Geología

Ingeniería geotécnica

Mecánica de suelos

 AGUA SUBTERRÁNEA: MODELADO CÁRSTICO

El agua subterránea procede del agua de las precipitaciones atmosféricas (lluvia, nieve) que se infiltra en el terreno por los poros de las rocas o bien a través de las grietas. 
La porosidad de una roca es el volumen ocupado por los poros y grietas partido por el volumen de la roca. La porosidad nos indica la cantidad de agua que una roca puede almacenar. La porosidad es elevada en gravas y arenas.
La permeabilidad es la facilidad con que una roca deja pasar el agua. La permeabilidad depende de los siguientes factores:

1. Existencia de poros.
2. Tamaño de los poros.
3. Grado de conexión entre los poros.

Según permita o no el paso de agua, las rocas se clasifican en:

1. Rocas permeables: Dejan pasar el agua debido a la existencia de poros que se comunican entre sí. Arenas y gravas tienen grandes poros comunicados entre sí de forma que son muy permeables. Las arcillas sin embargo aunque presentan poros microscópicos, la circulación a través de ellas es tan lenta que prácticamente resultan impermeables y por ello se encharcan con facilidad. Existen rocas que carecen de poros pero dejan pasar el agua al estar muyfisuradas comportándose como rocas permeables
2. Rocas impermeables: No dejan pasar el agua porque carecen de poros o son muy pequeños, o bien no se comunican entre sí. Pizarras.

La cantidad de agua que se infiltra en un terreno depende de varios factores, además de la permeabilidad de las rocas:

1. La pendiente del terreno: Si existe mucha pendiente, el agua desciende a gran velocidad y no da tiempo a que se infiltre.
2. La vegetación: Las plantas retienen el agua por lo que en las zonas con vegetación la infiltración es mayor.
3. Los factores climáticos:

. En las zonas con lluvias torrenciales la infiltración es menor debido a que el agua circula a gran velocidad.
. En las zonas con climas seco y cálido, el agua de lluvia se evapora rápidamente y el agua que se infiltra es menor.

2.4.1. YACIMIENTOS DE AGUA: LOS ACUÍFEROS

El agua de las precipitaciones desciende gracias a la gravedad a través de los poros hasta llegar a una capa impermeable que le impide seguir descendiendo. El agua infiltrada va rellenando los poros y las grietas de las rocas dando lugar a un acuífero. Un acuífero es una masa de rocas porosas y permeables que pueden almacenar agua y permitir su circulación.
Se distinguen dos tipos de acuíferos:

1. Acuíferos libres: Si tienen en la superficie una capa de rocas permeables y su nivel freático (nivel del agua) puede elevarse o descender de acuerdo con las precipitaciones. Al excavar el terreno hasta la capa freática (rocas saturadas de agua), obtenemos un pozo ordinario o de bombeo. Si se saca mucha agua y no se alimenta el acuífero, éste puede llegar a secarse al bajar el nivel freático.
2. Acuíferos cautivos: Si la capa freática queda comprendida entre dos capas impermeables. Si la capa freática tienen forma de V o cóncava, y se perfora en el centro, el agua tiende a alcanzar el nivel máximo que haya en los extremos y sube espontáneamente a la superficie dando lugar a los pozos artesianos.

2.4.2. EL RELIEVE CÁRSTICO

Recibe este nombre por el relieve que existe en la región de Yugoslavia llamada Karst, donde fue estudiado este tipo de relieve.
Las calizas cuya composición es carbonato de calcio (CaCO3), suelen ir acompañadas de arcillas. Estas rocas se caracterizan porque:

1. Son impermeables, pero dejan pasar el agua con facilidad cuando están agrietadas.
2. Son insolubles, pero solubles cuando el agua va cargada de CO2    dando lugar a bicarbonatos según la siguiente reacción.

                    CO2    +  H2O     -->               H2CO3       ácido carbónico

Este ácido ataca a la caliza formando bicarbonato cálcico.

ácido carbónico  +     caliza          --->           bicarbonato cálcico 
H2CO3                     CaCO3                         Ca(HCO3)2 

Este proceso se llama Carbonatación y de esta manera la caliza es arrastrada en disolución. La disolución de la caliza se inicia en la superficie dando lugar a formaciones exocársticas, pero el agua se infiltra por las grietas y fisuras y la disolución continúa en el interior, dando lugar a una serie de formaciones llamadas endocársticas. 
Las principales formas exocársticas son:
. Lapiaces: Pequeños surcos producidos por el ensanchamiento de las fisuras de la caliza.
. Lenares: Pequeños orificios dando a la roca un aspecto esponjoso o rugoso.
. Simas: Son conductos verticales que se abren en la superficie. Se originan a partir de una grieta que se ensancha por la disolución de la caliza. Generalmente desembocan en una gruta. Suelen ser sumideros de las corrientes superficiales. 
. Dolinas: Son depresiones en forma de embudo. Pueden formarse por disolución de la caliza (dolinas de disolución) o por el hundimiento del techo de una gruta (dolinas de colapso). Pueden llegar a tener desde varias docenas de metros hasta varios kilómetros de diámetro y 200 metros de profundidad. Su fondo está ocupado por arcillas, recubiertas de vegetación o bien puede estar ocupado por el agua formando lagunas. El ensanchamiento de las dolinas puede originar al unión de dos de ellas, dando lugar a una depresión mayor llamada uvala. La unión de uvalas forma poljes, que son depresiones que pueden tener varios km2 de extensión. Aparecen tapizadas por arcillas que son las impurezas insolubles de al caliza y por ellos puede discurrir algún río. Son regiones propicias para la agricultura, ya que son muy fértiles.
. Cañones cársticos: Son valles de pareces verticales. Cuando un río se precipita por un sima, se llama sumidero cárstico y el punto donde el río sale otra vez a la superficie se, le llama turgencia cárstica.

Las formas endocársticas son:
. Galerías: Ensanchamiento de grietas horizontales o subhorizontales.
. Cuevas: Ensanchamiento de las galerías en las regiones donde se cortan dos o más grietas o galerías. También se denominan grutas o cavernas.
. Estalactitas y estalagmitas: En el interior de las cuevas, en agua gotea del techo, y en el interior de la caverna o galería se produce la reacción inversa:

      Ca(HCO3)2            -->            CaCO3            +  CO2    +  H2O

Al evaporarse el agua, precipita el carbonato cálcico en el techo formando una estalactita, y el CO   se desprende. Otras veces la reacción ocurre cuando la gota cae al suelo y el depósito de caliza crece hacia arriba formando una estalagmita. Puede ocurrir que ambos se unan formando una columna.

En ingeniería, la mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la física y las ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la capa superficial de la corteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1925.

Todas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán determinados, entre otros factores, por el desempeño del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos.- ......................................................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=0b4bb283fecac96737f800b02c78420968863b71&writer=rdf2latex&return_to=Mec%C3%A1nica+de+suelos

Mecánica de Suelos. La mecánica de suelos es una parte del área de la ingeniería que esta dedicada a estudiar las fuerzas o cargas que son establecidas en la superficie terrestre. La mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan problemas relacionados a la consolidación de partículas subatómicas y de los sedimentos. La ingeniería civil se desarrolla en este ámbito, donde las construcciones y el comportamiento de las mismas estarán determinadas por el material aplicado y sobre todo por el suelo que es utilizado en el relleno. Esta parte de la ingeniería fue inventada en el año 1925 por Karl von Terzaghi. Antes de realizar cualquier tipo de construcción uno de los pasos fundamentales es realizar un estudio característico del suelo, con el objetivo de conocer las propiedades del mismo y como se puede aprovechar para el uso que deseamos realizar. Si la capacidad del suelo se ve minimizada en relación a la aplicación a la aplicación de fuerzas, es probable que el mismo se deforme y que tenga como consecuencia que se generen algunos acontecimientos secundarios no determinados durante la fase del diseño del proyecto. Estas deformaciones secundarias pueden traer como consecuencia la proliferación de grietas, fisuras, y en los casos verdaderamente extremos, hasta el colapso de toda la obra. Siempre hay que observar detenidamente mediante un estudio pertinente tanto las condiciones del suelo como la del cimiento que trabaja como un medio de contacto entre el suelo y la estructura. Una diferencia muy palpable entre dos materiales distintos es la que existe entre la roca y el suelo, a pesar de su definición en la parte natural de la corteza terrestre. La diferencia mas significativa entre la roca y el suelo es la resistencia, en ingeniería se conoce como roca un material altamente resistente, el mismo esta formado por partículas minerales unidas mediante fuerzas cohesivas sorprendentes, sin embargo dentro de las principales características del suelo es la forma en la cual se encuentran sus partículas, estas están separadas ligeramente con medios mecánicos de poca fuerza. Si no se conoce a simple vista la diferencia de ambos materiales se procede a realizar una prueba en un vaso precipitado, la prueba consiste en introducir los materiales en un vaso con agua, si el material se desintegra entonces este corresponde al suelo, en la parte contraria se estaría hablando de una roca. Sin embargo, un dato muy importante es que con el paso del tiempo las rocas pueden ir convirtiéndose en suelo debido a los fenómenos de metereorizacion, esto provoca que la misma vaya perdiendo la resistencia mecánica y por lo tanto que sus partículas se vayan desintegrando de manera tal que llegue a ser totalmente suelo. La mecánica de los suelos incluye temas importantes como la investigación de las propiedades físicas y químicas del suelo, la teoría del comportamiento de los suelos sujetos a cargas y la aplicación de dichos conocimientos empíricos a la práctica. El comportamiento estético de la estructura también estará determinado por la funcionalidad del material aplicado, quien en todo momento interactúa con el medio del soporte.