Geología de la ingeniería

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

Los estudios de geología de ingeniería pueden realizarse 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, así como 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 , propiedades geotécnicas de los materiales, estabilidad de taludes y deslizamientos de tierra , erosión , inundaciones , drenaje e investigaciones sísmicas , etc. ^{[ 3 ]} Los estudios de geología de ingeniería son realizados por un geólogo o ingeniero geólogo con formación académica, capacitación y experiencia en el reconocimiento e interpretación de procesos naturales, la comprensión de cómo estos procesos impactan las estructuras construidas por el hombre (y viceversa), y el conocimiento de métodos para mitigar los riesgos derivados de condiciones adversas naturales o provocadas por el hombre. El objetivo principal del ingeniero geólogo es la protección de la vida y la propiedad contra los daños causados ​​por diversas condiciones geológicas. ^{[ 4 ]}

La práctica de la geología de la ingeniería está estrechamente relacionada con la ingeniería geológica y la ingeniería geotécnica . Si existe alguna diferencia en el contenido de estas disciplinas, radica principalmente en la formación o la experiencia del profesional.

Aunque el estudio de la geología existe desde hace siglos, al menos en su forma moderna, la ciencia y la práctica de la geología de la ingeniería no se reconocieron como disciplina hasta finales del siglo XIX y principios del XX. El primer libro titulado «Geología de la Ingeniería» fue publicado en 1880 por William Penning. A principios del siglo XX, Charles Peter Berkey , geólogo estadounidense de formación y considerado el primer geólogo de la ingeniería de Estados Unidos , trabajó en varios proyectos de abastecimiento de agua para la ciudad de Nueva York, y posteriormente en la presa Hoover y en multitud de otros proyectos de ingeniería. El primer libro de texto estadounidense de geología de la ingeniería fue escrito en 1914 por Ries y Watson. En 1921, Reginald W. Brock , primer decano de Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia Británica , creó los primeros programas de grado y posgrado en Ingeniería Geológica, señalando que los estudiantes con una sólida formación en ingeniería se convertían en geólogos profesionales de primer nivel. En 1925, Karl Terzaghi , ingeniero y geólogo austriaco, publicó el primer libro de texto sobre mecánica de suelos (en alemán). Terzaghi es conocido como el padre de la mecánica de suelos, pero también tenía un gran interés en la geología; consideraba la mecánica de suelos una subdisciplina de la geología de la ingeniería. En 1929, Terzaghi, junto con Redlich y Kampe, publicó su propio libro de texto sobre geología de la ingeniería (también en alemán).

La necesidad de geólogos en 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 fallos de ingeniería ocurridos 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 la Ingeniería de la Sociedad Geológica de América .

Una de las funciones más importantes de un geólogo ingeniero es la interpretación de las formas del relieve y los procesos terrestres para identificar posibles riesgos geológicos y otros riesgos antropogénicos que puedan tener un gran impacto en las estructuras civiles y el desarrollo humano. Su formación en geología le proporciona una comprensión del funcionamiento de la Tierra, lo cual es fundamental para minimizar los riesgos relacionados con ella. La mayoría de los geólogos ingenieros también poseen títulos de posgrado donde han adquirido formación especializada en mecánica de suelos , mecánica de rocas , geotecnia , aguas subterráneas , hidrología y diseño civil. Estos dos aspectos de su formación les brindan una capacidad única para comprender y mitigar los riesgos asociados con las interacciones entre la Tierra y las estructuras.

Se pueden realizar investigaciones y estudios de geología de ingeniería:

• para desarrollos residenciales, comerciales e industriales;
• para instalaciones gubernamentales y militares ;
• para obras públicas como un sistema de drenaje de aguas pluviales, central eléctrica , turbina eólica , línea de transmisión , planta de tratamiento de aguas residuales , planta de tratamiento de agua , tubería ( acueducto , alcantarilla , emisario ), túnel , construcción sin zanja , canal , presa , embalse , cimentación de edificios, ferrocarril , transporte público , autopista , puente , refuerzo sísmico , aeropuerto y parque;
• para el desarrollo de minas y canteras , presas de relaves mineros, rehabilitación de minas y construcción de túneles mineros ;
• 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 precipicios costeros , desarrollo de puertos , muelles y zonas costeras;
• para emisarios submarinos , plataformas de perforación y oleoductos submarinos , cables submarinos; y
• para otros tipos de instalaciones.

Entre los riesgos geológicos típicos u otras condiciones adversas que evalúa y mitiga un geólogo ingeniero se incluyen:

• ruptura de fallas en fallas sísmicamente activas ;
• riesgos sísmicos y de terremotos (sacudidas del suelo, licuefacción , movimientos bruscos, expansión lateral , tsunamis y seiches );
• riesgos de deslizamientos de tierra , flujos de lodo , caída de rocas , flujos de detritos y avalanchas ;
• pendientes inestables y estabilidad de taludes ;
• erosión ;
• disgregación y levantamiento de formaciones geológicas, como el levantamiento por helada ;
• Hundimiento del terreno (como el causado por la extracción de agua subterránea , el colapso de sumideros , el colapso de cuevas , la descomposición de suelos orgánicos y el movimiento tectónico );
• peligros volcánicos ( erupciones volcánicas , aguas termales , flujos piroclásticos , flujos de detritos , avalanchas de escombros , emisiones de gases volcánicos , terremotos volcánicos );
• roca no desgarrable o marginalmente desgarrable que requiere desgarro intenso o voladura ;
• Suelos débiles y colapsables, fallas en la capacidad portante de los cimientos;
• aguas subterráneas superficiales/filtraciones; y
• otros tipos de limitaciones geológicas.

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

La mecánica de suelos es una disciplina que aplica los principios de la mecánica de ingeniería, como la cinemática, la dinámica, la mecánica de fluidos y la 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 relacionados con el comportamiento de los medios porosos. En conjunto, la mecánica de suelos y la mecánica de rocas constituyen la base para resolver muchos problemas de geología de ingeniería.

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

• Cartografía geológica de campo de estructuras geológicas, formaciones geológicas, unidades de suelo y riesgos;
• la revisión de literatura geológica, mapas geológicos, informes geotécnicos, planos de ingeniería, informes ambientales , fotografías aéreas estereoscópicas , datos de teledetección , datos del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), mapas topográficos e imágenes satelitales ;
• la excavación, el muestreo y el registro de materiales de tierra/roca en perforaciones, pozos y zanjas de prueba con retroexcavadora, zanjas de falla y pozos excavados con topadora;
• estudios geofísicos (tales como perfiles de refracción sísmica , estudios de resistividad , estudios de radar de penetración terrestre (GPR), estudios magnetométricos , estudios electromagnéticos , perfiles de subsuelo de alta resolución y otros métodos geofísicos);
• la monitorización de la deformación como la medición y el seguimiento sistemáticos de la alteración en la forma o las dimensiones de un objeto como resultado de la aplicación de tensión al mismo, manualmente o con un sistema automático de monitorización de la deformación ; y
• otros métodos.

El trabajo de campo suele culminar con el análisis de los datos y la elaboración de un informe geológico de ingeniería, un informe geotécnico o un informe de diseño, un informe de riesgo de fallas o de riesgo sísmico, un informe geofísico, un informe de recursos hídricos subterráneos o un informe hidrogeológico . El informe geológico de ingeniería también puede elaborarse conjuntamente 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 geológico 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 de Sistemas de Información Geográfica (SIG) u otras bases cartográficas.