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domingo, 31 de octubre de 2010

La Ingeniería Geotécnica

La ingeniería geotécnica es un área derivada de la ingeniería civil e ingeniería geológica que estudia las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los suelos y rocas.

Ejemplo de aplicación de la Ingeniería Geotécnica en laderas complejas

Las investigaciones geotécnicas en el suelo y las rocas, se realizan con el fin de determinar sus propiedades y diseñar los mecanismos de apoyo o cimentaciones para estructuras tales como: edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, muros de contención, estabilización de taludes, túneles, carreteras, etc.

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 de especial importancia conocer las condiciones bajo las cuales determinados materiales fueron creados o depositados, y los posteriores procesos estructurales o diagenéticos (procesos metamórficos, de sustitución, cristalización, etc.) que han sufrido.

Los ingenieros geotécnicos también investigan el riesgo para los seres humanos, las propiedades y el medio ambiente, derivados de la ocurrencia de fenómenos naturales o propiciados por la actividad humana tales como deslizamientos de terreno, hundimientos de tierra, flujos de lodo y caída de rocas.

Antiguamente, a la geotecnia se la identificaba como la mecánica de suelos; pero el término se amplió para incluir temas como la ingeniería sísmica, la elaboración de materiales geotécnicos, mejoramiento de las características del suelo, interacción suelo-estructura y otros. Sin embargo, la geotecnia es una de las ramas más jóvenes de la ingeniería civil y, por lo tanto, sigue evolucionando activamente.

Se considera a Karl Terzaghi como el padre de la ingeniería geotécnica y la mecánica de suelos. En 1936 sentenció:

Desafortunadamente, los suelos son elaborados por la naturaleza y no por el hombre, y los productos de la naturaleza son siempre complejos.

La Ingeniería Geotécnica es la disciplina de la Ingeniería Civil que involucra los materiales naturales encontrados cerca de la superficie terrestre y e incluye la aplicación de los principios de la mecánica de suelos y de rocas para el diseño de cimentaciones, estructuras de contención y estructuras de terreno.

La Ingeniería Geotécnica es a menudo el punto de partida de los estudios en la práctica de todos los ingenieros civiles. Por lo tanto, es importante entender cómo los aspectos geotécnicos afectan el desarrollo de los proyectos de ingeniería civil y las obras de construcción. 

La Ingeniería Geotécnica es la rama de la ingeniería civil relacionada con el comportamiento de la ingeniería de materiales terrestres. La Ingeniería Geotécnica utiliza los principios de Mecánica de Suelos y Mecánica de Rocas para investigar las condiciones del subsuelo y los materiales, determinar la relevancia física/química y propiedades mecánicas de estos materiales, evaluar la estabilidad de las pendientes naturales del suelo y los depósitos construidos por el hombre; y evaluar los riesgos planteados por las condiciones del sitio, diseño movimiento de tierras y la estructura de cimentación, y vigilar las condiciones del lugar, movimiento de tierras y construcción de la fundación.

En un sentido amplio, la Ingeniería Geotécnica es la rama de la ingeniería civil que emplea métodos científicos para determinar, evaluar y aplicar la interrelación entre el medio ambiente geológico y las obras de ingeniería. En un contexto práctico, la Ingeniería Geotécnica abarca la evaluación, diseño y construcción con materiales de la tierra.

ISSMGE

El carácter amplio de esta rama de la ingeniería civil se demuestra por el gran número de comités técnicos que componen el Geo-Instituto de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE). Además, la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica (ISSMGE) incluye los siguientes 31 Comités Técnicos: sedimentos calcáreos, pruebas centrífugas y de modelado físico, Ingeniería Geotécnica costera, Deformación de los materiales de suelo, Ingeniería Geotécnica Sísmica, Educación en Ingeniería Geotécnica, Geotecnia Ambiental, Efectos de las heladas, Caracterización geofísica del Sitio, Geosintéticos y refuerzo del suelo, mejora del suelo, Caracterización de propiedades del suelo de pruebas in-situ, suelos endurecidos y rocas blandas, Instrumentación para monitoreo geotécnico, deslizamientos de tierra, diseño de estado límite en Ingeniería del Terreno, Micro geomecánica, Ingeniería Geotécnica de alta mar, turba y suelos orgánicos, pilotes, Preservación de Sitios Históricos, Práctica Profesional, Evaluación y Gestión de Riesgos, socavación de las fundaciones, la evaluación e interpretación del muestreo de suelos, las Pruebas de esfuerzo-deformación de los Geomateriales en el laboratorio, presas relave, los suelos tropicales y residuales, la construcción subterránea en terrenos blandos, los suelos no saturados, y validación de simulaciones por ordenador.

Geo-Instituto de ASCE

La Ingeniería Geotécnica se relaciona también con la costa y la ingeniería oceánica. La ingeniería de costas puede incluir el diseño y construcción de muelles, puertos deportivos y embarcaderos. La ingeniería marina puede implicar la fundación y sistemas de anclaje para estructuras marítimas como plataformas petrolíferas.

Los campos de la Ingeniería Geotécnica y la Ingeniería Geológica están estrechamente relacionados, y tienen grandes áreas de traslapo. Sin embargo, la Ingeniería Geotécnica es una especialidad de la ingeniería, mientras la Ingeniería Geológica es una especialidad de la Geología.

Quienes son los Ingenieros Geotécnicos

Un proyecto de Ingeniería Geotécnica típico comienza con una revisión de las necesidades del proyecto para definir las propiedades del material a trabajar. Luego sigue una investigación in situ de suelos, rocas, la distribución de fallas y de las propiedades del basamento, en y por debajo de un área de interés, para determinar sus propiedades de ingeniería, incluyendo la forma en que interactúan con, en o sobre un proyecto de construcción. Las investigaciones del sitio son necesarias para obtener una comprensión de la zona en o sobre los que la ingeniería se llevará a cabo. Las investigaciones pueden incluir la evaluación del riesgo para las personas, los bienes y el medio ambiente de los peligros naturales como terremotos, deslizamientos, hundimientos, licuefacción del suelo, los flujos de escombros y caídas de rocas.

Proyecto de Ingeniería Geotécnica

Un ingeniero geotécnico posteriormente determina y diseña el tipo de fundaciones, movimientos de tierra, y/o sub-bases necesarias para el pavimento destinado a las estructuras que se construirán. Las fundaciones son diseñadas y construidas para estructuras de diversos tamaños, tales como edificios de gran altura, puentes, edificios comerciales grandes y medianos, y estructuras más pequeñas, donde las condiciones del suelo no permiten el diseño basado en un código.

Las fundaciones construidas para las estructuras sobre el terreno incluyen cimentaciones superficiales y profundas. Las estructuras de contención incluyen presas de tierra y muros de contención. Los movimientos de tierra incluyen terraplenes, túneles, presas, diques, canales, embalses, depósitos de residuos peligrosos y rellenos sanitarios.

Una diferencia importante entre las técnicas de la Ingeniería Civil y las prácticas de la Ingeniería Geotécnica, es que la Ingeniería Geotécnica requiere experiencia competente y relevante para establecer juicios adecuados, y depende menos del diseño basado en códigos. La prioridad un ingeniero geotécnico debe ser el reconocimiento de las diferencias en el suelo y las propiedades de las rocas, evaluar las propiedades de ingeniería de la roca y el suelo en el sitio, y determinar el diseño adecuado y el método de construcción, que sea a la vez rentable, duradero y seguro. El alcance del trabajo de un ingeniero geotécnico es enorme, y con la invención de nuevas técnicas de investigación y los nuevos materiales que apoyan el trabajo del ingeniero geotécnico, el campo se ha vuelto aún más interesante.

En un esfuerzo por unificar en 1999, los diferentes conceptos que se venían desarrollando alrededor de la Ingeniería Geotécnica se presentó la siguiente definición:

"La ingeniería geotécnica es la aplicación de las ciencias de la mecánica de suelos y mecánica de rocas, la ingeniería geológica y otras disciplinas afines a los derechos civiles de la ingeniería de la construcción, las industrias extractivas y la preservación y mejora del medio ambiente.

La ingeniería geotécnica juega un papel clave en todos los proyectos de ingeniería civil, ya que toda la construcción se construye sobre o en el suelo. Además, constituye una parte importante de las industrias extractivas, tales como a cielo abierto y minas subterráneas y minas la extracción de hidrocarburos y es esencial en la evaluación de los riesgos naturales, tales como los terremotos y los deslizamientos de tierra.

El uso de suelo natural o de la roca hace que la ingeniería geotécnica sea diferente de muchas otras ramas de la ingeniería: mientras que la mayoría de los ingenieros especifican los materiales que utilizan, el ingeniero geotécnico debe utilizar el material existente en el suelo y en general no puede controlar sus propiedades."

Los ingenieros geotécnicos deben ser competentes en la determinación de las propiedades del suelo y roca, ingeniería mecánica, métodos y técnicas de investigación del subsuelo de pruebas de laboratorio. Deben tener un profundo conocimiento de los métodos de diseño, métodos de construcción, procedimientos de inspección/supervisión, y las especificaciones y las prácticas de contratación. Los ingenieros geotécnicos deben tener amplia experiencia práctica, en la medida en que la práctica de la Ingeniería Geotécnica implica tanto un arte como la ciencia. Este requisito fue claramente expresado por Karl Terzaghi, quien hizo importantes contribuciones al desarrollo de la mecánica de suelos: "La magnitud de la diferencia entre el comportamiento de los suelos en condiciones reales de campo y la predicción del comportamiento sobre la base de la teoría, sólo puede ser determinada por la experimentación de campo".

Que hacen los Ingenieros Geotécnicos

Los Ingenieros Geotécnicos interactúan con una gran cantidad de disciplinas que requieren de su apoyo en la ejecución de obras y proyectos.

Mapa de interacción en la práctica de la Ingeniería Geotécnica (modificado de Anon, 1999)

Norbert Morgenstern en el año 2000 enfatizó que la incertidumbre es crónica, en la práctica geotécnica y por lo tanto, el riesgo debe ser administrado. Un componente esencial para garantizar un desempeño geotécnico, a lo largo de la amplia gama de productos entregables, requiere que el ingeniero geotécnico mantenga una conciencia continua y permanente de los factores que contribuyen al desarrollo de catástrofes (fallas) e introducir esta toma de conciencia como herramienta en la gestión integral de riesgos.

El método geotécnico no es sistemático, sino que implica intercambio de información entre la adquisición de datos, la idealización del material y modelo, la gestión técnica de evaluación, el juicio y el riesgo. Si bien los códigos de construcción y los métodos de normalización de prácticas son útiles, una estandarización más penetrante del diseño geotécnico es contraproducente. 

Triángulo de interacción de la Ingeniería Geotécnica (adaptado de Anon, 1999)
Cada aspecto es diferente e interconectado y varía de proyecto en proyecto

El método geotécnico también reconoce algunos conceptos unificadores, que pueden ilustrarse con referencia a la matriz origen-consistencia de los materiales geotécnicos que demuestra  la amplia gama de materiales considerados por los ingenieros geotécnicos. La distinción entre el suelo y las rocas se basa en si el material se desintegra o no cuando se sumerge en agua y el límite entre la roca dura y débil se toma con la resistencia a la compresión del concreto común. Ningún límite exacto. Las Arcillas Lutíticas son materiales de transición entre los suelos y rocas difíciles de clasificar con precisión. La distinción de roca dura pretende dar a entender que la resistencia de la roca intacta es generalmente demasiado alta para ser de significación geotécnica. Sin embargo, como ocurre con frecuencia en muchos de los problemas geotécnicos, existen importantes excepciones.

Refiriéndose a la gama de Materiales Geotécnicos, un ingeniero geotécnico puede ser llamado a evaluar la licuefacción en una arena aluvial reciente o el diseño de un túnel en una arcilla pizarrosa marina Cretácica, o asesorar una excavación profunda a través de un perfil de granito erosionado. 

Los conceptos unificadores que facilitan esta amplitud de espectro profesional son los siguientes:

  1. Todos los materiales son porosos (en diversos grados) y el concepto de esfuerzo efectivo proporciona la base fundamental para la caracterización cuantitativa.
  2. Todos los materiales (en diversos grados) dependen del esfuerzo normal, la resistencia aumenta el esfuerzo normal, la rigidez aumenta con el esfuerzo normal y la permeabilidad generalmente disminuye con el esfuerzo normal.
  3. Todos los materiales (en diversos grados) dependen de la estructura, para algunos, como las arcillas uniformes  homogéneas, la estructura está en una escala que puede ser caracterizada por el proceso de muestreo y ensayo, para otros, como una masa de roca dura diaclasada,  la discontinuidad heredada domina el comportamiento y los efectos de escala limitan la toma de muestras y ensayos de laboratorio.

Rango de Materiales Geotécnicos clasificados por origen, composición y consistencia

Funciones de la Ingeniería Geotécnica

Las principales funciones de la ingeniería geotécnica son las siguientes:

  • Evaluación de riesgos geotécnicos, incluyendo el potencial de deslizamientos de tierra.
  • Determinación de la capacidad de carga, las deformaciones de las fundaciones, y posibles interacciones entre el suelo, cimientos y la estructura.
  • Evaluación de la presión de la tierra y la realización de muros de contención.
  • Análisis del comportamiento del terraplén.
  • Esfuerzos en las excavaciones, cuevas, túneles.
  • Realización de análisis de la respuesta de un sitio.

La investigación geotécnica es el primer paso en la aplicación de métodos científicos y principios de ingeniería, para obtener soluciones de problemas de la Ingeniería Civil. La identificación de los tipos de suelo y roca, la medición de los niveles de agua subterránea, la determinación de esfuerzos en los materiales, identificando las limitaciones geológicas; son algunos de los aspectos que un ingeniero geotécnico necesita estudiar. Posteriormente, el diseño geotécnico entra en escena, después que la actividad investigadora ha finalizado y se analizan debidamente los resultados de la investigación. El criterio de desempeño factible para las obras de ingeniería, se establece a través del proceso de diseño geotécnico.

Que se ha logrado mediante la Ingeniería Geotécnica

Muchas estructuras que fueron construidas hace siglos son monumentos de la curiosidad, incluso hoy en día. En Egipto los templos construidos hace tres o cuatro mil años siguen existiendo, aunque el diseño de sus cimientos no se basa en ningún principio conocido en la actualidad. Los romanos construyeron estructuras notables de ingeniería tales como puertos, diques, acueductos, puentes, grandes edificios públicos y una amplia red de durables y excelentes carreteras. La torre inclinada de Pisa en Italia que se construyó durante el siglo XIV sigue siendo un centro de atracción turística. Muchos puentes se construyeron entre los siglos XV y XVII. Los pilotes de madera se utilizaron para muchas de las fundaciones. 

Otra maravilla de los logros de la ingeniería es la construcción del famoso mausoleo Taj Mahal en las afueras de la ciudad de Agra. Este fue construido en el siglo XVII por el emperador mogol de Delhi, Shahjahan, para conmemorar su esposa favorita Mumtaz Mahal. El mausoleo se construyó en la orilla del río Jamuna. La proximidad del río requirió una atención especial en la construcción de la fundaciones. Se ha reportado que pozos cilíndricos de mampostería se utilizaron para los cimientos. Esto da crédito a los ingenieros que diseñaron y construyeron esta gran estructura que sigue estando en buenas condiciones, incluso después de un lapso de cerca de tres siglos.

Taj Mahal (India)

En el año 1999, la revista Engineering News Record enumeró los mejores 125 proyectos de construcción de los últimos 125 años y, a partir de 1925, es posible seleccionar un número de ejemplos que hicieron uso intensivo de la Ingeniería Geotécnica:

  • Túneles (Túnel Holland, 1927; Túnel de la cascada, 1928; Canal de la Mancha, 1994 / Túnel del Ferrocarril Seikan Túnel, 1988)
  • Represas (Presa Hoover, 1935; embalse de Guri, 1968; presa de Asuán, 1970; Proyecto de Snowy Mountains, 1974; Nurek Dam, 1977, Proyecto de la Bahía James, 1985; Proyecto de Itaipú, 1991).
  • Carreteras (Highway Alaska, 1942)
  • Proyectos de Navegación (Exclusas y represas en el río Mississippi, 1940; San Lorenzo, 1959).
  • Puentes (Puente Humber, 1981; Puente del Estrecho de Northumberland, 1996).
  • Tuberías (Oleoducto Trans Alaska, 1977)
  • Estructuras Marinas u 'Offshore' (Plataforma Statford B, 1981; plataforma Hibernia, 1997)
  • Trenes Subterráneos (Washington, DC, 1976)
  • Aeropuertos (Chek Lap Kok, 1998)

A estos monumentos de la ingeniería civil se podría añadir una lista similar de las contribuciones geotécnicas a la minería y extracción de hidrocarburos, así como a la mejora del medio ambiente a través de remediación del suelo.

Menos visible, pero igualmente importantes, son las contribuciones geotécnicas a la construcción de infraestructura prácticamente todos los países del mundo.

Los túneles, la más difícil de las artes de la ingeniería civil desarrollada a partir de la minería, fueron utilizados por primera vez por los ingenieros civiles de la época del Canal (de la Mancha). La práctica ferroviaria está bien resumida por Simms, y el desarrollo de los túneles escudo por Copperthwaite. Las últimas interpretaciones de la historia del túnel del Támesis, diseñado por Marc Brunel se encuentran en las publicaciones Civil Engineering (AM Muir Wood) y Geotechnique (Skempton y Chrimes) de 1994.

Casos mundiales en los que hizo falta la aplicación de la Ingeniería Geotécnica

Dos de las obras de construcción de carácter monumental en el ámbito mundial donde se hizo patética la ausencia de los postulados de la Mecánica de Suelos moderna, son la Torre de Pisa y el canal de Panamá. La llamada Torre Inclinada de Pisa fue comenzada por Bonno Pisano en el 1174 y terminada en la segunda mitad del Siglo XIV. Con una altura de cuarenta y cinco (45) metros y un peso total de 14,500 toneladas, su cimentación anular transmite presiones al subsuelo del orden de 5 Kg/cm². Fundada sobre capas alternadas de arena y arcilla, su inclinación comenzó a producirse desde la época de su construcción como consecuencia de presiones diferenciales de los suelos afectados, observándose en la actualidad una separación entre la vertical y el eje longitudinal de la torre de 4.90 m en su parte más alta.

Una estructura parecida construida en Venecia, de 100 m de altura, se desplomó en 1902 cuando su inclinación era de apenas 0.8%. Una nueva torre, existente, fue erigida en el lugar de la antigua, con una cimentación más grande.

El primer intento por construir un canal artificial que uniese los océanos Atlántico y Pacífico, en Panamá, fue realizado por el Ing. Francés Fernando de Lesseps, en el 1881, quien antes había llevado a cabo el Canal de Suez. Pero no fue hasta el año 1914 que el canal de navegación solucionado por los norteamericanos mediante un sistema de esclusas pudo ser puesto en servicios, después de lograr el saneamiento de la zona de la fiebre amarilla y la malaria. El costo final de la obra fue de 380 millones de dólares, suma superior a la estimada en el presupuesto. Se excavaron 315 millones de metros cúbicos de material, en los 82.5 Km. de longitud del canal, de los cuales 129 millones correspondieron al corte de Gaillard. La construcción de caracterizó por grandes deslizamientos en las formaciones denominadas "culebra" y "cucaracha", estando constituida esta última por arenisca arcillosa estructuralmente débil. Las fallas se siguieron produciendo años después de la inauguración del canal provocando el cierre temporal por períodos más o menos largos. La estabilidad actual de las laderas del Canal de Panamá plantea un problema de resistencia a largo tiempo, donde las respuestas hay que buscarlas en la asociación de la geología y la Mecánica de Suelos.

A nivel universal hay ciudades grandes y populosas caracterizadas por hundimientos importantes, pudiéndose citar entre ellas a las siguientes urbes:

  • Ciudad de México
  • Venecia
  • Roma
  • Tokio
  • Shanghai
  • Bangkok
  • Madrás
  • Bombay

Ciudad de México fue fundada por los Aztecas en el año 1325, en una isla sobre el lago de Texcoco. La parte colonial de ciudad, ubicada encima del fondo del depósito de agua, tiene uno de los subsuelos de cimentación más críticos del mundo, constituido por gruesos depósitos de arcillas volcánicas, lacustres, altamente compresibles, habiéndose perforado hasta 2,000 pies de profundidad sin haber encontrado roca. Presenta contenidos medio de humedad del orden de 200% con valores esporádicos de hasta 600%. Existen allí capas alternadas de arena de pequeño tamaño, consecuencia todo del origen sedimentario del área. A unos treinta y tres (33) metros de profundidad está localizado un manto de arena densa y espesor de más o menos cinco (5) metros en la cual está cimentada la Torre Latinoamericana, de cuarenta y tres (43) pisos de altura, uno de los edificios más elevados construidos en la América hispana.

El hundimiento de la ciudad es debido al secado de los antiguos lagos del Valle de México, acrecentado por la extracción de agua del subsuelo en la medida del crecimiento demográfico. En la Catedral se llegaron a medir velocidades de hundimiento de hasta cuarenta (40) centímetros anuales. En los últimos tiempos se ha logrado reducir la compresión de los suelos, controlándose la explotación de los acuíferos de la zona urbana, sustituyéndose por fuentes alejadas de la metrópoli que aunque subterráneas parecen pertenecer a cuencas hidráulicas independientes.
Venecia, construida sobre una serie de lagunas del Mar Adriático, sufre hundimientos estimados en 32 cm durante el presente siglo, mayores que en la centuria pasada. Las inundaciones marinas, las actividades fabriles y la extracción de agua subterránea parecen ser las causas más importantes del deterioro; habiendo preocupación mundial por detener las anomalías y preservar los grandes tesoros artísticos de la ciudad, considerados patrimonio universal. En el año de 1973 el parlamento italiano aprobó un proyecto de obras de protección a la ciudad, con financiamiento extranjero, por 500 millones de dólares.

Entre 1955 y 1970 Roma - La Ciudad Eterna - registró un hundimiento total de treinta (30) centímetros. Para explicar el fenómeno se ha dicho que las lluvias han ido elevando paulatinamente el nivel de las aguas subterráneas que reblandecen el suelo al no poder escapar hacia el río Tíber, por estar sus orillas revestidas con hormigón.

Sobre Tokio, una de las ciudades más grandes del mundo, se ha dicho que desde la Segunda Guerra Mundial el sector oriental de la gran capital se ha hundido más de dos (2) metros. Juzgándose que el problema tiene su origen en la explotación de los mantos acuíferos, los japoneses han implantado leyes severas contra el uso de las aguas subterráneas.

Shanghai, la población más extendida de China, importante puerto y centro industrial - comercial, es otra metrópoli que experimenta problemas de descensos por la extracción de agua del subsuelo para fines domésticos e industriales. Un informe presentado por el Servicio Geológico de la ciudad indica que en los 44 años transcurridos entre 1921 y 1965 el hundimiento fue de 2.63 m.

Bangkok, capital de Tailandia, tiene una velocidad de hundimiento de 7 cm/año. Las ciudades de Madrás y Bombay en la India, también se están hundiendo aunque lentamente.

En muchas de las supradichas ciudades, la explotación de los depósitos subterráneos de agua, petróleo o gas, se indica como causa de los problemas de grandes hundimientos, aunque también se ha sustentado la tesis de que los movimientos tectónicos de los bloques o placas que constituyen la corteza terrestre tienen responsabilidad en los fenómenos.

Cuales son los agentes de cambio

La ingeniería geotécnica es continuamente transformada por el desarrollo de las nuevas tecnologías y la generación de nuevos problemas. El cambio es particularmente evidente en los últimos años del siglo XX.

Cada uno tendrá una lista diferente de los avances técnicos más importantes que afecta a la práctica geotécnica y la investigación reciente, pero los más importantes son:

  • Avances modelos numéricos
  • Avances en instrumentación y el procesamiento de datos
  • Refuerzo del Suelo, incluyendo el suelo claveteado o 'soil nailing'
  • Avances en las técnicas de mejoramiento del suelo (inyección, compactación, etc.)
  • Aplicaciones de los geosintéticos
  • Avances en las pruebas in-situ

Nuevas o extensamente amplificadas aplicaciones de la Ingeniería Geotécnica se han desarrollado en los siguientes áreas:
  • Surgimiento de la geotecnia ambiental
  • Ingeniería geotécnica en regiones heladas (permafrost, hielo, escarcha)
  • Ingeniería geotécnica de alta temperatura (expositorios de residuos nucleares, producción de hidrocarburos in-situ).
  • Aplicación a la minería (presas de relaves, lixiviación en pilas, escombreras)
  • Aplicaciones a la explotación de petróleo (estabilidad de pozos, compactación de yacimientos).

Los procesos que impulsan el cambio de la Ingeniería Geotécnica en el futuro, pueden entenderse mejor tomando como referencia el interesante trabajo de Knill (1997) titulado "Environmental change and engineering geology: our global change". (Proceedings International Symposium on Engineering Geology and the Environment, International Association of Engineering Geology. Balkema, Vol. 4, in press.), que aunque fue escrito en el contexto de los desafíos a la ingeniería geológica, puede ser leído y entendido como relevante para el conjunto de la ingeniería geotécnica.

Knill dijo que el cambio ambiental está teniendo lugar principalmente como resultado de dos factores: el crecimiento de la población y los cambios climáticos, las cuestiones que inevitablemente están estrechamente relacionadas. 

Señala que la proyección más probables para el pico de crecimiento de la población a finales del siglo XXI está en 11 mil millones de personas, aproximadamente el 90% del aumento se encuentra en los países en desarrollo y al menos el 60% de esta población estará viviendo en megaciudades. 
Algunas estimaciones indican la necesidad de construir el equivalente de 400 grandes ciudades en los próximos 50 años. Este aumento de la población requerirá de vivienda, alimentos, agua limpia y eliminación eficaz de desechos para un nivel básico de subsistencia. 

Se requiere, como mínimo, una infraestructura mejorada de agricultura, transporte, agua y suministro de energía, eliminación de residuos y control de la contaminación. La población y su
infraestructura de apoyo tendrá que estar provista de estabilidad a través de una protección adecuada contra las consecuencias de los desastres ambientales provocados por el hombre, o el cambio institucional. Esta demanda creciente de sistemas de soporte vital coincide con el cada vez mayor cambio climático, a su vez influido, si no dominado, por la actividad del ser humano. Como resultado hemos entrado en un período de intenso cambio ambiental global y se asocia a problemas de gestión que influyen en el orden del día geotécnico del futuro. 

El mantenimiento de las megaciudades, la contención de los residuos y la protección frente a eventos naturales extremos son tres ejemplos fáciles de reconocer.

Reconociendo la necesidad de centrarse más en el desarrollo sostenible, Knill ha identificado ocho aspectos de la práctica profesional de la ingeniería geológica (leer ingeniería geotécnica) que merecen mayor atención:

  • Trabajar profesionalmente y vivir de una manera que influya mínimamente sobre el medio ambiente, reconociendo y mitigando los impactos donde se produzcan.
  • Hacer uso de técnicas respetuosas del medio ambiente utilizando materiales de bajo costo, de baja calidad, e "ingeniería blanda".
  • Dar mayor peso a la evaluación cuantitativa de la incertidumbre y la variabilidad en la evaluación de los procesos geológicos y las propiedades de los materiales geológicos.
  • Reconocer la importancia de los procesos geológicos en el marco de tiempo, y en relación con la causalidad a través de otros mecanismos ambientales.
  • Aumentar el grado en que el modelado se utiliza como una herramienta de predicción y verificación.
  • Aceptar que la ingeniería geológica (leer ingeniería geotécnica) trabaja para el beneficio de las personas, y así debe ser estrechamente relacionada con la población afectada o beneficiada por el desarrollo.
  • Reconocer el papel paralelo de otras disciplinas en temas de la evaluación del medio ambiente.
  • Comprender la función de regulación de la legislación ambiental, y la formulación de políticas.

El orden del día geotécnico del futuro, estará dominado por la búsqueda de soluciones de ingeniería a los problemas que son sensibles a las necesidades ambientales.

La ética en la Ingeniería Geotécnica

En marzo de 2004, la ISSMGE, Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica, publicó el POLICY DOCUMENT NO. 1 - GUIDELINES FOR PROFESSIONAL PRACTICE, en donde se establecen los lineamientos éticos para el ejercicio de la Ingeniería Geotécnica, que se dividen en dos (2) partes: generales a los practicantes de la geotecnia y específicos a los Ingenieros Geotécnicos.

(A) Ética Profesional General:

Los profesionales que desarrollen actividades geotécnicas deberán:

  1. Superponer su responsabilidad por el bienestar, la salud y la seguridad de la comunidad antes de su responsabilidad para con los intereses sectoriales o privados.
  2. Actuar con honor, integridad y dignidad como para merecer la confianza de la comunidad y la profesión en general.
  3. Actuar solamente dentro de las áreas de su competencia en forma diligente y cuidadosa.
  4. Aplicar sus habilidades y conocimientos en beneficio de su empleador o cliente, sin comprometer las demás obligaciones que pueda tener para actuar de manera ética.
  5. Tomar las medidas necesarias para informarse a ellos mismos, a sus clientes y empleadores, de las posibles consecuencias técnicas, sociales, ambientales y de otra índole, que puedan derivarse de sus acciones.
  6. Expresar opiniones, hacer declaraciones o dar testimonio, con justicia y honestidad, y sólo sobre la base de un conocimiento adecuado.
  7. Continuar desarrollando conocimiento relevante, habilidad y experiencia a través de su carrera, y promover activamente las personas asociadas a la profesión, a hacer lo mismo.

(B) Ética Profesional Específica:

Los Ingenieros Geotécnicos:

  1. Tomarán medidas para considerar el contexto (el "cuadro completo") en el que se desarrolla su trabajo y se esforzarán por participar en el proyecto de principio a fin.
  2. Conocerán el contexto geológico, hidrogeológico y medioambiental del proyecto en el que están involucrados.
  3. Deberán, al actuar como diseñadores, tomar todas las medidas razonables para visitar el sitio durante la construcción y convencerse de que la construcción cumple con la intención del diseño.
  4. Deberán evitar la competencia de precios a expensas de la calidad técnica.
  5. Se esforzarán por colaborar con profesionales de otras disciplinas que participan en el mismo proyecto.
  6. Se esforzarán por explicar a sus clientes, ya la comunidad en general, la importancia de su trabajo.
  7. Deberán, cuando se les solicite la revisión o la crítica del trabajo de sus colegas, aconsejarlos como corresponde.
  8. Deberán evitar innecesariamente, afirmaciones definitivas en relación con cuestiones geotécnicas, geológicas y ambientales que son inciertas.

El progreso de la Ingeniería Geotécnica

La Ingeniería Geotécnica se ocupa del proyecto y construcción de obras en todos los aspectos que afectan al terreno. Son clásicas actividades de la Ingeniería Geotécnica: el proyecto de las cimentaciones de estructuras, el diseño y construcción de túneles, el estudio de la estabilidad de laderas, cortes y terraplenes, el proyecto de muros y excavaciones y el análisis de las condiciones de estabilidad de presas. Su vinculación con la Mecánica es primordial porque en las actividades citadas se debe encontrar la respuesta del terreno frente a acciones que, casi siempre, suponen un cambio en el estado tensional o de las presiones de fluidos del terreno. Esa ligazón con las tensiones y deformaciones le dará su perfil característico, que la hace diferente de otras áreas del conocimiento que se ocupan del medio geológico. En el mismo núcleo de la  Ingeniería Geotécnica  se encuentra, por tanto, la Mecánica, que se especializa en Mecánica de Suelos y Mecánica de Rocas, las dos disciplinas científicas que proporcionan bases fundamentales para el desarrollo técnico.

La actividad geotécnica es muy antigua, como lo ha sido la construcción de obras, estructuras y monumentos. Nunca ha sido una consideración disuasoria el desconocer en profundidad las bases mecánicas teóricas del comportamiento de los materiales geológicos o los modelos matemáticos que pudieran “representar” la obra en cuestión. Un ejemplo notorio es la construcción de túneles, que había alcanzado un desarrollo muy notable antes de que se acuñaran incluso los términos Mecánica de Suelos y Mecánica de Rocas, o de que se celebraran formalmente los primeros congresos internacionales sobre estas teorías emergentes (en 1936, en Harvard, en el caso de la Mecánica de Suelos, y en 1966, en Lisboa, en el caso de la Mecánica de Rocas). Los puentes y las catedrales se han cimentado, las presas y carreteras se han construido, los canales se han excavado con independencia del desarrollo de los principios que rigen el comportamiento mecánico de suelos y rocas. Por ello, las reglas técnicas, siempre inspiradas en la experiencia acumulada, son más antiguas que los desarrollos teóricos que las avalan.

Tradicionalmente, como ha sido también la forma de proceder en los proyectos de obras y estructuras en general, el proyecto geotécnico debía cumplir dos requisitos fundamentales:

1. asegurar la estabilidad de la obra, y
2. conseguir que las deformaciones o movimientos en servicio fueran aceptables.

La primera condición lleva de forma natural al estudio de las condiciones de rotura. Asegurar la estabilidad significa situar lo proyectado suficientemente lejos del colapso y esa distancia a la rotura se concreta en el concepto de Factor de Seguridad. La segunda condición requiere el conocimiento de la “rigidez” del terreno frente a las cargas y otros cambios en el estado inicial del suelo como consecuencia de la realización del proyecto. En ambos casos deben desarrollarse herramientas de predicción.

Desde la perspectiva del comportamiento de los materiales geológicos, las dos condiciones citadas llevan a investigar, por un lado, la resistencia del terreno, y por el otro, su deformabilidad. Esta dicotomía se recoge claramente en los libros de texto clásicos.

A diferencia de otras disciplinas de la ingeniería civil, que normalmente se ocupan de materiales cuyas propiedades están bien definidas, la Ingeniería Geotécnica se refiere a los materiales del subsuelo, cuyas propiedades, en general, no se puede especificar. Los Pioneros o Precursores de la Ingeniería Geotécnica se basaron en el "punto de vista observacional" para desarrollar una comprensión del suelo y la mecánica de rocas, y el comportamiento de los materiales de suelo en condiciones de carga. Este enfoque ha sido reforzado por la llegada de la instrumentación electrónica de campo, la amplia disponibilidad de potentes ordenadores personales, y el desarrollo de sofisticadas técnicas numéricas. Todo esto hace posible determinar hoy día, con mayor precisión la naturaleza no homogénea, no lineal, anisotrópico y el comportamiento de los materiales de suelo para su aplicación en obras de ingeniería.

Algunas distinciones importantes

El suelo es utilizado como material de construcción en diversos proyectos de ingeniería civil, y es compatible con bases estructurales. Por lo tanto, los Ingenieros Civiles deben estudiar las propiedades del suelo, tales como su origen, la distribución de tamaño de grano, la capacidad para drenar el agua, compresión, resistencia al corte, y la capacidad de carga.

La Mecánica de Suelos es la rama de la ciencia que se ocupa del estudio de las propiedades físicas del suelo y el comportamiento de las masas de suelo sometidas a diversos tipos de esfuerzos.

La Mecánica de Suelo es un campo importante de la Ingeniería Geotécnica, en el que el suelo se analiza antes de iniciar cualquier construcción, a fin de asegurar su idoneidad para soportar la carga de las estructuras deseadas. El suelo normalmente consta de partículas de piedra, mientras que el agua y el aire se encuentran en los espacios vacíos. Su conocimiento es esencial, para determinar las características de ingeniería de los suelos, que están influenciados por el tamaño de las partículas de roca, la forma de las partículas minerales, la distribución de tamaños de grano, y la cantidad de minerales, el aire y el agua en el suelo. Las propiedades de ingeniería de los suelos, generalmente consideradas para llevar a cabo el análisis de las condiciones del sitio y el diseño de las estructuras son: peso unitario, peso específico seco, el peso específico saturado, porosidad y permeabilidad. Varias pruebas de laboratorio se llevan a cabo, para determinar la idoneidad de los suelos, incluyendo los ensayos de permeabilidad, la compactación del suelo, la densidad relativa y contenido de humedad.

La Ingeniería de Suelos es la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a los problemas prácticos. 

La Ingeniería Geotécnica es la especialidad de la ingeniería civil que implica materiales naturales que se encuentran cerca de la superficie de la tierra. Se incluye la aplicación de los principios de mecánica de suelos y mecánica de rocas para el diseño de las fundaciones, estructuras de contención, y las estructuras de tierra. La Ingeniería Geotécnica es la ciencia de la ingeniería de la selección, diseño y construcción de características construidas de o sobre suelos y rocas. Las cimentaciones superficiales, fundaciones profundas, estructuras de contención de tierras, el suelo y terraplenes de roca y los cortes son todas las áreas de especialidad de la Ingeniería Geotécnica.

La Ingeniería de Fundaciones es el arte de seleccionar, diseñar y construir obras de ingeniería para los sistemas estructurales de apoyo, basado en principios científicos del suelo e ingeniería mecánica y las teorías de interacción suelo-estructura, y la incorporación de experiencia acumulada con las aplicaciones de este tipo.

La evaluación de las fundaciones es un elemento importante en relación con el diseño de estructuras, ya que las cargas de los edificios se transmiten al suelo a través de los cimientos, y estos deben ser lo suficientemente fuertes para soportar las cargas aplicadas. Las propiedades de los suelos y las capas de roca en el sitio, también influyen en el diseño de las cimentaciones. Apoyo de la fundación se ve afectado por la capacidad de carga, asentamiento y movimiento del suelo debajo de los cimientos. La capacidad portante del terreno es la capacidad del suelo para soportar las cargas de un edificio o estructura, y se debe determinar cuidadosamente para garantizar la seguridad de este. Los asentamientos se producen por debajo de casi todas las fundaciones, a pesar de que las estructuras aporten cargas menores, pueden experimentar asentamientos insignificantes. Cuando las estructuras son muy pesadas ​​o los suelos de fundación son blandos, los asentamientos pueden ser de gran preocupación. El asentamiento que ocurre durante un período de tiempo, puede tener consecuencias importantes. Todos estos aspectos deben ser considerados al momento de llevar a cabo el diseño de cimentaciones.

Los geosintéticos han surgido como una solución fiable para los problemas de la ingeniería civil. Sus propiedades características como resistencia al agua y la naturaleza polimérica, los hacen adecuados para resistir el drenaje del agua, proporcionando el refuerzo, la contención estructural, etc. Geofoam, revestimientos geosintéticos de arcilla, geoceldas, celdas de infiltración, y geotextiles, son algunos de los productos más utilizados en obras de ingeniería civil en todo el mundo.

Geosintéticos

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