UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN

ANTONIO ABAD DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERIA CIVILCICLO DE PROFESIONALIZACION

EXPOSITOR:

Mgt. Ingº Ignacio Solis Quispe

OBRAS DE INGENIERIA PLANTEADAS SOBRE LA

CORTEZA TERRESTRE

La ingeniería plantea obras en los diferentes

campos:

• CONSTRUCCIONES: Edificación de

viviendas, estadios, coliseos, piscinas, etc.

• HIDRAULICA: Presas, reservorios,

centrales hidroeléctricas, abastecimientos de

agua y desagüe, canales de riego, etc.

• TRANSPORTES: Carreteras, pavimentos,

puentes, túneles, muros de contención, etc.

GEOTECNIA

Disciplina tecnocientifica que agrupa a:

• GEOLOGIA

• Geología Física

• Geología Histórica

• MECANICA DE ROCAS

• MECANICA DE SUELOS

GEOLOGIA FISICA

La tierra como planeta del sistema solar.

Existen dos teorías que explican su origen

de la tierra:

– Metafísico

– Científico (Materialista)

La tierra como consecuencia de la

evolución y transformación que ha

atravesado esta constituido por materiales

gaseosos, líquidos y sólidos

GEOLOGIA FISICA

Estos materiales forman las principales esferas o capas que constituye la tierra y estas son:

• La atmósfera: formado por gases

• La hidrosfera: formado por agua de los océanos, lagos, ríos y aguas subterráneas

• Geosfera: parte sólida , la capa exterior o litosfera constituye la corteza terrestre

• La biosfera: esfera de los seres vivos

GEOLOGIA FISICA

ESTRUCTURA DE LA GEOSFERA

La geosfera esta constituido por esferas

concéntricas de materiales, como:

a) LA CORTEZA TERRESTRE: Litosfera,

esfera de rocas (SIAL y SIMA).

• Continental (granito, basalto)

• Oceánica (sedimentos, basalto, gabros)

GEOLOGIA FISICA

b) EL MANTO:

• Manto superior: Rocas fundidas menos

rígidas

• Manto inferior : Rígido

c) NUCLEO:

• Núcleo externo (fluido)

• Núcleo interno (sólido), NIFE

CORTEZA TERRESTRE

Las rocas que constituyen la corteza terrestre o litosfera no aparecen descubiertos sino están cubiertas por distintos elementos, como:

– Suelos

– Rocas sedimentarias

– Zona exterior, constituido por los minerales sílice y alumina (SIAL)

– Zona interna, constituidos por minerales de sílice y magnesio (SIMA)

CORTEZA TERRESTRE

La corteza terrestre de la zona de América y

el conjunto formado por Europa y África se

mueve 3 cm. por año. Esto indica que la

corteza terrestre esta formado por placas

tectónicas que se mueven sobre el manto

superior.

TECTONICA DE PLACAS

La superficie terrestre se encuentra dividida

en piezas o placas rígidas en movimiento:

– Separándose

– Colisionando

– Subduciendo

– Deslizándose lateralmente

CONSTRUCCION DEL

PAISAJE

Agentes geológicos externos:

– Calor del sol

– Gravedad

Agentes geológicos internos

– Volcanes

PROCESOS GRAVITACIONALES Y DESARROLLO

DE LAS FORMAS DEL TERRENO

• La superficie de la Tierra nunca es

perfectamente plana, sino que consiste en

laderas, algunas son empinadas y

escarpadas, etc pero la fuerza de la

gravedad hace que los materiales se

desplacen pendiente abajo con un

movimiento gradual imperceptible o en

forma estruendosa con caída de rocas o

avalanchas.

Procesos Gravitacionales

(Deslizamiento)

Flujo de Tierra

Reptación de suelos

Reptación de Suelos

Causas de la Reptación

• Una de las principales causas de la

reptación es la expansión y contracción

alternativas del material de superficie

causadas por congelación y deshielo o por

humectación o sequia

Corrientes de

aguas

superficiales

Aguas

Subterráneas

Glaciares y

Glaciaciones

Desiertos y Vientos

ACTIVIDAD IGNEA INTRUSIVA (Diques.

Sills,Lacolitos y Batolitos

Deformación

de la Corteza

MAPA GEOLOGICO

Es la representación cartográfica de la

información de los afloramientos de las

rocas, su edad, las estructuras geológicas,

los yacimientos minerales, los yacimientos

petrolíferos, es decir, contiene toda la

información geológica del área que cubre el

mapa

ELABORACION DE MAPAS

GEOLOGICOS

Los mapas geológicos se elaboran mediante

una simbología definida en convenciones

nacionales e internacionales, utilizando

líneas y rectas con características

especificas y colores determinados, de

acuerdo con la simbología

ESCALA CRONOLOGICA

• ERAS: Cenozoico, Paleozoico y Mesozoico

• PERIODOS o SISTEMA: (Cuaternario y

Ternario), (Cretácico, Jurasico y Triásico),

(Pérmico, carbonífero, Devónico, Silúrico,

Ordovícico y Cámbrico).

• EPOCA o SERIE

MAPAS GEOLOGICOS

• Los mapas geológicos están indicadas por

medio de letras, colores y signos

convencionales.

• Las letras indican la formación y el periodo

geológico, por ejemplo “Jm” indica

Formación Marrison del periodo jurasico

• El color amarillo representa a rocas de la

era del cenozoico.

MAPA GEOTECNICO

Es la representación de los riesgos de

deslizamientos, asentamientos,

hundimientos, inundaciones y todo peligro a

que esta expuesta una región, sobre todo

población u obra ingenieril por efecto de los

procesos geodinámicos.

MECANICA DE ROCAS

Estudia el comportamiento de las masas

rocosas que se encuentran bajo la acción de

las fuerzas producidas por los fenómenos

naturales (vulcanismo, tectónica de placas),

o impuestas por el hombre (cimentaciones,

excavaciones, voladuras.)

MECANICA DE ROCAS

• Finalidad:

La finalidad de la Mecánica de Rocas es conocer y predecir el comportamiento de los materiales rocosos ante la acción de las fuerzas internas y externas que se ejercen sobre ellos.

Cuando se excava un macizo rocoso o se construyen estructuras sobre las rocas, se modifican las condiciones iniciales del medio rocoso, el cual responde a estos cambios deformándose y/o rompiéndose

MECANICA DE ROCAS

• Roca:

Son agregados naturales duros y compactos de partículas minerales con fuertes uniones cohesivas permanentes que habitualmente se consideran un sistema continuo.

La proporción de los diferentes minerales, la estructura granular, la textura y el origen de la roca sirven para su clasificación geológica.

• Las masas rocosas aparecen en la mayoría de los casos afectadas por discontinuidades o superficies de debilidad que separan bloques de matriz rocosa o <roca intacta> constituyendo en conjunto los macizos rocosos

TENSIONES Y DEFORMACIONES

• El conocimiento de las tensiones y las deformaciones que puede llegar a soportar el material rocoso ante unas determinadas condiciones permite evaluar su comportamiento mecánico y abordar el diseño de las estructuras y obras de ingeniería.

• La relación entre ambos parámetros describe el comportamiento de los diferentes tipos de rocas y macizos rocosos, que depende de las propiedades de los materiales y de las condiciones a que están sometidos en la naturaleza

Masa rocosa

• Es el medio in-situ que contiene diferentes tipos de discontinuidades como diaclasas, estratos, fallas y otros rasgos estructurales.

DISCONTINUIDADES DE LA MASA

ROCOSA

• Planos de estratificación

Dividen en capas o estratos a las rocas sedimentarias.

DISCONTINUIDADES DE LA MASA

ROCOSA

• Fallas

Son fracturas que han tenido desplazamiento. Éstas son estructuras menores que se presentan en áreas locales de la mina o estructuras muy importantes que pueden atravesar toda la mina.

DISCONTINUIDADES DE LA MASA

ROCOSA

• Zonas de corte

Son bandas de material que pueden ser de varios metros de espesor, en donde ha ocurrido fallamiento de la roca.

DISCONTINUIDADES DE LA MASA

ROCOSA

• Diaclasas

• También denominadas juntas, son fracturas que no han tenido desplazamiento y las que más comúnmente se presentan en la masa rocosa.

DISCONTINUIDADES DE LA MASA

ROCOSA

• Planos de foliación o esquistosidad

• Se forman entre las capas de las rocas metamórficas dando la apariencia de hojas o láminas.

DISCONTINUIDADES DE LA MASA

ROCOSA

• Venillas

• Son rellenos de las fracturas con otros materiales.

OTROS RASGOS GEOLÓGICOS

IMPORTANTES

• Pliegues,

• Son estructuras en las cuales los estratos se presentan curvados.

OTROS RASGOS GEOLÓGICOS

IMPORTANTES

• Diques

• Son intrusiones de roca ígnea de forma tabular, que se presentan generalmente empinadas o verticales.

OTROS RASGOS GEOLÓGICOS

IMPORTANTES

• Chimeneas o cuellos volcánicos

• Son intrusiones que han dado origen a los conos volcánicos.

PROPIEDADES DE LAS

DISCONTINUIDADES

• Orientación.

• Espacido

• Persistencia

• Rugosidad.

• Apertura.

• Relleno.

• Perfiles tipo para estimar el coeficiente de rugosidad JRC( BartonyChoubey1977).

Criterios según la resistencia de la

roca

Considerando la resistencia de la roca a romperse o indentarse con golpes de picota, la guía práctica de clasificación de la roca es la siguiente:

• Resistencia muy alta:

Solo se astilla con varios golpes de picota.

• Resistencia alta:

Se rompe con más de 3 golpes de picota.

• Resistencia media:

Se rompe con 1 a 3 golpes de picota.

• Resistencia baja:

Se indenta superficialmente con la punta de la picota.

• Resistencia muy baja:

Se indenta profundamente con la punta de la picota.

Criterios según las características del

fracturamiento

• Para clasificar la masa rocosa tomando en cuenta las características del fracturamiento (o grado de presencia de las discontinuidades), se mide a lo largo de un metro lineal cuantas fracturas se presentan, según esto, la guía práctica es la siguiente:

• Masiva o levemente fracturada:

2 a 6 fracturas /metro.

• Moderadamente fracturada:

6 a 12 fracturas/metro.

• Muy fracturada:

12 a 20 fracturas/metro.

• Intensamente fracturada:

Más de 20 fracturas/metro.

• Triturada o brechada:

Fragmentada, disgregada, zona de falla.

Calculo del Índice de Calidad de las

Rocas RQD

MECANICA DE SUELOS

Estudia las propiedades físicas y el

comportamiento de los suelos sometido a

varios tipos de fuerzas y además los

esfuerzos que se producen en el suelo y sus

efectos.

OBJETIVO DE LA MECANICA DE SUELOS

Determinar en forma practica la interacción

entre el suelo y la estructura, con el fin de

prever y adoptar medidas conducentes a

evitar asientos perjudiciales o a aumentar la

estabilidad de los suelos.

SUELO

Desde el punto constructivo comprende

solamente la capa exterior de la corteza

terrestre. Esta se compone de partículas

orgánicas e inorgánicas sujetas a una

organización definida y sus propiedades

varían “vectorialmente”; en la dirección

vertical.

El suelo presenta un perfil estratigráfico.

Perfil Estratigrafico

Calicata N° 01 (Material limo

arcilloso de color amarillento)

Toma de Muestras Inalteradas

Ensayo SPT

Plano topográfico de la ubicación de las

perforaciones o sondeos de Calicatas

Perfil del suelo en base a los sondeos

realizados

SUELO: ORIGEN Y

FORMACION

El origen del suelo pasa por tres etapas de procesos geológicos externos:

• METEORIZACION:

– Desintegración mecánica (zonas frías)

– Descomposición química (zonas calidas y húmedas)

• TRANSPORTE: Gravedad, agua de escorrentía, hielo, viento y el mar.

SUELO: ORIGEN Y

FORMACION

• SEDIMENTACION: Depósitos de

materiales detríticos, orgánicos muertos y

sustancias químicas en las cuencas

sedimentarias (continentales y oceánicas).

CLASIFICION DEL SUELO

POR SU ORIGEN

• SUELOS RESIDUALES: Los productos demeteorización de la roca, que no han sufridodispersión por agentes de acarreo o transporte, yestán depositados sobre la roca madre. Dan origena suelos de partículas gruesas y finas

• SUELOS TRANSPORTADOS: Los productos de meteorización de la roca, que han sido removidos del lugar de formación por numerosos agentes de transporte, como son: la gravedad, los ríos, glaciares, el viento y los mares. Finalmente son depositados en cuencas sedimentarias.

CLASIFICION DEL SUELO

POR SU ORIGEN

• SUELOS TRANPORTADOS POR

GRAVEDAD (coluviales)

• SUELOS TRANSPORTADOS POR EL

AGUA DE ESCORRENTIA (aluviales)

– CURSO ALTO

– CURSO MEDIO

– CURSO BAJO

CLASIFICION DEL SUELO

POR SU ORIGEN

• SUELOS TRANPORTADOS POR LOS GLACIARES (morrenas)

– Circo, lengua y frente.

• SUELOS TRANPORTADOS POR LOS VIENTOS (dunas y loes)

– Suspensión

– Saltación

– Reptación

RELACIONES VOLUMETRICAS

Y GRAVIMETRICAS

Volumen de:

• Agua

• Sólidos

• Vacíos

Peso de:

• Aire

• Agua

• Sólidos

Peso especifico

Peso especifico relativo

Relación de espacios vacíos

Porosidad

Contenido de humedad

Grado de saturación

GRANULOMETRIA EN SUELOS

• Clasificación por tamaños (granulometría)

• Representación en curvas granulométricas

– Gravas

– Arenas

– Limos

– Arcillas

– Suelo orgánico

– Turba

Curvas Granulométricas

PLASTICIDAD

El comportamiento de las arcillas, con

incrementos de agua (plasticidad).

• Limite Liquido

• Limite Plástico

• Limite de contracción

• Índice plástico

Carta de plasticidad

CLASIFICACION E

IDENTIFICACION DE SUELOS

• Sistema Unificado de Clasificación de

Suelos (SUCS)

Sistema de clasificación en función a los

ensayos de:

– Granulometría

– Limites de consistencia

CLASIFICACION E

IDENTIFICACION DE SUELOS

• Sistema de clasificación AASHTO

Sistema de clasificación en función a los

ensayos de:

– Granulometría

– Limites de consistencia

– Índice de grupo

PERMEABILIDAD E

INFILTRACION

• Permeametro de carga constante

• Permeametro de carga variable

• Ascensión capilar

Aht

QLK

2

1log303.2 10

h

h

At

aLK

ESTABILIZACION DE SUELOS

Se entiende por estabilización de suelos el

mejoramiento artificial de sus propiedades

mecánicas por medios mecánicos y

químicos; estas se clasifican en:

• Estabilización mecánica

• Estabilización química

ESTABILIZACION DE SUELOS

Con la estabilización se logra:

• Aumentar la densidad

• Aumentar la resistencia

• Disminución de vacíos

• Bajar el nivel freático (drenaje)

• Agregar materiales, para efectuar un cambio

químico y/o físicos

ESTABILIZACION DE SUELOS

Compactación en laboratorio

• Proctor Estándar

• Proctor Modificado

• Miniatura de Harvard

Compactación en campo

• Compactador de rodillo liso (300 hasta 380 kN/m2)

• Compactador de pata de cabra (10380 y 6900 kN/m2)

• Compactador vibratorio (1400 a 6000 kPa)

Ensayo de Compactación

ESTABILIZACION DE SUELOS

Estabilización química

• Cemento Pórtland

• Asfalto

• Cal

• Cloruro de sodio

ESTABILIZACION DE SUELOS

Control de compactación

• Método del cono de arena

• Método del balón de densidad

• Método del densímetro nuclear

ENSAYO CBR

• Su objetivo es evaluar la calidad relativa del

suelo para sub-rasante, sub-base y base de

pavimentos.

• Se realiza 03 ensayos para cada muestra,

con la humedad optima obtenida en el

ensayo de compactación para 10, 25 y 56

golpes.

• Luego se obtiene el CBR al 95% de la

densidad seca máxima.

Equipos del Ensayo CBR

CONSOLIDACION

Proceso de disminución de volumen, que

tiene lugar en un lapso de tiempo,

provocado por un aumento o incremento de

cargas sobre el suelo (en la dirección

vertical). Entonces toma la denominación

de consolidación unidireccional; no

presenta desplazamientos horizontales.

Curvas de Consolidación y Pre consolidación

ESFUERZO Y RESISTENCIA AL

CORTE

Según la ecuación generalizada de

Coulomb:

Esfuerzo de resistencia al corte

Cohesión

Esfuerzo normal total

Angulo de fricción interna

tanc

tanctanc

tanc

tanc

ESFUERZO Y RESISTENCIA AL

CORTE

ANGULO DE FRICCION:

Es la representación matemática del coeficiente de rozamiento, el cual es un concepto básico de la física; depende de:

• Tamaño de los granos

• Forma de los granos

• Distribución de los tamaños de los granos

• Densidad

Ensayo Triaxial

Ensayo de Corte Directo

ESFUERZO Y RESISTENCIA AL

CORTE

COHESION

La cohesión es una medida de la atracción

molecular entre las partículas finas del suelo

(cementación o adherencia).

La cohesión es utilizada para representar la

resistencia al cortante, por la cementación.

Los suelos granulares no tienen cohesión.

Ensayo de Compresion Simple