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Geotecnia de las obras subterráneas

La ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil e ingeniería geológica que se encarga del estudio de las propiedades físicas, mecánicas e hidráulicas de los materiales que componen el suelo y el subsuelo, por debajo de la superficie. Determinar las propiedades del mismo sirve para diseñar las cimentaciones de las estructuras, y en el caso de la construcción de obras subterráneas, el tipo de estructura y el sistema de perforación más adecuados según las características del terreno, así como, en el caso de construcción de túneles, determinar el trazado del mismo. Antiguamente, a la geotecnia se la identificaba como la mecánica de suelos. Luego el término se amplió para incluir temas como la ingeniería sísmica, la elaboración de materiales geotécnicos, el mejoramiento de las características del suelo, la interacción suelo-estructura y otros. Todo ello hace de la geotecnia una de las ramas más jóvenes de la ingeniería civil; dada su juventud, se encuentra en un muy dinámico proceso de evolución. Se considera al ingeniero de origen checo Karl von Terzaghi (Praga, República Checa, 1883-Massachusetts, Estados Unidos, 1963) como el padre de la ingeniería geotécnica y la mecánica de suelos.

Funciones y características

Para cumplir estas funciones los ingenieros geotécnicos, además de entender cabalmente los principios de la mecánica y de la hidráulica, necesitan un adecuado dominio de los conceptos básicos de la geología. Es particularmente importante para realizar el estudio geotécnico conocer las condiciones bajo las que se crearon o depositaron determinados materiales, así como los posteriores procesos estructurales o diagenéticos (procesos metamórficos, de sustitución, cristalización, etcétera) que han sufrido.

La resolución de una cuestión constructiva que implique un problema geotécnico, ya sea en fase de diseño, construcción o explotación, tiene mucho de artesanía: como tal requiere conjugar, en las dosis adecuadas, la aplicación de la experiencia, de unas técnicas más o menos aceptadas y ciertas dosis de inspiración: pues casi ningún problema tiene la misma solución que el anterior, o incluso un mismo problema puede ser abordado (y con frecuencia así sucede) mediante soluciones diferentes, al ser analizado por diferentes técnicos.

Casi ningún problema tiene la misma solución que el anterior e incluso, un mismo problema suele ser abordado por técnicos diferentes con soluciones diferentes. Aunque esto no quiere decir queno existan unas reglas y principios básicos: el planteamiento para la resolución de un problema geotécnico debe sustentarse sobre tres pilares ineludibles:

La experiencia previa del técnico; necesaria para la identificación del medio geológico, para plantear las posibles alternativas de fallo, para proponer el estudio adecuado del terreno, seleccionar el método de cálculo adecuado e interpretar los resultados del mismo.

La calidad en la realización de los trabajos a desarrollar; éstos pueden ser el alcance y objeto del reconocimiento, la obtención de parámetros, el ajuste del método y la puesta en obra de la solución adecuada.

La seguridad proporcionada en dicha solución; debe garantizar su eficacia, y asimismo debe basarse más que en un simple coeficiente final, en un aseguramiento de todas y cada una de las fases de trabajo desarrolladas.

Geotecnia de los túneles

La construcción de túneles subterráneos depende en gran medida de las características de los materiales (arcillas, roca, etcétera) a través de los cuales van a ser perforados, para definir el sistema de construcción, la duración de la obra y los costos. Los ingenieros geotécnicos también investigan el riesgo para los seres humanos, las propiedades y los previsibles fenómenos naturales o ambientales (movimientos sísmicos, porosidad del terreno ante las lluvias, etcétera), así como los fenómenos que previsiblemente pueden provocar la actividad humana, tales como los deslizamientos o hundimientos del terreno, los, flujos de lodo y la caída de rocas.

La resolución de una cuestión constructiva que implique un problema geotécnico, ya sea en fase de diseño, construcción o explotación, tiene mucho de artesanía: como tal requiere conjugar, en las dosis adecuadas, la aplicación de la experiencia, de unas técnicas más o menos aceptadas y ciertas dosis de inspiración: pues casi ningún problema tiene la misma solución que el anterior, o incluso un mismo problema puede ser abordado (y con frecuencia así sucede) mediante soluciones diferentes, al ser analizado por diferentes técnicos.

Casi ningún problema tiene la misma solución que el anterior e incluso, un mismo problema suele ser abordado por técnicos diferentes con soluciones diferentes. Aunque esto no quiere decir queno existan unas reglas y principios básicos: el planteamiento para la resolución de un problema geotécnico debe sustentarse sobre tres pilares ineludibles:

La experiencia previa del técnico; necesaria para la identificación del medio geológico, para plantear las posibles alternativas de fallo, para proponer el estudio adecuado del terreno, seleccionar el método de cálculo adecuado e interpretar los resultados del mismo.

La calidad en la realización de los trabajos a desarrollar; éstos pueden ser el alcance y objeto del reconocimiento, la obtención de parámetros, el ajuste del método y la puesta en obra de la solución adecuada.

La seguridad proporcionada en dicha solución; debe garantizar su eficacia, y asimismo debe basarse más que en un simple coeficiente final, en un aseguramiento de todas y cada una de las fases de trabajo desarrolladas.

El reconocimiento geotécnico, las cargas generadas por cimentaciones, excavaciones y rellenos, o las cargas soportadas por estructuras de contención, no produzcan situaciones de inestabilidad o movimientos excesivos de las propias estructuras o del terreno, que haga peligrar la obra estructural, o funcionalmente.

Determinación de problemas constructivos

El estudio geotécnico debe determinar el volumen, la localización y el tipo de materiales que han de ser excavados, así como la forma y maquinaria adecuada para llevar a cabo dicha excavación. También debe determinar la localización y caracterización de los materiales para préstamos; los problemas relacionados con el agua (profundidad del nivel freático, riesgos debidos a filtraciones, arrastres, erosiones internas, sifonamiento, acción de la helada, etcétera); y la influencia del agua en la estabilidad y asiento de las estructuras.

Determinar las propiedades del suelo sirve para diseñar las cimentaciones de las estructuras y el tipo de estructura y el sistema de perforación más adecuados

Planificación y fases del reconocimiento

Las actividades y los objetivos de un reconocimiento geotécnico, así como su extensión y nivel de información resultante, dependen directamente del proyecto u obra a realizar, y de las características del terreno donde se sitúa. Como este último dato es el resultado de la campaña, el desarrollo de un reconocimiento geotécinco debería ser un proceso dinámico, no dimensionado rígidamente a priori sino, más bien, mediante una serie de aproximaciones sucesivas donde la necesidad y extensión de cada etapa fuera consecuencia de la extensión y resultados de las realizadas previamente.

Sin embargo, casi siempre es necesario definir inicialmente y de una vez la campaña de reconocimiento, aunque es frecuente que se varien tanto la ubicación como el tipo de reconocimiento ya con los trabajos en marcha, o incluso muy avanzados. Un ejemplo prototípico son los estudios geotécnicos que se están llevando en Barcelona acerca del trazado subterráneo de la línea de Alta Velocidad (AVE), y que pueden, quizá, determinar un cambio de recorrido del mismo, a pesar de lo avanzado de la obra.

Es prácticamente imposible dar reglas universales para el diseño y desarrollo de una campaña de reconocimiento, puesto que la casuística es variable y extensa. El grado de libertad con que se cuenta, unido a la variedad de procedimientos para la investigación del terreno, hace que el diseño de la campaña responda a un equilibrio entre la inversión económica, el plazo de ejecución del reconocimiento, la importancia de la obra, y las consecuencias de un fallo de diseño o construcción.

Es prácticamente imposible dar reglas universales para el diseño y desarrollo de una campaña de reconocimiento, puesto que la casuística es variable y extensa.

La amplitud y detalle del reconocimiento depende del nivel de conocimiento requerido: así, no tendrá la misma entidad una campaña realizada para un análisis de viabilidad o de manejo de soluciones, que otras establecidas para el proyecto, momento de la construcción, o investigación de fenómenos de patología.

Antes de proceder al diseño de una campaña, se ha de tener una idea lo más aproximada posible, de lo que se ha de encontrar en el reconocimiento, para saber buscarlo, y de los problemas que se pueden plantear en proyectos o en obra. Por eso, la primera fase ha de consistir en un estudio preliminar y una recopilación de la información disponible.

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El estudio geotécnico debe determinar el volumen, la localización y el tipo de materiales que han de ser excavados.

Una vez obtenida y procesada esta información, se define la cantidad, extensión y tipología de los reconocimientos para lograr el fin buscado. Durante su ejecución, esta definición es susceptible de experimentar modificaciones.

Este estudio finaliza con la redacción del informe geotécnico. En este documento se plasman los resultados de la campaña geotécnica realizada, su interpretación y las conclusiones que se derivan de su análisis, generalmente en forma de recomendaciones para el proyecto o para la construcción de la obra.

Técnicas de reconocimiento

Para el reconocimiento geotécnico del terreno pueden utilizarse desde la básica inspección visual (una técnica no por primitiva y evidente menos necesaria ni menos utilizada) hasta técnicas de campo o laboratorio más o menos sofisticadas. Dentro de estas últimas, se puede establecer la siguiente clasificación: Prospecciones manuales o mecánicas, con o sin obtención de muestras: calicatas, sondeos (manuales o mecánicos), ensayos de laboratorio sobre las muestras obtenidas, ensayos in situ, y pruebas de penetración.

http://www.interempresas.net/ObrasPublicas/Articulos/44041-Geotecnia-de-las-obras-subterraneas.html

Métodos geofísicos

Tanto los métodos geofísicos como las pruebas de penetración pueden considerarse como subgrupos de los ensayos in situ, si bien el amplio contenido de ambos campos puede aconsejar su estudio por separado.

El caso del túnel del AVE en Barcelona

El estudio geotécnico del subsuelo de la ciudad de Barcelona está siendo fuente de constantes preocupaciones, y constantes polémicas, en la construcción del el túnel del AVE en la ciudad condal. En un principio se dijo a entender que este túnel iba a atravesar la capa superior del subsuelo de Barcelona, compuesta por arcillas muy duras formadas en la era Cuaternaria. Pero las obras han profundizado por debajo de los 30 metros, y, en Barcelona, partir de -20 metros, empieza otra capa de la era terciaria, muy poco consistente, ya que está formada por arena, gravas y algo de arcillas, y está impregnada de agua salada.

Esta capa del Terciario es mal conocida porque hay poca experiencia. El subsuelo de Barcelona sólo ha sido excavado a menos 30 metros para hacer los túneles de los Ferrocarriles de la Generalitat (a primeros s XX), y actualmente en los trabajos del metro de la linea 9.

El proyecto de Adif (la empresa encargada del proyecto) expone datos de sondeos en el subsuelo de Barcelona cada 100 metros, extrapolando los datos a todo el recorrido. En general, lo recomendado es hacer sondeos cada 25 metros.

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