Ctedra de mecnica y tratamiento de rocas FCEFyN UNC

Lembo Wuest, Carlos Ivn

Pardal, Valentina

Mecnica y Tratamiento de Rocas

Proyecto N 3Rocas solubles

2014

Universidad Nacional de Crdoba

Facultad de Ciencias Exactas,

Fsicas y Naturales

Carrera de Geologa

Profesores:

Cioccale, Marcela

Vendramini, NestorAlumnos:Lembo Wuest, Carlos IvnPardal, Valentina

La evolucin de un proceso krstico est determinada por mltiples factores de naturaleza muy diversa, los principales son:

- Factores litolgicos

- Factores estructurales

- Factores hidrogeolgicos y climticos

- Factores geomecnicos y sismotectnicos

Entre los factores litolgicos cabe destacar la diferencia de comportamiento entre los karst en materiales yesferos y salferos y los carbonatados. La diferencia de solubilidades condiciona la velocidad de disolucin y en consecuencia la karstificacin del macizo rocoso.

Los factores estructurales condicionan frecuentemente el lugar de aparicin de dolinas y otras geoformas. La densidad del diaclasado condiciona la permeabilidad del macizo, lo influye en la circulacin de fluidos y la disolucin de materiales.

Los factores climticos e hidrogeolgicos estn muy relacionados. Constituyen en la mayora de los casos las causas desencadenantes de los hundimientos y subsidencias. Las regiones climticas ms favorables a los hundimientos krsticos son las tropicales hmedas, con intensidades de lluvias muy altas y tasas de disolucin elevadas. Tambin las regiones subrticas y templadas son propensas a los hundimientos.

En cuanto a la naturaleza geomecnica de los materiales, es diferenciable el comportamiento del macizo rocoso y el de los materiales de relleno de las geoformas. En el primer caso, las rocas carbonatadas son ms resistentes y con mayor capacidad portante que los yesos y sales; stos, adems de poseer caractersticas geotcnicas menos resistentes, presentan comportamientos plsticos y halocinticos. Los materiales de relleno son arcillas y/o brechas con matriz arcillosa. El comportamiento geomecnico es funcin de la composicin mineralgica y textural del suelo y de su contenido en agua.

En cuanto a los principales problemas geolgicos ingenieriles que pueden encontrarse en regiones con presencia de rocas solubles tenemos:

- Asientos: suelen presentarse en lapiaz cubierto, como respuesta a la presencia de cargas puntuales en el terreno. La diferencia de capacidad de carga de los materiales karstificados y los sedimentos que recubren las irregularidades del lapiaz (normalmente arcillo limosos), provocan con frecuencia asientos diferenciales en las estructuras que se apoyan en la superficie de terreno krsticos.- Subsidencia: se entiende un descenso lento y paulatino del suelo. En terreno krsticos, se producen fenmenos de subsidencia cuando presentan una cobertura relativamente potente del suelo, no aflorando los materiales krsticos o bien en formaciones mixtas luttico yesferas o salferas, fcilmente deformables por su plasticidad. La subsidencia es una deformacin de mayor envergadura que los asientos. Presenta velocidades muy lentas, seculares, puede verse acelerada por la accin del hombre. Provocan asientos diferenciales en las estructuras que se apoyan sobre el terreno.

- Hundimiento o colapso: es un movimiento brusco en la vertical, ms o menos puntual, de una porcin de terreno. El origen comn se encuentra en el colapso de una caverna subterrnea. Los hundimientos constituyen el riesgo geolgico ingenieril ms importante. Las consecuencias en los casos de afeccin a viviendas, vas de comunicacin, obras pblicas u otras estructuras, son catastrficas.MONOGRAFA:

Problemticas de las rocas solublesIntroduccin:

El Karst es unaforma de relieve originada por meteorizacinqumica de determinadas rocas, como lacaliza,doloma,yeso, etc., compuestas por minerales solubles en agua. Se produce por disolucin indirecta del carbonato clcico de las rocascalizas debido a la accin de aguas ligeramente cidas.

La disolucin y por lo tanto la formacin del relieve krstico, se ve favorecida por:

La abundancia de agua;

La concentracin deCO2en el agua;

La baja temperatura del agua (cuanto ms fra este el agua, ms cargada estar de CO2);

Los seres vivos (que emiten CO2en el suelo por larespiracin, lo que aumenta considerablemente su contenido);

La naturaleza de la roca (fracturaciones, composicin de los carbonatos, etc.);

El tiempo de contacto agua-roca. El factor antrpico siempre es acelerador de estos procesos.Un terreno krstico consiste en una de las condiciones de suelo ms difciles que tienen que ser evaluados para llevar a cabo alguna obra ingenieril. Su diseo y construccin enfrenta muchos problemas, ya sea su ubicacin, dimensiones y geometra de la estructuras krsticas y cuevas. Desarrollo:

Morfologa krstica y los problemas ingenieriles:

Los procesos krsticos se generan principalmente en calizas competentes y fracturadas donde los ensayos de compresin arrojan de 30 a 100 Kpa. Por otro lado la creta, calizas dbiles y carbonatos poco cementados desarrollan caractersticas krsticas de menor dimensin. En los yesos las caractersticas son similares a las desarrolladas en calizas competentes salvo por el mayor desarrollo del karst intersticial.

La disolucin de las calizas es lenta, de algunos milmetros cada 100 aos, salvo en zonas de fracturas. El mayor problema de los ingenieros es la cada de suelo dentro de las cavidades generando grandes depresiones. El yeso se disuelve ms rpido, casi 1 metro cada 100 aos por lo que constituye un riesgo extra.Presenta variada morfologa tanto en superficie como en subsuperficie, de pequeas y grandes escalas, a continuacin se har una breve descripcin de algunas de las principales morfologas y los problemas ingenieriles relacionados:

Cavernas:

Se forman en cualquier roca soluble con flujo importante de agua, y se originan a partir de planos de estratificacin y fracturas de origen tectnico. Su tamao depende de la agresividad del agua y de los caudales de agua que la atraviesan. Se pueden rellenar con sedimentos o estalactitas de carbonatos.

Sus tamaos van de menos de 10 a ms de 30 mts. Generalmente se encuentran interconectadas por pequeos canales o anchos ros subterrneos.

La mayora de las cuevas que se desarrollan en calizas fuertes son estables, en cambio las que se excavan artificialmente suelen ser ms inestables.

Las cuevas ms peligrosas son las de mayor tamao que se encuentran someras, pudiendo afectar la integridad de las fundaciones.

Como gua para la estabilidad de las cuevas, el intervalo que hay con respecto a la superficie debe ser igual o mayor a su espesor, excluyendo cobertura vegetal o suelos. En general los macizos de calizas krsticas poseen una calidad regular de Clase III, con Q= 4-10 en la clasificacin de Barton, y RMR= 40-60 en la clasificacin de Beniawski.

Debe haber por lo menos 70% de roca inalterada entre la cueva y la superficie para garantizar la integridad de las fundaciones a cargas de cimentacin que no superen los 2 MPa, siempre considerando que las calizas tengan una fracturacin normal y regular. El yeso necesita un espesor mayor debido a su mayor inestabilidad.

Dolinas:Son depresiones tpicas que se generan dentro de los terrenos krsticos, por erosin de algn punto en la roca caliza. Los geomorflogos las llaman dolinas, mientras que los ingenieros la llaman sinkholes (sumideros). Las dolinas se clasifican en 6 tipos segn su gnesis: Dolinas de disolucin: Generadas por la disolucin de las rocas calizas, y acompaados por algn colapso mnimo. Dolinas de colapso: Formados de manera instantnea o durante un desgaste progresivo y colapso de un techo de calizas dentro de una caverna. Dolinas caprock (cubierta de roca): Similares a las de colapso, diferencindose en que los bloques que caen en las cavernas estn formados por materiales insolubles. Dolinas abandonadas: Se forman sobre suelos cohesivos, donde el agua percola y afecta a la caliza por debajo generando un colapso de este suelo que luego pasa a rellenar las fracturas dentro de la roca.

Dolinas por Suffosion: Se generan en suelos no cohesivos donde el agua penetra y lava el suelo y las calizas generando una subsidencia lenta, que produce hundimientos en superficie.

Dolinas enterradas: Se generan cuando dolinas antiguas de colapso o de disolucin son rellenadas por suelo, o sedimentos por un cambio en el ambiente.

Los riesgos ms grande en ingeniera son los que generan los tipos de dolinas por Suffosion y abandonadas debido a su rpido colapso. Estos colapsos catastrficos son la mayor causa de muerte en este tipo de estructuras. Zonas con finas coberturas de suelo no constituyen tantos problemas, pero entre 2 y 10 metros de espesor de la cobertura de suelo ya es problemtico. En las dolinas enterradas es muy complejo lograr estabilidad en las cimentaciones.Rockheads:Se generan en la interfase entre el suelo y la roca por disolucin en rocas krsticas, formando muchas veces relieves muy irregulares. Las fisuras y diferentes juntas dentro de la roca son vas de infiltracin de las aguas de lluvias por donde se genera la disolucin que da lugar a estas estructuras. Los rockheads se forman cerca de la superficie donde el agua corrosiva empieza a disolver la roca y a reducir los tamaos de los bloques de calizas, entonces el suelo empieza a aislarlos formando pinculos, estos bloques constituyen peligros en las obras ingenieriles ya que son altamente inestables.

Las topografas resultantes son extremadamente impredecibles debido a la variacin de la fracturacin en profundidad que genera disoluciones diferenciales y crea pinculos que son de diversa estabilidad. Estudios geotcnicos en terrenos krsticos:Antes de realizar cualquier tipo de clasificacin de un terreno krstico para as evaluar las futuras problemticas ingenieriles se debe realizar una caracterizacin del medio, donde en primer lugar se realiza una revisin de los datos para obtener la mayor cantidad de informacin posible previa, incluyendo mapas topogrficos y geolgicos, fotografas areas, mapas de dolinas, informacin hidrogeologa, perforaciones, etc. Toda esta investigacin debe ser seguida por el reconocimiento del sitio por parte de personal con experiencia y capacitado en el tema (tanto ingenieros como gelogos), para verificar y ampliar los estudios hechos previamente. Esta etapa tambin debe incluir entrevistas con personas familiarizadas con el sitio. Luego se debe seguir con la investigacin del subsuelo, donde se utilizan pozos de sondeos, y se aplican mtodos geofsicos tales como ssmica de refraccin, magnetometra, geo-radar, resistividad, etc.Estos estudios permitirn clasificar al terreno, tomando como punto de partida la clasificacin ingenieril elaborada por Waltham y Fookes en 2003, que permite identificar y cuantificar los grados en que estn presentes las diferentes morfologas krsticas y en base a ello evaluar los problemas de estabilidad que se tendrn que corregir.

Entre los aspectos a evaluar se encuentran la variabilidad de los rockheads, la frecuencia de dolinas y los tamaos de las cavernas subterrneas.

Las cinco clases proporcionan la base de una clasificacin de ingeniera que caracteriza karst en trminos de la complejidad y dificultad encontrada en las fundaciones ingenieriles. Igualmente siempre es importante considerar que no hay 2 terrenos krsticos iguales y que es muy difcil predecirlos y ser tajantes en cuanto a su clasificacin.

Fundaciones tpicas en terrenos krsticos:

Dependiendo de la clase de karst elegida en la clasificacin se pasar a realizar la planificacin de las fundaciones, se hacen desde zapatas en construcciones ordinarias (que en ocasiones atraviesan grandes profundidades hasta encontrar superficies estables); vigas utilizadas para cualquier subsidencia que pueda ocurrir en un futuro; geomallas utilizadas para reforzar el suelo y reducir el impacto de cualquier colapso futuro, las cuevas son crticas para planear las fundaciones, stas se rellenan de cemento con el fin de evitar el colapso.

La construccin de tnel es en sitios krstico se enfrenta a dos problemas principales: la inundacin de las aguas subterrneas y el colapso de huecos krsticos con irrupcin de barro y agua en la excavacin. El primer problema se enfrenta mediante la reduccin de las aguas subterrneas ya sea a travs de drenaje controlado dentro del tnel, la eliminacin del agua del suelo por bombeo para evitar infiltracin, o la aplicacin de lechadas para reducir la percolacin de agua. En cuanto a las cavernas q pueden afectar a la excavacin se produce cementado de las mismas.Conclusin:Luego de analizar los distintos informes se evidencia la gran complejidad que existe en cuanto al estudio geotcnico y la gran cantidad de problemas que presenta para la construccin de obras civiles, es inclusive complicado agruparlo en clases y constituye un verdadero desafo para los ingenieros y gelogos.

En pases con esta problemtica como Malasia, China, Mxico, Serbia, Estados Unidos etc. estn a la vista los grandes problemas que puede acarrear una mala caracterizacin geotcnica y una mala aplicacin de criterios.

Se concluye tambin que los sitios ms peligrosos para los hundimientos son los que se encuentran sobre dolinas.

A parte de las diferentes tcnicas especiales de fundacin se pueden evitar hundimientos teniendo en cuenta medidas como: llevar un riguroso control de aguas superficiales y subterrneas en la regin krstica, evitar la sobrecarga del suelo y realizar construcciones significativas fuera de las reas problemticas, en lo posible, para evitar futuras catstrofes.Bibliografa:

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C. Waltham1 and P. G. Fookes, 2005. ENGINEERING CLASSIFICATION OF KARST GROUND CONDITIONS . Speleogenesis and Evolution of Karst Aquifers The Virtual Scientific Journal, 3 (1), 1-20. G.S. Xeidakis, A.Torok, S.Skias and B. Kleb. 2004. ENGINEERING GEOLOGICAL PROBLEMS ASSOCIATED WITH KARST TERRAINS: THEIR INVESTIGATION,MONITORING, AND MITIGATION AND DESIGN OF ENGINEERING STRUCTURES ON KARST TERRAINS. Bulletin of the Geological Society of Greece vol. XXXVI, 2004Proceedings of the 10th International Congress, Thessaloniki, April 2004 Douchko Romanov,Franci Gabrovek,Wolfgang Dreybrodt. Dam sites in soluble rocks: a model of increasing leakage by dissolutional widening of fractures beneath a dam. 2003

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