suelos aluviales, transportados por corrientes de agua y depositados a lo largo de los arroyos 3. Suelos lacustres, formados por deposición en los lagos 4. Suelos marinos, formados por deposición en los mares 5. Suelos eólicos, transportados y depositados por el viento

Rocas sedimentarias Los depósitos de grava, arena, limo y arcilla formados por meteorización pueden ser compactados por presión de sobrecarga y cimentada por agentes como el óxido de hierro, calcita, dolomita y cuarzo. Agentes cementantes son transportados generalmente en solución por el agua subterránea. Llenan los espacios entre las partículas y forman rocas sedimentarias. Las rocas formadas de esta manera se llaman rocas sedimentarias detríticas. Todas las rocas detríticas tienen una textura clástica. Los siguientes son algunos ejemplos de rocas detríticas con textura clástica.

En el caso de los conglomerados, si las partículas son más angulares, la roca se llama brecha. En roca arenisca, los tamaños de partícula pueden variar entre 1/16 mm y 2 mm. Cuando los granos de roca arenisca son prácticamente todos de cuarzo, la roca se conoce como cuarzoarenisca. En la lutita y la lodolita, el tamaño de las partículas es por lo general menor de 1/16 mm. La limolita tiene un aspecto de bloque, mientras que, en el caso de la lutita, la piedra se divide en bloques laminares. La roca sedimentaria también puede ser formada por procesos químicos. Las rocas de este tipo son clasifi cadas como producto químico de rocas sedimentarias. Estas rocas pueden tener textura clástica o no clástica. Los siguientes son algunos ejemplos de rocas sedimentarias químicas.

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La roca caliza está formada principalmente de carbonato de calcio depositado ya sea por organismos o mediante un proceso inorgánico. La mayoría de las calizas tienen una textura clástica; sin embargo, también se encuentran comúnmente texturas no clásticas. La tiza es una roca sedimentaria hecha en parte de calcita de origen bioquímico, que son fragmentos óseos de animales y plantas microscópicos. La dolomita se forma ya sea por deposición química de los carbonatos mixtos o por la reacción de magnesio en agua con piedra caliza. El yeso y la anhidrita resultan de la precipitación de CaSO4 soluble debido a la evaporación de agua del océano. Las rocas que pertenecen a esta clase generalmente se les refiere como evaporitas. La sal de roca (NaCl) es otro ejemplo de una evaporita que se origina a partir de los depósitos de sal del agua de mar. La roca sedimentaria puede someterse a la meteorización para formar sedimentos o puede ser sometido al proceso de metamorfismo para convertirse en roca metamórfica.

Rocas metamórficas El metamorfismo es el proceso de cambiar la composición y la textura de las rocas (sin fusión) mediante calor y presión. Durante el metamorfismo se forman nuevos minerales y los granos minerales son sometidos a esfuerzos para dar una textura foliada de roca metamórfica. El gneis es una roca metamórfica derivada de metamorfismo regional de alto grado de las rocas ígneas, como el granito, el gabro y la diorita. El metamorfismo de bajo grado de lutitas resulta en pizarra. Los minerales de arcilla en el esquisto se convierten en clorita y mica por el calor, por lo que la pizarra se compone principalmente de escamas de mica y clorita. La fi lita es una roca metamórfica que se deriva de lutita con más metamorfismo, siendo sometida a calor de más de 250 a 300°C. El esquisto es un tipo de roca metamórfica derivada de varias rocas metamórficas, ígneas, sedimentarias y de baja calidad, con una textura bien foliada y escamas visibles de láminas y minerales micáceos.  Así, la roca metamórfica generalmente contiene grandes cantidades de cuarzo y feldespato. El mármol se forma a partir de calcita y dolomita por re cristalización. Los granos minerales de mármol son más grandes que los presentes en la roca original. Los mármoles verdes están coloreados por hornblenda, serpentina o talco. Los mármoles negros contienen material bituminoso y los mármoles marrones contienen óxido de hierro y limonita. La cuarcita es una roca metamórfica formada por areniscas ricas en cuarzo. El sílice entra en los espacios vacíos entre los granos de cuarzo y arena actuando como agente de cementación. La cuarcita es una de las rocas más duras. Bajo el calor y la presión extrema las rocas metamórficas pueden fundirse para formar el magma y el ciclo se repite.

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Depósitos de suelo en general En la sección anterior hemos discutido brevemente el proceso sedimentario de las rocas y de la formación de los suelos. Después de la meteorización el suelo formado puede permanecer en el lugar (suelo residual) o ser transportado por agentes naturales como los glaciares, el agua, las corrientes y las corrientes de aire. Además de los suelos transportados y residuales, hay turbas y suelos orgánicos que se derivan de la descomposición de los materiales orgánicos. Una visión general de los distintos tipos de suelos descritos anteriormente se indica en los puntos 2.4 al 2.10.

Suelos residuales Los suelos residuales se encuentran en zonas donde la tasa de meteorización es mayor que la velocidad a la que los materiales intemperados son llevados lejos por los agentes de transporte. La tasa de meteorización es mayor en las regiones cálidas y húmedas en comparación con las regiones más frías y más secas y, dependiendo de las condiciones climáticas, el efecto de la intemperie puede variar ampliamente. Depósitos de suelos residuales son comunes en los trópicos. La naturaleza de un depósito de suelo residual por lo general depende de la roca madre. Cuando las rocas madre, como el granito y gneis, se someten a la intemperie, la mayoría de los materiales son propensos a permanecer en su lugar. Estos depósitos de suelo suelen tener una capa superior de material arcilloso o limoso. Estas capas, a su vez, están generalmente sustentadas por una roca parcialmente intemperizada y luego por la roca madre. La profundidad de esta roca puede variar ampliamente, incluso dentro de una distancia de unos pocos metros. En contraste con las rocas detríticas, hay algunas rocas químicas, como la roca caliza, que se compone principalmente del mineral calcita (CaCO3). La tiza y la dolomía tienen grandes concentraciones de dolomita [CaMg(CO3)2]. Estas rocas tienen grandes cantidades de materiales solubles, algunos de los cuales son removidos por las aguas subterráneas, dejando atrás la fracción insoluble de la roca. Los suelos residuales que se derivan de rocas químicas no poseen una zona de transición gradual a la roca madre. Los suelos residuales derivados de la intemperización de la roca caliza son en su mayoría de color rojo. Aunque uniforme en tipo, la profundidad de la intemperización puede variar en gran medida. Los suelos residuales inmediatamente por encima de la base pueden ser normalmente consolidados. Grandes cimentaciones con cargas pesadas pueden ser susceptibles a grandes asentamientos de consolidación en estos suelos.

Depósitos transportados por gravedad Los suelos residuales en una pendiente natural pronunciada se mueven lentamente hacia abajo, lo que se conoce generalmente como fluencia. Cuando el movimiento descendente del suelo es repentino y rápido, se le llama deslizamiento de tierra. Los depósitos de suelo formados por deslizamientos de tierra son coluviales. Los flujos de lodo son un tipo de suelo transportado por gravedad. En este caso los suelos residuales arenosos sueltos altamente saturados, en pendientes relativamente planas se mueven hacia abajo como un UAP

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líquido viscoso y vienen a descansar en una condición más densa. Los depósitos de suelo derivados de flujos de lodo son muy heterogéneos en su composición.

Depósitos aluviales Los depósitos de suelos aluviales se derivan de la acción de los arroyos y ríos, y se pueden dividir en dos categorías principales: (1) depósitos en secuencias trenzadas y (2) depósitos causados por el cinturón de meandros de los ríos.

Depósitos por corrientes fluviales Las corrientes trenzadas son de alto gradiente, fluyen rápidamente, son altamente erosivas y llevan grandes cantidades de sedimento. Debido a la alta carga de fondo, un cambio menor en la velocidad del flujo hará que los sedimentos se depositen. Mediante este proceso estas corrientes pueden construir una maraña compleja de canales convergentes y divergentes separados por bancos de arena e islas. Los depósitos formados a partir de corrientes fluviales son muy irregulares en la estratificación y tienen una amplia gama de tamaños de grano. La fi gura 2.4 muestra una sección transversal de dicho depósito. Estos depósitos presentan varias características: 1. Los tamaños de grano por lo general van de grava a limo. Partículas de tamaño de arcilla generalmente no se encuentran en depósitos de corrientes fluviales. 2. Aunque el tamaño de grano varía ampliamente, el suelo en una bolsa o lente dada es bastante uniforme. 3. A cualquier profundidad dada la relación de vacío y peso de la unidad puede variar en un amplio intervalo dentro de una distancia lateral de sólo unos pocos metros.

Sección transversal de un depósito de corrientes fluviales

Depósitos de canal El término meandro se deriva del trabajo griego malandros, después del Río Maiandros (ahora Menderes) en Asia, famoso por su curso sinuoso. Las corrientes maduras curvean el valle. El fondo del valle en el que un río serpentea se conoce como meandro. En un río serpenteante, el suelo de la orilla se erosiona continuamente en los puntos del banco que son de forma cóncava y se deposita en los puntos donde el banco es de forma convexa, UAP

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como se muestra en la fi gura 2.5. Estos depósitos se denominan depósitos de barras de punta, y por lo general son de arena y partículas de sedimento de tamaño de limo. A veces, durante el proceso de erosión y deposición, el río abandona un meandro y corta una ruta más corta. El meandro abandonado cuando se llena de agua se denomina cocha o lago de meandro.

Formación de depósitos de punta y de una cocha en una corriente de meandro

Dique y depósito de ciénaga

Durante las inundaciones los ríos desbordados llenan las zonas bajas. Las partículas de tamaño de arena y limo transportadas por el río se depositan en las orillas para formar cordilleras conocidas como diques naturales (fi gura 2.6). Las partículas de suelo más fi nas que consisten en limos y arcillas son transportadas por el agua más lejos en las llanuras de inundación. Estas partículas se depositan a diferentes tasas para formar depósitos de ciénagas (fi gura 2.6), a menudo de arcillas muy plásticas. UAP

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Depósitos lacustres El agua de los ríos y manantiales fluye hacia los lagos. En las regiones áridas las corrientes llevan grandes cantidades de sólidos en suspensión. Cuando la corriente entra en el lago las partículas granulares se depositan en la zona formando un delta. Algunas partículas más gruesas y las partículas más finas, es decir, limo y arcilla, son llevadas al lago y se depositan en el fondo en capas alternas de partículas de grano fi no y de grano grueso. Los deltas que se forman en regiones húmedas suelen tener más depósitos de grano fi no en comparación con los de las regiones áridas.

Depósitos glaciares Durante la Edad de Hielo del Pleistoceno los glaciares cubrían grandes extensiones de la Tierra. Los glaciares avanzaron y se retiraron con el tiempo. Durante su avance se llevaron grandes cantidades de arena, limo, arcilla, grava y cantos rodados. Driftes un término general que normalmente se aplica a los depósitos establecidos por los glaciares. Los depósitos estratificados establecidos por el derretimiento de glaciares se denominan till. Las características físicas de un till pueden variar de un glaciar a otro. Los accidentes geográficos que se desarrollaron a partir de los depósitos de till son llamados morrenas. Una morrena terminal (fi gura 2.7) es una cadena de tills que marca el límite máximo del avance de un glaciar. Las morrenas recesivas son cadenas de tills desarrolladas

Morrena terminal, morrena de fondo y llanura aluvial. detrás de la morrena terminal con diferentes distancias de separación. Son el resultado de la estabilización temporal del glaciar durante el periodo de recesión. El till depositado por el glaciar entre las morrenas se conoce como morrena de fondo (fi gura 2.7). Las morrenas de fondo constituyen grandes zonas del centro de Estados Unidos y se llaman planicies de tills. La arena, limo y grava que son transportados por el glaciar se llaman aluviales. En un patrón similar al de los depósitos de corrientes fl uviales, el agua derretida deposita el aluvial, formando llanuras aluviales (fi gura 2.7), también llamadas depósitos glaciofl uviales. El rango de tamaños de grano que se presenta en un cajón determinado varía en gran medida. UAP

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Depósitos de suelo eólicos El viento es también un agente de erosión importante que conduce a la formación de depósitos de suelo. Cuando grandes extensiones de arena se encuentran expuestas, el viento puede arrastrar la arena a gran distancia y volver a depositarla en otro lugar. Los depósitos de arena arrastrada por el viento por lo general toman la forma de dunas. La fi gura 2.9 muestra algunas dunas de arena en el desierto del Sahara en Egipto. A medida que se forman las dunas, la arena es arrastrada por el viento sobre la cresta. Más allá de la cresta las partículas de arena ruedan por la pendiente. El proceso tiende a formar un depósito compacto de arena en el lado de barlovento, y un depósito suelto en el lado de sotavento de la duna. A continuación se presentan algunas de las propiedades típicas de la duna de arena: 1. La granulometría de la arena en un lugar en particular es sorprendentemente uniforme. Esta uniformidad se puede atribuir a la acción de clasifi cación del viento. 2. El tamaño de grano en general disminuye con la distancia desde la fuente, debido a que el viento lleva las pequeñas partículas más lejos que las grandes. 3. La densidad relativa de la arena depositada en el lado de barlovento de las dunas puede ser tan alta como 50 a 65%, disminuyendo aproximadamente de 0 a 15% en el lado de sotavento.

El loess es un depósito eólico que consta de limo. La distribución de tamaño de grano de loess es bastante uniforme y la cohesión se deriva generalmente de un revestimiento de arcilla sobre las partículas de sedimento de tamaño de limo, lo que contribuye a una estructura estable del suelo en un estado insaturado. La cohesión también puede ser el resultado de la precipitación de los productos químicos lixiviados por el agua de lluvia. El loess es un depósito deleznable, ya que cuando se satura pierde su fuerza de unión entre las partículas. Se deben tomar precauciones especiales para la construcción de cimientos sobre los depósitos loéssicos. La ceniza volcánica (con tamaños de grano de entre 0.25 y 4 mm) y el polvo volcánico (con tamaños de grano inferior a 0.25 mm) pueden ser clasifi cados como suelo transportado por el viento. La ceniza volcánica es una arena ligera o grava arenosa. La descomposición de las cenizas volcánicas resulta en arcillas altamente plásticas y compresibles.

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Suelo orgánico Los suelos orgánicos se encuentran generalmente en zonas bajas donde el nivel freático está cerca o por encima de la superficie del suelo. La presencia de un alto nivel freático ayuda en el crecimiento de las plantas acuáticas que, al descomponerse, forman el suelo orgánico. Este tipo de depósito generalmente se encuentra en las zonas costeras y en las regiones glaciares. Los suelos orgánicos muestran las siguientes características: 1. Su contenido de humedad natural puede variar de 200 a 300%. 2. Son altamente compresibles. 3. Las pruebas de laboratorio han demostrado que, bajo cargas, se derivan grandes asentamientos a partir de la consolidación secundaria.

Tamaño de partícula de suelo Independientemente de su origen, los tamaños de partículas que conforman el suelo pueden variar en un amplio intervalo. Los suelos son generalmente llamados grava, arena, limo o arcilla, dependiendo del tamaño predominante de las partículas dentro del suelo. Para describir los suelos por su tamaño de partícula, varias organizaciones han desarrollado límites de separación de tamaño de suelo. La tabla 2.3 muestra los límites de separación de tamaño de suelo desarrollados por el Instituto de Tecnología de Massachusetts, el Departamento de Agricultura de E.U., la Asociación Americana de Carreteras Estatales y Oficiales del Transporte, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de E.U. y la Oficina de Reclamación de E.U. En esta tabla el sistema del MIT se presenta sólo a modo de ejemplo, ya que juega un papel importante en la historia del desarrollo de los límites de separación de tamaño de suelo. Sin embargo, en la actualidad el Sistema Unifi cado es casi universalmente aceptado y ha sido adoptado por la Sociedad  Americana para Pruebas y Materiales. Las gravas son fragmentos de rocas con partículas ocasionales de cuarzo, feldespato y otros minerales. En las partículas de arena predominan el cuarzo y el feldespato.  A veces también pueden estar presentes granos de otros minerales. Los limos son las fracciones microscópicas del suelo que consisten en fragmentos de cuarzo muy fi nos y algunas partículas en forma laminar que son fragmentos de minerales micáceos. Las arcillas son en su mayoría partículas en forma de láminas microscópicas y submicroscó- picas de mica, minerales de arcilla y otros minerales. Como se muestra en la tabla 2.3, las arcillas se definen generalmente como partículas menores de 0.002 mm. En algunos casos las partículas de tamaño entre 0.002 y 0.005 mm también. Las partículas se clasifican como arcilla sobre la base de su tamaño, ya que no pueden contener necesariamente minerales de arcilla. Las arcillas se definen como aquellas partículas “que desarrollan plasticidad cuando se mezclan con una cantidad UAP

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limitada de agu a” (Grim, 1953). (La plasticidad es la propiedad de las arcillas, parecida a la masilla, cuando

Minerales de arcilla Los minerales de arcilla son silicatos de aluminio complejos compuestos de una de las dos unidades básicas: (1) sílice tetraédrico y (2) aluminio octaédrico. Cada unidad del tetraedro consiste de cuatro átomos de oxígeno que rodean un átomo de silicio (fi gura 2.10a). La combinación de unidades tetraédricas de sílice da una lámina de sílice (fi gura 2.10b). Tres átomos de oxígeno en la base de cada tetraedro son compartidos por tetraedros en la vecindad. Las unidades octaédricas consisten en seis hidroxilos rodeando un átomo de aluminio (fi gura 2.10c), y la combinación de las unidades hidroxilo de aluminio octaédricas da una capa octaédrica. (Esto también se llama una lámina de gibsita, fi gura 2.10d.) A veces el magnesio sustituye a los átomos de aluminio en las unidades octaédricas, en cuyo caso la capa octaédrica se llama lámina de brucita. En una lámina de sílice, cada átomo de silicio con una valencia positiva de 4 está ligado a cuatro átomos de oxígeno, con una valencia negativa total de 8. Sin embargo, cada átomo de oxígeno en la base del tetraedro está vinculado a dos átomos de silicio. Esto signifi ca que el átomo de oxígeno en la parte superior de cada unidad tetraédrica tiene una valencia negativa de 1 para ser contrarrestado.

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Cuando la lámina de sílice se apila sobre la lámina octaédrica, como se muestra en la fi gura 2.10e, estos átomos de oxígeno remplazan los hidroxilos para satisfacer sus enlaces de valencia. La caolinita consiste de capas repetidas de láminas de sílice-gibbsita elementales, como se muestra en la fi gura 2.11a. Cada capa es de aproximadamente 7.2  Å de espesor. Las capas se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno. La caolinita se produce como plaquetas, cada una con una dimensión lateral de 1000 a 20 000 Å y un espesor de 100 a 1000 Å. El área de la superficie de las partículas de caolinita por unidad de masa es de aproximadamente 15 m2/g. El área de superficie por unidad de masa se define como superficie específica. La ilita consiste de una lámina de gibsita unida a dos láminas de sílice, una en la parte superior y otra en la parte inferior (fi gura 2.11b). A veces se llama arcilla micácea. Las capas de ilita están unidas entre sí por iones de potasio. La carga negativa para equilibrar los iones de potasio proviene de la sustitución de aluminio por alguno de silicio en las láminas tetraédricas. La sustitución de un elemento por otro sin ningún cambio en la forma cristalina se conoce como sustitución isomorfa. Las partículas de ilita tienen generalmente dimensiones laterales que van de 1000 a 5000  Å, y espesores de 50 a 500 Å. La superfi cie específi ca de las partículas es de aproximadamente 80 m2/g. La montmorillonita tiene una estructura similar a la de la ilita, es decir, una lámina de gibsita intercalada entre dos láminas de sílice (fi gura 2.11c). En la montmorillonita existe sustitución isomorfa de magnesio y hierro para el aluminio en las láminas octaédricas. Aquí no están presentes los iones de potasio, como en el caso de la ilita, y una gran cantidad de agua es atraída al espacio entre las capas. Las partículas de montmorillonita tienen dimensiones laterales de 1000 a 5000 Å y espesores de 10 a 50 Å. La superfi cie específi ca es de aproximadamente 800 m2/g. La fi gura 2.12 es una micrografía electrónica de barrido que muestra el tejido de la montmorillonita. Además de la caolinita, ilita y montmorillgibbsiteonita, otros minerales comunes de la arcilla que se encuentran generalmente son clorita, haloisita, vermiculita y atapulgita. Las partículas de arcilla tienen una carga neta negativa en sus superfi cies. Éste es el resultado de la sustitución isomorfa y de una ruptura en la continuidad de la estructura en sus bordes.

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(a) Sílice tetraédrico, (b) lámina de sílice, (c) lámina de aluminio octaédrico, (d) lámina octaédrica (gibibit), (e) lámina de sílice gibsita elemental (después de Grim, 1959) (de Grim, “PhysicoChemical Properties of Soils: Clay Minerals”, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol. 85, No. SM2, 1959, pp. 1 –17. Con el permiso de  ASCE)

Gravedad específica (Ge) La gravedad específica de los sólidos del suelo se utiliza en diversos cálculos en mecánica de suelos y se puede determinar con precisión en el laboratorio. La tabla 2.4 muestra la gravedad específica de algunos minerales comunes que se encuentran en los suelos. La mayoría de los minerales tienen una gravedad específica que cae dentro de un rango general de 2.6 a 2.9. El peso específico de los sólidos de arena, que está compuesta principalmente de cuarzo, se puede estimar en alrededor de 2.65 para suelos arcillosos y limosos, pudiendo variar desde 2.6 hasta 2.9.

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Forma de la partícula La forma de las partículas presentes en la masa de un suelo tiene la misma importancia que la distribución de tamaño de partícula debido a su influencia significativa en las propiedades físicas de un suelo determinado. Sin embargo, no se presta demasiada atención a la forma de la partícula debido a que es más difícil de medir. La forma de la partícula, en general, puede dividirse en tres categorías de importancia: 1. Voluminosa 2. Escamosa 3. Nodulosa Las partículas voluminosas se forman en su mayoría por intemperismo mecánico. Los geólogos utilizan términos como angular, subangular, subredondeada y redondeada para describir la forma de las partículas voluminosas. Estas formas se muestran cualitativamente en la fi gura 2.22. Pequeñas partículas de arena localizadas cerca de su lugar de origen generalmente

Consistencia del suelo Cuando los minerales de arcilla están presentes en el suelo de grano fi no, el suelo se puede remover en presencia de algo de humedad sin que se desmorone. Esta naturaleza cohesiva se debe al agua adsorbida que rodea a las partículas de arcilla. En 1900, un científico sueco llamado Albert Mauritz Atterberg desarrolló un método para describir la consistencia de los suelos de grano fi no con diferentes contenidos de humedad. Con un UAP

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contenido de humedad muy bajo, el suelo se comporta más como un sólido quebradizo. Cuando el contenido de humedad es muy alto, el suelo y el agua pueden fluir como un líquido. Por lo tanto, sobre una base arbitraria, dependiendo del contenido de humedad, la naturaleza del comportamiento del suelo puede ser dividido en cuatro estados básicos: sólido, semisólido, plástico y líquido, como se muestra en la fi gura 3.8.

Compactación de suelos Principios generales de compactación En general, la compactación es la consolidación del suelo por la eliminación de aire, lo que requiere energía mecánica. El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso unitario seco. Cuando se añade agua a la tierra durante la compactación, ésta actúa como agente suavizante sobre las partículas del suelo. Éstas se deslizan una sobre la otra y se mueven en una posición densamente empaquetadas. El peso unitario seco después de la compactación primero aumenta a medida que se incrementa el contenido de humedad .

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CONCLUSIONES Los factores de seguridad que rigen en la práctica diaria del diseño en la ingeniería son por lo general determinados por la experiencia y criterio del ingeniero geotécnico. Un factor de seguridad único no permite distinguir entre las incertidumbres del modelo y la variabilidad del material estudiado y de las cargas actuantes. Las metodologías basadas en el análisis de confiabilidad permiten aislar cada componente y estudiar de manera objetiva la influencia de su variabilidad en la respuesta general del sistema .Es bien conocida la deficiencia de estudios sistemáticos de las funciones de densidad de probabilidad para variables geotécnicas. Tomar los valores reportados en la literatura puede ser la única opción cuando se van a realizar análisis de confiabilidad. Sin embargo es necesario tener cuidado con aquellas propiedades geo mecánicas cuyo ambiente geológico y de formación de los suelos en el trópico no se hayan investigado en otras latitudes, como por Ejemplo la permeabilidad o parámetros de resistencia en suelos residuales .La cantidad de variables aleatorias incluidas en la función de desempeño afectan directamente el costo computacional o el tiempo invertido en las simulaciones (caso de Monte Carlo), resultando muchas veces este método impráctico .Se recomienda determinar de antemano cuáles variables geotécnicas presentan mayor variabilidad con respecto a otras para de esa forma poder restringir el tamaño del problema y en consecuencia disminuir el tiempo de simulación. Por ejemplo, la variabilidad de la base de una cimentación superficial es menor a la variabilidad del diámetro de un pilote pre excavado y fundido in situ. Estudios de probabilidad de falla asociados con costos deconstrucción y costos de falla permiten tener un importante insumo para poder determinar las dimensiones óptimas de estructuras geotécnicas. Es decir ,análisis como los mostrados en este artículo permiten tomar decisiones informadas. Situación que no se presenta cuando se realizan análisis convencionales deterministas de factor de seguridad.

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SUGERENCIAS Todo indica que la Ingeniería Geotécnica está en un estadio maduro. La evolución es explicable con el Triangulo de Burland expandido tridimensionalmente (tetraedro). Si se la combina con las ideas de Vick, donde se clarifica la dualidad teoría-práctica, es posible realizar un paseo desde el pasado hacia el futuro. La prognosis estará supeditada al curso que tome la civilización, en especial la forma de satisfacer necesidades básicas como la energía. La asociación con ciencias naturales, en el estudio del terreno, incrementa la necesidad de razonamiento inductivo, muy superior a otras ramas de la Ingeniería Civil.  Asimismo, la complejidad de la naturaleza traslada a la IG una gran cantidad de incertidumbres que favorecería la adopción de métodos probabilísticas de las propiedades relacionados del terreno. La solución ingenieril a casos complejos que siempre ha existido, se ha formalizado a través del Método Observacional. Su aplicación esta muy supeditada a condiciones contractuales flexibles. La mayoría de los especialistas son optimistas, aunque con opiniones sesgadas. De no mediar cambios culturales, existe el riesgo que se produzca una separación entre la ciencia y la técnica, un carácter de negación estructural. El futuro de las sociedades geotécnicas está muy ligado a la evolución de las comunicaciones y relaciones humanas. Los problemas culturales de los ingenieros pueden ser abordados con métodos educativos que abarquen mayor experimentación y entren tangencialmente en el mundo de la práctica ingenieril. Si se examina el tetraedro geotécnico y la función del sistema educativo se puede inferir que una gran parte del sistema de transmisión de la experiencia funciona a través de vínculos no formales, tales como las reuniones entre colegas. Esta posiblemente sea la principal misión de las geo-sociedades y la razón de subsistencia dentro del mundo de las TICs. En un mundo plano abunda información que no necesariamente es conocimiento. Las publicaciones tienden a tener sesgo exitista al no contarse de igual modo los fracasos. Gran parte de lo escrito corresponden al paradigma de la teoría y unas pocas tratan de transmitir experiencias. Posiblemente la principal razón práctica por la que todos concurren a congresos, es tener oportunidad de absorber experiencias de los pares congéneres. Si fuera por el caudal de conocimientos, seguramente sería más económico quedarse en casa leyendo las Memorias. Esa es una razón para haber venido y posiblemente para concurrir en las futuras reuniones.

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