Estudios Previos a la Construcción: Geotecnia, Hidráulica y Ambientales

Antes de iniciar cualquier proyecto de construcción, es fundamental realizar estudios exhaustivos del terreno. Estos estudios abarcan aspectos geotécnicos, hidráulicos y ambientales, proporcionando información crucial para el diseño y la ejecución segura y eficiente de la obra.

Geotecnia: La Ciencia del Suelo y las Rocas

La geotecnia se define como la aplicación de principios de ingeniería a la ejecución de obras públicas, considerando las características de los materiales de la corteza terrestre (según la RAE). Dentro de la geotecnia, encontramos disciplinas clave:

• Mecánica de suelos: Estudia el comportamiento del suelo ante las cargas impuestas, aplicando leyes de la física y las ciencias naturales.
• Geología: Ciencia que estudia la evolución de la materia orgánica e inorgánica de la Tierra, analizando las causas de los cambios y su influencia en la estructura interna y externa del planeta.
• Geofísica: Rama de la geología que estudia la física terrestre, abarcando fenómenos relacionados con la estructura, condiciones físicas e historia evolutiva de la Tierra. Utiliza métodos de observación indirecta.

Importancia de la Geología

El estudio de la geología es crucial porque:

• Proporciona información sobre la evolución natural y artificial de la Tierra.
• Permite comprender los fenómenos naturales que afectan a la vida diaria.
• Facilita la convivencia con el entorno.

El estudio se aborda:

• Definiendo un lenguaje común.
• Comprendiendo los principios y variables geológicas.

Ramas de la Geología

• Petrología: Estudio de las rocas y los materiales que las componen.
• Geología estructural: Análisis de la arquitectura del planeta, incluyendo fallas y plegamientos.
• Paleontología: Estudio de la vida antigua.
• Geología económica: Uso de minerales como bienes económicos.
• Geología regional: Integración de la información geológica para la elaboración de mapas geológicos.

Aplicaciones de la Geología en la Construcción

El conocimiento geológico es fundamental en diversos aspectos de la construcción:

• Materiales: Identificación, localización, propiedades y características de los materiales.
• Cimentaciones: Análisis de los materiales sobre los que se asentarán edificios y obras civiles.
• Excavaciones: Planificación de excavaciones, tanto superficiales como subterráneas, conociendo los materiales a remover.
• Aguas subterráneas: Estudio de la hidrología subterránea.
• Aguas superficiales: Evaluación de los efectos de erosión, transporte y sedimentación.
• Interpretación geológica: Análisis de la información geológica para la toma de decisiones en el proyecto.

La Tierra: Un Sistema Dinámico

La Tierra está en constante proceso de formación. Las fuerzas tectónicas crean relieve, mientras que la erosión lo desgasta. En zonas de subducción (donde una placa se hunde bajo otra), se genera alta actividad sísmica y volcanes. En zonas divergentes (donde las placas se separan), emerge material del manto, agregándose a la corteza.

Erosión: Desgaste y Transporte de Materiales

La erosión es el desgaste de la superficie terrestre por agentes externos. Se clasifica en:

• Erosión física:
  • In situ: Causada por cambios de temperatura, crecimiento de cristales de hielo, actividad orgánica, tensiones de la corteza terrestre y gravedad.
  • Transporte y erosión: Provocada por gravedad, agua, hielo y viento.
• Erosión química: Siempre ocurre en presencia de agua. Las principales reacciones son: hidratación, hidrólisis, disolución y oxidación.

Ciclo Erosivo y Formación de Suelos

La erosión ataca las rocas, formando inicialmente un «suelo residual». Este suelo es transportado por la acción combinada del agua y la gravedad. Los depósitos resultantes se clasifican según su tamaño y distribución:

• Coluviones: Depósitos groseramente clasificados, con segregación de materiales.
• Glacis: Depósitos en llanuras de inundación, con menor variedad de tamaños.
• Aluviones: Materiales transportados a mayores distancias por corrientes de agua, depositados en tamaños homogéneos.

Los aluviones pueden sufrir transformaciones (metamorfismo) debido a presiones y temperaturas elevadas. Posteriormente, los movimientos tectónicos pueden exponerlos nuevamente a la erosión, reiniciando el ciclo.

Estructura Interna de la Tierra

La estructura interna de la Tierra, a grandes rasgos, se compone de:

• Corteza
• Discontinuidad de Mohorovičić
• Manto superior
• Manto inferior (ambos sólidos)
• Discontinuidad de Gutenberg
• Núcleo externo (líquido)
• Discontinuidad de Lehmann
• Núcleo interno (sólido)

La corteza, a su vez, se divide en:

• Corteza continental
• Corteza oceánica
• Manto superior

Litosfera, Astenosfera y Discontinuidades

• Litosfera: Capa superficial sólida y rígida, compuesta por la corteza terrestre y la parte más externa del manto. Flota sobre la astenosfera.
• Astenosfera: Capa blanda del manto superior.
• Discontinuidad de Mohorovičić (Moho): Zona de transición entre la corteza y el manto.
• Discontinuidad de Gutenberg: División entre el manto y el núcleo. Las ondas sísmicas S no la atraviesan, y las ondas P disminuyen su velocidad.
• Discontinuidad de Lehmann: Límite entre el núcleo externo fluido y el núcleo interno sólido.

Movimientos de las Placas Tectónicas

La litosfera está fragmentada en placas tectónicas. Los bordes de estas placas concentran fenómenos geológicos. Los tipos de movimientos son:

• Divergentes: Las placas se separan, y emerge magma.
• Convergentes: Las placas chocan, formando zonas de subducción o cinturones orogénicos (bordes activos).
• Transformantes: Las placas se deslizan lateralmente a lo largo de una falla.

Zona de Benioff: Zona sísmica en el borde de una placa, junto a una fosa oceánica.

Fosas oceánicas: Regiones deprimidas y alargadas del fondo marino.

Sismos y Ondas Sísmicas

Tipos de sismos:

• Tectónicos
• Volcánicos
• Por colapso de cavernas
• Artificiales

Las ondas sísmicas son ondas elásticas que propagan la fuerza generada por el desplazamiento de las placas. Se clasifican en:

• Ondas internas o de cuerpo:
  • Ondas P (primarias o de compresión): Longitudinales.
  • Ondas S (secundarias o de corte): Transversales, más destructoras.
• Ondas superficiales:
  • Ondas L (Love)
  • Ondas R (Rayleigh)

Métodos de Análisis de Ondas Superficiales (Rayleigh)

• ReMi (Refraction Microtremor):
  • Propuesto por Louie (2001).
  • Combina técnicas SASW y MASW.
  • Utiliza ruido sísmico ambiental.
  • Permite incluir fuentes activas.
  • Mayor profundidad de penetración.
  • Funciona mejor en ambientes ruidosos.
  • Detecta inversiones de velocidad.

Intensidad y Magnitud de los Sismos

• Intensidad: Escala de Mercalli, basada en la percepción del sismo.
• Magnitud: Escala de Richter o escala de magnitud del momento, cuantifica la energía liberada.

Clasificación Sísmica de Suelos (D.S. N° 61, 2011)

El D.S. N° 61 (2011) modificó la clasificación sísmica de los suelos de fundación en Chile. Los suelos se clasifican en:

• Suelo tipo A: Roca, suelo cementado.
• Suelo tipo B: Roca blanda o fracturada, muy fuerte.
• Suelo tipo C: Suelo denso o firme.
• Suelo tipo D: Suelo medianamente denso o firme.
• Suelo tipo E: Suelo de capacidad o consistencia mediana.
• Suelo tipo F: Suelos especiales (requieren ensayos).

Ensayos de Suelos

Resistencia a la Compresión Simple

Ensayo para determinar la resistencia de un suelo cohesivo a la compresión no confinada, aplicando carga axial a una muestra cilíndrica inalterada.

N1 (Número de golpes SPT)

El ensayo SPT (Standard Penetration Test) consiste en un sondaje donde se introduce una cuchara normalizada (SPT) para medir la resistencia del suelo a la penetración.

Resistencia al Corte No Drenada

Ensayo triaxial rápido, donde la muestra no se consolida ni se drena.

Origen y Clasificación de las Rocas

Las rocas se originan a partir del material fundido de la corteza y el manto superior, que emerge a través de volcanes debido al movimiento de las placas tectónicas. Están compuestas principalmente por minerales.

Minerales

Los minerales son sustancias sólidas, de origen natural e inorgánico, con estructura interna definida y composición química expresable mediante una fórmula (no necesariamente fija). Bajo ciertas condiciones, forman cristales.

Cristales

Los cristales son cuerpos geométricos de caras planas, que representan la estructura interna de los minerales. Su origen puede ser:

• Magmático.
• Reacción entre atmósfera y minerales preexistentes.
• Sublimación de gases.
• Precipitación de soluciones saturadas.
• Metamorfismo.

Propiedades Físicas de los Minerales

• Color.
• Dureza.
• Brillo.
• Peso específico.

Clasificación de las Rocas

Las rocas se clasifican según criterios geomecánicos para su uso en:

• Túneles.
• Estabilidad de taludes.
• Cálculos de cimentaciones.
• Excavaciones.

Clasificación Genética

Rocas sedimentarias: Se forman en cuencas de sedimentación por acumulación de sedimentos provenientes de rocas más antiguas, erosionados, transportados y depositados por agua, hielo o viento.