Ingeniería geológica

La geología de ingeniería es la aplicación de la geología al estudio de la ingeniería con el fin de asegurar que los factores geológicos relacionados con la ubicación, el diseño, la construcción, la operación y el mantenimiento de las obras de ingeniería se reconozcan y se tengan en cuenta. ^[1] Los geólogos de ingeniería proporcionan recomendaciones geológicas y geotécnicas , análisis y diseño asociados con el desarrollo humano y varios tipos de estructuras. ^[2] El ámbito del geólogo de ingeniería se encuentra esencialmente en el área de las interacciones tierra-estructura, o la investigación de cómo la tierra o los procesos terrestres impactan las estructuras hechas por el hombre y las actividades humanas.

Los estudios de ingeniería geológica se pueden realizar durante las fases de planificación, análisis de impacto ambiental, diseño de ingeniería civil o estructural, ingeniería de valor y construcción de proyectos de obras públicas y privadas, y durante las fases posteriores a la construcción y forenses de los proyectos. Los trabajos realizados por los geólogos de ingeniería incluyen; evaluación de riesgos geológicos , geotécnica , propiedades de los materiales, estabilidad de deslizamientos y pendientes, erosión , inundaciones , desagüe e investigaciones sísmicas , etc. ^[3] Los estudios de ingeniería geológica son realizados por un geólogo o geólogo de ingeniería que está educado, capacitado y ha obtenido experiencia relacionada con el reconocimiento e interpretación de procesos naturales, la comprensión de cómo estos procesos impactan en las estructuras creadas por el hombre (y viceversa), y el conocimiento de los métodos para mitigar los peligros resultantes de condiciones adversas naturales o creadas por el hombre. El objetivo principal del geólogo de ingeniería es la protección de la vida y la propiedad contra los daños causados ​​por diversas condiciones geológicas. ^[4]

La práctica de la ingeniería geológica también está muy relacionada con la práctica de la ingeniería geológica y la ingeniería geotécnica . Si hay una diferencia en el contenido de las disciplinas, radica principalmente en la formación o experiencia del profesional.

Aunque el estudio de la geología ha existido durante siglos, al menos en su forma moderna, la ciencia y la práctica de la ingeniería geológica solo comenzaron como una disciplina reconocida hasta finales del siglo XIX y principios del XX. El primer libro titulado Ingeniería geológica fue publicado en 1880 por William Penning. A principios del siglo XX, Charles Peter Berkey , un geólogo formado en Estados Unidos que fue considerado el primer geólogo ingeniero estadounidense , trabajó en varios proyectos de suministro de agua para la ciudad de Nueva York, y luego trabajó en la presa Hoover y en una multitud de otros proyectos de ingeniería. El primer libro de texto estadounidense de ingeniería geológica fue escrito en 1914 por Ries y Watson. En 1921, Reginald W. Brock , el primer decano de Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia Británica , inició los primeros programas de licenciatura y posgrado en Ingeniería Geológica, señalando que los estudiantes con una base de ingeniería eran geólogos en ejercicio de primera clase. En 1925, Karl Terzaghi , ingeniero y geólogo formado en Austria, publicó el primer texto de Mecánica de suelos (en alemán). Terzaghi es conocido como el padre de la mecánica de suelos, pero también tenía un gran interés por la geología; Terzaghi consideraba que la mecánica de suelos era una subdisciplina de la geología de ingeniería. En 1929, Terzaghi, junto con Redlich y Kampe, publicaron su propio texto de Geología de ingeniería (también en alemán). La geología de ingeniería son los diferentes tipos de rocas.

La necesidad de contar con geólogos para las obras de ingeniería cobró relevancia mundial en 1928, con el colapso de la presa de St. Francis en California y la muerte de 426 personas. Otros fracasos de ingeniería que se produjeron en los años siguientes también impulsaron la necesidad de contar con geólogos ingenieros para trabajar en grandes proyectos de ingeniería.

En 1951, una de las primeras definiciones de "geólogo ingeniero" o "geólogo ingeniero profesional" fue proporcionada por el Comité Ejecutivo de la División de Geología de Ingeniería de la Sociedad Geológica de América .

Una de las funciones más importantes de un geólogo ingeniero es la interpretación de las formas del terreno y los procesos terrestres para identificar posibles peligros geológicos y relacionados de origen humano que puedan tener un gran impacto en las estructuras civiles y el desarrollo humano. La formación en geología proporciona al geólogo ingeniero una comprensión de cómo funciona la tierra, lo que es crucial para minimizar los peligros relacionados con la tierra. La mayoría de los geólogos ingenieros también tienen títulos de posgrado en los que han adquirido educación y formación especializada en mecánica de suelos , mecánica de rocas , geotecnia , aguas subterráneas , hidrología y diseño civil. Estos dos aspectos de la educación de los geólogos ingenieros les proporcionan una capacidad única para comprender y mitigar los peligros asociados con las interacciones entre la tierra y la estructura.

Las investigaciones y estudios de ingeniería geológica se pueden realizar:

• para desarrollos residenciales, comerciales e industriales;
• para instalaciones gubernamentales y militares ;
• para obras públicas tales como sistemas de drenaje pluvial, plantas de energía , turbinas eólicas , líneas de transmisión , plantas de tratamiento de aguas residuales , plantas de tratamiento de agua , tuberías ( acueductos , alcantarillas , emisarios ), túneles , construcciones sin zanjas , canales , presas , embalses , cimientos de edificios, ferrocarriles , tránsito , carreteras , puentes , modernización sísmica , aeropuertos y parques;
• para desarrollos de minas y canteras , presas de relaves mineros, recuperación de minas y túneles de minas ;
• para programas de restauración de humedales y hábitats ;
• para sitios de remediación de residuos peligrosos gubernamentales, comerciales o industriales;
• para ingeniería costera , reposición de arena , estabilidad de acantilados o acantilados marinos , desarrollo de puertos , muelles y zonas costeras;
• para emisarios submarinos , plataformas de perforación y tuberías submarinas , cables submarinos; y
• para otros tipos de instalaciones.

Los peligros geológicos típicos u otras condiciones adversas evaluadas y mitigadas por un geólogo ingeniero incluyen:

• ruptura de fallas en fallas sísmicamente activas ;
• peligros sísmicos y sísmicos (temblores, licuefacción , sacudidas, propagación lateral, tsunamis y seiches );
• peligros de deslizamientos de tierra , flujos de lodo , desprendimientos de rocas , flujos de escombros y avalanchas ;
• pendientes inestables y estabilidad de pendientes ;
• erosión ;
• apagado y levantamiento de formaciones geológicas, como levantamiento por congelación ;
• hundimiento del suelo (por ejemplo, debido a la extracción de agua subterránea , colapso de sumideros , colapso de cuevas , descomposición de suelos orgánicos y movimiento tectónico );
• peligros volcánicos ( erupciones volcánicas , aguas termales , flujos piroclásticos , flujos de escombros , avalanchas de escombros , emisiones de gases volcánicos , terremotos volcánicos );
• roca no desgarrable o marginalmente desgarrable que requiere de un desgarro o voladura intensos ;
• suelos débiles y colapsables, fallas en los soportes de cimentación;
• aguas subterráneas poco profundas/filtraciones; y
• Otros tipos de restricciones geológicas.

Es posible que se requiera que un geólogo o geofísico ingeniero evalúe la excavabilidad (es decir, la capacidad de desgarramiento ) de los materiales de tierra (roca) para evaluar la necesidad de realizar voladuras previas durante la construcción de movimientos de tierra, así como los impactos asociados debido a la vibración durante las voladuras en los proyectos.

La mecánica de suelos es una disciplina que aplica principios de la mecánica de ingeniería, por ejemplo, cinemática, dinámica, mecánica de fluidos y mecánica de materiales, para predecir el comportamiento mecánico de los suelos. La mecánica de rocas es la ciencia teórica y aplicada del comportamiento mecánico de las rocas y los macizos rocosos; es la rama de la mecánica que se ocupa de la respuesta de las rocas y los macizos rocosos a los campos de fuerza de su entorno físico. Los procesos fundamentales están todos relacionados con el comportamiento de los medios porosos. En conjunto, la mecánica de suelos y rocas son la base para resolver muchos problemas de geología de ingeniería.

Los métodos utilizados por los geólogos ingenieros en sus estudios incluyen:

• mapeo geológico de campo de estructuras geológicas, formaciones geológicas, unidades de suelo y peligros;
• la revisión de literatura geológica, mapas geológicos, informes geotécnicos, planes de ingeniería, informes ambientales , fotografías aéreas estereoscópicas , datos de teledetección , datos del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), mapas topográficos e imágenes satelitales ;
• la excavación, muestreo y registro de materiales de tierra/roca en perforaciones, pozos y zanjas de prueba con retroexcavadora, zanjas de fallas y pozos con excavadora;
• estudios geofísicos (como estudios de refracción sísmica , estudios de resistividad , estudios con radar de penetración terrestre (GPR), estudios con magnetómetro , estudios electromagnéticos , perfiles de subsuelo de alta resolución y otros métodos geofísicos);
• seguimiento de la deformación como la medición y el seguimiento sistemáticos de la alteración de la forma o las dimensiones de un objeto como resultado de la aplicación de una tensión sobre él de forma manual o con un sistema automático de seguimiento de la deformación ; y
• Otros métodos.

El trabajo de campo generalmente culmina con el análisis de los datos y la preparación de un informe geológico de ingeniería, un informe geotécnico o resumen de diseño, un informe de riesgo de fallas o de riesgo sísmico, un informe geofísico, un informe de recursos de agua subterránea o un informe hidrogeológico . El informe de geología de ingeniería también se puede preparar junto con un informe geotécnico, pero generalmente proporciona el mismo análisis geotécnico y las mismas recomendaciones de diseño que se presentarían en un informe geotécnico. Un informe de geología de ingeniería describe los objetivos, la metodología, las referencias citadas, las pruebas realizadas, los hallazgos y las recomendaciones para el desarrollo y el diseño detallado de las obras de ingeniería. Los geólogos de ingeniería también proporcionan datos geológicos en mapas topográficos, fotografías aéreas, mapas geológicos, mapas del Sistema de Información Geográfica (SIG) u otras bases cartográficas.

• Brock, 1923, La educación de un geólogo: Geología económica, v. 18, págs. 595–597.
• Bates y Jackson, 1980, Glosario de geología: Instituto Geológico Americano.
• González de Vallejo, L. y Ferrer, M., 2011. “Ingeniería Geológica”. Prensa CRC, 678 págs.
• Kiersh, 1991, La herencia de la ingeniería geológica: los primeros cien años: Sociedad Geológica de América; Volumen especial del centenario 3
• Legget, Robert F., editor, 1982, Geología bajo las ciudades: Sociedad Geológica de América; Reseñas en Geología de Ingeniería, volumen V, 131 páginas; contiene nueve artículos de autores separados para estas ciudades: Washington, DC; Boston; Chicago; Edmonton; Kansas City; Nueva Orleans; Ciudad de Nueva York; Toronto; y Twin Cities, Minnesota.
• Legget, Robert F., y Karrow, Paul F., 1983, Manual de geología en ingeniería civil: McGraw-Hill Book Company, 1.340 páginas, 50 capítulos, cinco apéndices, 771 ilustraciones. ISBN  0-07-037061-3
• Price, David George, Ingeniería geológica: principios y práctica , Springer, 2008 ISBN 3-540-29249-7 
• Prof. D. Venkat Reddy, NIT-Karnataka, Ingeniería geológica , Vikas Publishers, 2010 ISBN 978-81259-19032 
• Boletín de Ingeniería Geológica y del Medio Ambiente

• Wang HF, Teoría de la poroelasticidad lineal con aplicaciones a la geomecánica y la hidrogeología, Princeton Press, (2000).
• Waltham T., Fundamentos de ingeniería geológica, 2.a edición, Taylor & Francis, (2001).