Ingeniería geológica / Luis I. González de Vallejo (coordinador) ; Mercedes Ferrer ... [et al.].

CONTENIDO
Prólogo
Parte I. FUNDAMENTOS Y METODOS
1 Introducción a la Ingeniería Geológica
1.1. Definición e importancia de la ingeniería geológica 2
1.2. El medio geológico y su relación con la ingeniería 5
1.3. Factores geológicos y problemas geotécnicos 7
1.4. Métodos y aplicaciones en ingeniería geológica 14
1.5. Fuentes de información en ingeniería geológica 15
1.6. Estructura del libro 16
Bibliografía recomendada 16
2 Mecánica del suelo
2.1. Introducción 18
Origen y formación de los suelos 18
Los suelos en ingeniería geológica 18
2.2. Descripción y clasificación de suelos 20
Tipos de suelo 20
Distribución granulométrica 22
Plasticidad 23
Estado de los suelos 25
2.3. Permeabilidad. Filtraciones y redes de flujo 27
Carga total. Teorema de Bernoulli 27
El agua en reposo. Presiones hidrostáticas 28
El flujo de agua en el terreno 29
Conceptos básicos. Pérdidas de carga y permeabilidad 29
Carga hidráulica en el suelo. Gradiente hidráulico 30
Ley de Darcy 30
Flujo estacionario en medio isótropo 31
Flujo estacionario en medio anisótropo 36
Permeabilidad y flujo en suelos estratificados 36
2.4. Tensiones efectivas 39
Las fases y la estructura del suelo 39
Suelos saturados. El postulado de las tensiones efectivas 41
Fuerzas de filtración. Sifonamiento 44
Aplicación de cargas sobre suelos saturados 50
El concepto de la consolidación 50
Conceptos de carga sin drenaje y con drenaje 51
Tensiones inducidas en el suelo saturado por procesos de carga sin drenaje 53
2.5. La consolidación 57
Suelos normalmente consolidados y suelos sobreconsolidados 57
Las tensiones horizontales en el terreno 64
Factores complementarlos que influyen en la estructura y comportamiento del suelo 65
El ensayo edométrico 65
2.6. Resistencia al corte 74
Introducción 74
Criterio de rotura 74
El ensayo de corte directo 75
Comportamiento de los suelos sometidos a corte 78
Suelos granulares 78
Suelos arcillosos 81
El ensayo triaxial 84
Dispositivo de ensayo 84
Tipos de ensayo 85
El ensayo de compresión simple 89
2.7. Influencia de la mineralogía y la fábrica en las propiedades geotécnicas de los suelos 89
Minerales de arcilla de interés geotécnico 90
Propiedades fisico-químicas 92
Propiedades geotécnicas y composición mineralógica 93
Microfábrica de los suelos arcillosos 94
Propiedades geotécnicas y microfábrica 97
Resumen 98
2.8. Características geotécnicas de los sedimentos 99
Depósitos coluviales 99
Depósitos aluviales 100
Depósitos lacustres 101
Depósitos litorales 101
Depósitos glaciares 102
Depósitos de climas áridos y desérticos 102
Depósitos evaporíticos 103
Depósitos de climas tropicales 104
Depósitos de origen volcánico 104
2.9. Problemas planteados por los suelos en ingeniería 106
Suelos con problemática especial 106
Arcillas expansivas 107
Suelos dispersivos 110
Suelos salinos y agresivos 110
Suelos colapsables 111
La acción del hielo y el "permafrost" 112
Fangos blandos y sensitivos 113
Suelos licuefactables 114
Bibliografía recomendada 114
Referencias bibliográficas 114
3 Mecánica de rocas
3.1. Introducción 118
Definición, finalidad y ámbitos de estudio 118
Rocas y suelos 121
Macizos rocosos 121
3.2. Propiedades físicas y mecánicas de los materiales rocosos 125
Características del medio rocoso 125
Propiedades físicas de la matriz rocosa 127
Clasificación de las rocas con fines geotécnicos 131
Clasificación de los macizos rocosos 132
Meteorización de los materiales rocosos 131
Procesos de meteorización 131
Meteorización de la matriz rocosa 135
Meteorización de macizos rocosos 137
El agua subterránea 139
Permeabilidad y flujo de agua 139
Efectos sobre las propiedades de los macizos rocosos 139
3.3. Tensiones y deformaciones en las rocas 141
Fuerzas y tensiones 141
Tensiones sobre un plano 143
Tensiones en tres dimensiones 147
Resistencia y rotura 149
Conceptos básicos 149
Mecanismos de rotura 151
Relaciones tensión-deformación en las rocas 152
Criterios de resistencias 156
3.4. Resistencia de deformabilidad de la matriz rocosa 158
Resistencia y parámetros resistentes 158
Efectos de la anisotropía y de la presión de agua en la resistencia 159
Criterios de rotura 160
Criterio de Mohr-Coulomb 160
Criterio de Hoek y Brown 161
Deformabilidad 163
Ensayos de laboratorio de resistencia y deformabilidad 163
Ensayo uniaxial o de compresion simple 165
Ensayo de compresión triaxial 170
Ensayos de resistencia a tracción 174
Velocidad de ondas sónicas 175
Limitaciones de los ensayos de laboratorio 175
3.5. Discontinuidades 176
Influencia en el comportamiento del macizo rocoso 176
Tipos de discontinuidades 178
Características de las discontinuidades 180
Resistencia al corte de los planos de discontinuidad 181
Criterio de Barton y Choubey 185
Discontinuidades con relleno 187
Ensayo de laboratorio de resistencia al corte 187
Permeabilidad y presión de agua 189
3.6. Resistencia y deformabilidad de macizos rocosos 192
Resistencia 192
Criterios de rotura para macizos rocosos isótropos 193
Criterio de Hoek y Brown 193
Criterio de Mohr-Coulomb 197
Criterios de rotura para macizos rocosos anisótropos 199
Resumen 199
Deformabilidad de los macizos rocosos 200
Ensayos in situ para medir la deformabilidad 201
Métodos geofísicos 201
Correlaciones empíricas 202
Permeabilidad y presión de agua 205
Efecto escala 207
3.7. Las tensiones naturales 214
Origen y tipos de tensiones 214
Factores geológicos y morfológicos influyentes en el estado tensional 216
Métodos de medida de las tensiones naturales 218
Medida de la dirección de los esfuerzos (métodos geológicos) 218
Estimación de la magnitud de las tensiones por relaciones empíricas 219
Métodos instrumentales para medir la dirección y magnitud de las tensiones 222
3.8. Clasificaciones geomecánicas 229
Clasificación RMR 230
Las clasificaciones geomecánicas en la práctica 230
Bibliografía recomendada 234
Referencias bibliográficas 235
4 Descripción de macizos rocosos
4.1. Metodología y sistemática 238
4.2. Descripción y zonificación del afloramiento 240
4.3. Caracterización de la matriz rocosa 242
Identificación 242
Meteorización 244
Resistencia 245
4.4. Descripción de las discontinuidades 246
Orientación 246
Espaciado 248
Continuidad 250
Rugosidad 250
Resistencia de las paredes de la discontinuidad 252
Abertura 253
Relleno 253
Filtraciones 255
4.5. Parámetros del macizo rocoso 256
Número y orientación de familias de discontinuidades 256
Tamaño de bloque y grado de fracturación 256
Grado de meteorización 259
4.6. Clasificación geomecánica y caracterización global del macizo rocoso 261
Bibliografía recomendada 262
Referencias bibliografías 262
5 Hidrogeología
5.1. Formaciones geológicas y su comportamiento frente al agua 264
Tipos de acuífero y su comportamiento 264
Nivel piezométrico 267
Movimiento del agua en los acuíferos 268
5.2. Parámetros hidrogeológicos característicos de las formaciones geológicas 271
Porosidad 271
Coeficiente de almacenamiento 272
Permeabilidad 273
Transmisividad 274
5.3. Flujo. Ley de Darcy y ecuaciones fundamentales del flujo en medios porosos 274
Ley de Darcy 274
Velocidad de Darcy y velocidad real 276
Generalización de la ley de Darcy 276
Ecuación de la continuidad para flujo estacionario 277
Ecuación de Laplace 277
Ecuación de Poisson 278
Ecuación del flujo en régimen transitorio 279
5.4. Métodos de evaluación de parámetros hidrogeológicos 280
Ensayos de bombeo 280
Ensayos de inyección 290
Ensayos con trazadores 290
5.5. Métodos de resolución 292
Métodos analíticos 293
Redes de flujo 294
Métodos numéricos 295
5.6. Propiedades químicas del agua 297
Calidad química de las aguas subterráneas 297
Procesos fisico-químicos. Interacción agua-acuifero 298
Contaminación y contaminantes de las aguas subterráneas 299
Actividades antrópicas 300
Mecanismos de introducción y propagación de la contaminación 301
Bibliografía recomendada 302
Referencias bibliográficas 302
6 Investigaciones in situ
6.1. Diseño y planificación de las investigaciones in situ 304
Objetivos e importancia 304
Planificación de las investigaciones in situ 306
6.2. Estudios previos 308
Revisión de información y antecedentes 308
Fotointerpretación y teledetección 309
Fotointerpretación 310
Teledetección 311
Reconocimientos geológicos y geotécnicos de campo 315
Conclusión 316
6.3. Sondeos geotécnicos y calicatas 316
Sondeos geotécnicos 316
Sondeos a rotación 317
Sondeos con barrena helicoidal 317
Sondeos a percusión 320
Perforaciones especiales 320
Número y profundidad de sondeos 320
Presentación de los datos de perforación 321
Calicatas 321
Muestras geotécnicas 322
Testificación geotécnica 325
6.4. Prospección geofísica 329
Geofísica de superficie 329
Métodos eléctricos 329
Métodos sísmicos 331
Métodos electromagnéticos 334
Métodos gravimétricos 336
Métodos magnéticos 337
Geofísica en el interior de sondeos 337
Testificación geofísica 337
Sísmica en sondeos 339
Tomografía sísmica 340
6.5. Ensayos in situ 340
Ensayos de resistencia 341
Ensayos en suelos 341
Ensayo de penetración estándar (SPT) 341
Ensayos de penetración dinámica 342
Ensayos de penetración estática 344
Ensayo de molinete 345
Ensayos en la matriz rocosa 345
Esclerómetro o martillo Schmidt 346
Ensayo de carga puntual 348
Ensayos en discontinuidades 348
Ensayo de resistencia al corte 348
Tilt test 350
Ensayos de deformabilidad 351
Ensayos en suelos 351
Ensayo presiométrico 351
Ensayo de placa de carga 352
Ensayos en macizos rocosos 353
Ensayo dilatométrico 353
Ensayo de placa de carga 354
Ensayo de gato plano 354
Métodos sísmicos 357
Ensayos para medida de las tensiones naturales 357
Ensayos de permeabilidad 357
Ensayos en suelos 357
Ensayo Lefranc 358
Ensayo de Gilg-Gavard 358
Ensayo de Matsuo 359
Ensayo de Haefeli 359
Ensayos en macizos rocosos 359
Ensayo Lugeon 359
6.6. Instrumentación geotécnica 362
Medida de desplazamientos 363
Desplazamientos entre puntos próximos 363
Desplazamientos entre puntos situados en superficie 364
Desplazamientos profundos 364
Medida de presiones intersticiales 366
Medida de presiones 366
6.7. Resumen 368
Bibliografía recomendada 372
Referencias bibliográficas 372
7 Mapas geotécnicos
7.1. Definición 376
7.2. Tipos de mapas 376
Clasificación 376
Contenido de los mapas geotécnicos 378
Clasificación y propiedades geotécnicas de suelos y rocas 378
Condiciones hidrogeológicas 381
Condiciones geomorfológicas 382
Procesos geodinámicos 382
7.3. Métodos cartográficos 382
Zonificación geotécnica 382
Representación de datos 383
Cartografía automática 384
Cortes geotécnicos 384
7.4. Obtención de datos 385
7.5. APLICACIONES 386
Planificación 386
Ingeniería 389
Bibliografía recomendada 390
Referencias bibliográficas 390
Parte II APLICACIONES
8 Cimentaciones
8.1. Introducción 394
Criterios generales de diseño 394
Fases de estudio 395
8.2. Cimentaciones directas 395
Tipos de cimentación 395
Presión de hundimiento 395
Definiciones básicas 397
Cálculo de la presión de hundimiento 398
Capacidad de carga en condiciones sin drenaje 398
Capacidad de carga en condiciones drenadas 399
Coeficiente de seguridad. Presión admisible con respecto al hundimiento 400
Distribución de presiones bajo cimentaciones directas 400
Distribución de tensiones en el terreno bajo áreas cargadas 403
La estimación de asientos en suelos 406
Consideraciones generales 406
Asiento instantáneo, de consolidación primaria y de consolidación secundaria 407
Asientos instantáneos y de consolidación primaria en arcillas saturadas 408
Asientos en terrenos granulares 409
Asientos en arcillas rígidas 410
8.3. Cimentaciones profundas 411
Tipos de pilote 411
Pilote aislado 412
Determinación de la carga de hundimiento 415
Grupo de pilotes 417
Rozamiento negativo sobre los pilotes 417
Empujes laterales del terreno sobre los pilotes 418
8.4. Cimentaciones superficiales en roca 419
Método de Serrano y Olalla 419
8.5. Cimentaciones en condiciones geológicas complejas 421
Suelos expansivos 421
Suelos colapsables 423
Cavidades kársticas 423
Cavidades en rocas volcánicas 425
Rellenos antrópicos 425
Suelos blandos 425
8.6. Reconocimientos geotécnicos 425
Bibliografía recomendada 428
Referencias bibliográficas 428
9 Taludes
9.1. Introducción 430
9.2. Investigaciones in situ 431
9.3. Factores influyentes en la estabilidad 432
Estratigrafia y fitología 433
Estructura geológica y discontinuidades 433
Condiciones hidrogeológicas 434
Propiedades geomecánicas de los suelos y de los macizos rocosos 436
Tensiones naturales 438
Otros factores 438
9.4. Tipos de rotura 439
Taludes en suelos 439
Taludes en rocas 440
Rotura plana 440
Rotura en cuña 442
Vuelco de estratos 443
Rotura por pandeo 443
Rotura curva 444
9.5. Análisis de la estabilidad 445
Introducción 445
Métodos de equilibrio límite 446
Taludes en suelos 447
Taludes en rocas 457
Métodos tenso-deformacionales 467
Clasificación geomecánica de taludes 469
Indice SMR 469
9.6. Medidas de estabilización 470
Introducción 470
Métodos de estabilización 471
Modificación de la geometría 471
Medidas de drenaje 473
Elementos estructurales resistentes 474
Muros y elementos de contención 477
Medidas de protección superficial 479
9.7. Instrumentación y control 480
9.8. Excavación de taludes 483
Criterios de excavabilidad 484
Bibliografía recomendada 486
Referencias bibliográficas 486
10 Tuneles
10.1. Introducción 488
10.2. Investigaciones in situ 490
10.3. Influencia de las condiciones geológicas 494
Estructura geológica 494
Discontinuidades 495
Resistencia de la matriz rocosa 496
Condiciones hidrogeológicas 497
Estado tensional 499
Métodos de análisis 499
Efectos de las tensiones elevadas 500
10.4. PARAMETROS GEOMECANICOS DE DISEÑO 500
Datos geológicos y geomecánicos 500
Resistencia y deformabilidad 501
Magnitud y dirección de las tensiones naturales 501
Indice SRF 501
Método de Sheorey 503
Caudales y presiones de agua 504
10.5. Clasificaciones geomecánicas 508
Clasificación Q 508
Clasificación SRC 508
Criterios para la aplicación de las clasificaciones geomecánicas 514
10.6. Estimación de los sostenimientos por métodos empíricos 516
Sostenimientos a partir del índice RMR 516
Sostenimientos a partir del índice Q 516
10.7. Criterios de excavabilidad 519
10.8. Métodos de excavación y de sostenimiento de túneles en roca 521
Métodos de excavación 524
Fases de excavación 526
Elementos de sostenimiento 526
Tratamientos especiales 528
El Nuevo Método Austríaco 528
Emboquilles 529
10.9. Métodos de construcción de túneles en suelos 530
Métodos no mecanizados 530
Métodos semi-mecánicos 531
Métodos de excavación mecanizada 532
10.10. Consideraciones geológico-geotécnicas durante la construcción 533
Problemas geológico-geotécnicos 533
Control geológico-geotécnico 535
Influencia de la excavación en estructuras próximas 536
Bibliografía recomendada 538
Referencias bibliográficas 539
11 Presas
11.1. Introducción 542
11.2. Tipos de presa y estructuras auxiliares 544
Tipos de presa 544
Presas de materiales sueltos 544
Presas de fábrica 545
Estructuras auxiliares 547
11.3. Metodología de los estudios geológicos y geotécnicos 548
11.4. Reconocimientos geológicos e investigaciones in situ 550
11.5. Criterios geológico-geotécnicos de selección de presas 554
Criterios generales 554
Características de la cimentación 555
Disponibilidad de materiales 555
Riesgo de erosión interna 555
Emplazamiento de estructuras auxiliares 556
Condiciones para presas de materiales sueltos 556
Condiciones para presas de hormigón 557
Consideraciones medioambientales 557
11.6. Materiales geológicos para la construcción de presas 558
Investigaciones geológicas para el estudio de préstamos 558
Tipología de los materiales 558
Núcleos 558
Espaldones 559
Filtros y drenes 560
Aridos para hormigones 560
11.7. Estanqueidad de embalses 561
11.8. Permeabilidad de cerradas 562
Subpresiones 562
Erosión interna 563
Permeabilidad y control de filtraciones 564
11.9. Estabilidad de laderas en embalses 565
11.10. Condiciones geológico-geotécnicas de cimentación de presas 567
Condiciones generales 567
Fuerzas ejercidas 567
Mecanismos de rotura 568
Distribución de tensiones 570
Tratamientos 571
Problemas geológicos y posibles soluciones 574
11.11. Neotectónica y sismicidad natural e inducida 576
Bibliografía recomendada 578
Referencias bibliográficas 578
12 Estructuras de tierras
12.1. Introducción 580
12.2. Metodología de diseño 581
12.3. Materiales 585
Terraplenes 585
Pedraplenes y rellenos tipo "todo uno" 588
Escolleras 590
12.4. Puesta en obra y control 590
12.5. Terraplenes sobre suelos blandos 594
12.6. Terraplenes a media ladera 596
Bibliografía recomendada 598
Referencias bibliográficas 598
Recapitulación de la parte II 599
Parte III RIESGOS GEOLOGICOS
13 Prevención de riesgos geologicos
13.1. Los riesgos geológicos 608
13.2. Peligrosidad, riesgo y vulnerabilidad 609
13.3. Criterios de seguridad en ingenieria geologica 613
13.4. Prevención y mitigación de los riesgos 615
13.5. Mapas de peligrosidad y de riesgo 616
Bibliografía recomendada 619
Referencias bibliográficas 619
14 Deslizamientos y otros movimientos del terreno
14.1. Introducción 622
14.2. Movimientos de ladera 622
Tipos de movimiento 623
Deslizamientos 623
Flujos 626
Desprendimientos 628
Avalanchas rocosas 628
Desplazamientos laterales 629
Causas de los movimientos de ladera 629
Precipitaciones y condiciones climáticas 632
Cambios del nivel de agua 636
Procesos erosivos 636
Terremotos 636
Vulcanismo 637
Acciones antrópicas 638
14.3. Investigación de deslizamientos 638
Reconocimientos generales 639
Análisis de los procesos 644
Investigaciones de detalle 645
Análisis de estabilidad 649
Instrumentación 650
Sistemas de alarma 650
14.4. Medidas de corrección 651
Estabilización y protección frente a desprendimientos rocosos 652
14.5. Hundimientos y subsidencias 655
Tipos de movimiento y causas 655
Hundimientos 655
Subsidencias 656
Investigación de los procesos 658
Medidas de corrección 659
14.6. Prevención de riesgos por movimientos del terreno 659
Mapas de susceptibilidad y de peligrosidad 660
Mapas de movimientos de ladera 661
Mapas de hundimientos y subsidencias 662
Bibliografía recomendada 663
Referencias bibliográficas 663
15 Riesgo sísmico
15.1. Introducción 666
15.2. Fallas y terremotos 666
Las fallas como fuente de los terremotos 666
El régimen de stick-slip y el ciclo sísmico 667
El modelo de las fallas sísmicas 669
Tasas de deslizamiento y periodo de recurrencia 669
El registro geológico de la actividad en fallas 670
El estudio de las fallas sísmicas 672
15.3. Análisis de la sismicidad 675
15.4. Análisis de la peligrosidad sísmica 676
Método determinista 676
Métodos probabilistas 678
15.5. Respuesta sísmica en el emplazamiento 680
Terremoto característico 680
Parámetros sísmicos del movimiento del terreno 680
Modificación del movimiento del terreno por condiciones locales 681
15.6. Efectos inducidos por los terremotos en el terreno 683
Susceptibilidad de licuefacción 684
Deslizamientos inducidos por sismos 685
Roturas por fallas 687
15.7. Aplicaciones en ingeniería geológica 688
Estudios de riesgo sísmico, para emplazamientos 689
Microzonación sísmica 689
Estimación de la vulnerabilidad sísmica 690
Bibliografía recomendada 694
Referencias bibliográficas 694
Apéndice A Tabla de conversión de unidades de presión 697
Apéndice B Símbolos y acrónimos 699
Apéndice C Permisos de reproducción de figuras 705
Indice analítico 709