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DEFINICIÓN DE PRESA

Una presa se define como una barrera artificial que se construye en algunos

ríos para embalsarlos y retener su caudal.

Los motivos principales para construir presas son concentrar el agua del río

en un sitio determinado, lo que permite generar electricidad, regular el agua

y dirigirla hacia canales y sistemas de abastecimiento, aumentar la

profundidad de los ríos para hacerlos navegables, controlar el caudal de agua

durante los periodos de inundaciones y sequía, y crear pantanos para

actividades recreativas. Muchas presas desempeñan varias de estas

funciones.

TIPOS DE PRESAS

Las presas se clasifican según la forma de su estructura y los materiales

empleados. Las grandes presas pueden ser de hormigón o de elementos sin

trabar. Las presas de hormigón más comunes son de gravedad, de bóveda

y de contrafuertes. Las presas de elementos sin trabar pueden ser de

piedra o de tierra. También se construyen presas mixtas, por ejemplo de

gravedad y de piedra, para conseguir mayor estabilidad. Además, una

presa de tierra puede tener una estructura de gravedad de hormigón que

soporte los aliviaderos. La elección del tipo de presa más adecuado para un

emplazamiento concreto se determina mediante estudios de ingeniería y

consideraciones económicas.

El costo de cada tipo de presa depende de la disponibilidad en las

cercanías de los materiales para su construcción y de las facilidades

para su transporte. Muchas veces sólo las características del terreno

determinan la elección del tipo de estructura.

1.1.2.1 PRESAS DE GRAVEDAD

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________Son aquellas que retienen el agua gracias al tipo de materiales empleados,

como mampostería u hormigones.

Las presas de gravedad son estructuras de hormigón de sección triangular;

la base es ancha y se va estrechando hacia la parte superior; la cara que da

al embalse es prácticamente vertical. Vistas desde arriba son rectas o de

curva suave. La estabilidad de estas presas radica en su propio peso. Es el

tipo de construcción más duradero y el que requiere menor mantenimiento.

Su altura suele estar limitada por la resistencia del terreno. Debido a su

peso las presas de gravedad de más de 20 m de altura se construyen sobre

roca.

PRESAS DE CONTRAFUERTE

Son aquellas que están formadas por una pared impermeable situada aguas

arriba, y contrafuertes resistentes para su estabilidad, situados aguas abajo.

Las presas de contrafuertes tienen una pared que soporta el agua y una

serie de contrafuertes o pilares, de forma triangular, que sujetan la pared y

transmiten la carga del agua a la base. Estas presas precisan de un 35 a un

50% del hormigón que necesitaría una de gravedad de tamaño similar. Hay

varios tipos de presa de contrafuertes: los más comunes son de planchas

uniformes y de bóvedas múltiples.

En las de planchas uniformes el elemento que contiene el agua es un

conjunto de planchas que cubren la superficie entre los contrafuertes. En

las de bóvedas múltiples, éstas permiten que los contrafuertes estén más

espaciados.

A pesar del ahorro de hormigón las presas de contrafuertes no son siempre

más económicas que las de gravedad. El costo de las complicadas

estructuras para forjar el hormigón y la instalación de refuerzos de acero

suele equivaler al ahorro

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________en materiales de construcción. Pero este tipo de presa es necesario en

terrenos poco estables.

PRESAS DE ARCO – BÓVEDA

Son aquellas que aprovechan el efecto transmisor del arco para transferir los

empujes del agua al terreno.

Este tipo de presa utiliza los fundamentos teóricos de la bóveda. La

curvatura presenta una convexidad dirigida hacia el embalse, así la carga

se distribuye por toda la presa hacia los extremos; las paredes de los

estrechos valles y cañones donde se suele construir este tipo de presa. En

condiciones favorables, esta estructura necesita menos hormigón que la de

gravedad, pero es difícil encontrar emplazamientos donde se puedan

construir.

PRESAS DE TIERRA O ESCOLLERA

Son aquellas que presentan un núcleo de material arcilloso, que a veces es

tratado químicamente o con inyecciones de cemento.

Las presas de piedra o tierra y los diques son las estructuras más usadas

para contener agua. En su construcción se utiliza desde arcilla hasta

grandes piedras.

Las presas de tierra y piedra utilizan materiales naturales con la mínima

transformación, aunque la disponibilidad de materiales utilizables en los

alrededores condiciona la elección de este tipo de presa. El desarrollo de las

excavadoras y otras grandes máquinas ha hecho que este tipo de presas

compita en costos con las de hormigón. La escasa estabilidad de estos

materiales obliga a que la anchura de la base de este tipo de presas sea de

cuatro a siete veces mayor que su altura. La cuantía de filtraciones es

inversamente proporcional a la distancia que debe recorrer el agua; por lo

tanto, la ancha base debe estar bien asentada sobre un terreno cimentado.

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________Las presas de elementos sin trabar pueden estar construidas con materiales

impermeables en su totalidad, como arcilla, o estar formadas por un núcleo

de material impermeable reforzado por los dos lados con materiales más

permeables, como arena, grava o roca. El núcleo debe extenderse hasta

bastante más abajo de la base e para evitar filtraciones.

PRESAS HOMOGÉNEAS O DE MATERIAL UNIFORME IMPERMEABLE

El material resistentes también impermeable. Existen pocas presas homogéneas por dos razones. Es menos frecuente encontrar el material adecuado y porque a alturas de presa mayores de 20 metros se presentan problemas de estabilidad

PRESAS DE MATERIALES HETEROGÉNEOS

Son las más frecuentes y tienen la ventaja de emplear óptimamente los

materiales próximos disponibles distribuyéndolos según sus características.

Los materiales más permeables se usan como elemento es6tabilizados por su peso. Los más finos se usan para lograr un núcleo impermeable. Otros se utilizan como elementos drenantes o para establecer capaz de transición (filtros). El núcleo impermeable suele estar en el centro, en posición vertical o cercana a ella.

PRESAS CON PANTALLA O DIAFRAGMA

Cuando no se encuentra cerca de la presa un material impermeable natural

(arcilla o limo) hay que acudir a una pantalla artificial impermeabilizadora ______________________________________________________________________________

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________que se coloca sobre el talud, aguas arriba o en el centro del dique

(diafragma).

TIPOS DE PRESAS

INVESTIGACIÓN SUBTERRANEA

Hace falta una práctica considerable de campo y de gabinete para obtener

los datos adecuados en la investigación de un proyecto y darles una

interpretación técnica correcta. Esta facultad no puede provenir de un solo

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________libro; por ello, el desarrollo de este punto debe considerarse únicamente

como una ayuda para adquirir algunos conocimientos básicos en el vasto

campo de las investigaciones subterráneas. Los métodos de investigación

subterránea existentes no son algo definitivo y rígido, sino que están sujetos

a desarrollo y perfeccionamiento. Para poder emplear en la forma más eficaz

los métodos de investigación de que se dispone en un lugar dado, el

investigador debe estar impuesto en Geología, en general, y en las

condiciones geológicas locales, la particular.

Principios generales.- El procedimiento más común de realizar

investigaciones subterráneas es perforar sondeos en el lugar escogido para

ubicación de la obra y extraer testigos de las rocas, de los suelos o de ambas

cosas, para su estudio posterior. Se puede obtener también información

sobre la calidad de los terrenos que forman el subsuelo, no solamente de los

testigos, sino de las observaciones sobre el terreno acerca de la resistencia

ofrecida al avance del sondeo. Estas observaciones constituyen un elemento

esencial de las investigaciones de campo y son frecuentemente más

importantes que la simple extracción de testigos, especialmente cuando se

investigan suelos.

La máquina que se utiliza para realizar sondeos se llama comúnmente sonda.

No se dispone de una sonda universal; es decir, no hay un tipo de sonda

capaz de extraer toda clase de testigos en toda clase de terrenos. La elección

de una máquina de investigación se basa ante todo en razones económicas.

Cuanto menor y menos costosa sea la construcción proyectada, objeto de la

investigación, tanto más simple y menos costosa será ésta. Después de las

razones económicas, son las condiciones geológicas las que quizás ejerzan

mayor influencia en la elección del

equipo de investigación, así como en la intensidad de su utilización. La

elección del equipo de investigación lo controla, por ejemplo, la mayor o

menor dureza del terreno. Los méritos relativos de los diferentes métodos de

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________investigación dependen también del tipo del terreno, accesibilidad y

condiciones topográficas locales. En una zona de cañones extremadamente

escarpada pueden no ser económicas las sondas montadas sobre camiones,

mientras que pueden emplearse sondas pequeñas montadas sobre patines o

narrias . En las primeras fases de una

investigación puede que no se disponga de carretera transitable, y en tal

caso se pueden utilizar sondas ligeras, portátiles, o incluso pueden hacerse

calicatas a mano.

No hemos creído conveniente exponer en este proyecto los costes reales de

los distintos métodos de investigación subterránea. Los costes dependen de

todos los factores previamente mencionados. Además, varían

considerablemente en todo el mundo dependiendo de las particularidades de

la subasta para las obras condiciones laborales locales y de urgencia del

trabajo. Por ejemplo: se sabe de ensayos de penetración que han costado

desde 75 centavos a 3 dólares el pie, y sondeos con corona de diamantes (y

extracción de testigo) que han variado desde sólo 2 dólares hasta 65 dólares

el pie.

Investigación Previa por ensayos de penetración.- Estos ensayos se

utilizan generalmente para la investigación subterránea por la observación

de la resistencia a la penetración del terreno, sin realizar sondeos. Esto se

hace clavando en el suelo: 1) una barra, 2) una barra rodeada de un tubo, o

3) un cable con una resistencia eléctrica. Se pueden sustituir las barras por

tubos cerrados como de una pulgada de diámetro con juntas embutidas y

provistas de un regatón. Se pueden clavar, bien con un gato, una mandarria

o aplicándoles un peso. Estos ensayos son prácticos también para localizar

zonas blandas en los rellenos. Los penetrómetros de cono originarios de

Holanda dan excelentes resultados en ensayos de este tipo en arena., que

consiste esencialmente en una barra con un cono en un extremo. La barra

está rodeada de un tubo y puede clavarse con él o sin él. Cuando la barra se

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________clava sin el tubo, tiene que vencer solamente la resistencia ofrecida a la

penetración del cono. Cuando se clava con tubo tiene que vencer, además, la

fricción de éste con el terreno. El camino recorrido por el cono cada vez que

se empuja es de unas 4 pulgadas; la resistencia se mide con un manómetro

de Bourdon en el extremo superior de la barra.

El aparato sueco In situ (es decir, en sitio), consiste básicamente en un

pequeño anclaje que se clava plegado en el terreno; se despliega a una

profundidad dada y se tira de él. El cable del anclaje se engancha a una

cabria pequeña con un registrador; se traza automáticamente el diagrama de

la resistencia al arranque del anclaje. La altura del aparato sobre el suelo es

de alrededor de unos 30 cm. Este aparato da resultados especialmente

buenos en suelos blandos.

PERFORACION Y OBTENCION DE TESTIGOS EN SUELOS

Sondeos.- Los sondeos pueden ser verticales, oblicuos (sondeos inclinados)

u horizontales. Según avanza la perforación, es necesario desprender la

tierra del fondo y extraerla del sondeo. Esta operación se realiza

generalmente con un trépano, que actúa en el fondo del sondeo, o con una

broca que tiene en el sondeo una acción semejante a la de un berbiquí

perforando en la madera. Las tierras que se extraen del sondeo se llaman

detritos. Los sondeos de pequeño diámetro sobre el nivel hidrostático son

generalmente estables. El peligro de hundimiento aumenta con: 1) el

diámetro y profundidad del sondeo, 2) la presencia de arenas sueltas, y 3) la

presencia de agua. A veces, llenando el sondeo de agua se neutraliza su

tendencia al hundimiento. Los sondeos en arcillas cohesivas o en rocas

blandas se suelen dejar rellenos de agua y sin revestimiento si han de

permanecer largo tiempo abiertos. Si las paredes del sondeo contienen sal o

anhidrita, se puede emplear una disolución concentrada de sal en lugar del

agua dulce, para evitar la disolución de las sales.

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________Lodos de sondeos.- Los sondeos se pueden afirmar llenándolos de lodo de

sondeos. Es un lodo o lechada que se prepara mezclando productos

comerciales tales como Volclay o Aquagel (esencialmente, bentonita) con

agua; si se puede obtener arcilla grasa en la localidad se puede emplear ésta

para su mezcla con otros productos. Por ejemplo, el lodo del lago Muroc (en

el desierto de Mojave), utilizado a veces en los Estados Unidos del Oeste, se

mezcla con bentonita y sulfato bárico. El lodo estabiliza las paredes del

sondeo, revistiéndola de una película relativamente impermeable y

ejerciendo sobre ellas una presión (hidrostática) lateral. Aunque en ingeniería

civil se emplean a veces los lodos para estabilizar sondeos de pequeño

diámetro, es más común su uso en los sondeos de petróleo.

Cuando se utilizan lodos en los sondeos con extracción de testigos, se debe

hacer notar su empleo en el registro del sondeo ; en caso de no hacerlo se

puede tomar erróneamente como parte del testigo mismo la superficie del

testigo contaminada por el lodo.

Revestimiento.- El método más caro, pero más seguro, de proteger las

paredes de un sondeo es el uso del revestimiento (o entubado). Se utilizan

muchos tipos de tubería normalizada o especial para el revestimiento. Los

tubos negros extrafuertes o normalizados son los que más se utilizan, por ser

de fácil adquisición. Los extrafuertes permiten una utilización repetida, mejor

que los de tipo normalizado, y generalmente se prefieren a éstos.. Los tubos

de revestimiento vienen generalmente en piezas de 1,5 a 3 metros de

longitud.

La unión entre las distintas secciones puede ser abierta, con acoplamiento

embutido o con juntas machihembradas. El extremo inferior del

revestimiento está provisto de un anillo cortante de acero duro,

especialmente cuando el entubado deba hincarse a través de una capa dura.

En el revestimiento con uniones embutidas, el anillo cortante puede consistir

simplemente en un tubo de pequeña sección. Si se encuentra un bolo al

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________introducir la tubería y no puede apartarse con ésta, será necesario perforarlo

(con trépanos adecuados) o volarlo con explosivos. En este último caso, para

evitar daños, el revestimiento se retira unos 8 ó 10 pies antes de la

explosión. Si el terreno es razonablemente cohesivo, los sondeos se hacen

sin revestimiento. La tubería se hunde generalmente en el terreno dejando

caer repetidamente sobre su extremo superior una masa muy pesada .

Cuando el sondeo deja de ser necesario, se recupera el revestimiento, que

puede volver a utilizarse.

Métodos y equipos de sondeo.- Hay tres tipos básicos de sondas:

1) Rotatoria

2) De percusión, y una sonda semejante con cuchara

3) Con broca.

Todas las sondas están provistas de motores (de gasolina, diesel, de aire

comprimido o eléctrico).

En las sondas rotatorias, el motor está conectado a una cabeza de rotación

que hace girar el varillaje con una corona en su extremo inferior. Se hace

girar el varillaje por medio de un engranaje y se hace presión con un gato

hidráulico o mecánico sobre el varillaje, para que penetre la corona en el

terreno. Así profundiza la corona y corta, desmenuza y muele el terreno. En

las sondas rotatorias las varillas son generalmente tubos de sección gruesa.

En las sondas de percusión se utiliza una columna de varillas. Consiste en un

trépano atornillado en una barra maestra, la cual, a su vez, va unida a dos

barras de perforación, colgadas de una cuerda o cable. E1 trépano puede ser

una barra pesada de cuatro o más pies de largo, que trabaja en el fondo del

sondeo. La acción del trépano, conjuntamente con la columna de varillas,

consiste en un martilleo o percusión. La energía necesaria para ello se

proporciona de diferentes formas, una de ellas puede realizarse con un

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________balancín con un movimiento ascendente y descendente, transmitido por

medio de barras excéntricas accionadas por un motor.

Las barras de perforación tienen la función de un martillo para la hincadura

del portatestigos cuando se ha hecho el sondeo o pueden utilizarse también

para tirar del trépano y desprenderlo del terreno si se ha enganchado en el

fondo del sondeo. En este método, el sondeo está parcial o totalmente lleno

de agua. El lodo que se forma en el fondo del sondeo se achica

periódicamente por medio de cucharas o bombas de arena.

Equipo de maniobra.- En la ejecución de un sondeo hay que realizar

una serie de operaciones auxiliares tales como colocar o quitar el

revestimiento y el varillaje, así como tirar del portatestigos e izarlo. Para

poder realizar la mayoría de estas maniobras, las sondas están provistas

generalmente de castillete o percha. El castillete es una simple grúa con una

roldana o polea centrada sobre el cabezal del sondeo con cuerdas o cables.

La fuerza motriz corre a cargo de una cabria. Los castilletes pueden tener

cuatro patas de, por ejemplo, 28 a 34 pies de altura, o bien solamente 3

(trípode).

Estos últimos se utilizan más en sondas montadas sobre narrias, que se

deslizan sobre patines de acero colocados directamente en el suelo. mientras

que un castillete puede utilizarse independientemente de la sonda, la percha

abatible es una parte constitutiva de ésta formada por dos o cuatro patas

próximas entre sí y sólidamente enlazados. Un soporte en pirámide es otro

tipo de percha de altura limitada (10 a 20 pies) con dos patas montadas en

forma de A. Los aparatos elevadores llamados cabrias pueden ser del tipo de

cable, con un cable de acero fijado de una forma permanente al tambor y

enrollado en él, o del tipo de fricción, llamado generalmente cabrestante. En

este último tipo se dan tres o cuatro vueltas de cuerda de abacá al tambor, y

la tracción se lleva a cabo tirando del extremo de la cuerda para que los

arrollamientos se tensen sobre el tambor, con lo que se desarrollan grandes

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________fuerzas de fricción. Con el fin de lograr mayor movilidad, los equipos de

sondeo pueden ir montados en camión, remolque o jeep, para terrenos

suaves, o sobre patines. Los castilletes y perchas pueden ser abatibles y

elevarse y abatirse mecánicamente.

Sondeos por inyección.- Para hacer sondeos por el simple método

conocido como sondeo por inyección, se suele emplear un castillete de

cuatro patas y con un mojón en su parte alta. Antes de que comience la

inyección se debe romper y excavar el terreno duro superficial, por ejemplo,

hasta una profundidad de 0,3 cm, poco más o menos, con una pica (una

barra de hierro afilada en un extremo). Si el terreno blando que puede

perforarse con este tipo de sondeo está endurecido en la parte alta o

cubierto por otras capas duras, es necesario hacer en primer lugar un sondeo

normal por alguno de los métodos que se explican más adelante. El

revestimiento se hinca entonces hasta el terreno blando ya descubierto que

se va a perforar, dándole golpes repetidos con un martinete de caída libre. El

peso habitual de un martinete utilizado con cabrestante es de unos 65 a 140

kg. siendo la altura de caída libre de 0,60 a 1,20 m. Con cabrias de cable, se

pueden utilizar martinetes que pesen hasta 350 kg. El revestimiento rodea el

tubo de inyección, generalmente de 1 pulgada o más de diámetro, con un

anillo cortante en su extremo. Por tanto el tubo de inyección es, en este caso,

lo que generalmente se llama varillaje de sondeo. Cuando el revestimiento se

ha hincado a una profundidad razonable se extrae la tierra del interior del

revestimiento. El cabezal del tubo de revestimiento se sustituye con un tubo

en T. La tubería de inyección se conecta a un cabezal de inyección y éste, a

una bomba. La tubería de inyección arroja un chorro de agua a través del

trépano. De esta forma el agua erosiona el suelo próximo a la extremidad del

revestimiento y vuelve a la superficie entre éste y la tubería de inyección,

arrastrando consigo el suelo roto y erosionado en forma de suspensión. Ésta

se recibe en una cubeta o balsa en el terreno, bajo la parte horizontal de la T.

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________(Debemos hacer notar que el lodo de sondeos se utiliza en ellos de la misma

forma, es decir se inyecta a presión en el sondeo por el varillaje y vuelve

entre éste y el revestimiento.) Se hace volver continuamente al sondeo el

agua de retorno que fluye a la balsa, o cubeta, excepto, naturalmente, si se

utilizan lodos especiales de sondeo.

La mezcla se mantiene a la densidad correcta por la adición ocasional de

agua o de productos químicos. Si el sondeo se hace cerca de un río u otra

fuente de agua, es preferible bombear directamente, en lugar de volver a

utilizar el agua de la balsa. Para facilitar la erosión rápida del terreno bajo el

extremo del trépano, se agita verticalmente y se hace girar la tubería de

inyección. En este caso se puede llevar a cabo tal movimiento arrollando una

cuerda en el cabezal de inyección y levantando y dejando caer la tubería, al

tensar y destensar los arrollamientos de la cuerda en el tambor del

cabrestante. Se utilizan llaves inglesas de mano para hacer girar la tubería.

Cuando termina la inyección, sigue generalmente la toma de testigos. Sin

embargo, los sondeos por inyección pueden ser útiles incluso sin extracción

de testigos. Como, por ejemplo, en el caso en que se sabe que bajo cierto

lugar hay una roca bastante somera y cuya profundidad exacta debe tenerse

en cuenta en el proyecto. (Esta aplicación de los sondeos por inyección no

resulta práctica si la roca es tan erosionable bajo la acción del agua que no

se puede determinar su profundidad exacta.) Los sondeos de inyección sin

extracción de testigo pueden ser prácticos en la investigación previa, antes

de que comience la costosa extracción de testigos profundos inalterados. Los

detritos que vienen del sondeo darán alguna información, aunque

incompleta, sobre el carácter general del suelo y la secuencia de sus

estratos. Tales identificaciones deben formarse con reserva, ya que el agua

tiende a lavar los finos del terreno. Por tanto, los detritos que trae el agua de

retorno pueden indicar que el suelo está formado de elementos más gruesos

de lo que lo está. Igualmente, las gravas gruesas se pueden convertir en

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________gravilla fina bajo los golpes del trépano y, por consiguiente, no aparecer en

los detritos.

Sin embargo, se puede descubrir a veces la presencia de estos elementos

gruesos por la acción del trépano y por la presencia de numerosos trozos

angulosos en los detritos. Se pueden hacer frecuentemente sondeos de este

tipo en terrenos blandos, como arcilla plástica o limo orgánico, hasta una

profundidad considerable, como 20 ó 25 metros, utilizando solamente una

tubería de revestimiento corta (por ejemplo, 5 metros) en la boca del sondeo.

En general, durante la inyección el revestimiento debe sujetarse firmemente

con una mordaza o perro de seguridad, para evitar su posible hundimiento

en el sondeo. En terrenos muy blandos el revestimiento puede hundirse

varios pies (a veces muchos) por su propio peso. Para recuperar el

revestimiento se golpea hacia arriba el cabezal con el martinete.

El personal de un sondeo de inyección consiste generalmente en un sondista

y dos ayudantes. El sondista tiene la obligación. de enviar un parte diario del

avance del sondeo a la oficina de ingenieros y anotar los siguientes datos: 1)

diámetro y tipo del revestimiento por pie lineal; 2) peso del martinete, altura

media de caída y número de golpes requeridos para cada pie lineal de

avance del revestimiento; 3) pérdida o ganancia de agua de inyección, y 4)

su propio registro del sondeo haya o no un ingeniero o geólogo en el lugar de

trabajo.

MAPAS Y FOTOGRAFÍAS AEREAS

Uno de los rasgos básicos de la Ingeniería civil lo constituyen los proyectos

de utilización de la tierra y el agua para satisfacer las necesidades del

hombre. Antes de que pueda establecerse un proyecto inteligente, es

necesario un conocimiento previo de los siguientes datos:

1) Topografía del emplazamiento del proyecto, es decir, la configuración

de la superficie del terreno.

2) Geología y condiciones del suelo en el mismo, esto es, los depósitos

que componen la tierra y su superficie meteorizada.______________________________________________________________________________

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3) Hidrología del lugar, o sea, la disposición de las aguas superficiales y

subterráneas.

Estas tres clases de características se pueden representar gráficamente en

mapas y fotografías aéreas.

1.1.4.1. MAPAS TOPOGRÁFICOS

Un mapa topográfico es la representación de los aspectos, naturales o

debidos a la mano del hombre, de una área mediante signos convencionales

en una superficie plana. Un mapa topográfico indica las distancias

horizontales entre los distintos aspectos sobresalientes y sus cotas sobre

determinado nivel llamado plano de comparación (que para la mayoría de los

mapas se toma al nivel del mar, altitud, o cota 0,00). La configuración de la

superficie de la tierra, que se conoce como relieve, se puede representar en

el mapa por curvas de nivel, rayados (sombreado con rayado fino para

indicar el declive del terreno), o con tintas hipsométricas (diferentes colores

indicando las distintas altitudes).

De acuerdo con las variaciones en altitud, los relieves pueden ser suaves,

moderados o fuertes. En todos los mapas topográficos se representan las

aguas superficiales, tales como arroyos, fuentes, lagos y marismas (lo que se

llama red hidrográfica), y la llamada obra humana, que comprende

carreteras, ferrocarriles, aeropuertos, poblaciones y grupos de edificios tales

como hospitales aislados o grupos de viviendas. La obra humana se

representa en el mapa con símbolos. Esta información a veces se suplementa

con símbolos indicando vegetación (árboles, arbustos, etc.). Las cercas,

líneas eléctricas y telefónicas, etc., se indican también en muchos mapas.

Esta información es especialmente útil para proyectar la investigación previa

para estructuras.

ESCALA

La escala puede variar según el terreno y la posible utilización del mapa. los

mapas topográficos preparados especialmente para estudio de grandes ______________________________________________________________________________

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________estructuras, tales como túneles o presas, pueden dibujarse en escalas de 50,

100 ó 200 metros por cm, mientras que los mapas publicados para el público

en general pueden ser de una escala aproximada de 1 milla por pulgada o,

más aproximadamente, 1:63.360. Esto quiere decir que una pulgada en el

mapa sería igual a 63.360 pulgadas en el terreno. Sin embargo, para fines

técnicos (diseño de proyectos) estas escalas se expresan con. mayor

frecuencia en tantos pies por pulgada o en tantas millas por pulgada,

utilizando números redondos, tales como 1 pulgada = 1.000 pies o 1 pulgada

= 2 millas, etc.

Si las distancias reales aparecen en el mapa considerablemente disminuidas

se dice que es un mapa de pequeña escala. Lo opuesto sería un mapa de

gran escala. Por tanto, si una área se cubre con dos mapas, y uno de ellos se

ha dibujado en una escala de 1 pulgada = 1 milla, éste será un mapa de

pequeña escala, mientras que el otro, dibujado a una escala de 1 pulgada =

50 pies, será de gran escala.

Intervalo entre curvas de nivel. Los puntos con la misma cota se unen con

curvas de nivel en el mapa. Se llama intervalo la distancia vertical entre dos

curvas consecutivas. En países bajos, ondulados, el intervalo entre las curvas

de nivel puede ser hasta de 0,5 a 1,5 m, mientras que en terrenos abruptos,

montañosos, pueden ser de 15 a 30 metros o mayor aún. Puede variar éste

también de acuerdo con el objeto a que se destine el mapa. En mapas

especiales para grandes estructuras no es raro utilizar intervalos de 50 cm,

sea el que fuere el relieve, puesto que puede ser importante un conocimiento

detallado de sus menores variaciones. Por ejemplo, la situación y tamaño de

los bloques de roca tiene su importancia para determinar el volumen y clase

de desmontes necesario para una estructura.

REDES DE CONTROL

Para el levantamiento topográfico de una zona es necesario el

establecimiento previo de una serie de estaciones claves relacionadas entre

sí por medidas precisas; este sistema de estaciones se denomina ______________________________________________________________________________

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________generalmente red de control. El control horizontal consiste, en primer lugar,

en la determinación de las latitudes y longitudes de las cotas de ciertos

puntos del terreno. El vertical es la determinación precisa de estos puntos o

vértices. Éstos se marcan en el terreno con referencias (placas metálicas

especiales colocadas, en forma firme y segura, en bloques de cemento).

La red que relaciona estos puntos entre sí debe ser cerrada; es decir, los

itinerarios se hacen en forma de circuito, de punto en punto, terminando bien

en el que se comienza o en un punto previamente establecido cuyas

situación y cota son ya conocidas. Según la magnitud de error en el cierre, la

red de control puede ser de primero, segundo, tercero o cuarto (el de menor

precisión) orden. La red de control de primer orden se establece por

triangulación, que es la medición precisa de la situación y cota relativas de

tres puntos muy separados en el terreno. Se hace el levantamiento de un

triángulo en el terreno y se van añadiendo gradualmente otros triángulos

semejantes. E1 tipo, de red depende del fin para el que se hace el

levantamiento, el cual predetermina, por tanto, la elección de los

instrumentos topográficos que han de utilizar y el carácter del trabajo de

levantamiento.

La triangulación en una montaña, por ejemplo, en la que ha de situarse un

túnel, debe hacerse con precisión de primer orden, pues si el túnel se perfora

con dos frentes (es decir, desde ambos lados) ambas perforaciones deben

encontrarse precisamente en el mismo punto y a la misma cota. En cambio,

un levantamiento para un embalse no necesita ser tan preciso y, así, puede

utilizarse para la ejecución del mapa un control de tercero o incluso de cuarto

orden.

Sistemas de cuadriculado. Los ingenieros necesitan normalmente mapas de

escalas grandes referidos, por comodidad, para efectuar medidas, a ejes de

coordenadas ortogonales. Por este motivo, los mapas (aunque no todos)

están provistos de sistemas de cuadriculado.

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________Un cuadriculado consiste en dos sistemas de líneas paralelas que se

intersectan en ángulo recto para formar una red de cuadrados, cuyos lados

pueden ser hasta de 3000 metros o incluso mayores o pueden llegar a no

tener más que 150 metros. Un cuadriculado se adapta al área plana que en

la cartografía sustituye la zona real de la superficie del terreno que

representa. Esta sustitución, realizada de acuerdo con ciertas reglas, produce

una pequeña distorsión de la zona, que es inevitable, ya que la superficie

curvada de la tierra no puede desarrollarse en un plano. El meridiano central

del área representada (pasando aproximadamente por

su centro) es el eje Y de la red. El eje X es perpendicular al Y y está situado

en el extremo sur de la zona dada. La intersección de estos dos ejes es el

origen de coordenadas. Su coordenada X o abscisa no es cero (0) sino que se

le asigna un valor mayor que la mitad de la anchura del área para evitar el

utilizar valores negativos de X. Las abscisas crecen numéricamente de Oeste

a Este y las ordenadas o coordenadas Y, de Sur a Norte (regla

mnemotécnica: leer a derecha y arriba). Los valores asignados a las abscisas

deben tener una diferencia considerable con los de las ordenadas y para

evitar confusiones al situar puntos, se pueden dar, por ejemplo, a las

coordenadas norte o Y, un sistema de números que partiendo de 500.000

crezcan hacia el Norte, mientras que las Este o X pueden partir de 100.000 y

crecer progresivamente hacia el Este. Así el mapa situaría un punto, por

ejemplo, 550.000 Norte; 125.000 Este. A menos que se cartografíen áreas

muy amplias, no es conveniente utilizar valores de coordenadas superiores al

millón, por las molestias que ocasionan en el trazado.

Hay varios sistemas de cuadriculado. El sistema militar de cuadrícula de los

Estados Unidos, inicialmente en yardas, se ha expresado desde 1947 en

metros (UTM, Universal Transverse Mercator).

La lectura de un mapa topográfico basado en un sistema de cuadriculado

ofrece poca dificultad, ya que las coordenadas vienen representadas en ellos

por trazos pequeños con la numeración al margen del mapa. La preparación

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________de tales mapas es, sin embargo, un proceso complicado, que requiere la

aplicación de fórmulas y tablas que ha publicado, en los Estados Unidos, el

USCGS.

El sistema de coordenadas debe establecerse antes o durante la

investigación para una estructura. Sólo entonces pueden referirse las

operaciones de reconocimiento, particularmente los sondeos, a dicho

sistema. Si es posible que una investigación continúe durante varios años,

conviene referir algunos de los sondeos iniciales de reconocimiento a

mojones permanentes o a puntos de referencia de la triangulación que haya

en la zona. No es raro encontrar que en el área de trabajo se han utilizado

más de un sistema de coordenadas y al pasar los años se han perdido las

referencias entre los distintos sistemas. Así, es posible que no se replanteen

exactamente registros de sondeos referidos a sistemas de coordenadas

anteriores, si es que pueden replantearse.

MAPAS Y MODELOS GEOLÓGICOS

Tipos de mapas geológicos.- Hay dos tipos básicos de mapas geológicos:

1) Los superficiales

2) Los profundos.

Los primeros se ejecutan a partir de los datos recogidos en la superficie del

terreno, y los segundos, de los registros de pozos y sondeos, investigaciones

geofísicas y extrapolaciones de los datos de la superficie. Los mapas

superficiales se suelen dividir en:

1) Mapas de suelos

2) Mapas de subsuelos.

Los mapas de suelos representan el carácter y distribución de los distintos

terrenos en la superficie, tales como los afloramientos, es decir, lugares en

que las rocas aparecen expuestas, o bien los afloramientos y tierras. En

dichos mapas éstas se clasifican de acuerdo con su origen, tal como glacial,

aluvial, etc. Estos mapas pueden ser muy útiles a los ingenieros. Los mapas

geológicos del subsuelo ______________________________________________________________________________

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________representan la superficie de la tierra como aparecería si se eliminara todo el

revestimiento. Se pueden indicar también los afloramientos con ciertos

símbolos.

Los detalles estructurales, tales como fallas, rumbos y buzamiento de las

formaciones, ejes de anticlinales y sinclinales, etc., se representan por

símbolos. También se indican los contactos entre las distintas formaciones. A

cada mapa acompaña una leyenda o explicación de los símbolos utilizados al

componerlo y en ella se incluyen los símbolos estratigráficos..

Los símbolos utilizados para cada una de las distintas formaciones que

aparecen en un mapa dado se anotan en orden descendente, con la más

reciente encabezando la lista y la más antigua en la parte inferior. Para

indicar tramos específicos, se utilizan letras pequeñas (subíndices). Como las

estructuras del subsuelo, al ser tridimensionales, no pueden representarse de

una forma apropiada en el mapa bidimensional, que no es esencialmente

más que una proyección horizontal, para completar la información del mapa

se suelen añadir cortes geológicos o columnas estratigráficas. El corte

geológico representa los estratos tal como aparecerían en un plano vertical

que cortara el terreno. Los cortes geológicos, si se han realizado

correctamente, son muy interpretativos. Al preparar un corte, el geólogo

aprovecha también la información obtenida de los sondeos, registros, minas,

trincheras y cortes en las canteras, investigaciones geofísicas y otros tipos de

excavaciones en el lugar. Un corte geológico puede considerarse análogo a

una sección o alzado de una estructura en los planos de una obra. Tendrá

iguales las escalas vertical y horizontal. Sin embargo, debido a las

limitaciones impuestas por el tamaño de una hoja de papel manejable o por

razones de claridad, es necesario muchas veces exagerar la escala vertical,

es decir, hacer la escala vertical varias veces mayor que la horizontal (o

viceversa, en algunas circunstancias). Por ejemplo: un corte geológico puede

tener una escala horizontal de 150 metros por cm y una vertical de 15

metros por centímetro, y en este caso el corte distorsionado tiene una

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________exageración vertical de 10 a 1. Cuando se usan cortes distorsionados, se

debe dar una interpretación correcta a las pendientes que aparecen en ellos.

Si se exagera la escala vertical, el buzamiento de los estratos en el corte,

comparado con el buzamiento real, resultará considerablemente aumentado

y los sondeos inclinados de exploración aparecerán más cerca de la vertical

de lo que lo están realmente.

UTILIZACIÓN DE LOS MAPAS GEOLÓGICOS EN INGENIERÍA.

Un ingeniero civil, de tipo medio, con conocimientos de topografía y

geometría descriptiva, debe encontrar poca dificultad en la lectura de los

mapas y cortes geológicos. Sin embargo, antes de hacer uso de tales datos,

debe tener cuidado con el grado de exactitud con que se ha preparado el

mapa que va a utilizar. En los mapas de pequeña escala, tales como los que

aparecen en los boletines y folios del USGS, se intenta dar una idea general

de la geología de la zona, y siendo así, aunque incluyan todos los rasgos

geológicos-estructurales presentes, no son suficientemente exactos para ser

utilizados directamente en la práctica de la ingeniería. Por ejemplo: cuando

se presenta un canal, el ingeniero tiene que determinar qué partes del

mismo deben ir revestidas y cuáles no. Utilizando los mapas publicados,

puede descubrir diversos terrenos que el canal va a atravesar, pero cometerá

un serio error si intenta deducir del mapa, midiendo a escala, las longitudes

del canal en cada una de las formaciones. Esto se remedia, en las grandes

empresas de construcción, preparando, directamente en el campo, mapas

geológicos especiales para las estructuras proyectadas.

Generalmente, hay dos fases en la preparación de mapas geológicos para

estructuras específicas. En la primera se hace una investigación de

reconocimiento. En ésta, el geólogo utiliza una brújula tipo Brunton, o

semejante para medir ángulos horizontales, pendientes de laderas, rumbos y

buzamientos. En la segunda fase, para más detalle, utiliza generalmente una

mesa plana y una alidada (plancheta). Con éstas puede establecer la

situación de los contactos entre formaciones y los rasgos geológicos ______________________________________________________________________________

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________estructurales de la zona, con el mismo grado de exactitud que los mapas

topográficos publicados. Para estas dos fases puede servir de base una parte

de una hoja topográfica, una fotografía aérea ampliada o simplemente una

hoja de papel en la que se han situado los vértices topográficos. En este

último caso el mapa geológico se superpone más tarde a un mapa

topográfico de la zona dada. Cuando no se dispone de mapas ni de vértices

topográficos, se pueden tomar las cotas por alturas barométricas o con un

altímetro de bolsillo. En todos los casos, los levantamientos geológicos se

cierran, bien en el punto de partida, bien en un punto situado en forma

definitiva en la red de vértices.

El grado de detalle de un mapa geológico especial depende del destino que

se le vaya a dar. Normalmente, debe darse en él la información siguiente: 1)

la litología o estratigrafía de la zona, es decir, los tipos de roca, cómo se

presentan, tamaño de grano, color y constituyentes minerales; 2) la

estructura de la roca, comprendiendo la estratificación, laminación, rumbo y

buzamiento de las capas, apizarramiento, fracturas, diaclasas, etc.; y 3) la

profundidad y características del revestimiento y roca meteorizada. Si

presenta inconvenientes la representación en el mapa de alguno de los

detalles mencionados, debe registrarse en el informe geológico que lo

acompañe. En todo caso, todas las observaciones detalladas de campo

deben anotarse cuidadosamente en la libreta de campo para su registro

posterior. El trabajo de campo del geólogo en la fase del levantamiento

detallado del mapa geológico es muy semejante al del topógrafo, con

algunas variaciones.

La plancheta se sitúa en una estación, el portamiras se mueve de un punto a

otro y a cada punto se le asigna un número y se sitúa en el mapa. El

portamiras es generalmente un geólogo y bajo el número del punto anota en

la libreta los datos geológicos observados en él. Más tarde, en la oficina los

datos pertinentes de la libreta se sitúan en el mapa geológico.

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Escuela Militar de IngenieríaMcal. Antonio José de Sucre_____________________________________________________________________La rosa o roseta de diaclasas en el mapa geológico representa

diagramáticamente la dirección e intensidad de las diaclasas en una zona.

Este diagrama permite al ingeniero deducir rápidamente la dirección de 1as

rocas más diaclasadas en relación con la estructura proyectada. La roseta

resulta especialmente útil en el proyecto de túneles, presas de bóveda y

casas de máquinas. Para dibujarla, el geólogo anota simplemente todas las

diaclasas que puede observar en una área dada y las agrupa de acuerdo con

su rumbo. La roseta también puede utilizarse para representar el grado de

fracturación e importancia de las fracturas si éstas siguen una marcha

determinable.

Los mapas geológicos finales, preparados después de terminar la

investigación subterránea, contienen los resultados de tal investigación y,

frecuentemente, el trazado de la estructura proyectada.

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