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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA MAESTRÍA DE INGENIERÍA CIVIL MENCIÓN VIALIDAD MÓDULO: GEOLOGÍA APLICADA A LA INGENIERÍA CIVIL Machala, 2021.09.02 a 18 Facilitador: JAIME H. RHON-DÁVILA, Ing. Geól., Dr. Sc. Ing. Amb. EXPERIENCIA PROFESIONAL • CONSULTOR y ASESOR TÉCNICO para proyectos geológicos, geoté...

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA

MAESTRÍA DE INGENIERÍA CIVIL MENCIÓN VIALIDAD MÓDULO: GEOLOGÍA APLICADA A LA INGENIERÍA CIVIL Machala, 2021.09.02 a 18

Facilitador: JAIME H. RHON-DÁVILA, Ing. Geól., Dr. Sc. Ing. Amb.

EXPERIENCIA PROFESIONAL • CONSULTOR y ASESOR TÉCNICO para proyectos geológicos, geotécnicos, mineros, geofísicos y ambientales, en Ecuador y países extranjeros, desde 1978. • CONSULTOR PARA ESTUDIOS de GEOLOGÍA y GEOTECNIA para represas, presas de residuos mineros sólidos, puentes, caminos y carreteras, en todas las provincias de Ecuador, desde 1978. • DESCUBRIDOR del Campo Metalífero Cuarzo-turmalino-aurífero “LA TIGRERA”. Pasaje, El Oro. ECUADOR. 1985-87. • SUPERINTENDENTE DE OPERACIONES para exploración y explotación de menas auríferas, 1984-2003. • CONSULTOR AMBIENTAL para explotaciones industriales: mineras, agrícolas y pecuarias. Incluyendo fases de cierre, abandono, remediación y rehabilitación. Desde 2004. • DOCENTE PARA EL MÓDULO GEOLOGÍA APLICADA la, A LA INGENIERÍA CIVIL. Universidad Técnica de Machala. Maestría en Ingeniería Civil, Mención Vialidad. Cohortes 2019 y 2021.

GEOTECNIA ó GEOLOGÍA INGENIERIL

• Ciencia siempre presente en la ejecución de obras civiles. • Usos pasados y presentes. • A diferentes escalas: desde puntual hasta regional. Y, aun continetal y global.

TEMA 1, TALLER 1:

• EL PLANETA TIERRA.

•

LA CORTEZA TERRESTRE.

•

ROCAS Y MINERALES

ORIGEN DE LA GEOLOGÍA INGENIERIL

• 1928, USA, falla de la represa St. Francis, California Meridional. Pérdidas de 425 vidas humanes y daños por valor de varias decenas de millones de USD. • Con anterioridad a este suceso no estaba en la práctica de los ingenieros civiles que en el proyecto de una estructura (de cualquier tamaño) necesita un cuidadoso estudio de su medio de emplazamiento (fundación).

• Entonces, se optó por consultar a los geólogos acerca de las características de los materiales de ese medio de emplazamiento, y, a su vez, los geólogos tuvieron que familiarizarse con el lenguaje y las exigencias ingenieriles. Así nació un nuevo tipo de especialista, y, por extensión, la GEOLOGÍA INGENIERIL o GEOTECNIA.

CONCEPTO DE GEOLOGÍA

GEOLOGÍA: ciencia que trata del origen, historia y estructura de la Tierra, tal como todos éstos aparecen registrados en las rocas.Y de las fuerzas y procesos que actúan sobre éstas, modificándolas.

En teoría son objeto Atmósfera, de la Geología Hidrósfera, y todos los estudios Litósfera. referentes a:

ALCANCE DE LA GEOLOGÍA

• Exploración del interminable historial de acontecimientos geológicos que contienen las rocas. • Mediante: la observación, la deducción, el razonamiento, la exploración sub-superficial por métodos directos (calicatas, pozos, etc.) e indirectos (geofísica, por ejemplo), y, la exploración subterránea.

LA GEOLOGÍA INGENIERIL (GEOTECNIA) VERSUS LA GEOLOGÍA • La GEOTECNIA utiliza la información geológica, en combinación con la práctica y la experiencia, para auxiliar a la Ingeniería Civil. • Los estudios geológicos corrientes por lo general afectan áreas muy extensas y profundas. Resultando que tal información resulta muy general para los propósitos de la Ingeniería Civil. • En resumen: la información geológica que utilizará la Ingeniería Civil debe ser muy puntual; pero, además, sustentada en la historia geológica y estructural del emplazamiento estudiado. Hay excepciones; ej. Mapa de riesgo sísmico (esc. 1:1000000)

MAPA GEOLÓGICO. ESCALA 1:10000

MAPA GEOLÓGICO. ESCALA 1:500

MAPA DE RIESGO SIMOLÓGICO. ESCALA 1:1’000000

NOTAS SOBRE ASTRONOMÍA

EDAD DEL UNIVERSO • LA EDAD ESTIMADA DEL UNIVERSO ES 13.800 millones de años. • LA EDAD ESTIMADA DEL SISTEMA SOLAR AL QUE PERTENECE LA TIERRA ES DE 4.571 millones de años.

• LA EDAD ESTIMADA DEL PALNETA TIERRA ES DE 4.543 millones de años.

IMAGEN VIRTUAL IDEALIZADA DE UNA SECCIÓN DEL UNIVERSO

TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO (Fuente: Okdiario. Download 19.05.20)

• Existen cuatro principales teorías que tratan de explicar el origen del universo: • Teoría del Big Bang, • Teoría Inflacionaria, • Teoría del Estado Estacionario y • Teoría del Universo Oscilante.

TEORÍA DEL BIG-BANG

• Hace 10.000 o 20.000 millones de años una formidable onda expansiva permitió que toda la energía y materia conocidas del universo (incluso el espacio y el tiempo) surgieran a partir de algún tipo de energía desconocido (de un agujero negro?). • Después del colapso total de este universo escasamente conocido, seguirá una nueva expansión, otro Big-Bang, y así, indefinidamente, en una serie infinita de BigBangs y Big-Crunchs, que generarían un número infinito de universos. • Esta teoría no explica las causas del propio Big-Bang.

TEORÍA INFLACIONARIA

• Lo que desencadenó la gran explosión fue una fuerza inflacionaria ejercida en una cantidad de tiempo inapreciable, que permitió que se formara una región observable del universo.

• La Teoría inflacionaria hace la diferencia entre un Universo real y un Universo observable • El universo observable es el habitado por el humane, y es mucho más pequeño que el universo real. • Desarrollada a inicios de la década de los 80s por el científico estadounidense Alan Guth.

TEORÍA DEL ESTADO ESTACIONARIO

• "Principio Cosmológico Perfecto" en el que el Universo, además de ser homogéneo espacialmente, presenta el mismo aspecto medio en cualquier época. • El cosmos siempre ha existido y siempre existirá. El punto básico de esta explicación es el hecho de que el Universo, a pesar de su proceso de expansión, siempre mantiene la misma densidad gracias a la creación contínua de nueva materia. • Propuesta en 1948 por: Herman Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle.

TEORÍA DEL UNIVERSO OSCILANTE

• Nuestro universo el último de muchos surgidos en el pasado, a causa de sucesivas explosiones y contracciones. • El cosmos no tuvo un origen común sino que ha estado “creándose” y “destruyéndose” continuamente, pasando por una fase de expansión y otra de contracción (también llamada Big- Crunch). • Teoría desestimada con el descubrimiento de las microondas (1965). • Propuesta por Richard Tolman.

TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR AL CUAL PERTENECE EL PLANETA TIERRA • Teoría Nebular, • Teoría de Kant y Laplace, • Teoría de la Nebulosa Moderna, • Teoría del protoplaneta, • Teorías de las fuerzas electromagnéticas, • Teoría de la Acreción, • Teorías Catastrofistas.

TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR AL CUAL PERTENECE EL PLANETA TIERRA • El sistema solar es un sistema formado por: el sol, ocho planetas, planetas enanos, cometas, meteoritos, polvo cósmico y gas interplanetario.

• Es un sistema Heliocéntrico; es decir, todos los cuerpos estelares que lo conforman giran alrededor del sol. • Dentro de las diferentes teorías propuestas, la TEORÍA NEBULAR es la más aceptada. • De acuerdo con ésta el sistema solar se formó a partir de una nube de gas y polvo cósmico que se fragmentó en anillos hasta convertirse en una proto-estrella.

maqueta idealizada de la evolución del Planeta Tierra

TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LOS CONTINENTES

• Teoría de la deriva continental.

• Teoría de las corrientes convectivas. • Teoría de la expansión de los fondos oceánicos. • Teoría de la contracción de la corteza terrestre. • Teoría de la Tectónica de Placas.

TEORÍA DE LA TECTÓNICA DE PLACAS • Basada en la hipótesis de Hess, sobre la expansión de los fondos oceánicos, y la de Alfred Wegener, sobre la deriva de los continentes. • La corteza terrestre está dividida en grandes fragmentos o placas distintas, que flotan en la capa móvil y superior del manto llamada astenósfera. Viscosa debido a la elevada temperatura del medio, por lo que las placas se mueven libremente.

• Estas placas, de espesor entre 160 a 150 Km, se encuentran en construcción y destrucción contínua.

TEORÍA DE LA TECTÓNICA DE PLACAS

• Sus límites son las dorsales oceánicas y las zonas de subducción, donde se forman las trincheras o fosas oceánicas . En estas la actividad volcánica es muy intensa. • La mayor parte de estas fosas se encuentra en el Océano Pacífico. La más profunda es la de las Marianas con 10.910 m, de profundidad.

Principales fosas oceánicas (download Wilkipedia 210902) Fosa oceánica Localización Profundidad (m) Fosa Challenger o de las Marianas Océano Pacífico Sur (Islas Marianas) 11 034 Fosa de Tonga Océano Pacífico Sur (al noreste de Nueva Zelanda) 10 822 Fosa de Japón Océano Pacífico (al este de Japón) 10 554 Fosa de las Kuriles o de Kamchatka Océano Pacífico (al sur de las islas Kuriles) 10 542 Fosa de Filipinas Océano Pacífico (al este de Filipinas) 10 540 Fosa de Kermadec Océano Pacífico Sur (al noreste de Nueva Zelanda) 10 047 Fosa de Puerto Rico Océano Atlántico (al norte de Puerto Rico) 8800

Fosa de Bougainville Océano Pacífico (al este de Nueva Guinea) 9140 Fosa de las Sandwich del Sur Océano Atlántico (al este de las islas Sandwich) 8428 Fosa de Perú-Chile o Fosa de Atacama Océano Pacífico (al oeste de Perú y Chile) 8081 Fosa de las Aleutianas Océano Pacífico (al sur de las islas Aleutianas) 7822 Fosa Romanche Océano Atlántico Sur 7761 Fosa de las Caimán Mar Caribe (al sur de Cuba) 7680 Fosa de Java Océano Índico (al sur de la isla de Java) 7450 Fosa de Cabo Verde Océano Atlántico (al este de las islas de Cabo Verde) 7292 Fosa de Calipso Mar Mediterráneo (al oeste de Grecia) 5270

FOSA PUERTO RICO

PRINCIPALES PLACAS DE LA CORTEZA TERRESTRE (Fuente: www.mografías.com. Download 19.05.20)

PROCESO DE FORMACIÓN DE LOS ANDES. EN SUDAMÉRICA EN LA FOSA PERÚ-CHILEECUADOR

FORMACIÓN DE CONTINENTES Y MONTAÑAS (Fuente: www.mografías.com. Download 19.05.22). • EL DIASTROFISMO • Es un proceso geológico producido por las fuerzas orogénicas.Y comprende todos los movimientos de las rocas que forman la corteza terrestre, en forma de dislocación con movimientos verticales hacia abajo (que se hunden) y/o hacia arriba (que se elevan). • Provoca: el desplazamiento, fallamiento, fractura o hundimiento de las rocas de la corteza terrestre. • Está formado por dos tipos de movimientos: orogénicos y epirogénicos.

MOVIMIENTOS DIASTRÓFICOS EPIROGÉNICOS

• Son los movimientos de rocas, formadores de continentes, en sentido vertical, en forma de levantamientos y/o hundimientos. • Ejemplo: en el occidente de Sudamérica, costa del Océano Pacífico, la costa desciende 5 centímetros, cada 10 años.

MOVIMIENTOS DIASTRÓFICOS OROGÉNICOS

• Son esfuerzos más rápidos y de sentido horizontal, formadores de montañas. • De acuerdo con sus elasticidades y plasticidades, las resistencias a las compresión y tensión que pueden soportar, las rocas de la corteza terrestre se deforman como plegamientos y/o fallas.

LAS DEFORMACIONES DE LA CORTEZA TERRESTRE (VALLES, DEPRESIONES Y MONTAÑAS) • Son estudiadas por la fisiografía o, geografía física. En caso de deformaciones debidas a la dinámica externa de la corteza terrestre. Principalmente por el intemperismo. • Son estudiadas por la geomorfología, cuando se han originado debido a la dinámica interna de la corteza terrestre. • En un mismo paisaje la combinación, sobre y superposición de las deformaciones debidas a los procesos internos y/o externos, se confunden.

INTEMPERISMO O METEORIZACIÓN

• Es la alteración de las rocas al estar en contacto con los agentes meteóricos: el agua, el aire y los cambios de temperatura. Adicionalmente se produce por la acción de los agentes antropomórficos.Y, por la de los agentes químicos naturales y/o artificiales.

INTEMPERISMO O METEORIZACIÓN

• Es el antecedente de la erosión. Produce la profusa fragmentación primaria de las rocas. • Los fragmentos permanecen en el lugar por tiempo variable, formando los saprolitos y los suelos residuales (autoctones). Sin embargo, las corrientes de agua y/o el viento, los transporta, convirtiéndoles en suelos transportados o aloctones. • Este proceso forma los suelos, elemento indispensable para el desarrollo de la flora y la fauna, naturales y, es el medioambiente de la civilización.

INTEMPERISMO O METEORIZACIÓN • Los principales tipos de intemperismo o de meteorización son: • Mecánicos o físicos. Desintegración de los materiales corticales por acción del agua en sus diversos estados, los vientos, los cambios de temperatura, etc. • Químicos, producidos principalmente por pneumotermas, termas y gases, como los compuestos carbonáceos, calcáreos, ácidos, alcalinos, etc. • Biológicos: producidos por los diferentes seres vivos (biósfera).

Afloramiento de granito intemperizado..

RELIEVES Y TIPOS DE RELIEVES

• Relieve es la desigualdad vertical, en forma de rasgos positivos (elevaciones), planicies y, rasgos negativos (depresiones y valles), característicos de la corteza terrestre. • Es el resultado de un determinado proceso de modelado sobre una estructura concreta de la superficie terráquea. • En ese proceso de modelado intervienen varios factores, que, combinados, dan lugar a la diferenciación en unidades estructurales.

RELIEVES Y TIPOS DE RELIEVES

• Relieve es la desigualdad vertical, en forma de rasgos positivos (elevaciones), planicies y, rasgos negativos (depresiones y valles), característicos de la corteza terrestre. • Es el resultado de un determinado proceso de modelado sobre una estructura concreta de la superficie terráquea. • En ese proceso de modelado intervienen varios factores, que, combinados, dan lugar a la diferenciación en unidades estructurales.

FORMAS DE RELIEVES CONTINENTALES

RELIEVES SUBMARINOS

FORMAS DE RELIEVES SUBMARINOS

PROCESOS DE FORMACIÓN DE ROCAS, MINERALES Y DEPÓSITOS MINERALES

MINERALES Y ROCAS

LOS MINERALES • Son los constituyentes sólidos de todas las rocas: ígneas, sedimentarias y metamórficas. • Se presentan como cristales. • Se definen como las sustancias inorgánicas (no-bióticas) naturales que tiene una composición química particular y, una estructura atómica regular, la misma que guarda una intima relación con su forma cristalina.

• Requisitos para que una sustancia sea considerada como mineral: -Sólido homogéneo, -Ocurrencia natural, -Provenir de procesos inorgánicos (nobióticos), -Tener una estructura cristalina bien definida, y - Una composición química estable.

CUARZO: Zaruma, El Oro – Ecuador.

MINERALES - ROCA

• CUARZO: Portovelo, El Oro – Ecuador.

• YESO (variedad agregado en forma de rosas). Bella Rica, Azuay – Ecuador.

SULFUROS MASIVOS - MENAS MINERALES • IZQUIERDA: MENA DE STIBNITA (SULFURO DE ANTIMONIO), ESFALERITA, ORO Y PLATA. PANUPALI, EL ORO – ECUADOR. • DERECHA: MENA DE CUPRITA, ESFALERITA, GALENA Y ORO. PORTOVELO, EL ORO - ECUADOR

• Se conocen más de 3800 minerales diferentes. • Para diferenciarlos se debe determinar: • Su composición química, • Su hábito (forma) de cristalización, • Sus características físicas: • color, • brillo, • forma • dureza (Escala de Mohs), • peso específico.

Grupos de Minerales:

• • • • • • •

Carbonatos (calcita, dolomita) Óxidos (hematita, goethita) Hidróxidos (bauxita) Sulfatos (yeso, baritina) Elementos nativos (oro, plata, cobre) Sulfuros (pirita, galena) Silicatos (micas, cuarzo)

LAS ROCAS

Las rocas se clasifican en: i) ígneas; ii) sedimentarias y iii) metamórficas.

ROCAS IGNEAS

Origen: Cuando el material rocoso fundido alcanza la superficie o es inyectado a las rocas de la corteza terrestre y se enfría lentamente y se solidifica. Clasificación: -Roca Ignea Intrusiva: Se forma cuando el magma se enfria y solidifica, con o sin cristalizacion, bajo la superficie. -Roca Ignea Extrusiva: Se forma cuando el magma emerge a la superficie, se enfria y solidifica, con o sin cristalizacion.

ROCAS IGNEAS Roca Ignea Intrusiva: (Granito)

Roca Ignea Extrusiva: (Diabasa)

Intemperismo y erosión:

ROCAS SEDIMENTARIAS

Intemperismo químico [descomposición]: es la rotura de los minerales en nuevos compuestos, resultado de la acción de los agentes químicos como el acido en el aire, en el agua o en la lluvia.

Procesos implicados:

Solución, Oxidación, reducción, hidratación, hidrólisis, lixiviación, intercambio de cationes.

• Intemperismo mecánico [desintegración]: proceso por el cual se rompen las rocas en partículas mas pequeñas; por la acción de la temperatura, impacto de las gotas de lluvia, abrasión entre partículas, o son acarreadas por el viento o por las corrientes hídricas superficiales o subterráneas. • Procesos implicados: • Descarga mecánica, carga mecánica, carga térmica, humedad y aridez, cristalización, carga neumática.

• Intemperismo biológico: son cambios mecánicos y químicos directamente asociados a las actividades de humanes, animales y plantas (biósfera).

Clasificación por su génesis:

ROCAS SEDIMENTARIAS

Terrígenas: Derivadas por intemperismo y erosión, y clasificadas mecánicamente. Ejemplo, gravas, arenas, conglomerados, lutitas, etc.

Piroclásticas: derivadas de las erupciones volcánicas.

Calcáreas: Derivadas de partículas calcáreas que han sido clasificadas como si fueran detritos (residuos de las descomposiciones mineral u orgánica).

Tipos de depósitos: rudáceos, arenáceos, argilaceos, calcáreos, salinos, silicosos, etc.

ROCAS SEDIMENTARIAS Arenisca:

Conglomerado/Caliza

foto izquierda: tillita. foto derecha: tillita entre paquetes de ceniza volcánica.

ROCAS METAMORFICAS:

•

Son rocas que sufren la recristalización de sus constituyentes, debido a la presión y al calor.

• Su nombre se deriva del griego meta, que significa cambio, y, morfe, que significa forma. • La roca original puede ser ígnea, sedimentaria u otras que han sido previamente metamorfoseadas

Clases de metamorfismo: • termal o de contacto, • dinámico o de dislocación, • regional. Clasificación: en base a la presencia o ausencia de foliación: • Textura Foliada: al romperse se obtienen láminas) • Textura no foliada: aspecto cristalino

ROCAS METAMORFICAS: CUARCITA (NO FOLIADA)

ESQUISTO (FOLIADA)

afloramiento de metamorfitas silicificadas. Baño Biringo – Piñas – Ecuador.

PROBLEMAS INGENIERILES ASOCIADOS:

Rocas Igneas Intrusivas: Se debe cuidar que los planos de falla o fracturas no produzcan inestabilidad al fabricarse taludes o cortes.

Rocas Igneas extrusivas: Algunas de ellas vienen acompañadas por minerales como sulfatos y ácidos, que afectan a materiales de construccion como el concreto y el acero. Se debe cuidar el grado de afectación.

PROBLEMAS INGENIERILES ASOCIADOS:

• Rocas Sedimentarias: • - Depósitos glaciares, contienen lechos numerosos de arenas, gravas, y arcillas, que los convierten en muy poco predecibles en cuanto a su comportamiento. • Depositos eólicos. Se presenta la hidroconsolidación. Son suceptibles a la erosión por efecto del agua, (ensanchamiento de canales o fenómeno de tubificación). • Depositos argiláceos. Sobre todo las arcillas, por la naturaleza de sus particulas y su inestabilidad en presencia de agua.

• Pantanos y ciénegas.

Desierto intervenido con agricultura, piscicultura y avicultura – Perú.

Desierto De Atacama – Chile.

FIN DEL TEMA 1, TALLER 1.

GRACIAS POR SU...