Capítulo 10 Geología aplicada a las carreteras GENERALIDADES • LAS VÍAS SON OBRAS QUE GENERAN PROGRESO EN LA SOCIEDAD • EL TRAZADO DEPENDE DE LA TOPOGRAFÍA, GEOLOGÍA, RAZONES SOCIALES Y PROBLEMAS ECONÓMICOS • ADEMÁS, LAS VÍAS DEPENDEN DEL TRÁNSITO PROBABLE Vias terrestres Descongenionamiento de tránsito Generalidades • Las vías son obras de ingeniería que más requiere la información geológica desde su planeación hasta su conservación • El conocimiento geológico es provechoso ya que permite reducir los costos de construcción y conservación • Los ingenieros que no cuentan con buena información geológica incurren en serios y costosos errores Mapa geológico regional Geomorfología local Llanura de inundación CLASES DE VÍAS • Terracerías • Caminos vecinales • Caminos lastrados • Caminos lastrados con una capa de riego • Caminos pavimentados • Caminos con capa de hormigón • Autopistas Camino tipo terracería Camino lastrado Vía con carpeta de Hormigón PARTES DE UNA VÍA • TERRAPLÉN • PAVIMENTO • SUBRASANTE • SUBBASE • BASE • CARPETA DE RODADURA • ALCANTARILLAS • CUNETAS • PUENTES Secciones típicas de una vía Sección transversal de una vía SUBRASANTE • CAPA DE MATERIAL COLOCADO DIRECTAMENTE SOBRE EL NIVEL DEL TERRENO, SIN MAYOR TRATAMIENTO Subrasante SUBBASE • CAPA DE MATERIAL COLOCADO SOBRE LA SUBRASANTE • TIENE POR FUNCIÓN RESISTIR LOS ESFUERZOS QUE TRANSMITE LA BASE Y LOS DISTRIBUYE EN LA SUBRASANTE • GENERALMENTE ES UNA MEZCLA DE ARENA, LIMO Y GRAVA. • Partículas mayores a 51mm < 5% Sub-Base BASE • CAPA CONSTRUIDA SOBRE LA SUBBASE • SOPORTA LAS CARGAS DE LOS VEHÍCULOS Y LAS DISTRIBUYE A LAS CAPAS INFERIORES • NO DEBEN PRODUCIR DEFORMACIONES PERJUDICIALES • LOS MATERIALES SON ARENAS Y GRAVAS BIEN SELECCIONADAS • EN GUAYAQUIL, SE UTILIZA GRAVA DE LA FORMACIÓN CAYO Y PIÑÓN Colocación de base vía Salinas CARPETA • CAPA MÁS SUPERFICIAL DE LA VÍA • PUEDE SER HORMIGÓN COMPACTADO CON RODILLO • PUEDE SER ASFALTO QUE ES UNA MEZCLA DE GRAVA FINA Y ASFALTO Carpeta asfáltica de rodadura PROBLEMAS GEOTÉCNICOS • Las vías se construyen en terrenos constituídos por suelo, roca ó ambos • LA ROCA SE CONSIDERA COMO UN BUEN TERRENO DE CIMENTACIÓN • La vía le transmitirá esfuerzos menores que su resistencia • Los suelos naturales generalmente requieren material de mejoramiento Problemas de deslizamiento Deslizamiento en suelo Sitios inestables – Talud en suelo Deslizamiento Problemas Geotécnicos • ROCAS SEDIMENTARIAS • Hay rocas deleznables y son excavadas con facilidad • Hay rocas duras que requieren voladura • Hay peligro de deslizamiento en rocas duras interestratificadas con rocas suaves • La saturación de agua puede producir deslizamientos • Los planos de estratificación favorecen los deslizamientos • EJEMPLOS..... ROCAS IGNEAS • Rocas sanas no exhiben fracturas • Requieren técnicas de voladura • Los taludes son de gran pendiente • Los deslizamientos ocurren cuando la roca está alterada, fracturada y cuando la topografía y el drenaje interno favorecen el movimiento • EJEMPLOS..... ROCAS METAMÓRFICAS • Rocas con problemas de discontinuidades • Foliación, pizarrosidad y esquistosidad • Todos los planos anteriores constituyen planos de deslizamiento • La pendiente, los cortes y la ubicación espacial de los planos de debilidad facilitan los deslizamientos • EJEMPLOS........ Problemas de los suelos como material de cimentación • ASENTAMIENTOS • TUBIFICACIÓN • LICUACIÓN • EMPUJE DE TIERRAS • FENÓMENOS DE GEODINÁMICA LOS ASENTAMIENTOS • SE RELACIONAN CON LA REDUCCIÓN DE VOLUMEN DEL MATERIAL SUBYACENTE DEBIDO A LAS NUEVAS CARGAS DE LOS MATERILES COLOCADOS EN LA VÍA • SE PRESENTAN EN SUELOS DE ORIGEN ORGÁNICO O DEPÓSITOS LACUSTRES EN SUELOS ARCILLOSOS. • EJEMPLO: DAULE PERIPA Rocas deleznables Asentamientos LA TUBIFICACIÓN • ES EL EFECTO DE LA CIRCULACIÓN DEL AGUA A TRAVÉS DEL SUELO Y EROSIÓN DE LAS PARTÍCULAS MÁS FINAS • AFECTA A LAS ALCANTARILLAS • PROVOCA DESLIZAMIENTOS • EJEMPLO: PRESA TETOM LA LICUACIÓN • PÉRDIDA RÁPIDA DE LA RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE DEBIDO A: • VARIACIÓN DE LA PRESIÓN DE POROS • INFLUENCIA DE UN SISMO • INFLUENCIA DE UNA EXPLOSIÓN • SATURACIÓN DEL SUELO • Que el material constituyente sea: arena fina o limo arenoso EL EMPUJE DE TIERRAS • PROBLEMA QUE SE PRESENTA AL TRATAR DE MANTENER DOS MASAS DE TIERRA ADYACENTES A DISTINTO NIVEL • SE DA UN TALUD ADECUADO • SE CONSTRUYEN MUROS DE RETENCIÓN • EJEMPLOS.... Muro de retención Empuje de tierra Empuje de suelo GEODINÁMICA EXTERNA • SE REFIERE AL MOVIMIENTO DE MASA DEL TERRENO • MOVIMIENTO DE UNA LADERA • PROBLEMA DE INESTABILIDAD DE TALUDES • solifluxión • creep Experiencias • Reptación: 30.5 cm de mmovimiento en 10 años • Presencia de agua en el macizo rocoso • IMPORTANCIA EN LA DISPONIBILIDAD DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN EN SITIOS CERCANOS A LA VÍA TERRESTRE Flujo subterráneo Tubificación ESTUDIO GEOTÉCNICO • SE DIVIDE EN DOS FASES: • Estudio de diferentes trazados propuestos • Estudio del trazado definitivo • ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL Fase de diferentes trazados • Uso de mapas geológicos regionales • Uso de mapas de suelos • Uso de mapas sísmicos y tectónicos • Uso de mapas geomorfológicos • Uso de mapas con drenaje • Recopilación de datos meteorológicos • Uso de fotografías aéreas • Ayuda a seleccionar el trazado definitivo Estudio del trazado definitivo • Elaborar el mapa geológico en 3 km ancho • Estudio de cantidad y calidad de materiales • Estudio de los sitios de alcantarillas • Estudio de los sitios para puentes • Evaluar los posibles problemas que se encontrarán durante la construcción • Aclarar problemas de las fundaciones para los puentes y alcantarillas Conducción del Estudio Geotécnico • Problemas relativos a CORTES • Cálculo de volumen de roca o suelo serán excavados: sondeos sísmicos y rippabilidad • Sondeos en los sitios de corte >2m • Determinación del ángulo de corte • Considerar el intemperismo en el talud • Considerar las vibraciones por el tráfico • Condiciones del agua subterráneas Conducción del Estudio Geotécnico • Problema de los TERRAPLENES • El terreno de apoyo de la vía tenga la resistencia adecuada • Se debe aprovechar el terreno sacado de la excavación y cortes para el terraplen • Las arenas y gravas traen pocos problemas • Cuando es roca hay pocos problemas • En limos y arcillas, se debe determinar las propiedades mecánicas CONSTRUCCIÓN DE PUENTES • SE ESTUDIA LAS CARACTERÍSTICAS DE LA CUENCA DE DRENAJE • LAS FUNDACIONES • LOS ESTRIBOS • LOS ACCESOS • FUENTES DE MATERIALES • ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL PROBLEMAS DE PUENTES • Se construye sobre pilares • Se apoya sobre arena, grava o roca • Se debe hacer cálculos de asentamientos • Se debe hacer cálculos de consolidación • Estudio de estabilidad de los estribos • Hay que realizar un sondeo en cada pilar • Se toma en cuenta: geologia,geomorfología hidrología, hidráulica. Areas Inestables • Procesos de inestabilidad del pasado se pueden identificar con el uso de fotografías • Hay necesidad de diseñar obras geotécnicas correctivas y preventivas de estabilización Aguas Subterráneas • Se requiere consultar el mapa hidrogeológico • Se instalan piezómetros en sitios de interés • Determinar la dirección de flujo • Se debe calcular la permeabilidad de los acuíferos • Se debe calcular el caudal de las vertientes Construcción de Túneles • Se estudia la geología del trazado • Se estudia la hidrogeología • Se debe determinar la calidad de los materiales que están en el trazado Materiales de construcción • Ubicar yacimientos en zanas cercanas • Se debe determinar la calidad del material • Se debe hacer el informe económico • Se debe realizar el estudio de explotación • Se debe incluir el costo de transporte • Los yacimientos deben estar ubicados en una franja de 10 km de ancho Exploración de Vías Terrestres • Estudios preliminares • Investigación detallada • Construcción • Operación • Fuentes para explotar materiales Métodos de exploración Estudios de Impacto Ambiental • Falta completar este tema