Monografia Rocas Solubles

Mecánica y Tratamien to de Rocas

Universidad Nacional de Córdoba Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Carrera de Geología

Proyecto N° 3

RC!" "L#$L%" &'()

Profesores:

Cioccale, Marcela Vendramini, Nestor Alunos:

Lembo Wuest, Carlos Iván Pardal, Valentina !"

C#tedra de ec#nica y trataiento de rocas $ FCEFyN $ UNC %ebo &uest, Carlos 'v#n Pardal, (alentina

%a evolución de un )roceso *#rstico est# deterinada )or +lti)les factores de naturalea uy diversa, los )rinci)ales son: - Factores litológicos - Factores estructurales - Factores .idrogeológicos y cli#ticos - Factores geoec#nicos y sisotectónicos Entre los factores litológicos cabe destacar la diferencia de co)ortaiento entre los *arst en ateriales yesíferos y salíferos y los carbonatados/ %a diferencia de solubilidades condiciona la velocidad de disolución y en consecuencia la *arsti0cación del acio rocoso/ %os factores estructurales condicionan frecuenteente el lugar de a)arición de dolinas y otras geoforas/ %a densidad del diaclasado condiciona la )ereabilidad del acio, lo in1uye en la circulación de 1uidos y la disolución de ateriales/ %os factores cli#ticos e .idrogeológicos est#n uy relacionados/ Constituyen en la ayoría de los casos las causas desencadenantes de los .undiientos y subsidencias/ %as regiones cli#ticas #s favorables a los .undiientos *#rsticos son las tro)icales .+edas, con intensidades de lluvias uy altas y tasas de disolución elevadas/ 2abi3n las regiones sub#rticas y te)ladas son )ro)ensas a los .undiientos/ En cuanto a la naturalea geoec#nica de los ateriales, es diferenciable el co)ortaiento del acio rocoso y el de los ateriales de relleno de las geoforas/ En el )rier caso, las rocas carbonatadas son #s resistentes y con ayor ca)acidad )ortante 4ue los yesos y sales5 3stos, ade#s de )oseer características geot3cnicas enos resistentes, )resentan co)ortaientos )l#sticos y .alocin3ticos/ %os ateriales de relleno son arcillas y6o brec.as con atri arcillosa/ El co)ortaiento geoec#nico es función de la co)osición ineralógica y textural del suelo y de su contenido en agua/

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En cuanto a los )rinci)ales )robleas geológicos ingenieriles 4ue )ueden encontrarse en regiones con )resencia de rocas solubles teneos: - Asientos: suelen )resentarse en la)ia cubierto, coo res)uesta a la

)resencia de cargas )untuales en el terreno/ %a diferencia de ca)acidad de carga de los ateriales *arsti0cados y los sedientos 4ue recubren las irregularidades del la)ia 8noralente arcillo $ liosos", )rovocan con frecuencia asientos diferenciales en las estructuras 4ue se a)oyan en la su)er0cie de terreno *#rsticos/ - Subsidencia: se entiende un descenso lento y )aulatino del suelo/ En terreno *#rsticos, se )roducen fenóenos de subsidencia cuando )resentan una cobertura relativaente )otente del suelo, no a1orando los ateriales *#rsticos o bien en foraciones ixtas lutítico yesíferas o salíferas, f#cilente deforables )or su )lasticidad/ %a subsidencia es una deforación de ayor envergadura 4ue los asientos/ Presenta velocidades uy lentas, seculares, )uede verse acelerada )or la acción del .obre/ Provocan asientos diferenciales en las estructuras 4ue se a)oyan sobre el terreno/ - Hundimiento o colapso: es un oviiento brusco en la vertical, #s o enos )untual, de una )orción de terreno/ El origen co+n se encuentra en el cola)so de una caverna subterr#nea/ %os .undiientos constituyen el riesgo geológico ingenieril #s i)ortante/ %as consecuencias en los casos de afección a viviendas, vías de counicación, obras )+blicas u otras estructuras, son catastró0cas/

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MONOGRAFÍA: Problemáticas de las rocas solubles

Introducción: El Karst es una forma de relieve originada por meteoriación !u"mica de determinadas rocas# como la calia# dolom"a# $eso# etc%# compuestas por minerales solu&les en agua% 'e produce por disolución indirecta del car&onato c(lcico de las rocas calias de&ido a la acción de aguas ligeramente (cidas% )a disolución $ por lo tanto la formación del relieve *(rstico# se ve favorecida por: 

)a a&undancia de agua+



)a concentración de ,O - en el agua+

)a &a.a temperatura del agua /cuanto m(s fr"a este el agua# m(s cargada estar( de ,O -0+ 

)os seres vivos /!ue emiten ,O - en el suelo por la respiración# lo !ue aumenta considera&lemente su contenido0+ 



)a naturalea de la roca /fracturaciones# composición de los car&onatos#

etc%0+ 

El tiempo de contacto agua1roca%



El factor antrópico siempre es acelerador de estos procesos%

2n terreno *(rstico consiste en una de las condiciones de suelo m(s dif"ciles !ue tienen !ue ser evaluados para llevar a ca&o alguna o&ra ingenieril% 'u dise3o $ construcción enfrenta muc4os pro&lemas# $a sea su u&icación# dimensiones $ geometr"a de la estructuras *(rsticas $ cuevas%




5esarrollo: Morfología kárstica y los problemas i ngenieriles:

)os procesos *(rsticos se generan principalmente en calias competentes $ fracturadas donde los ensa$os de compresión arro.an de 67 a 877 Kpa% 9or otro lado la creta# calias d&iles $ car&onatos poco cementados desarrollan caracter"sticas *(rsticas de menor dimensión% En los $esos las caracter"sticas son similares a las desarrolladas en calias competentes salvo por el ma$or desarrollo del *arst intersticial% )a disolución de las calias es lenta# de algunos mil"metros cada 877 a3os# salvo en onas de fracturas% El ma$or pro&lema de los ingenieros es la ca"da de suelo dentro de las cavidades generando grandes depresiones% El $eso se disuelve m(s r(pido# casi 8 metro cada 877 a3os por lo !ue constitu$e un riesgo e;tra% 9resenta variada morfolog"a tanto en superficie como en su&superficie# de pe!ue3as $ grandes escalas# a continuación se 4ar( una &reve descripción de algunas de las principales morfolog"as $ los pro&lemas ingenieriles relacionados: Cavernas:

'e forman en cual!uier roca solu&le con flu.o importante de agua# $ se originan a partir de planos de estratificación $ fracturas de origen tectónico% 'u tama3o depende de la agresividad del agua $ de los caudales de agua !ue la atraviesan% 'e pueden rellenar con sedimentos o estalactitas de car&onatos% 'us tama3os van de menos de 87 a m(s de 67 mts% Generalmente se encuentran interconectadas por pe!ue3os canales o anc4os r"os su&terr(neos% )a ma$or"a de las cuevas !ue se desarrollan en calias fuertes son esta&les# en cam&io las !ue se e;cavan artificialmente suelen ser m(s inesta&les% )as cuevas m(s peligrosas son las de ma$or tama3o !ue se encuentran someras# pudiendo afectar la integridad de las fundaciones% ,omo gu"a para la esta&ilidad de las cuevas# el intervalo !ue 4a$ con respecto a la superficie de&e ser igual o ma$or a su espesor# e;clu$endo co&ertura vegetal o suelos% En general los macios de calias *(rsticas poseen una calidad regular de ,lase III# con <= >187 en la clasificación de ?arton# $ RMR= >71@7 en la clasificación de ?enias*i% 5e&e 4a&er por lo menos B7C de roca inalterada entre la cueva $ la superficie para garantiar la integridad de las fundaciones a cargas de cimentación !ue no superen los - M9a# siempre considerando !ue las calias tengan una fracturación ;


normal $ regular% El $eso necesita un espesor ma$or de&ido a su ma$or inesta&ilidad% Dolinas:

'on depresiones t"picas !ue se generan dentro de los terrenos *(rsticos# por erosión de algDn punto en la roca calia% )os geomorfólogos las llaman dolinas# mientras !ue los ingenieros la llaman sin*4oles /sumideros0% )as dolinas se clasifican en @ tipos segDn su gnesis: 5olinas de disolución: Generadas por la disolución de las rocas calias# $ acompa3ados por algDn colapso m"nimo% •

5olinas de colapso: Formados de manera instant(nea o durante un desgaste progresivo $ colapso de un tec4o de calias dentro de una caverna% •

5olinas caproc* /cu&ierta de roca0: 'imilares a las de colapso# diferenci(ndose en !ue los &lo!ues !ue caen en las cavernas est(n formados por materiales insolu&les% •

5olinas a&andonadas: 'e forman so&re suelos co4esivos# donde el agua percola $ afecta a la calia por de&a.o generando un colapso de este suelo !ue luego pasa a rellenar las fracturas dentro de la roca% •

5olinas por 'uffosion: 'e generan en suelos no co4esivos donde el agua penetra $ lava el suelo $ las calias generando una su&sidencia lenta# !ue produce 4undimientos en superficie% •

5olinas enterradas: 'e generan cuando dolinas antiguas de colapso o de disolución son rellenadas por suelo# o sedimentos por un cam&io en el am&iente% •

)os riesgos m(s grande en ingenier"a son los !ue generan los tipos de dolinas por 'uffosion $ a&andonadas de&ido a su r(pido colapso% Estos colapsos catastróficos son la ma$or causa de muerte en este tipo de estructuras% onas con finas co&erturas de suelo no constitu$en tantos pro&lemas# pero entre - $ 87 metros de espesor de la co&ertura de suelo $a es pro&lem(tico% En las dolinas enterradas es mu$ comple.o lograr esta&ilidad en las cimentaciones% Rockheads:

'e generan en la interfase entre el suelo $ la roca por disolución en rocas *(rsticas# formando muc4as veces relieves mu$ irregulares% )as fisuras $ diferentes .untas dentro de la roca son v"as de infiltración de las aguas de lluvias por donde se genera la disolución !ue da lugar a estas estructuras% )os roc*4eads se forman cerca de la superficie donde el agua corrosiva empiea a disolver la roca $ a reducir los tama3os de los &lo!ues de calias# entonces el suelo empiea a aislarlos formando pin(culos# estos &lo!ues constitu$en peligros en las o&ras ingenieriles $a !ue son altamente inesta&les% <


)as topograf"as resultantes son e;tremadamente impredeci&les de&ido a la variación de la fracturación en profundidad !ue genera disoluciones diferenciales $ crea pin(culos !ue son de diversa esta&ilidad% Estudios geotécnicos en terrenos kársticos:

Antes de realiar cual!uier tipo de clasificación de un terreno *(rstico para as" evaluar las futuras pro&lem(ticas ingenieriles se de&e realiar una caracteriación del medio# donde en primer lugar se realia una revisión de los datos para o&tener la ma$or cantidad de información posi&le previa# inclu$endo mapas topogr(ficos $ geológicos# fotograf"as areas# mapas de dolinas# información 4idrogeolog"a# perforaciones# etc% oda esta investigación de&e ser seguida por el reconocimiento del sitio por parte de personal con e;periencia $ capacitado en el tema /tanto ingenieros como geólogos0# para verificar $ ampliar los estudios 4ec4os previamente% Esta etapa tam&in de&e incluir entrevistas con personas familiariadas con el sitio% )uego se de&e seguir con la investigación del su&suelo# donde se utilian poos de sondeos# $ se aplican mtodos geof"sicos tales como s"smica de refracción# magnetometr"a# geo1radar# resistividad# etc% Estos estudios permitir(n clasificar al terreno# tomando como punto de partida la clasificación ingenieril ela&orada por alt4am $ Foo*es en -776# !ue permite identificar $ cuantificar los grados en !ue est(n presentes las diferentes morfolog"as *(rsticas $ en &ase a ello evaluar los pro&lemas de esta&ilidad !ue se tendr(n !ue corregir% Entre los aspectos a evaluar se encuentran la varia&ilidad de los roc*4eads# la frecuencia de dolinas $ los tama3os de las cavernas su&terr(neas% )as cinco clases proporcionan la &ase de una clasificación de ingenier"a !ue caracteria *arst en trminos de la comple.idad $ dificultad encontrada en las fundaciones ingenieriles% Igualmente siempre es importante considerar !ue no 4a$ - terrenos *(rsticos iguales $ !ue es mu$ dif"cil predecirlos $ ser ta.antes en cuanto a su clasificación% Fundaciones típicas en terrenos kársticos:

5ependiendo de la clase de *arst elegida en la clasificación se pasar( a realiar la planificación de las fundaciones# se 4acen desde zapatas en construcciones ordinarias /!ue en ocasiones atraviesan grandes profundidades 4asta encontrar superficies esta&les0+ vigas utiliadas para cual!uier su&sidencia !ue pueda ocurrir en un futuro+ geomallas utiliadas para reforar el suelo $ reducir el impacto de cual!uier colapso futuro# las cuevas son cr"ticas para planear las fundaciones# stas se rellenan de cemento con el fin de evitar el colapso% )a construcción de tDnel es en sitios *(rstico se enfrenta a dos pro&lemas principales: la inundación de las aguas su&terr(neas $ el colapso de 4uecos *(rsticos con irrupción de &arro $ agua en la e;cavación% El primer pro&lema se enfrenta mediante la reducción de las aguas su&terr(neas $a sea a travs de drena.e controlado dentro del tDnel# la eliminación del agua del suelo por &om&eo para evitar infiltración# o la aplicación de lec4adas para reducir la percolación de agua% En cuanto =


a las cavernas ! pueden afectar a la e;cavación se produce cementado de las mismas%

,onclusión: )uego de analiar los distintos informes se evidencia la gran comple.idad !ue e;iste en cuanto al estudio geotcnico $ la gran cantidad de pro&lemas !ue presenta para la construcción de o&ras civiles# es inclusive complicado agruparlo en clases $ constitu$e un verdadero desaf"o para los ingenieros $ geólogos% En pa"ses con esta pro&lem(tica como Malasia# ,4ina# M;ico# 'er&ia# Estados 2nidos etc% est(n a la vista los grandes pro&lemas !ue puede acarrear una mala caracteriación geotcnica $ una mala aplicación de criterios% 'e conclu$e tam&in !ue los sitios m(s peligrosos para los 4undimientos son los !ue se encuentran so&re dolinas% A parte de las diferentes tcnicas especiales de fundación se pueden evitar 4undimientos teniendo en cuenta medidas como: llevar un riguroso control de aguas superficiales $ su&terr(neas en la región *(rstica# evitar la so&recarga del suelo $ realiar construcciones significativas fuera de las (reas pro&lem(ticas# en lo posi&le# para evitar futuras cat(strofes%

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$iblio*ra+a•

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