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W. DAVID SUPO P.
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERIA CIVIL
Campo de Aplicación
APUNTES DEL CURSO
Juliaca - Perú
2010
W. David Supo P.
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Contenido
1. CONCEPTOS BASICOS DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL ............................................. 3
1.1. INGENIERIA ESTRUCTURAL ........................................................................................... 3
1.2. ESTRUCTURA ...................................................................................................................... 4
1.3. SISTEMA ESTRUCTURAL .................................................................................................. 5
1.4. CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ...................................................................... 5
1.4.1. ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS DISCRETOS............................................................. 5
1.4.2. ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS CONTINUOS ........................................................... 8
1.5. ESTRUCTURA APORTICADA DE CONCRETO ARMADO PARA EDIFICACIONES . 8
1.5.1. ELEMENTOS ESTRUCTURALES ...................................................................................... 9
1.6. DEFINICIONES BÁSICAS ..................................................................................................11
2. CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA HIDRÁULICA ................................................12
2.1. OBRA HIDRÁULICA ...........................................................................................................12
2.1.1. CANALES ...........................................................................................................................12
3. CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA ...............................................31
3.1. HISTORIA DE LA MECÁNICA DE SUELOS ....................................................................31
3.2. CRONOLOGÍA DEL NACIMIENTO DE LA MECÁNICA DE SUELOS .........................38
3.2.1. KARL VON TERZAGHI .....................................................................................................40
3.3. DEFINICIONES BASICAS ..................................................................................................43
3.3.1. INGENIERÍA GEOTÉCNICA .............................................................................................43
3.3.2. GEOLOGÍA .........................................................................................................................45
3.3.3. MECÁNICA DE SUELOS ...................................................................................................45
3.3.4. ROCA ..................................................................................................................................47
3.3.5. SUELO ................................................................................................................................47
3.3.6. LA TIERRA .........................................................................................................................48
DATOS GENERALES DE LA TIERRA ....................................................................................................48
3.3.7. ESTRUCTURA DE LA TIERRA .................................................................................................49
3.3.8. MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ...............................................................................................51
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3.4. CIMENTACIONES ..............................................................................................................51
3.4.1. PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN ................................................................................52
3.4.2. TIPOS DE CIMENTACION .................................................................................................52
4. CONCEPTO BÁSICOS DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE E INFRAESTRUCTURA
VIAL................................................................................................................................................60
4.1. PLANIFICACIÓN DEL TRANSPORTE ........................................................................................60
4.2. ECONOMÍA DEL TRANSPORTE ................................................................................................61
4.3. DISEÑO Y MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS ........................................................................61
4.4. DISEÑO DE CICLOVÍAS (VÍAS CICLISTAS URBANAS) ...............................................................62
4.5. DISEÑO GEOMÉTRICO DE CARRETERAS.................................................................................64
4.6. DISEÑO DE ESTACIONAMIENTOS ............................................................................................65
5. CONCEPTOS BASICOS DE GERENCIA E INGENIERIA DE CONSTRUCCION...........66
6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................................69
W. David Supo P.
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1. CONCEPTOS BASICOS DE INGENIERÍA ESTRUCTURAL
1.1. INGENIERIA ESTRUCTURAL
La ingeniería estructural es una rama clásica de la ingeniería civil que se ocupa del diseño y
cálculo de la parte estructural de las obras civiles.
Su finalidad es la de conseguir estructuras funcionales que resulten adecuadas desde el
punto de vista de la resistencia de materiales. En un sentido práctico, la ingeniería estructural
es la aplicación de la mecánica de medios continuos para el diseño de elementos y sistemas
estructurales tales como edificios, puentes, muros (incluyendo muros de contención), presas,
túneles, etc.
Los ingenieros estructurales se aseguran que sus diseños satisfagan un estándar para
alcanzar objetivos establecidos de seguridad (por ejemplo, que la estructura no colapse sin
dar ningún aviso previo) o de nivel de servicio (por ejemplo, que la vibración en un edificio
no moleste a sus ocupantes). Adicionalmente, son responsables por hacer uso eficiente de
los recursos financieros y materiales necesarios para obtener estos objetivos. Algunos
ejemplos simples de ingeniería estructural lo constituyen las vigas rectas simples, las
columnas o pisos de edificios nuevos, incluyendo el cálculo de cargas (o fuerzas) en cada
miembro y la capacidad de varios materiales de construcción tales como acero, madera u
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hormigón. Ejemplos más elaborados de ingeniería estructural lo constituyen estructuras más
complejas, tales como puentes o edificios de varios pisos incluyendo rascacielos.
En la siguiente imagen se tiene una comparación de los rascacielos más altos del mundo. En
rojo aquellos que se encuentran en construcción.
Ilustración 1. Rascacielos más altos del mundo
Fuente: [1]
1.2. ESTRUCTURA
Una estructura es, para un ingeniero, cualquier tipo de construcción formada por uno o
varios elementos enlazados entre sí que están destinados a soportar la acción de una serie
de fuerzas aplicadas sobre ellos.
Esta definición es quizás excesivamente simplista, ya que al emplear los términos "elementos
enlazados entre sí", se induce a pensar en estructuras formadas por componentes discretos,
por lo que sólo puede servir como una primera definición. La realidad es que las estructuras
con componentes discretos son muy frecuentes en la práctica por lo que su estudio resulta
del máximo interés. Además lo habitual es que los elementos sean lineales, del tipo pieza
prismática, conocidos como vigas o barras, y cuyo comportamiento estructural individual es
relativamente fácil de estudiar, como se hace en Resistencia de Materiales. Con la definición
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anterior serían ejemplos de estructuras una viga, un puente metálico, una torre de
conducción de energía, la estructura de un edificio, un eje...
La definición anterior puede generalizarse diciendo que una estructura es cualquier
dominio u extensión de un medio material sólido, que está destinado a soportar
alguna acción mecánica aplicada sobre él.
Esta definición amplía el concepto de estructura a sistemas continuos donde no se
identifican elementos estructurales discretos, como por ejemplo: la carrocería de un
automóvil, la bancada de una máquina herramienta, un depósito de agua, un ala de avión,
una presa de hormigón..., que no estaban incluidas en la idea inicial. De esta manera se
introduce en realidad el estudio de problemas de mecánica de sólidos en medios continuos,
que requieren del empleo de métodos sofisticados de análisis.
1.3. SISTEMA ESTRUCTURAL
1.4. CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS
Efectuar una clasificación detallada de las estructuras no es tarea fácil, pues depende de la
tecnología y materiales usados para su construcción y del uso que se da a la estructura. Por
esta razón sólo se incluyen aquí los tipos más usuales de estructuras, atendiendo a sus
diferencias desde el punto de vista de su análisis, pero no desde el punto de vista de su
funcionalidad.
Ya las primeras definiciones del concepto de estructura orientan a considerar dos grandes
tipos de ellas: con elementos discretos o con elementos continuos. Ambos tipos se detallan a
continuación.
1.4.1. ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS DISCRETOS
En estas estructuras se identifican claramente los elementos que la forman. Estos
elementos se caracterizan por tener:
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Una dimensión longitudinal mucho mayor que las otras dos, o el material
agrupado alrededor de la línea directriz del elemento, que normalmente es
recta.
Estos elementos son por lo tanto piezas prismáticas y se denominan
habitualmente vigas o barras. Los puntos de unión de unos elementos con
otros se llaman nudos y cada elemento siempre tiene dos nudos extremos. Con
esto la estructura se asemeja a una retícula formada por los distintos elementos
unidos en los nudos. De hecho a estas estructuras se les denomina
habitualmente reticulares.
La unión de unos elementos con otros en los nudos puede hacerse de distintas
formas, siendo las más importantes:
Unión rígida o empotramiento, que impone desplazamientos y giros
comunes al elemento y al nudo, de tal manera que entre ellos se
transmiten fuerzas y momentos,
Articulación, que permite giros distintos del elemento y del nudo, y
en la que no se transmite momento en la dirección de la articulación,
Unión flexible, en la que los giros del elemento y el nudo son
diferentes, pero se transmite un momento entre ambos elementos.
Los tipos más importantes de estructuras reticulares son:
Cerchas o celosías. Están formadas por elementos articulados
entre sí, y con cargas actuantes únicamente en los nudos. Los
elementos trabajan a esfuerzo axial, y no hay flexión ni cortadura.
Por su disposición espacial pueden ser planas o tridimensionales.
Vigas. Están formadas por elementos lineales unidos rígidamente
entre sí, y que pueden absorber esfuerzos de flexión y cortadura, sin
torsión. También pueden absorber esfuerzo axial, pero éste está
desacoplado de los esfuerzos de flexión y cortadura, en la hipótesis
de pequeñas deformaciones.
Pórticos planos. Son estructuras compuestas por elementos
prismáticos, unidos rígidamente entre sí, y dispuestos formando una
retícula plana, con las fuerzas actuantes situadas en su plano. Estas
estructuras se deforman dentro de su plano y sus elementos trabajan
a flexión, cortadura y esfuerzo axial.
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Pórticos espaciales. Son similares a los anteriores, pero situados
formando una retícula espacial. Sus elementos pueden trabajar a
esfuerzo axial, torsión y flexión en dos planos.
Arcos. Son estructuras compuestas por una única pieza, cuya
directriz es habitualmente una curva plana. Absorben esfuerzos
axiales, de flexión y de cortadura. Como caso general existen
también los arcos espaciales, cuya directriz es una curva no plana. En
muchas ocasiones los arcos se encuentran integrados en otras
estructuras más complejas, del tipo pórtico plano o espacial.
Emparrillados planos. Son estructuras formadas por elementos
viga dispuestos formando una retícula plana, pero con fuerzas
actuantes perpendiculares a su plano. Se deforman
perpendicularmente a su plano, y sus elementos trabajan a torsión y
flexión.
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1.4.2. ESTRUCTURAS CON ELEMENTOS CONTINUOS
En estas estructuras no se identifica a priori ninguna dirección preponderante y el
material está distribuido de manera continua en toda la estructura. El concepto de
nudo estructural tampoco puede introducirse de forma intuitiva y simple. Su
análisis es más complejo que para las estructuras reticulares. A continuación se
resumen los casos más habituales de estructuras continuas.
Membranas planas. Consisten en un material continuo, de espesor pequeño
frente a sus dimensiones transversales, situado en un plano y con cargas
contenidas en él. Corresponde al problema de elasticidad bidimensional, y son
el equivalente continuo de un pórtico.
Placas. Consisten en un medio continuo plano, de espesor pequeño frente a
sus dimensiones transversales, con fuerzas actuantes perpendiculares a su
plano. Son el equivalente continuo de un emparrillado plano.
Sólidos. Son medios continuos tridimensionales sometidos a un estado
general de tensiones y deformaciones.
Cascaras. Son medios continuos curvos, con pequeño espesor. Son el
equivalente a la suma de una membrana y una placa, pero cuya superficie
directriz es curva.
1.5. ESTRUCTURA APORTICADA DE CONCRETO ARMADO PARA
EDIFICACIONES
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1.5.1. ELEMENTOS ESTRUCTURALES
En la mayoría de casos de edificaciones con estructura aporticada de concreto
armado se tienen los siguientes elementos estructurales presentes.
Cimentación: Elemento estructural que tiene como función transmitir las acciones
de carga de la estructura al suelo de fundación. Las cimentaciones pueden ser
superficiales y profundas, entre las primeras se tienen las zapatas aisladas, zapatas
conectadas y zapatas conectadas.
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Columna: Elemento estructural que se usa principalmente para resistir carga axial
de comprensión (resiste también momentos y esfuerzos de torsión) y que tiene una
altura de por lo menos 3 veces su dimensión lateral menor.
Muro: Elemento estructural, generalmente vertical empleado para encerrar o
separar ambientes, resistir cargas axiales de gravedad y resistir cargas
perpendiculares a su plano provenientes de empujes laterales de suelos o líquidos.
Viga: Elemento estructural que trabaja fundamentalmente a flexión.
Losa: Elemento estructural de espesor reducido respecto a su otras dimensiones
usado como techo o piso, generalmente horizontal y armado en una o dos
direcciones según el tipo de apoyo existente en su contorno.
Usado también como diafragma rígido para mantener la unidad de la estructura
frente a cargas horizontales de sismo.
Dentro de las losa las más empleadas en nuestro medio son: Losas aligeradas,
macizas, nervadas y casetonadas.
Escaleras: Elemento estructural que permite salvar alturas entre niveles de una
edificación.
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1.6. DEFINICIONES BÁSICAS
Agregado (Aggregate). Material granular, como arena, grava, piedra triturada y
escoria de hierro de alto horno, empleado con un medio cementante para formar
concreto o mortero hidráulicos.
Aditivo (Admixture). Material distinto del agua, de los agregados o del cemento
hidráulico, utilizado como componente del concreto, y que se añade a éste antes o
durante su mezclado a fin de modificar sus propiedades.
Carga muerta (Dead load). Cargas muertas soportadas por un elemento, según
se definen en el reglamento general de construcción de la cual forma parte este
reglamento (sin factores de carga).
Carga viva (Live load). Carga viva especificada en el reglamento general de
construcción de la cual forma parte este reglamento (sin factores de carga).
Concreto (Concrete). Mezcla de cemento pórtland o cualquier otro cemento
hidráulico, agregado fino, agregado grueso y agua, con o sin aditivos.
Concreto estructural (Structural concrete). Todo concreto utilizado con
propósitos estructurales incluyendo al concreto simple y al concreto reforzado.
Concreto armado (Reinforced concrete). Concreto estructural reforzado con
barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También es posible armarlo con
fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones
de barras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará
sometido. El concreto armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes,
presas, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la
aplicación de hormigón proyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras
civiles en general.
Concreto simple (Plain concrete). Concreto estructural sin refuerzo o con
menos refuerzo que el mínimo especificado para concreto armado.
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Esfuerzo (Stress). Fuerza por unidad de área.
Cemento: Material pulverizado que por adición de una cantidad conveniente de
agua forma una pasta aglomerante capaz de endurecer, tanto bajo el agua como
en el aire. Quedan excluidas las cales hidráulicas, las cales aéreas y los yesos.
Cemento Portland: Producto obtenido por la pulverización del clinker portland
con la adición eventual de sulfato de calcio. Se admite la adición de otros
productos que no excedan del 1% en peso del total siempre que la norma
correspondiente establezca que su inclusión no afecta las propiedades del cemento
resultante. Todos los productos adicionados deberán ser pulverizados
conjuntamente con el clinker.
Cemento Portland Puzolánico Tipo 1P: Es el cemento portland que presenta
un porcentaje adicionado de puzolana entre 15% y 45%.
Cemento Portland Puzolánico Tipo 1PM: Es el cemento portland que
presenta un porcentaje adicionado de puzolana menor de 15%.
2. CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA HIDRÁULICA
La ingeniería hidráulica es una de las ramas tradicionales de la ingeniería civil y se ocupa de
la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la
obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización, u otras, sea para
la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos, o entornos similares, incluyendo, por
ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, rompeolas, entre otras construcciones.
2.1. OBRA HIDRÁULICA
Se entiende por obra hidráulica o infraestructura hidráulica a una construcción, en el campo
de la ingeniería civil, donde el elemento dominante tiene que ver con el agua.
Generalmente se consideran obras hidráulicas:
2.1.1. CANALES
Obra hidráulica destinada a conducir agua por gravedad, por su sección pueden
clasificarse en canales: rectangulares, trapezoidales, semicirculares, etc.
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T - anchura máxima del canal
t - anchura de la superficie con una profundidad “d” del agua
D - profundidad del canal después de añadido el espacio libre
d - profundidad del caudal en el canal
c - lados sumergidos del canal
f - espacio libre
l - ángulo entre los lados inclinados de la horizontal.
Consta de diversos elementos como por ejemplo:
o Bocatomas de derivación: Una bocatoma, o captación, es una estructura
hidráulica destinada a derivar desde unos cursos de agua, río, arroyo, o canal;
o desde un lago; o incluso desde el mar, una parte del agua disponible en
esta, para ser utilizada en un fin específico, como pueden ser abastecimiento
de agua potable, riego, generación de energía eléctrica, acuicultura,
enfriamiento de instalaciones industriales, etc
Ilustración 2. Bocatoma desde un río
05°09′28″S 80°36′59″.
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Ilustración 3. BOCATOMA CHAVIMOCHIC, 412 m.s.n.m.
Compuerta de entrada: dispositivo hidráulico - mecánico destinado a regular el
flujo de agua u otro fluido en una tubería, en un canal, presas, esclusas, obras de
derivación u otra estructura hidráulica.
Ilustración 4. Compuerta
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Dispositivos para la medición del caudal:
Ilustración 5. Vertederos y canal parshall
]
Ilustración 6. Correntómetro
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Ilustración 7. Medidor parshall
Ilustración 8. Canal Parshall
Cruces:
o Canal de riego con dren --> puente canal
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Represas.
En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra,
hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada
o desfiladero sobre un río o arroyo con la finalidad de embalsar el agua en el
cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío,
para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego, o para
la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del
almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica al accionar
la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse
directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir
energía eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas.
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Ilustración 9. Presa Gordon en Tasmania, Australia. (en arco).
Las represas pueden constar de las siguientes partes:
Ilustración 10. Partes de una presa para hidroeléctrica
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Ilustración 11. Funcionamiento de una hidroeléctrica
o Vertedero o aliviadero;
Su función como parte de u a presa es garantizar la seguridad de la
estructura hidráulica, al no permitir la elevación del nivel, aguas arriba,
por encima del nivel máximo (NAME por su siglas Nivel de Aguas
Maximas Extraordinarias)
Ilustración 12. Aliviadero en una represa
o Descarga de fondo;
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Se denomina descarga de fondo a una estructura hidráulica, asociada a
las presas hidráulicas. Su función puede ser:
garantizar el caudal ecológico inmediatamente aguas abajo de
una presa;
permitir el vaciado del embalse para efectuar operaciones de
mantenimiento en la presa;
reducir el volumen de material sólido depositado en proximidad
de la presa.
Dado que el agua sale de la presa con una presión considerable, si el
chorro no es controlado adecuadamente puede provocar erosiones
localizadas peligrosas para la estabilidad de la presa misma. Por ese
motivo las descargas de fondo siempre están equipadas con disipadores
de energía.
o Cuencas de disipación;
La cuenca de disipación, en una obra hidráulica está destinada a
amortiguar y disipar la energía cinética del agua. Estos dispositivos son
necesarios en:
La parte inferior de un vertedero, ya sea libre o provisto de compuertas;
Cuenca de disipación a la salida de una usina hidroeléctrica. La salida de
las turbinas de una central hidroeléctrica. Cuanto más calma está el agua
al salir de la usina, mejor se habrá aprovechado la energía disponible en
el salto;
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Ilustración 13. Cuenca de disipación de una descarga de fondo.
Ilustración 14. Cuenca de disipación a la salida de una usina
hidroeléctrica.
o Bocatomas para los diversos usos del embalse;
o Escalera de peces;
Una escalera de peces es un canal con rugosidad artificialmente
aumentada, que comunica el nivel del embalse aguas arriba de la presa
con el nivel del río aguas abajo de la misma.
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La forma de la escalera debe permitir atravesar la presa a los peces que
migran en el río que ha sido cortado por la presa puedan "atravesarla".
Tiene una función de carácter eminentemente ecológico.
Ilustración 15. Escalera de peces en la presa John Day, con un
desnivel de 56 m.
o Obras provisionales durante la construcción:
Túnel de derivación;
Ensevaderas.
o Estaciones de bombeo
Las estaciones de bombeo son estructuras destinadas a elevar un fluido
desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor. Su uso es
muy extendido en los varios campos de la ingeniería, así, se utilizan en:
Redes de abastecimiento de agua potable, donde su uso es casi
obligatorio, salvo en situaciones de centros poblados próximos de
cadenas montañosas, con manantiales situados a una cota
mayor;
Red de alcantarillado, cuando los centros poblados se sitúan en
zonas muy planas, para evitar que las alcantarillas estén a
profundidades mayores a los 4 - 5 m;
Sistema de riego, en este caso son imprescindibles si el riego es
con agua de pozos no artesianos;
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Sistema de drenaje, cuando el terreno a drenar tiene una cota
inferior al recipiente de las aguas drenadas;
En muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como
de aguas servidas, cuando no puede disponerse de desniveles
suficientes en el terreno;
Un gran número de plantas industriales.
Ilustración 16. Estación de bombeo, parte del sistema de drenaje
de la ciudad de Nueva Orleans.
Una estación de bombeo puede constar de las siguientes partes:
Canal de aproximación;
Reja para el desbaste y la retención de finos;
Cámara de succión;
Bomba;
Motor, el que puede ser de muy diversos tipos, y
consecuentemente exigir infraestructura de apoyo diverentes,
como pueden ser: estaciones de transformación de energía
eléctrica, o depósitos de combustible.;
Línea de impulsión;
Dispositivo para amortiguar el golpe de ariete;
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Esclusas
Las esclusas son obras hidráulicas que permiten vencer desniveles concentrados
en canales navegables, elevando o descendiendo los navíos que se encuentran en
ellas. Pueden formar parte de las estructuras complementarias de una presa,
cuando ésta se construye sobre ríos navegables.
Son muy conocidas las esclusas del Canal de Panamá. En Europa, donde la
navegación interior está desarrollada, se puede navegar desde el Mar del Norte
hasta el Mar Negro atravesando varias esclusas.
El cruce de una esclusa es una operación bastante lenta; puesto que hay que
equilibrar los niveles de agua, primero con el tramo de canal donde se encuentra
el navío y luego con el otro nivel hacia el que saldrá el navío. El consumo de
agua es considerable; para disminuirlo se procura nunca hacer un llenado o
vaciado de la esclusa si no hay un navío que requiere de atravesarla. Ése también
es uno de los motivos por los cuales en general se construyen dos esclusas en
paralelo; así, parte del agua de vaciado de una se puede utilizar para el llenado
de la otra.
Técnicamente, el limite de desnivel que puede ser vencido con una sola esclusa es
de aproximadamente 25 m. Para desniveles mayores debe pensarse en esclusas
concatenadas, lo que dificulta aun más su operación, o debe pensarse en otros
dispositivos como:
ascensores de barcos, de los cuales ya se han construido varios tipos
planos inclinados de agua
En Bélgica, sobre el canal "du Centre", se inauguró en 2002 el ascensor funicular
de Strépy-Thieu, que permite franquear un desnivel de 73 m.
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Ilustración 17. Vista de una esclusa del Canal de Panamá.
La Rueda de Falkirk, llamada así por el cercano pueblo de Falkirk en Escocia
central, es una esclusa giratoria que funciona como un ascensor para buques y
conecta el canal Forth-Clyde con el canal Unión.
Esta rueda es única en el mundo actualmente, y podría considerarse como
símbolo de la ingeniería de Escocia, tal como la Torre Eiffel lo es de Francia y el
Puente Golden Gate de California.
Ilustración 18. La Rueda de Falkirk en acción. El edificio en forma de
cuña a la derecha es el centro de visitantes.
Estas obras pueden constar de las siguientes partes:
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o Áreas de espera, a la entrada y salida de la esclusa;
o Reservas de agua para el llenado de la esclusa;
o Canales de llenado y vaciado;
o Compuertas;
o Dispositivos electro-mecánico para inmobilizar y mover los barcos;
Sistema de abastecimiento de agua potable;
La red de abastecimiento de agua potable es un sistema de obras de ingeniería,
concatenadas que permiten llevar hasta la vivienda de los habitantes de una
ciudad, pueblo o área rural relativamente densa, el agua potable.
Componentes del sistema de abastecimiento
El sistema de abastecimiento de agua potable más complejo, que es el que utiliza
aguas superficiales, consta de cinco partes principales:
Almacenamiento de agua bruta;
Captación;
Tratamiento;
Almacenamiento de agua tratada;
Red de distribución abierta
Ilustración 19. Sistema genérico de abastecimiento de agua potable
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Sistema de recogida de aguas residuales
Sistemas de riego;
Se denomina sistema de riego o perímetro de riego, al conjunto de estructuras,
que hace posible que una determinada área pueda ser cultivada con la aplicación
del agua necesaria a las plantas. El sistema de riego consta de una serie de
componentes, los principales se citan a continuación. Sin embargo debe notarse
que no necesariamente el sistema de riego debe constar de todas ellas, el
conjunto de componentes dependerá de si se trata de riego superficial, por
aspersión, o por goteo. Por ejemplo, un embalse no será necesario si el río o
arroyo del cual se capta el agua tiene un caudal suficiente incluso en el período
de aguas bajas.
Ilustración 20. Canal principal de riego
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Ilustración 21. Obra de derivación en construcción
Ilustración 22. Vista esquemática de sistemas de riego a superficie
libre
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Ilustración 23. Riego por aspersión
Ilustración 24. Riego por goteo en frutales
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Sistemas de drenaje
La función principal de un sistema de drenaje es la de permitir la retirada de las
aguas que se acumulan en depresiones topográficas del terreno, causando
inconvenientes ya sea a la agricultura o en áreas urbanizadas. El origen de las
aguas puede ser:
Por escurrimiento superficial
Por la elevación del nivel freático, causado por el riego, o por la
elevación del nivel de un río próximo
Directamente precipitadas en el área.
Defensas ribereñas
La protección contra las inundaciones incluye, tanto los medios estructurales,
como los no estructurales, que dan protección o reducen los riesgos de
inundación.
Las medidas estructurales incluyen las represas y reservorios, modificaciones a los
canales de los ríos, defensas ribereñas, depresiones para desbordamiento, cauces
de alivio y obras de drenaje.
Las medidas no estructurales consisten en el control del uso de los terrenos
aluviales mediante zonificación, los reglamentos para su uso, las ordenanzas
sanitarias y de construcción, y la reglamentación del uso de la tierra de las
cuencas hidrográficas. Las defensas ribereñas son estructuras construidas para
proteger de las crecidas de los ríos las áreas aledañas a estos cursos de agua.
La forma y el material empleado en su construcción varía, fundamentalmente en
función de:
Los materiales disponibles localmente
El tipo de uso que se da a las áreas aledañas. Generalmente en áreas rurales se
usan diques de tierra, mientras que en las áreas urbanas se utilizan diques de
hormigón.
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Ilustración 25. Defensa rivereña en construcción
Recarga de acuíferos, Pozos de absorción
Son estructuras hidráulicas diseñadas para inducir la infiltración de aguas
pluviales en el subsuelo, de tal manera que el acuífero subterráneo pueda entrar
en equilibrio y permita el funcionamiento del abastecimiento de agua por pozos.
3. CONCEPTOS BÁSICOS DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA
La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de sus propiedades
físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a varios tipos de fuerzas. La
ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a problemas
prácticos. La ingeniería geotécnica es la ciencia y práctica de aquella parte de la
ingeniería civil que involucra materiales naturales encontrados cerca de la superficie de la
Tierra. En sentido general, incluye la aplicación de los principios fundamentales de la
mecánica de suelos y de la mecánica de rocas a los problemas de diseño de cimentaciones.
3.1. HISTORIA DE LA MECÁNICA DE SUELOS
El Dr. Nabor Carrillo, en su calidad de ex rector de la Universidad Nacional
Autónoma de México, en 1968 escribe el prefacio del libro (Juárez Badillo, E.;
Rico Rodríguez, A. 2005) y en él nos hace conocer interesantes pasajes de la vida
de Karl Terzaghi y otros investigadores mexicanos de renombre:
apuntes del curso INTRODUCCION A LA INGENIERÍA CIVIL
UANCV/FICP/CAPIC Campos de aplicación
32
“.. Los suelos son el más viejo material de construcción y el más complejo. Su variedad es enorme y
sus propiedades, variables en el tiempo y en el espacio, son difíciles de entender y de medir. A pesar
de esto, ames del siglo xx no se hizo un esfuerzo serio para atacar científicamente el estudio de la
Mecánica de los Suelos.
Sería injusto, sin embargo, desconocer la actuación aislada de hombres de gran sensibilidad e
inspiración que merecen el título de precursores de la Mecánica de Suelos. Un ejemplo brillante es
Alexandre Collin, quien en 1846 publicó sus Recherches Expérimentales sur les Glissements
Spontanés des Terrains Argileux que parece ser la primera obra sobre este asunto con filosofía
moderna y con notable perspicacia experimental. El esfuerzo aislado de Collin, sin embargo, no
encontró el clima adecuado y su labor fue apreciada y redescubierta hasta hace pocos años.
La llamada precisamente "Mecánica de Suelos" es un fruto característico de la ingeniería de nuestro
tiempo: fue a principios de este siglo, en 1913, en los Estados Unidos y en Suecia, donde se intentó
por primera vez, en forma sistemática y organizada, realizar estudios que corrigieran vicios seculares
en el tratamiento de los suelos.1
Poco después, un hombre extraordinario de nuestro tiempo, un hombre de auténtico genio, hizo
investigaciones en un laboratorio muy modesto, con el auxilio de sus cajas de puros, en una
Universidad en el Cercano Oriente. Allí nació verdaderamente la Mecánica de Suelos.
Este hombre, es el profesor Karl Terzaghi, que actualmente, a los 80 años de edad, sigue
profesionalmente activo. Terzaghi publicó en 1925 su Erdbaumechanik (Mecánica de Suelos) en
Viena. Entonces nació el término ahora mundialmente usado.
De entonces para acá ha habido una evolución muy grande y también momentos de gran
incertidumbre y desconcierto. Científicos y técnicos han tratado a la Mecánica de Suelos a veces con
desdén. "No es una rama científica, está llena de oscuridades y de dificultades, de imágenes
puramente empíricas", dicen. Sin embargo, pese a las hostilidades y a las incomprensiones, la
Mecánica de Suelos ha adquirido relevancia y, para usar un término propio de ella, se ha
"consolidado", en universidades, en centros de estudio e investigación y en oficinas de consulta.
Para los jóvenes conviene hacer una advertencia con relación a las agresiones a la Mecánica de
Suelos que pueden, tal vez oír o leer. He sabido que algunos estudiantes se preguntan si vale la pena
estudiar un asunto que es tan complejo, tan oscuro, tan difícil y, que para muchos ingenieros no tiene
"importancia práctica". Estudié Mecánica de Suelos como alumno del propio profesor Terzaghi y de
su discípulo más notable, el profesor Arturo Casagrande, actualmente en la Universidad de Harvard.
Cuando estudié este tema lo hice con el deseo de atender problemas de la ciudad de México y otros
que interesaban a la antigua Comisión Nacional de Irrigación, actualmente Secretaría de Recursos
Hidráulicos.
1
En enero de 1913, la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles nombró un "Comité Especial para hacer un
código sobre la práctica actual en relación a la capacidad de carga de los suelos". En diciembre de 1913, la
"Comisión Geométrica de los FF.CG. Suecos" inició el estadio del factor de seguridad de taludes en el sur de
Suecia. (N. de los A.)
W. David Supo P.
33
Después de años de estudio, de investigación y de ejercicio práctico como consultor en México y en el
extranjero, y después de separarme (espero que transitoriamente) de esta actividad, quiero decir que
nunca me he arrepentido de haber invertido dos años cruciales de mi vida en la Universidad de
Harvard para doctorarme en Mecánica de Suelos.
El campo es extraordinariamente atractivo. Desde muchos puntos de vista. Empecemos por lo obvio:
por la "importancia práctica".
Hace un año, el profesor Terzaghi publicó un trabajo en la Universidad de Harvard2
en el que habla
del pasado y presente de la Mecánica de Suelos. En sus observaciones hace un relato notable de
cómo fue cambiando de criterio y de punto de vista a medida que aprendía más y más. Y entre las
cosas importantes que señala en su trabajo, hay una que es significativa por sí sola. Dice el profesor
Terzaghi que durante siglos, desde que empezó la ingeniería en la India hasta fines del siglo XIX, se
pudieron construir con éxito presas de tierra a lo sumo de 20 m de altura. Las que se hicieron con
una altura mayor fracasaron tantas veces que a principios de este siglo se llegó a la conclusión de que
no era aconsejable construir cortinas de tierra de más de 20 m de altura.3
La realidad es que,
posteriormente, y con las técnicas aprendidas en la Mecánica de Suelos, con el conocimiento de los
fenómenos de las redes de flujo, de las presiones internas de poro y el mejor entendimiento sobre la
resistencia al corte de los suelos, se ha logrado, en años recientes, construir cortinas muy elevadas.4
Este es un hecho. Se puede hablar de otras muchas aplicaciones felices de la Mecánica de Suelos.
Estructuras que, sin los conocimientos actuales hubieran sido imposibles de construir. La importancia
práctica del tema no es discutible.
Pero hay otros aspectos que no suelen discutirse. La Mecánica de Suelos es una disciplina que tiene
un lugar dentro de la ciencia moderna. Es noble y digno que los jóvenes se entreguen a su estudio
con el mayor empeño, con la confianza y la seguridad de que, si así lo hacen, habrán de obtener
beneficios indudables en su formación. En efecto, la Mecánica de Suelos tiene, dentro de su enorme
amplitud, lugar y espacio para muy diferentes temperamentos. Quienes como yo tienen inclinación
por los asuntos analíticos, pueden encontrar un reto fascinante en la investigación de diversos
problemas de la Mecánica de Suelos.
Ciertamente no puede decirse —quizá no se podrá decir nunca— que la Mecánica de Suelos
constituye una rama de las matemáticas aplicadas; pero es indudable que hay campo para investigar
en ella. Muchos problemas analíticos están pendientes de solución. Las Teorías de Elasticidad y
Plasticidad han demostrado en la práctica tener trascendencia para aclarar infinidad de casos
concretos.
En el texto que ahora presento hay ejemplos precisos que confirman lo que acabo de decir.
2
Past and Future of Applied Soil Mechanics-Soil. Mechanics Series No. 62
3
Afirmación hecha en 1901 por el Consejo de Consultores de las Obras de Abastecimiento de Agua, de Nueva
York. (N. de los A.)
4
Para justificar esta afirmación pueden mencionarse las cortinas de las presas Anderson Ranch (E.U.A.) con 140
m de altura y Mud Mountain (E.U.A.) con 130 m, que son, en el momento, las mayores concluidas en el mundo.
En México pueden mencionarse El Humaya, con 100 m, El Palmito, con 95 m y la M. Ávila Camacho, con 85
m, como los máximos logros hasta el presente. La cortina del proyecto hidroeléctrico "El Infiernillo", una vez
terminada, tendrá una altura de 144.60 m. (N. de los A.)
apuntes del curso INTRODUCCION A LA INGENIERÍA CIVIL
UANCV/FICP/CAPIC Campos de aplicación
34
A quienes no tienen particularmente inclinación analítica y, en cambio, sienten pasión por la
observación y curiosidad de explorar personalmente con experimentos directos las intimidades de la
naturaleza, la Mecánica de Suelos ofrece las mejores perspectivas. Quizá los más importantes autores
de la Mecánica de Suelos son de este tipo. El propio profesor Terzaghi es así. En alguna carta me
decía que una medida de la Mecánica de los Suelos es que caben quienes "gustan de soñar con
soluciones perfectas en materiales ideales", y quienes "se interesan mucho más en investigar las
incertidumbres y complejidades de los materiales reales". Terzaghi ha dicho, además, "quien sólo
conoce la teoría de la Mecánica de Suelos y carece de experiencia práctica puede ser un peligro
público".
Pero hay más. Si bien es un hecho que el estudio de esta nueva rama hace de cualquier ingeniero un
ingeniero mejor, también es ver dad que no solamente sirve para elevar el nivel del ingeniero
técnicamente, sino para prepararlo para otras muchas posibles actividades.
El estudio de los suelos enseña humildad intelectual. El constante contacto con la realidad, que no
existe en otras ramas de la ingeniería, hace que se desarrolle la autocrítica, que se revisen todo el
tiempo las hipótesis y que se cure el vicio del dogmatismo que suelen padecer muchos técnicos. Una
vez que han resuelto, con ayuda de tablas o con ayuda de fórmulas, algún problema, se olvidan de él,
tranquilizan su conciencia y no dudan que la estructura está sana. El que trabaja con suelos no puede
tener esta filosofía conformista. Cada nuevo caso es un problema de investigación. Esto es uno de sus
grandes encantos. No es un campo dogmático de la profesión de ingeniería, sino que es un reto
intelectual sistemático, es un ejercicio de la imaginación y de la inteligencia, de la prudencia y del
sentido de observación que da frutos útiles para otras muchas posibles aplicaciones.
Me han pedido los autores que cite algunas experiencias personales y lo hago creyendo que puede
ser de utilidad para los jóvenes que lean estas líneas.
Cuando tuvimos necesidad en la Universidad de México de desarrollar el campo de la energía
nuclear, nos encontramos con que no había, por falta de antecedentes, por falta de laboratorios,
personas que pudieran realizar la promoción de los estudios experimentales de la energía nuclear en
México. El profesor William Buechner, actualmente jefe de la División de Física en el Instituto
Tecnológico de Massachusetts, era consultor nuestro y sentía preocupación porque nuestros jóvenes
físicos eran fundamentalmente teóricos, muy apreciables, pero sin el penetrante sentido de
observación que requiere quien trabaja en un laboratorio nuclear.
Después de entrevistar a una serie de candidatos, propuse al profesor Buechner que ensayáramos a
un alumno de Mecánica de Suelos. Años después Buechner me dijo que casi por cortesía aceptó el
ensayo, porque le parecía absurdo, a primera vista, que una persona entrenada en Mecánica de
Suelos (ignoro si él estaba prejuiciado también por las voces a las que antes aludí), tuviera la
preparación, los conocimientos o la filosofía, para actuar en el campo de la investigación nuclear.
Aceptó, sin embargo. Logré convencer al joven candidato de las posibilidades y los atractivos que
tendría trabajar en esa disciplina científica y mi alumno fue al Instituto Tecnológico de Massachusetts
a recibir instrucción especializada en energía nuclear, instrucción que fue para él totalmente nueva.
No tenía los menores antecedentes. No había estudiado absolutamente nada de física atómica. Un
año después, este joven realizaba ya investigación nuclear y contribuía a mejorar el laboratorio del
profesor Buechner. Recientemente, recibió un Premio de Ciencias en México. En la actualidad es
reconocido como uno de los más distinguidos investigadores en la investigación de los núcleos. En los
W. David Supo P.
35
laboratorios de Van der Graaff, Marcos Mazari ha logrado hacerse de renombre. Esto que fue
sorpresa para muchos, para mí no lo fue; porque creo que la Mecánica de Suelos da una formación
que permite insólitas transformaciones.5
Otro ejemplo. El de mi propio caso en la Universidad Nacional. Cuando tuve el honor de ser
designado Rector lamenté no tener preparación en Ciencias Sociales, Ciencias Políticas, Economía,
Sociología, qué se yo. Pensé que la Mecánica de Suelos no era tal vez el mejor de los entrenamientos
para enfrentarse al problema de servir como rector a una Universidad tan grande, tan importante y
tan compleja. Sin embargo, pronto descubrí lo muy valioso que fueron para mí los años que invertí
en la Mecánica de Suelos. Es siempre útil el ejercicio, repito, de la humildad intelectual, la
imaginación, la prudencia y el sentido de observación. Son armas que sirven para tratar con suelos y
con hombres.
México, particularmente en su capital, es un lugar ideal para estudiar Mecánica de Suelos.
El profesor Terzaghi en alguna ocasión dijo que la ciudad de México es el paraíso de la Mecánica de
Suelos. La naturaleza del subsuelo en nuestra capital ha sido causa de dolores de cabeza de los
ingenieros y constructores de todos los tiempos. Desde los aztecas hubo fracasos debido a la baja
resistencia del subsuelo mexicano; y los españoles tuvieron grandes dificultades para construir los
monumentos coloniales que nos legaron. Pero si los ingenieros de los pueblos más adelantados del
mundo no se ocuparon científicamente de los suelos hasta hace 50 años, los mexicanos no lo hicimos
hasta hace 25.
Cuando hace 30 años los estudiantes que llegábamos a la Facultad (en aquella época, Escuela
Nacional de Ingeniería), aprendimos los procedimientos de construcción, en un curso "práctico" nos
instruían sobre los métodos para determinar la resistencia de un terreno. Se hablaba de colocar una
mesa con 4 patas sobre el terreno, cargar la mesa y medir los asentamientos de la misma. De la
relación entre estos asentamientos y las cargas aplicadas se obtenían datos que, se suponía,
determinaban la resistencia del terreno y fijaban las normas sobre las cuales debía hacerse el cálculo
para una estructura que se iba a construir ahí.
Otro sistema, famoso entre los estudiantes, era el llamado sistema del barretón: se tomaba un
barretón, se levantaba un par de metros y se dejaba caer verticalmente; el barretón penetraba algunos
centímetros en la corteza del suelo; la distancia penetrada, multiplicada por la "resistencia", se
igualaba con el peso del barretón multiplicado por la altura de caída, y en esta forma se pretendía
determinar la capacidad de carga del suelo para resistir el peso de un edificio cuyas dimensiones
nadie tomaba en cuenta de antemano.
Había una cifra cabalística: la que llamaban fatiga de resistencia del terreno y ésta era la misma para
un edificio que tuviera 10 X 10 m de área, o que tuviera 100 X 100 m. Esto, que en la actualidad
suena increíble a los propios estudiantes, se nos enseñaba hace apenas 30 años. No había ninguna
información ni ninguna referencia a las propiedades de los mantos profundos del subsuelo. Las
características de la piel se suponían suficientes para garantizar la estabilidad general de una
construcción. Pero, por supuesto, en todas las épocas y en todas partes ha habido hombres dotados
5
El propio Dr. Carrillo, único científico mexicano que ha observado explosiones atómicas experimentales, ha
sido Consultor del Gobierno Mexicano desde 1946 en asuntos de energía nuclear. Actualmente es Vocal de la
CNEN. (N. de los A.)
apuntes del curso INTRODUCCION A LA INGENIERÍA CIVIL
UANCV/FICP/CAPIC Campos de aplicación
36
que han poseído ese raro sentido llamado "común". En este siglo, en México, dos hombres sobresalen
como antecedentes en Mecánica de Suelos: Roberto Gayol y José A. Cuevas. A mediados de la
década de los 30, José A. Cuevas creó gran inquietud sobre los problemas derivados de la falsa
interpretación de la resistencia de los suelos. Y fue él, indudablemente, la figura más vigorosa que
podemos encontrar como precursor del desarrollo de la Mecánica de Suelos en México. Cuevas
estaba en aquellos días construyendo la cimentación para el edificio de la Lotería Nacional. En 1936,
fui con Cuevas a la Universidad de Harvard, donde con motivo de las fiestas del tercer centenario de
su fundación, la Universidad acogía al Primer Congreso Internacional de Mecánica de Suelos.
Asistieron Terzaghi, Casagrande, Gilboy, L. White, Rutledge, Morán y muchos otros grandes hombres
en este campo. El Congreso fue para los jóvenes que estuvimos en calidad de observadores, una
auténtica revelación. El discurso inaugural de Terzaghi es un documento histórico: una obra maestra
que todo ingeniero, especializado o no en suelos, debe leer.
El Ing. Cuevas, fue también uno de los campeones contra el uso exagerado de pozos en la ciudad de
México. Cuando en 1936 la ciudad comenzó a asentarse rápidamente, a hundirse en forma cada vez
más alarmante, él advirtió, con gran instinto, los peligros que había en abusar de la extracción de
agua y alterar el equilibrio del líquido que tanta importancia tiene en la ciudad de México para el
equilibrio del suelo mismo.
Años más tarde me tocó hacer uno de los primeros trabajos analíticos sobre la relación que hay entre
las presiones del agua en los acuíferos y los asentamientos de la ciudad. Y hubo (apenas hace unos
15 años) quienes protestaron y dijeron que un pozo bien construido, cementado adecuadamente
alrededor del tubo, no tenía por qué producir asentamientos, dado que la arcilla es muy
impermeable. Se consideraba que los pozos bien hechos eran absolutamente inocuos.
Se hablaba, apenas hace 12 años, de que las causas principales del asentamiento de la ciudad de
México, eran el incremento en la carga impuesta sobre la superficie con el crecimiento del área
construida, la impermeabilización de la corteza derivada de los propios edificios y de los pavimentos
en las calles y los drenajes que extraían el agua de las capas superiores del suelo. Se suponía que el
problema era debido a causas externas: falta de agua externa que nutriera al suelo, aumento de carga
externa y alteración en las capas superficiales; no se pensaba que el origen del asentamiento estuviera
en las capas profundas en donde se había creado un desequilibrio en las presiones del agua, que ya
no eran hidrostáticas. Fue en un caso particular, muy interesante de mencionar en el que se tuvo una
evidencia clara de que el fenómeno no se debía, como se afirmaba a causas externas. (Que, por
supuesto, influyen. Un edificio alto, mal construido, mal cimentado, puede producir y ha producido
asentamientos considerables pero que sólo afectan al área vecina al edificio. Su radio de acción es del
orden de magnitud de las dimensiones del área cargada.)
En 1950 el Gobierno proyectaba realizar obras que devolvieran al Palacio de las Bellas Artes a su
nivel original. Una empresa extranjera hizo un proyecto para re cimentar al palacio por medio de
pilotes y, por medio de gatos, subirlo al nivel de la calle. Los primeros datos que se tenían parecían
muy alarmantes; se mencionaban asentamientos de Bellas Artes del orden de 30 cm por año; pero se
estaba hablando de los asentamientos absolutos del Palacio, con relación a bancos de nivel que no se
asentaban. Cuando se hizo el análisis de los asentamientos de Bellas Artes con respecto al nivel de la
calle, se descubrió algo notable: el Parque de la Alameda, que está a corta distancia del Palacio, se
hundía más aprisa que éste, con relación a los bancos de nivel absoluto; es decir, Bellas Artes en
W. David Supo P.
37
realidad estaba hundiéndose más lentamente que la calle; sus movimientos relativos eran de
recuperación, en vez de asentamiento. Bellas Artes es uno de los edificios más pesados que, por
haberse cimentado sin los conocimientos suficientes del subsuelo, se asentó más de 2 m; Bellas Artes
está rodeado de una gran área impermeabilizada. En Bellas Artes se conjugan los factores que se
decía provocan el hundimiento, en tanto que en la Alameda no hay carga, la lluvia puede penetrar
libremente y no hay drenaje; sin embargo, la Alameda se hunde más aprisa que Bellas Artes, lo cual
revela que el fenómeno se debe a causas profundas que ahora hemos identificado: a las fuerzas de
filtración provocadas en el subsuelo por el desequilibrio de las presiones del agua. Por el exagerado
bombeo en el pasado. Evidentemente, el subsuelo de la Alameda, virgen, respondía más a las nuevas
fuerzas internas que el subsuelo del palacio ya muy consolidado.
Por fortuna el problema del hundimiento de la ciudad se ha aclarado y se han tomado medidas que
han hecho que la situación mejore día a día. En pocos años, el progreso que se ha logrado en la
ingeniería, como consecuencia de un mayor conocimiento de la Mecánica de Suelos, es
extraordinario.
De la época en que se hablaba de determinar la resistencia de un terreno por medio de una mesa, al
momento en que dos ingenieros mexicanos son capaces de producir un libro de los alcances y de la
importancia del que ahora nace, hay una distancia enorme.
He hablado de aspectos prácticos, culturales e intelectuales de la Mecánica de Suelos.
Voy a terminar con una reflexión final de otra naturaleza. Hace un año recorrí países de Asia, Europa
y América. No me sorprendió encontrar en muchas partes incomprensión o desconcierto con relación
a la Mecánica de Suelos. Falta de información. Pero sí me sorprendió, gratamente, encontrar en Hong
Kong, en Pekín, en Estambul, en Estocolmo, en Londres, y en Sao Paulo y Buenos Aires, verdaderos
apóstoles de la Mecánica de Suelos. En cadena se me abrían las puertas de una fraternidad de
amigos. Y descubrí en todos esos ingenieros, además, una mística común. Vi que todos realizan una
tarea desinteresada de promoción de la Mecánica de Suelos. Se nota en todos los rumbos del planeta
la influencia de un gran hombre que es, sin duda, el corazón de la Mecánica de Suelos. Arthur
Casagrande, cuya influencia en este primer texto mexicano es evidente. Primero como discípulo
predilecto y devoto del maestro Terzaghi; después como profundo investigador y consultor, y,
finalmente, como profesor extraordinario, como maestro auténtico y generoso cuyo sentido de
responsabilidad hacia sus discípulos desborda los cauces establecidos, Casagrande ha dado alma a
esta nueva rama de la ciencia. Si a la Mecánica de Suelos se deben presas de tierra de alturas sin
precedente, a ella se debe también que en Harvard haya surgido un profesor de ciencia que tiene
estatura humana extraordinaria.
La personalidad de Casagrande es un estímulo y una garantía para quienes abrazan la especialidad
que trata con el material que conjuga a dos de los cuatro elementos de la naturaleza que fascinaron a
los hombres de antes y siguen fascinando a los hombres de hoy. La tierra y el agua.
NABOR CARRILLO”
apuntes del curso INTRODUCCION A LA INGENIERÍA CIVIL
UANCV/FICP/CAPIC Campos de aplicación
38
Imagen 1 Bjerrum-Terzaghi-Casagrande (Agosto 1957)
3.2. CRONOLOGÍA DEL NACIMIENTO DE LA MECÁNICA DE
SUELOS
La Mecánica del Suelo es una ciencia relativamente joven; su nombre actual existe
desde 1925, año en el que el profesor checo Karl Terzaghi publicó en Viena su
tratado “Erdbaumechanik”. Es evidente que, mucho antes de Terzaghi, los
constructores, ingenieros y arquitectos se habían preocupado por el suelo. Hay
estudios del mismo, considerado desde el punto de vista constructivo, que se
remontan a épocas muy anteriores; los habitantes prehistóricos construyeron
ciudades lacustres sobre lagos, en lo que ahora es Suiza e Italia. Erigieron
habitáculos sobre pilotes, los palafitos: esto implica cierta experiencia en el
comportamiento del suelo.
Los pueblos de la Antigüedad, persas, griegos y romanos, construyeron puentes,
templos monumentales, grandes obras hidráulicas como los acueductos, etc.
En la Mesopotamia, el pueblo sumerio (3500 a.C.) utiliza el adobe y ladrillo en sus
construcciones y construye caminos con la superficie estabilizada con asfalto.
(Gallegos 1999).
En la dinastía Chou, 1000 A. C. se dan recomendaciones para construir los
caminos y puentes. El siglo XVII trae las primeras contribuciones literarias
sobre ingeniería de suelos y el siglo ХVIII marca el comienzo de la
Ingeniería Civil, cuando la ciencia se toma como fundamento del diseño
estructural.
W. David Supo P.
39
En la Edad Media, la construcción de las catedrales, con su gran peso,
implica que ya tenían conocimientos importantes sobre el comportamiento
de los suelos. Pero es a partir del siglo XVIII cuando los estudios de las
tierras tienen un desarrollo más técnico, se precisan las nociones de
equilibrio, empuje de tierras sobre muros, etc.
Vauban, 1687, ingeniero militar francés da reglas y fórmulas empíricas para
construcción de muros de contención.
Bullet, 1691, (francés), presenta la primera teoría sobre empuje de tierras y
a ella contribuyen los franceses Couplet (1726). Coulomb (1773), Rondelet
(1802), Navier (1839), Poncelet (1840) y Collin (1846). Más adelante el
escocés Rankine (1857) y el suizo Culman (1866).
En 1773, Coulomb (francés), relaciona la resistencia al corte con la
cohesión y fricción del suelo. En 1857, Rankine (escocés), presenta su
teoría del empuje de tierras. En 1856, se presenta la "Ley de Darcy"
(Francia) y la 'Ley de Stokes'" (Inglaterra), relacionadas con la
permeabilidad del suelo y la velocidad de caída de partículas sólidas en
fluidos.
Culman (1866) aplica gráficamente la teoría de Coulomb a muros de
contención. En 1871, Mohr (Berlín) desarrolla el cálculo de esfuerzos (una
representación gráfica) en un punto del suelo dado.
1873, Bauman (Chicago) afirma que el área de la zapata depende de la
carga de la columna y recomienda valores de carga en arcillas.
En 1885 Boussinesq (Francia) presenta su teoría de distribución de
esfuerzos y deformaciones por cargas estructurales sobre el terreno.
En 1890. Hazen (USA) mide propiedades de arenas y cascajo para filtros.
En 1906, Strahan (USA) estudia la granulometría para mezclas en vía.
En 1906, Müler, experimenta modelos de muros de contención en
Alemania.
En 1908, Warston (USA), investiga las cargas en tuberías enterradas.
En 1911, Atterberg (Suecia), establece los límites de Atterberg para suelos
finos.
En 1913, Fellenius (Suecia), desarrolla métodos de muestreo y ensayos
para conocer la resistencia al corte de los suelos y otras propiedades.
apuntes del curso INTRODUCCION A LA INGENIERÍA CIVIL
UANCV/FICP/CAPIC Campos de aplicación
40
Además, desarrolla el método sueco del círculo para calcular la falla en
suelos cohesivos.
En 1925, Terzagui, presenta en Viena el tratado ERDBAUMECHANIK que
hace de la Mecánica de Suelos una rama autónoma de la Ingeniería. El
científico de Praga, Karl Terzagui, es considerado el padre de la Mecánica
de Suelos Moderna.
3.2.1. KARL VON TERZAGHI
Imagen 2. Karl von Terzaghi (1883 -1963): El fundador de la mecánica
de suelos.
W. David Supo P.
41
Karl von Terzaghi (Praga, 2 de octubre de 1883 — Winchester, Massachusetts,
Estados Unidos, 25 de octubre de 1963) fue un ingeniero austríaco reconocido
actualmente como el padre de la Mecánica de los suelos y de la Ingeniería
Geotécnica.
Desde el comienzo de su carrera dedicó todos sus esfuerzos a buscar un método
racional que resolviera los problemas relacionados con la ingeniería de suelos y
fundaciones. La coronación de sus esfuerzos se dio en 1925 con la publicación de
Erdbaumechanik, considerada hoy como el punto de partida de la mecánica de los
suelos como nuevo rama de la ciencia en la ingeniería.
De 1925 a 1929 trabajó en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, donde inició
el primer programa Norte Americano sobre mecánica de los suelos y con eso hizo
que esta ciencia se convirtiera en una materia importante en la Ingeniería Civil.
En 1938 pasó para la Universidad de Harvard donde desarrolló y enseñó su curso
sobre geología aplicada a la ingeniería, jubilándose con profesor en 1953 con 70
años de edad. Se nacionalizó como ciudadano de los Estado Unidos de América
en 1943.
Su libro Soil Mechanics in Engineering Practice, escrito en conjuntamente a Ralph
B. Peck, es de consulta obligatoria para los profesionales de la ingeniería
geotécnica. Es considerado uno de los mejores ingenieros civiles del siglo XX.
Dentro de su producción bibliográfica destacan las siguientes:
Terzaghi, K., Erdbaumechanik. auf bodenphysikalischer Grundlage, Leipzig
und Wien, Franz Deuticke (1925)
Terzaghi, K., Theoretical Soil Mechanics, John Wiley and Sons, New York
(1943) ISBN 0471853054.
Terzaghi, K., Peck, R. B. and Mesri, G., Soil Mechanics in Engineering
Practice, 3rd Ed. Wiley-Interscience (1996) ISBN 0471086584.
Terzaghi, K., "Large Retaining Wall Tests", Engineering News Record Feb.1,
March 8, April 19 (1934).
Terzaghi, K., From theory te lo practice in soil mechanics; Selections from the
writings of Karl Terzaghi, with bibliography and contributions on his life and
achievents John Wiley and Sons (1967).
apuntes del curso INTRODUCCION A LA INGENIERÍA CIVIL
UANCV/FICP/CAPIC Campos de aplicación
42
Terzaghi, Karl, and Ralph B. Peck. Soil Mechanics in Engineering Practice.
New York: Wiley (1967).
Terzaghi, K., Proctor, R. V. and White, T.
L., "Rock Tunneling with Steel Supports,"
Commercial Shearing and Stamping Co.
(1946).
Terzaghi, K., American Society of Civil
Engineers, "Terzaghi Lectures, 1974-
1982," American Society of Civil
Engineers (1986) ISBN 087262532X.
Reseña histórica de Karl von Terzaghi
presentada en (Kurrer 2008) traducida e ilustrada por el autor del presente apunte:
Nacido en Praga (1883)
Estudió ingeniería mecánica en Graz TH
Imagen 3. Ing. Karl Terzaghi, a los 23 años de edad (1907)
Posteriormente, trabajó para
varias empresas de construcción en Austria,
Rusia, y en otros lugares; intrigado por casos
de daño, decidió cuando aún era joven
explorar los límites entre la geología y la
ingeniería civil
1916-25: Profesor en
Constantinopla
W. David Supo P.
43
1925: publicación de su libro Erdbaumechanik auf bodenphysikalischer
Grundlage (mecánica de suelos sobre la base de la física de suelos) (Terzaghi,
1925)
1925-29: Profesor en el MIT, en Boston. EE.UU.
En la primavera de 1936
junto a Fróhlich publica el libro titulado Theorie
der Setzung von Tonschichten (teoría de la
solución de estratos de arcilla) (Terzaghi y
Fröhlich, 1936) (Fig. 11-16)
1929 a 1938: Profesor en
Viena TH
1939: profesor de
ingeniería geológica y mecánica del suelo en la
Universidad de Harvard, Cambridge. EE.UU.
3.3. DEFINICIONES BASICAS
3.3.1. INGENIERÍA GEOTÉCNICA
La ingeniería geotécnica es la ciencia y práctica de
aquella parte de la ingeniería civil que involucra
materiales naturales encontrados cerca de la superficie de
la Tierra. En sentido general, incluye la aplicación de los
principios fundamentales de la mecánica de suelos y de la
mecánica de rocas a los problemas de diseño de
cimentaciones. [1]
La Ingeniería Geotécnica (IG) constituye una de las principales ramas de la
Ingeniería Civil y como tal, presenta facetas que han sufrido el mismo derrotero
que esta última a través del tiempo y a lo largo de la evolución de la civilización.
Hasta principios de la década de 1960, los especialistas en ingeniería geotécnica
estaban agrupados en la ISSMFE (“International Society of Soil Mechanics and
Foundation Engineering”). Luego aparecieron nuevas sociedades como la ISRM
apuntes del curso INTRODUCCION A LA INGENIERÍA CIVIL
UANCV/FICP/CAPIC Campos de aplicación
44
(“International Society for Rock Mechanics”) en 1962 y la IAEG (“International
Association of Engineering Geology”) en 1970. [2]
Imagen 4. ISSMGE International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. (www.issmge.org)
Imagen 5. International Society for Rock Mechanics (www.isrm.net)
W. David Supo P.
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3.3.2. GEOLOGÍA
La geología es la ciencia de la tierra: Especialmente los procesos de su interior y las
transformaciones que afectan a los minerales y las rocas en su superficie. Es la
ciencia de la historia de la tierra; los procesos de su formación, su desarrollo, los
cambios, hasta la situación actual. La geología nació por una parte del deseo del
ser humano para entender su entorno - su mundo. El otro empuje era la necesidad
de mejorar su entorno: La búsqueda de recursos naturales -mineralógicos,
geológicos- era mucho más eficiente con un buen conocimiento de los procesos de
la tierra. En los últimos años la definición geología se extendió también a los otros
cuerpos del sistema solar: La geología forma también parte de la planetología. Los
planetas muestran un ambiente diferente a la tierra, pero la pauta general de los
procesos interiores y exteriores es la misma o comparable. [1]
Imagen 6. Geología
Fuente: [1]
3.3.3. MECÁNICA DE SUELOS
La mecánica de suelos es la rama de la ciencia que trata el estudio de sus
propiedades físicas y el comportamiento de masas de suelos sometidas a varios
tipos de fuerzas. La ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la
mecánica de suelos a problemas prácticos. [2]
apuntes del curso INTRODUCCION A LA INGENIERÍA CIVIL
UANCV/FICP/CAPIC Campos de aplicación
46
Terzaghi en su libro Theoretical Soil Mechanics (, define:
“La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de
la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería
que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no
consolidadas de partículas sólidas, producidas por la
desintegración mecánica o descomposición química de
las rocas, independientemente que tengan o no
contenido de materia orgánica.”
Según (Jimenez Salas, J. A.; De Justo Alpañes, J. L. 1975): “Ciencia que se ocupa
de las modificaciones que en los estados de equilibrio y de tensiones de la corteza
terrestre producen las construcciones humanas.”
La mecánica de suelos incluye: (Juárez Badillo, E.; Rico Rodríguez, A. 2005)
a. Teorías sobre el comportamiento de los suelos sujetas a cargas; basadas
en simplificaciones necesarias, dado el estado actual de la teoría.
b. Investigación de las propiedades físicas de los suelos.
c. Aplicación del conocimiento teórico y empírico de los problemas
prácticos.
La mecánica de suelos es la aplicación de la mecánica a los problemas geotécnicos.
Ella estudia las propiedades, comportamiento y utilización del suelo como material
estructural, de tal modo que las deformaciones y resistencia del suelo ofrezcan
seguridad, durabilidad y estabilidad de las estructuras.
La estructura del suelo puede ser natural (la del suelo "in situ"), como un talud,
canal en tierra o artificial (suelo como material de construcción), como un terraplén
o un relleno.
En resumen: la Mecánica del Suelo estudia problemas de equilibrio y deformación
de masas de tierra. Masas de tierra conformadas por varias capas de suelos de
naturaleza y espesores diferentes. Suelos que en sí ya no son homogéneos ni
monofásicos, sino que en cada uno de los diferentes tipos de suelo, nos
encontramos con la fase sólida de las partículas de suelo propiamente dicho, y con
otras fases como aire, agua o hielo, e incluso gas. Existen conexiones con otras
ciencias y disciplinas, como la Química, la Geología, la Hidráulica, etc. Las masas
W. David Supo P.
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de tierras pueden estar sometidas a esfuerzos interiores y exteriores también de
naturaleza e intensidad diferentes, como pueden ser acciones hidráulicas,
vibratorias, sísmicas, gravitatorias, etc. (Gonza lez C. 2001)
3.3.4. ROCA
Agregado natural de partículas minerales (más bien cristales) unidas por fuerzas
cohesivas potentes y permanentes. Se suele considerar roca si su resistencia a la
compresión simple, sin drenaje, qu (o R
u ). (“u" del inglés undrained), es mayor que
5 kg/cm2.
En general las rocas duras y compactas constituyen un terreno de cimentación
excelente, siempre que la solera de excavación esté libre de material alterado y las
posibles diaclasas se rellenen con hormigón.
Las rocas se clasifican según su origen en ígneas, sedimentarias y metamórficas.
Ejemplo de ígneas: granitos, pórfidos, sienita, diorita, gabro, diabasa, ofita, gneis,
basaltos, pumicita, etc. Ejemplo de sedimentarias silíceas: sílex, jaspe, areniscas,
etc. Ejemplo de sedimentarias arcillosas: arcillitas, margas, etc. Ejemplo de
sedimentarias cálcicas: calizas, dolomías, etc. Ejemplo de metamórficas: gneis,
micacitas, pizarras, esquistos, cuarcitas, serpentinas, mármoles, etc. (Gonza lez C.
2001)
3.3.5. SUELO
En el sentido general de la ingeniería, suelo se define como el agregado no
cementado de granos minerales y materia orgánica descompuesta (partículas
sólidas) junto con el líquido y gas que ocupan los espacios vacíos entre las
partículas sólidas. El suelo se usa como material de construcción en diversos
proyectos de ingeniería civil y sirve para soportar las cimentaciones estructurales.
Por esto, los ingenieros civiles deben estudiar las propiedades del suelo, tales como
origen, distribución granulométrica, capacidad para drenar agua, compresibilidad,
resistencia cortante, capacidad de carga, y otras más. (Das 2001)
Los materiales que constituyen la corteza terrestre son clasificados por el ingeniero
civil, en forma arbitraria, en dos categorías: suelo y roca. Se llama suelo a todo
agregado natural de partículas minerales separables por medios mecánicos de poca
intensidad, como agitación en agua. Por el contrario, roca es un agregado de
minerales unidos por fuerzas cohesivas poderosas y permanentes. Como los
términos “poderosas” y “permanentes” están sujetos a interpretaciones diversas, el
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límite entre suelo y roca resulta necesariamente arbitrario, y existen muchos
agregados naturales de partículas minerales que son difíciles de clasificar.
(Terzaghi, K. - Peck, R. B. 1978).
Citamos también la definición de suelo del Ing. Carlos Crespo V. de (Crespo
Villalaz 2004): "Suelo es una delgada capa sobre la corteza terrestre de material
que proviene de la desintegración y/o alteración física y/o química de las rocas y de
los residuos de las actividades de los seres vivos que sobre ella se asientan".
3.3.6. LA TIERRA
La Tierra es el tercer planeta desde el Sol, el quinto más grande de todos los
planetas del Sistema Solar y el más denso de todos, respecto a su tamaño. Se
desplaza en una trayectoria apenas elíptica alrededor del Sol a una distancia de
unos 150 millones de kilómetros. El volumen de la Tierra es más de un millón de
veces menor que el del Sol, mientras la masa terrestre es 81 veces mayor que la de
su satélite, la Luna. Es un planeta rocoso geológicamente activo que está
compuesto principalmente de roca derretida en constante movimiento en su
interior, cuya actividad genera a su vez un fuerte campo magnético. Sobre ese
ardiente líquido flota roca solidificada o corteza terrestre, sobre la cual están los
océanos y la tierra firme. (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)
Datos Generales de la Tierra
Radio ecuatorial: 6378 km
Radio polo/polo: 6357 km
La tierra no es un globo. A causa de la rotación de la tierra el radio ecuatorial es
21 km más largo como el radio polo N-polo S. La forma de la tierra entonces es
un elipsoide de rotación.
Volumen: 1,083 X 1012
km3
Masa: 6 X 1021
ton
Peso específico promedio: 5.517 g/cm3
La tierra tiene una densidad o peso específico relativamente alta, (una roca
común como cuarzo tiene solamente 2,65 g/cm3). La causa es la acumulación de
minerales pesados en el núcleo y el manto a causa de la diferenciación. Es decir
los minerales pesados durante y después de la formación de la tierra se movieron
hacia abajo, los livianos se quedaron en la corteza.
W. David Supo P.
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Edad: 4.65 mil millones de años
Rocas más antiguas: 3.75 mil millones de años
La tierra se formó 4650 millones años atrás. Las rocas más antiguas de la tierra
que se conoce marcan un edad de 3750 millones de años.
Océanos/Continentes
La tierra firme solo cubre 29% de la tierra, el resto son los océanos.
Fuente de la información: (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007).
3.3.7. Estructura de la Tierra
“En un esquema simplista, el globo terrestre está constituido, primeramente, por un
núcleo formado predominantemente por compuesto de hierro y níquel. Se
considera, al presente, que la densidad media de este núcleo es considerablemente
superior a la de capas más superficiales; también puede deducirse, del estudio de
transmisión de ondas sísmicas a su través, que el núcleo carece de rigidez y esta
característica ha inducido a la mayoría de los investigadores a juzgarlo fluido; existe
la opinión, empero no suficientemente comprobada, de que una zona en torno al
centro del Planeta (sobre unos 1300 km contra 3,400 km de radio de todo el
núcleo) posee alta rigidez, por lo que deben ser considerada sólida, en vez de
fluida. Un manto fluido (magma) rodea al núcleo.
Envolviendo al
manto mencionado
se encuentra la
corteza terrestre, capa
de densidad
decreciente hacia la
superficie, formada
sobre todo por
silicatos. Esta capa,
de espesor medio 30-40 km en las plataformas continentales, está constituida por
grandes masas heterogéneas con depresiones ocupadas por los mares y océanos.
Toda esta corteza se encuentra aproximadamente en estado de balance isostático,
flotando sobre el magma terrestre, más denso. La separación entre la parte fluida y
la corteza que la envuelve suele considerarse abrupta, antes que gradual
(discontinuidad de Mohorovicic).
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Suprayaciendo a la corteza terrestre propiamente dicha, existe una pequeña capa,
formada por la disgregación y descomposición de sus últimos niveles; esta pequeña
pátina del Planeta, es el suelo, del cual se trata en la Mecánica de Suelos.” (Juárez
Badillo, E.; Rico Rodríguez, A. 2005)
Imagen 7. Estructura de la Tierra (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)
W. David Supo P.
51
Imagen 8. Composición de la corteza terrestre
Fuente: (Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)
3.3.8. Métodos de investigación
¿Cómo se puede encontrar informaciones del interior de la tierra? (Wolfgang
Griem - Susanne Griem Klee 1998-2007)
A. Perforaciones: Por medio de sondajes se puede investigar solamente los
primeros 12 kms. La perforación más profunda del mundo se realizó en la ex-
Unión Soviética con una profundidad de 12km. La ventaja de los sondajes es la
posibilidad de tomar muestras a distintas profundidades.
B) Métodos geofísicos:
B.1) Sismología: Por medio de ondas sísmicas se puede detectar
discontinuidades, cambios petrográficos, diferenciar entre rocas sólidas y
rocas fundidas. Este método es el más importante en la investigación de la
geología del interior de la tierra.
B.2) Gravimetría: La Gravimetría detecta anomalías de la gravedad,
cuales permiten una calculación de la densidad y/o del espesor de la
corteza terrestre.
B.3) Volcanología: Algunos (pocos) volcanes tienen su cámara de
magma en altas profundidades (manto superior). El análisis de estas rocas
volcánicas da informaciones de estas profundidades.
3.4. CIMENTACIONES
Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales cuya misión es
transmitir las cargas de la edificación o elementos apoyados a este al suelo
distribuyéndolas de forma que no superen su presión admisible ni produzcan
cargas zonales. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que
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52
la de 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). [4]
3.4.1. PROFUNDIDAD DE CIMENTACIÓN
-McCarthy recomienda cimentar por debajo del nivel activo o erosión potencial, si
se trata de arenas compactas. En el caso de arcillas o limos firmes, recomienda
cimentar por debajo del nivel activo por cambios de volumen.
-Manuel Delgado Vargas, en su libro “Ingeniería de Cimentaciones”, afirma que se
requiere cierta profundidad de cimentación, para evitar la socavación del suelo por
debajo del cimiento superficial, siendo ésta de 0.50 m.
-Para el ATM, Army Technical Manual (Manual técnico del ejercito de EEUU.) y el
AFM, Air Force Manual, la profundidad de cimentación debe ser de 1.20m, para
considerar el cambio de volumen del suelo, debido al efecto del hielo y deshielo.
-En las Normas Peruanas de Estructuras, se especifica que la mínima profundidad
es de 0.80 m, y si se usa albañilería portante con losa de concreto armada en dos
sentidos, y viga perimetral que sea de 0.40 m.
-Carlos Crespo Villalaz da una ecuación para determinar la profundidad de
cimentación Df, en función del índice plástico (IP):
Donde: Df está en metros, γ es el peso específico de masa en ton/m3, e IP en
porcentaje. Por ejemplo para IP = 10%, y γ = 1.8 ton/m3, Df = 1.44 m.
3.4.2. TIPOS DE CIMENTACION
Cimentaciones Superficiales
Cimentaciones Profundas
W. David Supo P.
53
3.4.2.1. CIMENTACIONES SUPERFICIALES
Son aquellas que se apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo,
por tener éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de
importancia secundaria y relativamente livianas. En este tipo de cimentación, la
carga se reparte en un plano de apoyo horizontal.
En estructuras importantes, tales como puentes, las cimentaciones, incluso las
superficiales, se apoyan a suficiente profundidad como para garantizar que no se
produzcan deterioros. Las cimentaciones superficiales se clasifican en:
Cimentaciones ciclópeas.
Zapatas.
o Zapatas aisladas.
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o Zapatas corridas o continuas.
Se emplea normalmente este tipo de cimentación para sustentar muros
de carga, o pilares alineados relativamente próximos, en terrenos de
resistencia baja, media o alta. Las zapatas de lindero conforman la
cimentación perimetral, soportando los pilares o muros
excéntricamente; la sección del conjunto muro-zapata tiene forma de |_
para no invadir la propiedad del vecino. Las zapatas interiores
sustentan muros y pilares según su eje y la sección muro-zapata tiene
forma de T invertida _|_; poseen la ventaja de distribuir mejor el peso
del conjunto.
W. David Supo P.
55
o Zapatas conectadas
Las zapatas conectadas consisten en dos zapatas independientes unidas
a través de una viga de cimentación. Este elemento busca transmitir el
momento generado por la excentricidad que se presenta en la zapata
exterior, a la zapata interior por lo que la zapata exterior se dimensiona
alargada para que tenga la menor excentricidad. La viga debe ser lo
suficientemente rígida como para garantizar esta transferencia y debe
ser capaz de resistir las cargas transmitidas.
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56
o Zapatas combinadas.
Losas de cimentación.
W. David Supo P.
57
3.4.2.2. CIMENTACIONES PROFUNDAS
Estas soluciones son menos frecuentes por ser más costosas. Estas cimentaciones
transmiten las cargas de la estructura al terreno con mayor capacidad de soporte
situado bajo el terreno más superficial. Se utiliza únicamente cuando resulta más
barato que retirar el terreno de poca capacidad portante y sustituirlo por otro más
resistente.
Sección de un terreno en el que emplearíamos cimentación profunda
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58
Dentro de las cimentaciones profundas se incluyen:
Pilotes
W. David Supo P.
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60
4. CONCEPTO BÁSICOS DE INGENIERÍA DE TRANSPORTE E
INFRAESTRUCTURA VIAL.
Se entiende por Ingeniería de Transportes e Infraestructura Vial, como el conjunto de
conocimientos, habilidades, destrezas, prácticas profesionales, principios y valores,
necesarios para satisfacer las necesidades sociales sobre movilidad de personas y bienes.
La Ingeniería de Transportes y Vías, es una especialidad de la profesión de ingeniería civil,
basada en la aplicación de las ciencias físicas, matemáticas, la técnica y en general el
ingenio, en beneficio de la humanidad. Comprende las siguientes actividades:
Planificación del transporte
Economía del transporte
Diseño y mantenimiento de pavimentos
Diseño de vías ciclistas urbanas
Diseño geométrico de carreteras
Diseño de estacionamientos
4.1. Planificación del transporte
Las ciudades en la actualidad
constituyen complejos sistemas en
los que se desarrollan un gran
número de funciones
fundamentales para la vida en el
mundo moderno. El sistema de
transporte posibilita el movimiento
de personas y bienes
imprescindibles para mantener el
desarrollo de las actividades
socioeconómicas. El transporte es
sin duda un factor de desarrollo
económico que cada ingeniero civil debe ser capaz de administrar adecuadamente. [2]
Ilustración 26. Distribuidor “La Araña” Caracas-Venezuela
Fuente:http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=1320925&page=4
W. David Supo P.
61
Ilustración 27. Intercambio Vial Javier Prado – Lima-Perú
Fuente: http://www.skyscrapercity.com/showthread.php?t=429990
4.2. Economía del transporte
Se refiere a la estimación de los presupuestos de las obras de infraestructura vial, éstas a
diferencia de las obras puntuales tienen alto grado de variabilidad debido a la dificultad de
contar con estudios geotécnicos detallados. Asimismo está comprendido en esta actividad el
control de costos de producción, diarios, semanales, quincenales y mensuales, como
herramienta clave para su optimización.
4.3. Diseño y mantenimiento de pavimentos
Esta actividad se refiere a la selección del tipo de pavimento a
proyectar de acuerdo a las características de la zona de estudio,
determinación de los espesores de las capas que conformarán la
estructura del pavimento, las características de la capa de
rodamiento que puede haberse definido como losa de concreto
hidráulico, carpeta asfáltica o mezcla de agregados y materiales
bituminosos especiales. Basados en evaluaciones del estado
superficial y estructural de la vía también se diseñan y planifican
trabajos de mantenimiento, rehabilitación y mejoramiento.
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62
Ilustración 28. Estructura de pavimento asfáltico convencional
4.4. Diseño de ciclovías (vías ciclistas urbanas)
Como obras de equipamiento urbano se
tiene las ciclovías cuya función principal es la
de proporcionar una estructura confortable
para que el tránsito de personas en
bicicletas, como efectiva alternativa de
reducción de emisiones contaminantes de
los vehículos al ambiente. Son vías
independientes de las vías carrozables,
constan generalmente de 2 carriles.
W. David Supo P.
63
Ilustración 29. Ciclovía en México, DF
Fuente: http://www.reforestamosmexico.org/blog/general/%C2%BFciclovias-en-el-d-f
Ilustración 30. Ciclovía en Francia, inaugurada en Julio 2010
Fuente: http://www.veoverde.com/2010/07/londres-estrena-nuevas-ciclovias/
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4.5. Diseño geométrico de carreteras
El Diseño geométrico de carreteras es la actividad de la ingeniería civil que consiste en situar
el trazado de una carretera o calle en el terreno. Los condicionantes para situar una
carretera sobre la superficie son muchos, entre ellos la topografía del terreno, la geología, el
medio ambiente, la hidrología o factores sociales y urbanísticos. El primer paso para el
trazado de una carretera es un estudio de viabilidad que determine el corredor donde podría
situarse el trazado de la vía. Generalmente se estudian varios corredores y se estima cuál
puede ser el costo ambiental, económico o social de la construcción de la carretera. Una vez
elegido un corredor se determina el trazado exacto, estimando en el proyecto de
construcción el costo total. [4]
El diseño geométrico de una carretera básicamente se resume a un diseño en planta y un
diseño en elevación según normas nacionales o internacionales. En nuestro país, en
proyectos viales que ejecuta el Ministerio de Transportes y Comunicaciones, se usa el
“Manual de diseño geométrico de carreteras” DG-2001.
El diseño en planta comprende la definición de las progresivas de inicio y fin de proyecto,
tangentes (tramos rectos de la carretera), curvas horizontales, sobre anchos, entre otros; el
diseño en elevación comprende la definición de pendientes y curvas verticales. En ambos
W. David Supo P.
65
casos también se deben definir los volúmenes del movimiento de tierras, el tipo y ubicación
de las obras de arte que la vía requiera, tipo y ubicación de la señalización y obras
complementarias.
4.6. Diseño de estacionamientos
En esta actividad se tiene tanto los procedimientos de diseño geométrico como el estructural
de pavimentos destinados a estacionamientos vehiculares generalmente en zonas urbanas.
Uno de los problemas más críticos en las grandes urbes es la escasez de espacios para
estacionamiento vehicular, lo que se constituye en un reto para la ingeniería resolverlo.
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66
5. CONCEPTOS BASICOS DE GERENCIA E INGENIERIA DE
CONSTRUCCION.
Es la rama de la ingeniería civil que se encarga de
realizar las estimaciones de cuanto costará
determinado proyecto, del tiempo que tardará en
realizarse una obra, de tramitar los permisos
correspondientes al momento de iniciar un proyecto,
de elaborar contratos entre propietario e ingeniero, de
realizar inspecciones para corroborar que todo se haga
de acuerdo a los planos y especificaciones
predeterminados, de realizar el calendario de
actividades por el cual se regirá el contratista para
realizar la obra, de realizar la gerencia del proyecto
entre otros aspectos. [4]
En esta área se pueden situar a los ingenieros que dirigen o que integran el directorio de una
empresa constructora o consultora (gerente general, gerente de obras, gerente de proyectos,
jefes de ingeniería), residentes de obra, ingenieros de campo (asfaltos, explanaciones,
transportes, obras de arte), entre otros. Asimismo; los profesionales en ingeniería civil que
prestan servicio en entidades públicas (gobiernos locales, regionales, ministerios, programas
especiales del estado, entre otros.) como miembros de alta dirección, inspectores, residentes
de obra, proyectistas, asesores técnicos en el área de ingeniería.
W. David Supo P.
67
Ilustración 31. Organigrama en oficina central de empresa constructora grande
Fuente: Costos y Presupuestos, J. Ramos Salazar.
Ilustración 32. Organigrama de obra, grande
Fuente: Costos y Presupuestos, J. Ramos Salazar.
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En el mercado actual existe una gran cantidad de herramientas informáticas especializadas
que los profesionales en gerencia e ingeniería de construcción tienen a su disposición, por
ejemplo: Para estimar el presupuesto de una obra en nuestro país es ampliamente usado el
software S10 del grupo SISTEMA 10, para programar y efectuar un control del avance físico
de las obras se usa por lo general el Microsoft Project o el Primavera Planner, entre otros.
W. David Supo P.
69
6. Referencias Bibliográficas
[1] Wikipedia®, «Wikipedia,» Fundación Wikimedia, Inc., 4 Enero 2012. [En línea].
Available: http://es.wikipedia.org. [Último acceso: 5 Julio 2012].
[2] B. M. Das, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, [S.l.]: Cengage Learning Latin
Am, 2001.
[3] R. J. Rocca, "LA EVOLUCIÓN A LARGO PLAZO DE LA INGENIERÍA
GEOTÉCNICA," vol. 9, no. 1, 2009.
[4] Wolfgang Griem - Susanne Griem Klee, «Geología General,» 1998-2007. [En
línea]. Available: http://www.geovirtual2.cl/geologiageneral/geogenap.html. [Último
acceso: 10 Febrero 2010].
[5] «Introducción a la Ingeniería,» 14 Agosto 2008. [En línea]. Available:
http://sjnavarro.wordpress.com/planificacion-de-transporte. [Último acceso: 6 Julio
2012].
[6] C. Crespo Villalaz, Mecánica de Suelos y Cimentaciones, México: Limusa, 2004.
[7] Juárez Badillo, E.; Rico Rodríguez, A., Mecánica de Suelos I: Fundamentos de la
Mecánica de Suelos, vol. I, México: Limusa, 2005.
[8] M. Gonza lez C., El terreno. Aula d'arquitectura/ETSAB, 44, Barcelona: Edicions
UPC, 2001.
[9] K.-E. Kurrer, The History of the Theory of Structures: From Arch Analysis to
Computational Mechanics, Berlin: Ernst & Sohn, 2008.
[10] Terzaghi, K. - Peck, R. B., Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica, España: El
Ateneo, 1978.
[11] Gieck, K. - Gieck, R., Manual de Fórmulas Técnicas, España: Alfaomega, 2003.
[12] H. Gallegos, La Ingeniería, Lima, Perú: UPC, 1999.
[13] Jimenez S., J. A. - De Justo A., J. L., Geotecnia y Cimientos I, Propiedades de los
suelos y de las rocas, 2 ed., vol. I, Madrid (España): Rueda, 1975.
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