geologia tema 1 introduccion a la geologia

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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE VERACRUZ VILLA RICA

APUNTES DEL CURSO DE GEOLOGIA

PROFESOR: ING. JUAN F. CAPALLERA CABADA RECOPILACION E INVESTIGACION BIBLIOGRAFICA: ING. L. ITZEL RAMIREZ SOSA

ENERO, 2008 Objetivos del curso: El alumno prever posibles problemas en las obras civiles, en funcin del origen y formacin geolgica, los agentes de cambio y los medios ambientes de depsito que conforman el sitio de la obra. Identificar un suelo de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS) y en funcin de esto, predecir su comportamiento mecnico y la influencia de ste en las obras civiles.

Introduccin a la geologa y a la geotecnia, su relacin con la Ingeniera Civil. Geodinmica interna Geodinmica externa y metamorfismo. Aplicaciones de la geologa a la Ingeniera Civil. Exploracin y muestreo en suelos y rocas. Descripcin, identificacin y clasificacin de suelos y rocas.

Antecedentes, objetivos y contenidos de los temas. I. INTRODUCCIN A LA GEOLOGA Y LA GEOTECNIA, SU RELACIN CON LA INGENIERA CIVIL. ANTECEDENTES: Ninguno. OBJETIVO : El alumno conocer las teoras sobre el origen y evolucin del entorno geolgico sobre el que se desarrollan las obras de Ingeniera Civil, con el fin de distinguir los alcances y las aplicaciones de las herramientas y mtodos que se utilizan en esta asignatura. CONTENIDO : I.1 El mtodo cientfico y su aplicacin en las teoras sobre el origen del universo y en particular de la Tierra. I.2 Eras geolgicas. Representacin logartmica de los tiempos. I.3 Determinacin del tiempo geolgico. Datacin radiactiva. Definicin de Geologa, Geotecnia, Mecnica de Suelos y Mecnica de Rocas.

II. GEODINAMICA INTERNA. ANTECEDENTES: Ninguno. OBJETIVO : El alumno conocer el origen interno de las rocas con el propsito de clasificarlas. CONTENIDO : II.1 Constitucin interna del Planeta Tierra: subncleo, ncleo, manto, corteza, litosfera y astensfera. Teora de la isostasia y pangea. Deriva de los continentes. Derrame del suelo marino. II.2 Tectnica de placas y sismicidad. II.3 Rocas. Ciclo de las rocas. Ciclo hidrolgico. Minerales, cristales e influencia de ellos en el comportamiento mecnico de las rocas. Las rocas desde el punto de vista de la Geotecnia. II.4 Rocas gneas. Vulcanismo.

III. GEODINAMICA EXTERNA Y METAFORFISMO.

ANTECEDENTES: Ninguno. OBJETIVO : El alumno conocer el origen externo de las rocas con el propsito de clasificarlas. CONTENIDO : III.1 Intemperizacin, erosin, agua subterrnea, sedimentacin, transporte y ubicacin. III.2 Fsico-qumica de las arcillas. III.3 Rocas sedimentarias. Formacin de suelos. Correlacin en el tiempo de los estratos y fsiles. III.4 Metamorfismo: dinmico, trmico y dinamotrmico. Rocas metamrficas. III.5 Clasificacin Geotcnica de las rocas desde el punto de vista de su comportamiento mecnico e hidrulico. III.6 Geologa estructural y geomorfologa.

IV. APLICACIONES DE LA GEOLOGIA A LA INGENIERIA CIVIL. ANTECEDENTES: Ninguno. OBJETIVO : El alumno relacionar los conocimientos adquiridos de la Geologa fsica con los requerimientos que le plantea la Ingeniera Civil. CONTENIDO : IV.1 Cimentacin IV.2 Zonificacin geotcnica. IV.3 Problemas de Ingeniera en entornos geolgicos. IV.4 Ingeniera de tneles y presas.

V. EXPLORACION Y MUESTREO EN SUELOS Y ROCAS. ANTECEDENTES: Ninguno. OBJETIVO : El alumno disear programas de exploracin en distintas condiciones en cuanto a tipos de suelos y tipos de superestructuras. CONTENIDO : V.1 Mtodos directos e indirectos de exploracin. V.2 Mtodos Geofsicos de exploracin. V.3 Muestreo.

VI. DESCRIPCION, IDENTIFIACION Y CLASIFICACION DE SUELOS Y ROCAS. ANTECEDENTES: Ninguno. OBJETIVO : El alumno clasificar los suelos segn el SUCS y las rocas en funcin de su origen interno y externo. CONTENIDO : VI.1 Relaciones volumtricas y gravimtricas. VI.2 Estructuras de los suelos. VI.3 Granulometra. VI.4 Lmites de consistencia. VI.5 Clasificacin e identificacin de los suelos (SUCS). VI.6 Influencia del tipo de suelo en el comportamiento de las obras civiles.

INTRODUCCIN A LA GEOLOGA Y LA GEOTECNIA, SU RELACIN CON LA INGENIERA CIVIL.

I.1EL MTODO CIENTFICO Y SU APLICACIN EN LAS TEORAS SOBRE EL ORIGEN DEL UNIVERSO Y EN PARTICULAR DE LA TIERRA.

MTODO CIENTFICO El mtodo cientfico es un mtodo racional para verificas o establecer hechos que pueden ser: Verdaderos. Falsos. El mtodo cientfico consta de los siguientes tres grandes pasos o etapas: El establecimiento de una o varias hiptesis (suposiciones) de trabajo, esas hiptesis pueden ser establecidas sobre la base de una evidencia preliminar o no. La verificacin de las hiptesis mediante la experimentacin y la observacin. La enunciacin de la ley o la teora derivada del ltimo paso que sucede en la afectacin de una de las hiptesis o bien alguna otra hiptesis que surgi a partir del proceso de investigacin.

EL ORIGEN DEL UNIVERSO. Existen varias teoras respecto al origen del Universo, podemos mencionar por ejemplo la del obispo de Usher quien dijo que la edad de la tierra eran 4004 a.C., esta edad la calculo sumando edades de personajes del Antiguo Testamento; posteriormente Aristteles afirmaba que el universo haba existido siempre y que siempre existira, la ms conocida y acertada es la del Big Bang ( o el gran disparo) y se le atribuye a Edwin Hubble, y que se deriva de la teora de la relatividad general. De acuerdo con la teora anterior y con la evidencia del efecto Doppler o corrimiento hacia el rojo, el universo se encuentra en etapa de expansin. En trminos simplistas la teora del Big Bang afirma que en un tiempo EMBED Equation.3 el universo era una gran masa condensada que debido a una gran acumulacin de energa potencial, sta explot liberando y transformndose

en energa cintica. La gran masa se fraccion en miles de millones de fragmentos que actualmente son los cuerpos celestes que observamos en el firmamento y agrupamos en galaxias y sistemas solares que se separan cada vez ms entre s. La misma teora afirma que en un tiempo EMBED Equation.3 el espacio tender a contraerse hasta llegar a su etapa inicial, que es la enorme masa que volver a explotar para expandirse y contraerse nuevamente en un ciclo interminable. Einstein alguna vez coment que: el Universo es como un gran corazn latiendo. Surgieron diversas tentativas para sustraerse a la idea de que tuvo que existir una singularidad del Big Bang, una fue la llamada teora del estado estable, segn sta, al separarse unas de otras las galaxias, se formaran otras nuevas en los espacios intermedios con materia continuamente creada. As pues el universo habra existido y existira siempre ms o menos en el mismo estado que ahora. En 1964 Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron un fondo de radiaciones de microondas mucho ms all de nuestra galaxia, pero no exista mecanismo razonable dentro de la teora del estado estable para generar microondas con semejante espectro, por esa razn tuvo que ser abandonada la teora. Para debatir el origen del universo necesitamos una teora que combine la relatividad general con la mecnica cuntica, la gravedad cuntica es esa teora, la idea es que toda partcula posee en el espacio-tiempo cada trayectoria o historia posible. Cada trayectoria tiene una probabilidad que depende de su forma. Esta idea surge de Feynman como suma de historias. En 1983, Jim Hartle y Stephen Hawking sealan que el estado del universo sera dado por una suma de ciertas clases de historias. Esta clase consistir en espacios curvos sin singularidad que eran de tamao finito pero carecan de lmites o bordes. En conclusin no existe una teora que explique a ciencia cierta el origen del universo y los estudios mas recientes muestran que el universo esta en expansin y que su densidad media determinar su futuro, es decir, si su densidad media resulta inferior a un valor crtico, el universo se expandir siempre, pero, si es superior, el universo se contraer.1 La estructura y/u organizacin del universo hasta donde se conoce son los siguientes sistemas: (de mayor a menor) galaxias, cmulos de estrellas, sistemas solares, planetas y satlites, tambin se pueden mencionar meteoritos y cometas. De acuerdo con Einstein la forma del Universo es biconvexa:

Elpticas o discoidal Galaxias (formas) Irregulares Discordales

Tamao de las galaxias Tamaos: Variables desde 20 a 200 millones de aos luz. Ao Luz : 63,282.94 u.a. Unidad Astronmica: 149, 500, 000km U. A. =Distancia entre el sol y la tierra. Prsec: 3.25 aos luz. 1 Prsec aos luz. 1 kpa= 1 Kilo Prsec = 1000parsercs. Formas de galaxias: Galaxia de forma espiral Galaxia Elptica Galaxia irregular SISTEMAS DE CUERPOS COSMICOS Planeta-luna La Tierra y la Luna Sistema Solar Sistema Solar Cmulos de estrellas (formas diversas)

Cmulos de Estrellas Galaxias: irregulares, elpticas y discoidales. La Va Lctea o cinturn de Hrcules tiene forma discoidal y las siguientes dimensiones.

Dimensiones de la Va Lctea.

Las galaxias ms cercanas a la Va Lctea son dos conjuntos de estrellas irregulares llamadas: Nubes Magallnicas, las cuales son visibles a simple vista en el hemisferio sur, se encuentran a una distancia de 150 mil aos luz y sus dimensiones son de 20 mil a 30 mil aos luz. Dentro del espacio que abarca el telescopio Hale de 200 plg, existen unos mil millones de galaxias.

Fig. i) Nubes Magallnicas

Planeta

Radio, comparad o con el radio deDensidad la Tierra g/cm3 5.42 5.11 5.52 3.95 1.33 0.69 1.56 2.27 4.00

Masa, comparad a con laNmero Periodo Distancia masa dede de del Sol la Tierra satlites rotacin u.a.* 0.04 0.81 1.00 0.11 316.94 94.90 14.66 17.16 0.70 *** *** 1 2 12 10 5 2 ** 88 das 243 das 23h 56min 24h 37min 9h 50min 10h 14min 10h 42min 15h 153 das 0.39 0.72 1.00 1.52 5.20 9.54 19.19 30.07 39.52

Mercurio 0.39 Venus 0.97 Tierra Marte Jupiter Saturno 1 0.53 10.95 9.02

Urano 4 Neptuno 3.92 Plutn 0.46 * U.A. (unidad astronmi ca)=149 500 000km

1 Agujeros Negros y Pequ