Procedimientos-constructivos-de-tuneles-en-rocas-tuneles-en-suelos-blandos-y-lumbreras

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA 
DE MÉXICO 
 
 
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES 
ARAGÓN 
 
Procedimientos constructivos de 
túneles en roca, túneles en suelos 
blandos y lumbreras. 
 
T E S I S 
 
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: 
I N G E N I E R O C I V I L 
P R E S E N T A : 
 
ANAYANSI ESTRADA CARMONA 
 
 
 
 
 ASESOR: 
 ING. JOSÉ RAYMUNDO REYNA OROZCO 
 
 
 
 
 
MEXICO 2014 
Lourdes
Texto escrito a máquina
Ciudad Nezahualcóyotl, Edo. de México
Lourdes
Texto escrito a máquina
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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DECICATORIAS Y AGRADECIEMIENTOS 
 
A DIOS POR DARME LA VIDA. 
 
A MIS ABUELITOS SARA E ISAAC, A MIS TÍOS SARA, JAIME, 
RUBEN Y ESTELA, QUE CON SUS CUIDADOS Y ATENCIONES ME 
HAN APOYADO EN TODO MOMENTO, HAN SIDO EL IMPULSO PARA 
LLEGAR AL FINAL DE ESTA META EN MI VIDA. 
 
A MI ESPOSO PEPE QUE SIEMPRE ME HA ANIMADO A SEGUIR 
ADELANTE CON MIS SUEÑOS, A MI MAMA CLEMENTINA QUE 
AUNQUE YA NO ESTA CONMIGO SE QUE ESTA ORGULLOSA DE 
MI, A MI PAPA GILBERTO QUE A PESAR DE TODAS LAS 
ADVERSIDADES QUE NOS HAN SEPARADO SE QUE ESTA 
ORGULLOSO DE MI. 
 
GRACIAS AL PROFESOR JOSE RAYMUNDO REYNA OROZCO POR 
LA REALIZACIÓN DE ESTE TRABAJO Y GRACIAS A TODOS LOS 
PROFESORER POR TODO SU APOYO Y CONOCIMIENTO EN EL 
TRANSCURSO DE LA CARRERA. 
 
GRACIAS A TODOS LOS AMIGOS Y COMPAÑEROS QUE TUVE 
DURANTE EL CURSO DE LA CARRERA APOYANDOME. EN TODO 
MOMENTO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CONTENIDO 
 Pag. 
INTRODUCCIÓN 5. 
1 GENERALIDADES 6. 
 
1.1 RESEÑA HISTÓRICA 
 
1.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS TÚNELES 
2 CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS Y DE LOS SUELOS 
BLANDOS 25. 
 
2.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS 
 
2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS 
3 EXCAVACIÓN DE TÚNELES EN ROCA 54. 
 
3.1 USO DE MAQUINAS TOPO (TBM) Y DE ATAQUE PUNTUAL 
 (ROZADORAS) 
 
3.2 EXCAVACIÓN CON EXPLOSIVOS (MÉTODO CONVENCIONAL) 
4 EXCAVACIÓN DE TÚNELES EN SUELOS BLANDOS 83. 
 
4.1 USO DE ESCUDOS 
5 LUMBRERAS 100. 
 
5.1 EXCAVACIÓN EN ROCA (MÉTODO CONVENCIONAL) 
 
5.2 POR EL MÉTODO DE FLOTACIÓN 
6 MAQUINARIA DE EXCAVACIÓN 116. 
 
6.1 JUMBO 
 
6.4 PERFORADORA HIDRÁULICA 
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6.4 CUCHARON DE ALMEJA 
 
6.5 OTRO EQUIPOS 
CONCLUSIONES 121. 
 
BIBLIOGRAFÍA 122. 
 
GLOSARIO 124. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUCCIÓN 
 
El presente escrito tiene como objetivo exponer la importancia de los métodos de 
excavación de túneles y lumbreras. Estos serán descritos de manera breve e informativa, 
con el fin de obtener un conocimiento de los aspectos que presenta cada método. Se espera 
que este trabajo sirva como guía para aquellas personas interesadas en el tema. 
 
El túnel es una obra subterránea destinada a unir dos puntos, entre los cuales se pueden 
presentar diversos obstáculos. No obstante, estos emergen dependiendo del tipo de terreno a 
excavar, el cual puede ser roca o terreno blando. Según sean sus características, se escoge el 
método de excavación, ya sea con máquinas o explosivos. 
 
Por lo general, en materia vial, la construcción de túneles requiere de excavación mecánica. 
Ésta se lleva a cabo mediante el uso de maquinaria de diversas características, la cual 
permite solucionar problemas emergentes de las diferentes propiedades que pueda 
presentar el terreno a excavar. Por otra parte, la excavación con explosivos es de uso 
limitado. Básicamente, se aplica en macizos rocosos sanos de gran dureza y abrasividad. 
 
En cuanto a la excavación de lumbreras, la información que se da es muy breve. 
Básicamente, se basa en dos procedimientos: excavación en roca y excavación en suelos 
blandos. 
 
Para la elaboración del presente trabajo se consultaron diversas obras en relación con la 
materia 
 
 
 
 
 
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1. GENERALIDADES 
 
1.1 RESEÑA HISTÓRICA 
 
Orígenes de los primeros túneles 
 
Los primeros túneles se remontan a principios de los descubrimientos metalúrgicos, al final 
de la Edad de Piedra, destinados a la explotación de los minerales como el sílex o pedernal 
(material indispensable con el que se fabricaban una multitud de armas y herramientas). 
Cuando se agotaba en la superficie, se seguía la veta por medio de pozos y galerías. Las 
minas de pedernal como las de Grimes Graves, en Norfolk, se desarrollaron también en 
Bélgica, Norte de Portugal y otros lugares, remontándose más allá de los 2000 a.C. 
 
Otras minas son las de Sal de Halstaff que son de 2500 a.C. y 1000 a.C. Dichas minas 
proporcionaron su producto a comunidades muy prosperas de la Edad de Bronce y de 
principios de la Edad de Hierro. 
 
En elcuarto milenio a.C., los sumerios no sólo utilizaron el cobre nativo, sino el obtenido 
por reducción y fusión de los óxidos de minas de las montañas de Armenia. En algún 
momento de dicha era, se excavaron galerías laterales en las faldas de las montañas a fin de 
seguir los afloramientos. 
 
En el tercer milenio a.C., se usaban herramientas de piedra y cuñas de madera expandida 
por humedad para perforar hasta 50 m en la roca (figura 1). 
 
 
 
 
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Figura 1. Herramientas antiguas 
 
También se construían túneles para trasportar en forma segura el agua, protegiéndola de la 
evaporación que se produciría si la conducción estuviera expuesta a los intensos rayos 
solares de estas áreas; estos primeros túneles de abastecimiento de agua, eran llamados 
qanaats. 
 
Un ejemplo de los qanaats procedentes de Grecia, es aquel túnel que atravesaba la Isla de 
Samos. Éste estaba revestido, tenía cerca de 1000 m de largo y llevaba el agua por tuberías 
de barro colocadas en una zanja excavada en el piso. 
 
Ahora bien, los qanaats de Irán y las áreas aledañas eran pequeños túneles subterráneos que 
llevaban el agua desde las fuentes de las colinas hasta los pueblos y aldeas. 
Aproximadamente, se excavaban con longitudes de unos 50 m. Algunos túneles 
presentaban una suave inclinación para permitir terminar en pozos profundos y 
proporcionar un fácil acceso. 
 
Por último, el túnel de Siloam en Jerusalén, constituye un ejemplo típico de los antiguos 
acueductos estratégicos, fue excavado alrededor de 700 a.C., por el Rey Ezequías. 
 
Son numerosos los ejemplos de túneles construidos en el periodo clásico. Estos, en su 
mayoría, fueron acueductos. En Roma, desde el periodo de 312 a.C. hasta el inicio de 
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nuestra era, se han construido 52 acueductos, sumando un total de 350 km. El sistema 
estaba basado por flujo de gravedad. Cabe mencionar que los túneles también se utilizaban 
para sistemas de drenaje que resolvían el desagüe de casas y calles (figura 2) 
 
Figura 2. Túneles antiguos 
En la Edad Media, la construcción de túneles da un paso atrás. Sin embargo, esto no fue 
impedimento para el desarrollo de la construcción de túneles. El primer túnel hidráulico 
moderno fue la Mina de Daroca que construyó Bedel (Ingeniero y arquitecto francés) entre 
los años 1555 y 1560 bajo el cerro de San Jorge. Éste conducía las aguas, en ocasiones 
torrenciales, evitando los destrozos e inundaciones en la ciudad (figura 3). 
 
 Figura 3. Mina de Daroca 
 
El túnel en el Canal du Midi (1666-1681) se construyó con el fin de unir el Atlántico con el 
Mediterráneo y así evitarse los largos, costosos y peligrosos viajes alrededor de la 
Península Ibérica y a través del Estrecho de Gibraltar. Era un túnel que incluía 240 km de 
canal con más de cien esclusas y con un nivel superior de cerca de 200 m sobre el nivel del 
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mar. El agua necesaria la proporcionaban depósitos construidos en los Montagnes Noires a 
20 km de distancia. El proyecto fue promovido y ejecutado por Pierre-Paul Riquet con el 
apoyo de Luis XIV y su ministro de Finanzas, Colbert. El túnel no estaba en el nivel 
superior, sino bajo un cerro a más de 100 km al este, cerca de Beziers. El túnel de 6.5 m x 8 
m x 157 m de longitud se construyó en los años 1679 al 1681. Se dejó sin revestir hasta 
1691. 
 
En 1761 se abrió un túnel para el Duque de Bridgewater en el canal Worsley Manchester 
(figura 4) con el propósito de llevar el carbón de la minas de Worsley, localizada a una seis 
millas al oeste de Manchester, hasta la ciudad. El canal pasaba por un túnel construido en la 
arenisca de la mina, aproximadamente a una milla, donde se construyeron más tarde unas 
cuarenta millas de túneles a varios niveles, pasaba sobre el rio Irwell por un acueducto a 12 
m sobre el rio y terminaba luego en un túnel y un tiro vertical bajo Castle Hill, en 
Manchester. 
 
 
Figura 4. Túnel Canal Worsley 
 
El túnel Harecastle (figura 5) resultó difícil. Se perforó utilizando pólvora desde unos 
cuantos tiros. Sin embargo, se encontraron manantiales que anegaron la obra y fue 
necesario un frente de drenaje delante de la obra. En contraste con los otros cuatro túneles, 
que tenían 4.1 m. de ancho por 5.3 m de alto, este túnel tenía 2.2 m de ancho y 3.6 m de 
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largo y fue necesario idear un sistema operativo de una sola vía, haciendo pasar las 
barcazas con los pies, lo que llevaba dos horas para empujarlas. Los hombres se tendían de 
espaldas sobre la cubierta de la barcaza y la empujaban apoyando sus pies contra el techo 
del túnel. El canal tardo once años en construirse debido a este túnel y se terminó hasta 
1777. 
 
 
Figura 5. Túnel Harecastle 
 
La construcción de los ferrocarriles modernos se inició en Liverpool y Manchester Railway 
(Ferrocarril de Liverpool y Manchester). Éste fue inaugurado en 1830. Se tuvieron que 
construir túneles desde el mismo comienzo. El túnel para ferrocarril terminaba en Egde 
Hill, en Liverpool, donde el ferrocarril le hacía frente a una formidable barrera de terrenos 
elevados y, desde dicho punto, se perforaban los túneles. El túnel corto de 265 m que se 
elevaba hasta Crown Street, transportaba coches de pasajeros, los cuales se remolcaban con 
cuerdas hasta la superficie. El túnel largo de Wapping transitaban mercancías que 
descendía 1930 m hasta los muelles. 
 
Poco tiempo después de haber sido abierto el túnel para ferrocarril, se amplió en forma 
desde Edge Hill hasta su terminal actual Lime Street. Este túnel tenía 1852 m de longitud, 
se operaba con sogas hasta 1870 cuando se introdujo un sistema con locomotoras. La gran 
cantidad de ferrocarriles que construyeron compañías competidoras en Inglaterra durante 
gran parte del siglo XIX, produjo un cierto número de túneles, en su mayoría para 
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disminuir grandes pendientes y obtener rutas directas. Entre 1830 y 1850 se terminaron más 
de cincuenta túneles que tenían más de una milla de longitud; veinticinco de ellos se 
construyeron entre 1838 y 1850. La mayoría de ellos atravesaban colinas y en muchos 
casos el agua representaba el mayor enemigo, inundando los tiros, arrastrando la arena y 
suavizando la lutita. Como un caso excepcional, el túnel del ferrocarril de Mersey (1879-
88) y el túnel Severn (1873-86) pasaban por debajo de Ríos. 
 
La línea que construyó Stephenson de Liverpoola Manchester seguida muy pronto por la 
línea entre Londres y Birminghan, también dirigida por él; y el proceso de tratar de obtener 
una buena alineación y fáciles pendientes hizo necesarios cinco túneles, siendo los más 
difíciles los de Primrose Hill, Watford y Kilsby (figura 6). El túnel de Primrose se excavó 
en arcilla. No obstante, ésta se hinchaba y desarrollaba fuertes presiones que agrietaban 
algunos lugares el revestimiento de albañilería. El túnel de Watford se perforó a través de la 
sierra Chalk que forma el borde superior de la Cuenca Londinense. Las grietas se 
rellenaban con grava, arena y arcilla. Sin embargo, el agua se filtraba. Esto causó muchos 
problemas y pérdida de vidas. El túnel de kilsby fue el más difícil en construir. Se excavó a 
través de una sierra al sur de Rugby. En la sierra ya se había construido un túnel que 
llevaba un canal, el cual ya había sido trazado para evitar las arenas movedizas mostradas 
por las perforaciones, pero no fue así. El trabajo se realizó desde dieciocho tiros. Las 
demandas de bombeo, que eran cada vez mayores, obligaron al contratista a abandonar la 
obra; dichos túneles se terminaron en 1838. 
 
 
Figura 6. Túneles Primrose Hill, Watford y Kilsby 
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Otro de los primeros túneles para ferrocarril fue el de Woodhead (4828 m) a través de los 
montes Peninos en la parte superior de la línea de Manchester. El primer túnel de una sola 
vía se construyó entre 1838 y 1845 y se realizó otro igual entre 1847 y 1852. Estos túneles 
atravesaban la parte alta de los desolados páramos. Ambos túneles tuvieron problemas 
debido a la falta de ventilación y mantenimiento en general. En 1954 los remplazó un 
nuevo túnel de Woodhead que unía las dos vías e incorporaba electrificación aérea. 
 
El Túnel de Brunel bajo el Támesis 
 
Entre la Era de los Canales y la Era de los Ferrocarriles empezó la construcción del Gran 
Túnel de Brunel bajo el Támesis, el primero en pasar por debajo de un rio y el primer túnel 
perforado con escudo. En ciertos aspectos estaba muy adelantado para su tiempo y su 
exitosa terminación exigía tanto tiempo, esfuerzos y supervisión del personal que ninguna 
obra similar se emprendió en casi medio siglo. 
 
El concepto que tenía Marc Isamboard Brunel de un escudo (figura 7), inspirado hasta 
cierto punto por la forma en que perforaba el túnel, estaba cubierto por dos patentes 
concedidas en 1818, y se aplicó al cruce propuesto de una calzada de dos vías bajo el 
Támesis, entre Rothertime y Wapping, iniciada en 1825 por la Compañía del Túnel del 
Támesis. Un intento anterior primero por Vazie y luego por Trevithick en 1807, para 
perforar un frente o galería, como una operación preliminar para ampliarla a un túnel de 5 
m de diámetro había fracasado en terreno blando. 
 
Brunel describió los problemas fundamentales de excavación y ademe temporal, 
proyectados al principio del túnel. Lo que se deseaba era hallar medios eficaces para 
excavar el terreno de una manera tal que no se desplazará más tierra que la necesaria para el 
cuerpo del túnel y que el trabajo se realizara con seguridad. Para asegurar la excavación 
contra derrumbes, se propuso el uso de una caja o una celda que se empuje hacia adelante. 
 
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El Escudo de Brunel estaba diseñado para proporcionar: 
 
1. Un forro que cubra el terreno por todos lados. Esto de efectuaba por medio de 
bloques de hierro que se deslizaban hacia adelante según avanzaba la excavación y 
soportados por marcos de hierro. 
 
2. Medios para soportar el frente, además de tener acceso a la excavación. Los marcos 
de hierro llevaban estacas horizontales de avance de roble con una sección de 150 
mm x 75 mm. Soportados por gatos de tornillo con los que se podía mover hacia 
adelante uno cada vez según se excavaba la pequeña área abierta al frente. 
 
3. Medios para mover el escudo hacia adelante dentro del espacio excavado y luego 
construir el revestimiento permanente en la parte de atrás. La estructura del escudo 
consistía de doce armazones de 3 hileras, que soportaban las protecciones superiores 
en los lados y en la parte superior, y proporcionaban celdas de trabajo, ocupada cada 
una por persona; estas armazones se empujaban hacia adelante, una cada vez por 
medio de gatos apoyados en el arco de albañilería ya terminado. 
 
El escudo completo tenía 11.4 m de ancho x 6.8 m de alto x 2.7 m de largo. Se armó 
principalmente en el fondo de un tiro 15 m. de diámetro y luego fue necesario operar los 
mecanismos algo complicados en condiciones de suciedad y humedad con mano de obra, 
que, al principio, no estaba calificada. 
 
Además de los problemas encontrados para tener la certeza del uso adecuado de los 
diversos dispositivos, se tuvieron para mantener alineado el escudo, que sin embargo, 
funcionó satisfactoriamente. La esperanza de contar cuando menos con un techo de arcilla 
firme nunca se realizó y el control del agua se convirtió en el principal problema dentro del 
túnel. Esto constituye, por supuesto, la quinta operación fundamental indicada en el 
comienzo del túnel. 
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El agua ablandaba el limo y la arcilla. Ésta entraba al túnel con un volumen cada vez 
mayor. Venia acompañada de metano que causaba pequeñas explosiones, y por hidrogeno 
sulfurado y otros contaminantes que eran causa de enfermedad y muerte de los trabajadores 
que laboraban en el frente. 
 
Cinco veces el rio inundo todo el túnel, y cinco veces se hizo posible siguiera funcionando 
vertiendo arcilla y grava sobre el lecho del mismo. Bombeando el agua y excavando los 
desechos. El trabajo de construcción del túnel se había iniciado a fines de 1825, pero 
después de la segunda inundación que ocurrió en enero de 1828, cuando ya se habían 
terminado 184 m de un total de 366 m, se detuvo el trabajo por falta de fondos y no se 
reanudo hasta que el gobierno concedió un préstamo a fines de 1834. Se tardó un año en 
sustituir el escudo con una estructura mejorada, y otros cinco años y medio, desde marzo de 
1836 hasta noviembre de 1841, para terminar la excavación del túnel. Éste se inauguró en 
1842, pero solo para peatones, ya que no se disponía del dinero para el acceso de coches. 
Finalmente se vendió en 1865 a la East London Railway Company (Compañía 
Ferrocarrilera del Oriente de Londres) que construyó los accesos necesarios para 
convertirlo en un enlace ferrocarrilero por el cual todavía corren regularmente los trenes de 
London transport (Transporte de Londres) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7. Maqueta del Escudo de Brunel 
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Túneles de Tequixquiac 
 
Los Túneles de Tequixquiac son una de las obras de ingeniería más importantes en México. 
Estos tienen unalongitud aproximada de 19 km con pendiente sur-norte que en realidad son 
dos túneles que desembocan en el mismo río. El gran canal de desagüe de la Ciudad de 
México se conecta con las cajas en Zumpango, Estado de México y desemboca en el Tajo 
de Tequixquiac (figura 8) 
. 
Conocido como “Túnel Viejo” forma parte de las obras del desagüe del Valle de México, 
cuya construcción fue necesaria debido a las inundaciones que constantemente sufría la 
ciudad de México desde su fundación, por el aumento de los niveles de agua de los lagos 
que le rodeaban. La obra comprendía tres puntos simultáneos un Tajo abierto (nombrado 
Gran Canal), “El Túnel de Tequixquiac” y “El Tajo”. Los trabajos comenzaron durante el 
imperio de Maximiliano de Habsburgo en julio de 1866. El Tajo se excavo de 1868 a 1870. 
El túnel debía tener más de 10 km de longitud con 24 lumbreras a intervalos de 400 m y 
profundidades de 30 a 98 m. 
 
Sin embargo, durante su construcción, se encontraron con varios obstáculos. Esto produjo 
un trabajo más lento. Fue hasta el gobierno del presidente Porfirio Díaz, que se dio el 
impulso final. Para ello se optó entregar la obra a una empresa inglesa: “Mexican 
Prospecting and Finance Co Ltd.” y la “Read & Campbell”, compañías que trajeron unos 
3000 trabajadores igualmente extranjeros venidos de Corwall, Inglaterra por ser los mejores 
mineros del mundo. Igualmente que las minas de Real del Monte, ambas fracasaron en la 
obra, debido a los gastos improvistos y la maquinaria insuficiente para desaguar las 
lumbreras. 
 
Fue el ingeniero Luis Espinosa y la mano de obra mexicana, quienes concluyeron el Túnel 
en 1894. La inauguración oficial de las obras del desagüe, fue el 17 de marzo de 1900, 
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fecha en que presidente Porfirio Díaz visitó “El Tajo” de Tequixquiac para conmemorar la 
hazaña de Maximiliano. 
 
Figura 8. Túneles de Tequixquiac 
 
1.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS TÚNELES 
 
El trazado de un túnel y la sección a elegir depende de la topografía del terreno, del estudio 
geológico previo, de la profundidad y función que ha de desempeñar. Estos factores 
condicionan también al tipo de revestimiento a emplear para que la obra pueda resistir las 
presiones del terreno. 
 
La excavación a elegir para el túnel está en función del terreno. Éstas son muy variadas, 
puede emplearse la excavación mecánica o excavación con explosivos. En conclusión, las 
características de cada túnel dependerán de su función, de la configuración topográfica, del 
tipo de terrenos a atravesar y del método de excavación elegido. Los túneles se construyen 
para diferentes tipos de obra, como son: túneles para transporte (en carreteras, para 
transporte urbano, metro, pasos peatonales, etc.), Túneles para el transporte de agua 
(canales, abastecimientos urbanos, centrales hidroeléctricas, etc.) y túneles para sistemas de 
alcantarillado. Un ejemplo serían los túneles de carretera o autopista (figura 9), suelen 
presentar sección circular. Aunque en ocasiones se prefieren secciones de otro tipo. 
Normalmente van revestidos y disponen de sistemas de ventilación y drenaje, de 
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iluminación, de control y vigilancia. En ocasiones, disponen de áreas de parada. Siempre 
que sea posible se prefiere el trazado en línea recta. La pendiente debe ser suficiente para 
permitir la evacuación de las aguas por gravedad. En cualquier caso, la pendiente máxima 
vendrá condicionada por las limitaciones del tipo de transporte a que se destina. Por esta 
razón, si la diferencia de nivel entre sus extremos es grande, puede ser conveniente elegir 
un trazado en curva para aumentar la distancia y reducir, por tanto, la pendiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9. Túnel de carretera 
 
Otro sería en la conducción de agua a presión desde, un embalse hasta una central de 
producción de energía eléctrica puede hacerse mediante túneles, a veces de gran longitud y 
pendiente (figura 10). Para esta función se construyen túneles de diferente sección que 
siempre van revestidos. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10. Conducción de agua a presión 
 
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Revestimientos más usados 
 
Los revestimientos son necesarios en la mayor parte de los túneles, siempre en suelos 
blandos y frecuentemente en roca. Se colocan con dos fines, estructuralmente para ayudar 
al macizo rocoso y suelo a soportarse. Operacionalmente para proporcionar una superficie 
interna que sea adecuada a las funciones del túnel. El tipo de revestimiento depende de las 
características del terreno sobre el cual se construirá el túnel. Entre los revestimiento más 
usados se encuentra en uso de dovelas, concreto lanzado y concreto armado. 
 
Las dovelas son segmentos de concreto armado. Éstas son piezas prefabricadas, las cuales 
se colocan con la ayuda de un brazo erector que se encuentra detrás de la cabeza de corte de 
una tuneladora o escudo. Así se forman (figura 11) anillos conforme avanza la excavación 
de la máquina para el sostenimiento del terreno. 
 
Hay dovelas que trabajan a presión al colocar el último segmento, siendo la definitiva por 
ejercer presión en todas las demás. Por ello, los anillos trabajan a presión y así pueden 
resistir la presión del suelo que se ejerce sobre ellos. 
 
También hay dovelas que van atornilladas. Éstas se colocan primero una y después otra 
haciendo coincidir los orificios del tornillo que une a ambas dovelas y se atornillan. Esta 
secuencia continúa hasta colocar la última pieza que completa el anillo. 
 
En ambos casos, al terminar la colocación del anillo, en unos orificios que se encuentran en 
la parte central de las dovelas, se perforan y se hace la inyección a base de mortero o 
mortero y bentonita o de otras mezclas. Éstas son para unir los anillos a la pared del 
terreno y rellenar los espacios anulares y limitar los asentamientos del terreno. 
 
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Figura. 11 Anillo de concreto armado 
 
El concreto lanzado es una técnica que se utiliza cada vez más para el sostenimiento del 
terreno. Primeramente, se instala una malla metálica, pernos de anclaje y cerchas metálicas. 
Después se trasportar el concreto a través de una manguera. Proyectado neumáticamente a 
alta velocidad contra la superficie, la fuerza de impacto en la superficie, compacta el 
material de modo que se pueda soportar así mismo. Una de las ventajas es que se adhiere 
íntimamente a la superficie y permite obtener la forma deseada con gran variedad de 
acabados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12. Revestimiento de un túnel con concreto lanzado 
 
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Las dovelas y el concreto lanzado pueden usarse como revestimiento definitivo en rocas 
(macizos rocosos sanos) y en suelos muy cohesivos (con un gran contenido de arcilla o 
limo). También se usan como revestimiento primario para el sostenimiento del túnel aparte 
del revestimiento definitivo (suelos no cohesivos y roca fracturada). 
 
Otro de los tipos de revestimiento usado es el concreto armado se usa como revestimiento 
permanente de los túneles. Tiene la ventaja de que se puede diseñar con la forma que se 
desee para la sección transversal. Por lo general, se cuela utilizando una cimbra corrediza 
detrás del frente de trabajo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 13. Revestimiento de concreto armado 
 
Replanteo de túneles 
 
El replanteo de un túnel se compone de dos partes claramente diferenciadas: la superficial y 
la subterránea. La superficial se refiere a los trabajos en el exterior que tienen por finalidad 
enlazar las boquillas entre sí, así como situar los posibles pozos de ataque (lumbreras); y la 
subterránea se refiere a todos los procedimiento que tienen que ver con la excavación del 
túnel. 
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La excavación de un túnel se realiza generalmente, y al menos desde dos frentes de ataque 
que suelen ser las boquillas. Estos incluso se multiplican por medios de pozos de ataque. La 
finalidad es duplicar o multiplicar la velocidad de excavación del túnel (figura 14). El túnel 
se puede realizar en un espacio abierto, montañoso, en un centro urbano, en una zona 
suburbana o industrial. Por ello, la toma de datos del levantamiento debe adecuarse a cada 
caso. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 14. Túnel con cuatro frentes se ataque 
 
Desde las primeras rutas del túnel que se proyectan sobre el mapa, se hace evidente la 
necesidad de un levantamiento topográfico más detallado. Para la proyección de un túnel, 
tanto en su diseño planimétrico como altimétrico (figura 15), se ha de disponer de planos 
topográficos existentes, a la mayor escala disponible y con curvas de nivel que permita 
estudiar y determinar las características del mismo. Estos planos base pueden ser generales 
de toda la zona de posible afectación por el túnel o parciales de determinadas zonas, planos 
con características geológicas de la zona y de túneles de reconocimiento, es posible que se 
tengan que efectuar sondeos adecuadamente situados que certifique y amplíen la 
información previa obtenida. 
 
Con estos datos podemos obtener información aproximada de depósitos aluviales y tipos de 
roca que podremos encontrar en la excavación, así como fallas y otros accidentes 
geológicos, de perforaciones anteriores, como cimentaciones profundas, pozos, túneles 
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anteriores, canteras y minas e incluso inspección de acantilados, lechos de ríos y cualquier 
otro tipo de excavación. 
 
Si el túnel se construye en una zona urbana será de vital importancia la exacta localización 
de instalaciones existentes (eléctricas, gas, agua potable, alcantarillado, oleoductos, etc.) 
para evitar alguna interferencia. También se deberán tomar las fachadas de las calles y los 
sótanos, construcciones que posiblemente habrá que controlar durante la construcción del 
túnel si se prevén posibles asentamientos. Toda esta información nos sirve para conocer 
mejor la zona del proyecto y poder realizar el plano topográfico base y plano geológico del 
proyecto (figura 16 y 17). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 15. Planta y perfil longitudinal 
 
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Figura 16. Plano topográfico 
 
 
 
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2. CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS Y LOS 
SUELOS BLANDOS 
Los métodos de excavación de túneles dependen, primera y fundamentalmente, del tipo de 
terreno a excavar. De este mismo modo, hay que hablar por separado de la excavación de 
túneles en roca y de la excavación de túneles en suelos blandos. De forma indicativa, se 
presenta a continuación las siguientes características geológicas de las rocas y de los suelos 
blandos. 
 
2.1 CARACTERISTICAS DE LAS ROCAS 
 
Rocas ígneas 
 
Las rocas ígneas son aquellas que han sido formadas por la solidificación de un magma. El 
magma se produce a varios niveles dentro de la corteza terrestre y el manto superior a 
profundidades que pueden superar los 200 kilómetros (figura 25). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 18. Capas de la Tierra 
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Una vez formado, un cuerpo magnatico asciende hacia la superficie porque es menos denso 
que las rocas que le rodean y los gases que escapan lo propulsan desde la cámara 
magmática. Éste se abre camino hacia la superficie, produciendo una erupción volcánica. El 
magma que alcanza la superficie de la tierra se denomina lava. 
 
Las rocas ígneas que se forman cuando se solidifica el magma dentro de la superficie 
terrestre se denominan extrusivas o volcánicas. Las que solidifican a partir de lava sobre 
la superficie terrestre se clasifican como intrusivas o plutónicas. 
 
Composiciones ígneas 
 
El magma está compuesto fundamentalmente por los ocho elementos químicos que son los 
principales constituyentes de los silicatos. El oxígeno y el silicio normalmente expresado 
como contenido en sílice (SiO2) de un magma son los elementos más abundantes de las 
rocas ígneas. Estos dos elementos más los iones de aluminio (Al), calcio (Ca), sodio (Na), 
potasio (k), magnesio (Mg), hierro (Fe) constituyen el 98% en peso de muchos magmas. 
Además el magma contiene pequeñas cantidades de muchos otros elementos entre ellos el 
aluminio, titanio y trazas de oro y plata. 
 
Conforme el magma se enfría y solidifica, los elementos se combinan para formar dos 
grupos importantes de silicatos. Los silicatos oscuros (o ferromagnesianos), son mineralesricos en hierro y magnesio, o en ambos, y minerales con bajo contenido de sílice. El 
olivino, el piroxeno, el anfíbol y la biotita son los constituyentes ferromagnesianos 
comunes de la corteza terrestre. 
 
Los silicatos claros constituyen mayores cantidades de potasio, sodio y calcio que de hierro 
y magnesio. Como grupo, estos minerales son más ricos en sílice que los silicatos oscuros. 
Entre los silicatos claros se encuentra el cuarzo, la moscovita y el grupo mineral más 
abundante, los feldespatos. Las rocas ígneas pueden estar compuestas mayoritariamente 
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por silicatos oscuros o claros o por la combinación de ambos grupos en varias proporciones 
o cantidades. Pese a su gran diversidad, las rocas ígneas pueden clasificarse en función de 
sus proporciones de minerales oscuros y claros (ver tabla). 
 
Félsicas Intermedias Máficas Ultramáficas 
(graníticas) (andesitas) (basálticos) 
Fanériticas(grano 
grueso) 
Afaníticas(grano fino) 
Composición mineral 
Granito 
 
Riolita 
Cuarzo 
Feldespato potásico 
Plagioclasa sódica 
Diorita 
 
Andesíta 
Anfíbol 
Plagioclasa intermedia 
Gabro 
 
Basalto 
Plagioclasa cálcica 
Piroxeno 
 
Peridotita 
 
Komatita(rara) 
Olivino 
Piroxeno 
 
Constituyentes 
minerales menores 
Moscovita 
Biotita 
Anfíbol 
Piroxeno 
Anfíbol 
Biotita 
Olivino 
Anfíbol 
 
Plagioclasa cálcica 
Color de la roca 
basado en el % de 
minerales oscuros 
(máficos) 
Colores claros 
Menos del 15% de 
minerales oscuros 
De colores medios 
15-40% de minerales 
oscuros 
Gris oscuro a negro 
Mas del 40% de 
minerales oscuros 
Verde oscuro a negro 
Casi un 100% de 
minerales oscuros 
 
Clasificación de las rocas ígneas 
 
Rocas Félsicas (graníticas) 
 
-Granitos. Es quizá la más conocida de todas las rocas ígneas. Abunda en la corteza 
continental, es una roca compuesta por alrededor de 25% a 35% de cuarzo y más de 50% de 
feldespato potásico y de plagioclasa rica en sodio. Los cristales de cuarzo de forma esférica 
suelen ser vítreos y de color claro a gris claro. Al contrario que los del cuarzo, los cristales 
de feldespato no son vítreos, tienen un color generalmente de blanco a gris o rosa salmón, y 
exhiben una roca forma rectangular más que esférica. Cuando el feldespato es dominante y 
su color es rosa oscuro, el granito parece casi rojizo, y cuando los cristales de feldespato 
son de color blanco y gris y se combinan la roca tiene un color gris claro. 
 
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-Riolita. Está compuesta fundamentalmente de silicatos de color claro. Esta roca es idéntica 
mineralógicamente al granito, pero tiene diferente textura. Suele ser de marrón claro a rosa 
o a veces un gris muy claro. Contiene frecuentemente fragmentos vítreos y huecos que 
indican un rápido enfriamiento en un ambiente superficial. En este caso, cuando la riolita 
contiene fenocristales, son normalmente pequeños y están compuestos por cuarzo o 
feldespato potásico, al contrario que el granito, esta roca es bastante infrecuente. 
 
-Obsidiana. La obsidiana es una roca vítrea de color oscuro que normalmente se forma 
cuando lava rica en sílice se enfría rápidamente. Al contrario que los minerales donde hay 
una disposición ordenada de los iones, en el vidrio, los iones están desordenados. Por 
consiguientes las rocas vítreas como la obsidiana no están compuestas por minerales en el 
sentido estricto. Aunque normalmente la obsidiana es de color negro o marrón rojizo, tiene 
un elevado contenido de sílice. Por tanto, su composición es más semejante a las rocas 
ígneas claras, como el granito que a las rocas oscuras de composición basáltica. El sílice es 
claro como el cristal, pero el color oscuro de la obsidiana es consecuencia de la presencia 
de iones metálicos. 
 
-Pumita. La pumita es una roca volcánica que, como la obsidiana, tiene textura vítrea. 
Normalmente asociada con la obsidiana, la pumita se forma cuando grandes cantidades de 
gases escapan a través de la lava para generar una masa gris y porosa. En algunas muestras 
los agujeros son bastantes evidentes, mientras que en otros, la pumita es de fragmentos 
finos de cristal entretejido. 
 
En ocasiones, las pumitas presentan estructuras de flujo que indican que hubo algún 
movimiento antes de que se completara la solidificación. Además la pumita y la obsidiana 
pueden encontrarse a menudo en la misma masa rocosa, alternando en capas. 
 
 
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Figura 19. Roca de origen granítico 
(Riolita) 
 
Rocas Intermedias (andesitas) 
 
-Andesita. La andesita es una roca de color gris medio, de grano fino y de origen volcánico. 
Su nombre procede de los Andes de América del Sur, donde numerosos volcanes están 
formados por este tipo de roca. Además de los volcanes de los Andes, muchas de las 
estructuras volcánicas que rodean en Océano Pacífico son de composición andesítica. 
 
-Diorita. La diorita es una roca intrusiva de grano grueso que tiene un aspecto similar al 
granito gris. Puede distinguirse del granito por la ausencia de cristales de cuarzo visibles. 
La composición mineral de la diorita es fundamentalmente plagioclasa rica en sodio y 
anfíbol con cantidades menores de biotita. Debido a que los granos de feldespato de color 
claro y los cristales de anfíbol oscuros son aproximadamente iguales en abundancia, la 
diorita tiene un aspecto combinado de ambos cristales. 
 
 
 
 
 
 
 Figura 20. Roca de origen intermedio (diorita) 
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Rocas Máficas (basálticas) 
 
-Basalto. El basalto es una roca volcánica de grano fino y de color verde oscuro o negro 
compuesta fundamentalmente por piroxeno y plagioclasa rica en calcio con cantidades 
menores de olivino y anfíbol. Ésta es la roca ígnea extrusiva más común de las capas 
superiores de la corteza oceánica. 
 
-Gabro. El gabro es el equivalente intrusivo del basalto, es de color verde muy oscuro a 
negro y está compuesto fundamentalmente de piroxeno y de plagioclasa rica en calcio. 
Aunque el gabro no es un constituyente común de la corteza continental, indudablemente 
constituye un porcentaje significativo de la corteza oceánica. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 21. Roca de origen máfico (basalto) 
 
 
 
Rocas Ultramáficas 
 
Otra roca ígnea es la peridotita. Ésta contiene fundamentalmente olivino y piroxeno. Dado 
que está compuesta casi por completo por ferromagnesianos, se hace referencia a su 
composición química como ultramáfica. Aunque las rocas ultramáficas son infrecuentes en 
la superficie de la Tierra, se cree que las peridotitas son el constituyente principal del 
mando superior. 
 
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Figura 22. Peridotita 
 
Rocas Piroclásticas 
 
Las rocas piroclásticas están compuestas por fragmentos expulsados durante una erupción 
volcánica. Una de las rocas piroclásticas más común es la toba, se compone 
fundamentalmente de diminutos fragmentos del tamaño de cenizas que se cementaros 
después de su caída. En situaciones donde las partículas de cenizas permanecieron lo 
suficientemente calientes como para fundirse, la roca se denomina toba soldada. 
 
Las tobas soldadas son fundamentalmente copos vítreos, que pueden contener fragmentos 
de pumita del tamaño de una nuez y otros fragmentos de roca. Las rocas piroclásticas 
compuestas fundamentalmente por partículas de tamaño mayor que la ceniza se denominan 
brechas volcánicas. 
 
 
 
 
 
 
Figura 23. Brecha volcánica 
 
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Rocas sedimentarias 
 
Todos los minerales que dieron formación a los suelos, son los mismos que formarán con el 
paso del tiempo a otro tipo de roca, ya que algunas veces son acarreados y depositados 
formando capas horizontales para posteriormente ser cementados por sílice o carbonato de 
calcio, incluso por limos y arcillas, dando origen a las rocas sedimentarias. 
 
Transformación del sedimento en roca sedimentaria 
 
El termino litificación se refiere al proceso mediante el cual los sedimentos no 
consolidados se transforman en rocas sedimentarias sólidas. Uno de los procesos más 
comunes que afectan a los sedimentos es la compactación. Conforme los sedimentos se 
acumulan a través del tiempo, el peso del material comprime los sedimentos más profundos 
formando varias capas de ellos (figura 32). 
 
 
 
 
 
 
 Figura 24. Capas de sedimentos 
 
La cementación es el proceso más importante mediante el cual los sedimentos se 
convierten en rocas sedimentarias. Los materiales cementantes son transportados en 
solución por el agua que pasa a través de los espacios abiertos entre las partículas. A lo 
largo del tiempo, el cemento precipita sobre los granos de sedimentos, llena los espacios 
vacíos y une los clastos. La calcita, el sílice y el óxido de hierro son los cementantes más 
comunes. La mayoría de las rocas sedimentarias se litifica por medio de la compactación y 
de la cementación. 
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Clasificación de las rocas sedimentarias 
 
Las rocas sedimentarias se dividen en dos grupos principales: detríticas y químicas. El 
criterio principal para subdividir las rocas detríticas es el tamaño de los clastos (ver tablas). 
Las rocas sedimentarias detríticas comunes, ordenadas por el tamaño del clasto son: la 
lutita, la arenisca y el conglomerado o la brecha. 
 
Mientras que la base fundamental para distinguir las diferentes rocas en el grupo químico es 
por su composición mineral. Los sedimentos químicos derivan del material que se 
encuentra disuelto en los lagos y en los mares, sin embargo estas materias no terminan 
indefinidamente disueltas en el agua, una parte precipita para formar los sedimentos 
químicos que se convierten en roca como la caliza, el sílex y la sal de roca. 
 
Otra característica de las rocas sedimentarias químicas es que contienen pequeñas 
cantidades de sedimentos detríticos. Muchas calizas, por ejemplo, tienen cantidades 
variables de limo o arena, lo que les proporciona una calidad arenosa o arcillosa. 
 
ROCAS SEDIEMENTARIAS DETRÍTICAS 
Textura Nombre del sedimento y 
tamaño del clasto 
Comentarios Nombre de la roca 
 Grava (>2mm) Fragmentos redondos de 
roca 
Fragmentos angulosos de 
roca 
Conglomerado 
 
Brecha 
 
Clástica Arena (1/16—2mm) Predomina el cuarzo 
Cuarzo con abundante 
feldespato 
Color oscuro; cuarzo con 
abundante feldespato, arcilla 
y fragmentos de roca 
Cuarzoarenita 
Arcosa 
 
Grauvaca 
 
 
 Arcilla (<1/16mm) Se separa en finas capas 
Se rompe en bloques en 
trozos 
Lutita físil 
 
Lutita (shale) 
 
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Clasificación de las rocas sedimentarias 
 
Rocas sedimentarias detríticas 
 
-Lutita. La lutita es una roca sedimentaria compuesta por partículas del tamaño de la arcilla 
y el limo. Estas rocas detríticas de grano fino constituyen más de la mitad de todas las 
rocas sedimentarias. Las partículas de estas rocas son tan pequeñas que no se pueden 
identificar con facilidad. Las diminutas partículas de la lutita indican que se produjo un 
depósito como consecuencia de la sedimentación gradual de corrientes no turbulentas 
relativamente tranquilas. Entre esos ambientes se cuentan los lagos, lagunas, las llanuras de 
inundación de ríos y zonas de las cuencas oceánicas profundas. 
 
 
 
 
 
Figura 25. Diferentes tipos de 
lutita 
 
ROCAS SEDIMENTARIAS QUÍMICAS 
Grupo Textura Composición Nombre de la roca 
Inorgánico 
 
 
Clástica o no clástica 
No clástica 
 
No clástica 
 
No clástica 
No clástica 
 
Calcita, CaCO3 
Dolomita, CaMg (CO3)2 
Cuarzo microcristalino, 
(SiO2) 
Halita, NaCl 
Yeso, CaSO4 * 2H2O 
Caliza 
Dolomía 
 
Sílex 
 
Sal de roca 
Yeso 
Bioquímico Clástica a no clástica 
No clástica 
 
No clástica 
Calcita, CaCO3 
Cuarzo microcristalino, SiO2 
Restos vegetales alterados 
Caliza 
Sílex 
 
Carbón 
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-Arenisca. La arenisca es el nombre que se le da a las rocas en las que predomina los 
clastos tamaño arena. Después de la lutita, la arenisca es la roca sedimentaria más 
abundante; constituye aproximadamente el 20% de todo el grupo. Las areniscas se forman 
en diversos ambientes y a menudo contienen pistas significativas a cerca de su origen. 
 
Debido a su durabilidad, el cuarzo es el mineral predominante en la mayoría de las 
areniscas. Cuando este es el caso, la roca puede denominarse simplemente cuarzoarenita. 
Cuando una arenisca contiene cantidades apreciables de feldespato la roca se denomina 
arcosa. Además del feldespato, la arcosa normalmente contiene cuarzo y laminillas 
resplandecientes de mica. La composición de la arcosa indica que los granos proceden de 
rocas de origen granítico. Una tercera variedad de areniscas se conoce como grauvaca. 
Ésta roca contiene cuarzo y feldespato. Su color es oscuro y contiene también abundantes 
fragmentos rocosos. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 26. Arenisca 
 
-Conglomerado y brecha. El conglomerado consiste fundamentalmente en grava. Los 
clastos suelen oscilar en tamaño, los hay desde grandes clastos hasta clastos de tamaño 
muy pequeño. Por otra parte, se puede identificar los diferentestipos de grava que forman 
el conglomerado, por ello, también se puede identificar las áreas de los diferentes tipos de 
sedimentos. Si los clastos son angulosos en vez de redondeados, la roca se denomina 
brecha. Por tanto, como ocurre con muchas rocas sedimentarias, los conglomerados y las 
brechas contienen pistas de su misma historia. El tamaño de sus clastos revelan la fuerza de 
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las corrientes que los transportaron y el grado de redondez indica cuanto viajaron los 
clastos. 
 
 
 
 
 
 
Figura 27. Conglomerado 
 
Rocas sedimentarias químicas 
 
-Caliza. Representado alrededor del 10% del volumen total de todas las rocas 
sedimentarias, es la roca sedimentaria más abundante. Compuesta fundamentalmente de 
mineral calcita (CaCO3), se forma o bien por medios inorgánicos o bien como resultado de 
procesos bioquímicos. 
 
 
 
 
 
 
 Figura 28. Caliza 
 
 
-Dolomía. Muy relacionada con la caliza está la dolomía, una roca compuesta del 
carbonato calcio-magnésico. Aunque la dolomía puede formarse por precipitación directa 
del agua del mar, la mayoría se origina probablemente cuando el magnesio de agua del mar 
reemplaza parte del calcio de la caliza. La última hipótesis se ve reforzada por el hecho de 
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que prácticamente no se encuentra dolomía joven, la mayoría es roca antigua en la que 
hubo tiempo de sobra para que el magnesio sustituyera el calcio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 29. Dolomía 
 
 
-Rocas silíceas (sílex). Se trata de una serie de rocas muy compactadas y duras compuestas 
de sílice (SiO2) microcristalina. Una forma bien conocida es el pedernal, cuyo color oscuro 
es consecuencia de la materia orgánica que contiene. Los depósitos de las rocas silíceas se 
encuentran fundamentalmente en una de las siguientes situaciones: como nódulos de forma 
irregular en la caliza y como capas de roca. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 30. Sílex 
 
 
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-Evaporitas. Muy a menudo la evaporación es el mecanismo que desencadena la 
sedimentación de precipitados químicos. Entre los minerales de precipitados normalmente 
se encuentra la halita (cloruro sódico, NaCl), el principal ingrediente de la sal de roca 
(figura 39.) y el yeso (sulfato cálcico hidratado, CaSO4*2H2O), el principal ingrediente de 
la roca de yeso (figura 40). 
 
En el pasado geológico, muchas áreas que son tierras secas eran cuencas, que tenían 
conexiones estrechas con el océano abierto. El agua de mar entraba continuamente para 
sustituir el agua perdida por evaporación, finalmente el agua de la bahía se saturaba y se 
iniciaba la depositación de sal, estos depósitos se denominan evaporitas. 
 
Cuando se evapora un volumen de agua salada, los minerales que precipitan lo hacen en 
una secuencia que viene delimitada por su solubilidad. Precipitan primero los minerales 
menos solubles y al final conforme aumenta la salinidad, precipitan los más solubles, por 
ejemplo: el yeso precipita cuando se ha evaporado alrededor de los dos tercios a las tres 
cuartas partes del agua del mar, y la halita se deposita cuando han desaparecido nueve de 
cada diez partes de agua. 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 31. Yeso Figura 32. Halita 
 
-Carbón. El carbón es muy diferente de las otras rocas. A diferencia de la caliza y de las 
rocas silíceas, que son ricas en sílice y en calcita, el carbón está compuesto de materia 
orgánica. Si se hace un examen con lentes de aumento, éste revelará estructuras vegetales 
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como hojas, cortezas y madera, las cuales han experimentado una alteración química. No 
obstante, siguen siendo identificables. Esto apoya la conclusión de que el carbón es el 
producto final derivado del enterramiento de grandes cantidades de materia vegetal durante 
millones de años. 
 
La etapa inicial del proceso de formación del carbón consiste en la acumulación de grandes 
cantidades de restos vegetales. Sin embargo, se precisan condiciones especiales para que se 
den esas acumulaciones, porque las plantas muertas se descomponen fácilmente cuando 
quedan expuestas a la atmosfera o a otros ambientes ricos en oxígeno. Un ambiente que 
permite la acumulación de materia vegetal es el pantano. El agua estancada de los pantanos 
es pobre en oxígeno, de manera que no es posible la descomposición completa (oxidación) 
de la materia vegetal. En cambio, las plantas son atacadas por bacterias que descomponen 
en parte el material orgánico y liberan oxigeno e hidrogeno. Conforme estos elementos 
escapan, aumenta de manera gradual el carbono. Las bacterias no son capaces de acabar el 
trabajo de descomposición porque son destruidas por los ácidos liberados por las plantas. 
 
La descomposición parcial de los restos vegetales crea una capa de turba, material marrón 
y blando en el cual todavía son fáciles de reconocer las estructuras vegetales. Con el 
enterramiento continuo, la turba se transforma lentamente en lignito, un carbón blando y 
marrón. El enterramiento aumenta la temperatura de los sedimentos así como la presión 
sobre ellos. 
 
Las temperaturas más elevadas producen reacciones químicas dentro de la materia vegetal 
produciendo agua y gases orgánicos (volátiles). A medida que aumenta carga por el 
depósito de una cantidad cada vez mayor de sedimentos sobre el carbón en desarrollo, el 
agua y los gases volátiles escapan y aumentan la proporción de carbono fijado (el material 
solido restante). Cuando mayor es el contenido de carbono, mayor es la energía que el 
carbono produce como combustible. Durante el enterramiento, el carbón se compacta cada 
vez más. El enterramiento más profundo transforma el lignito en una roca negra más dura y 
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compactada denominada carbón bituminoso o hulla. Los carbones lignito y bituminoso 
son rocas sedimentarias. 
 
Sin embargo, cuando las capas sedimentarias son sometidas a plegamientos y 
deformaciones asociadas, el calor y la presión inducen una perdida ulterior de gases 
volátiles y agua, incrementando con ello la concentración de carbono fijado. Este proceso 
transforma por metamorfismo el carbón bituminoso en antracita, una roca metamórfica 
negra, brillante y muy dura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 33. Tipos de carbón mineral 
 
Rocas metamórficas 
 
Consideremos las condiciones necesarias para plegary distorsionar las rocas. Normalmente 
se requiere la actuación, durante varios millones de años, de grandes presiones dirigidas 
bajo unas condiciones de temperatura de centenares de grados por encima de las 
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condiciones superficiales. Bajo esas condiciones extremas, las rocas responden plegándose 
y fluyendo. 
 
Extensas áreas de rocas metamórficas afloran en todos los continentes. Algunas regiones 
conocidas, relativamente planas, son el este de Canadá, Brasil, gran parte de áfrica, India, la 
mitad de Australia y Groenlandia. Las rocas metamórficas son un componente importante 
de muchos cinturones montañosos, donde constituyen una gran parte de las zonas internas. 
Incluso las partes estables de los continentes que están cubiertas por rocas sedimentarias, 
tienen debajo un basamento de rocas metamórficas. En todos esos ambientes, las rocas 
metamórficas suelen estar deformadas y a menudo presentan intrusiones de masas ígneas. 
 
A diferencia de algunos procesos ígneos y sedimentarios que tienen lugar en ambientes 
superficiales o próximos a la superficie, el metamorfismo casi siempre ocurre en zonas 
profundas de la Tierra, fuera de nuestra observación directa. 
 
Ambientes metafóricos 
 
El metamorfismo es la transformación de un tipo de roca en otro. Las rocas metamórficas 
pueden formarse a partir de rocas ígneas, sedimentarias o incluso de otras rocas 
metamórficas. El metamorfismo es un nombre muy apropiado para este proceso porque 
significa literalmente “cambio de forma”. Los factores del metamorfismo son el calor, la 
presión (el esfuerzo) y los fluidos químicamente activos (intrusión de otros magmas). Los 
cambios que se producen son texturales y mineralógicos. El metamorfismo se produce de 
manera incremental, desde un cambio ligero (grado bajo) a cambios notables (grado alto). 
 
En el metamorfismo de grado alto produce una transformación tan completa que no se 
puede determinar la identidad de la roca original. En el metamorfismo de grado alto, 
desaparecen rasgos como los planos de estratificación, los fósiles y las vesículas que 
pueden haber existido en la roca original. Cuando las rocas en zonas profundas son 
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sometidas a presiones dirigidas (esfuerzos) fluyen lentamente y se doblan formando 
pliegues complicados. En los ambientes metamórficos más extremos, las temperaturas se 
aproximan a la fusión de las rocas. 
 
El metamorfismo tiene lugar cuando las rocas que están sometidas a condiciones diferentes 
a las de la formación, en respuesta a esas nuevas condiciones, las rocas inestables cambian 
gradualmente hasta alcanzar un estado de equilibrio con el nuevo ambiente. La mayoría de 
los cambios metamórficos ocurren bajo las temperaturas y presiones elevadas que existen 
en la zona que se extiende desde unos pocos kilómetros por debajo de la superficie terrestre 
hasta el límite de la corteza-manto. 
 
El metamorfismo ocurre casi siempre en uno de estos tres ambientes: 
 
1.- Cuando la roca está cerca de una masa ígnea, o tocándola, tiene lugar el metamorfismo 
de contacto. Aquí los cambios están causados fundamentalmente por las elevadas 
temperaturas del material fundido, que produce el efecto “de calentar” las rocas 
circundantes. 
 
2.- El tipo menos común de metamorfismo ocurre a lo largo de zonas de falla y se 
denomina metamorfismo cataclástico o dinámico. Aquí las rocas se rompen o pulverizan 
conforme las rocas situadas en los lados opuestos de una falla se trituran a producirse el 
desplazamiento de esta. 
 
3.- Durante la formación de montañas, grandes cantidades de rocas están sometidas a 
presiones y a elevadas temperaturas asociadas con deformaciones a gran escala. En este 
entorno tiene lugar el metamorfismo regional. El resultado final pueden ser extensas 
áreas de rocas metamórficas. 
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Figura 34. Tipos de metamorfismo 
 
Los núcleos de muchas cordilleras montañosas están formados por rocas metamórficas 
plegadas y fracturadas a menudo entremezcladas con rocas ígneas. Conforme esas masas 
rocosas deformadas son elevadas, la erosión elimina el material, para dejar expuestas las 
rocas ígneas y metamórficas que comprenden el núcleo central de la cordillera montañosa. 
 
Rocas metamórficas comunes 
 
El metamorfismo produce muchos cambios en las rocas, como el crecimiento de cristales 
más grandes, reorientación de los granos minerales, lo que le da a las rocas un aspecto 
planar o bandeado, conocido como foliación (ver tabla). 
 
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Clasificación de las rocas metamórficas 
 
Rocas foliadas 
 
-Pizarras. La pizarra es una roca foliada de grano muy fino compuesta por pequeños 
cristales de mica. La característica más destacada de la pizarra es su tendencia a romperse 
en láminas planas. Ésta se origina casi siempre por el metamorfismo de grado bajo en 
lutitas, aunque, con menos frecuencia, también se forma a partir de cenizas volcánica. Las 
pizarras de color negro contienen materia orgánica, las de color rojo contienen óxido de 
hierro y las de color verde normalmente contienen clorita, un mineral semejante a la mica. 
ROCAS METAMÓRFICAS COMUNES 
Rocas metamórficas Textura Roca inicial Comentarios 
 
Pizarras Foliada Lutitas De grano muy fino 
Filitas Foliada Lutitas De grano fino a medio 
Esquistos Foliada Lutitas, rocas volcánicas y 
graníticas 
Minerales diversos de grano 
grueso 
Gneises Foliada Lutitas, rocas volcánicas y 
graníticas 
De grano grueso no (micáceo) 
Mármoles No foliada Calizas, dolomías Compuestos por granos de 
calcita intercrecidos 
Cuarcitas No foliada Arenisca rica en cuarzo Compuesto de granos de 
cuarzo intercrecidos 
Corneanas No foliada Cualquier material de grano 
fino 
De grano fino 
Migmatitas Débilmente foliada Mezcla de rocas graníticas y 
máficas 
Compuesto por capas con 
volutas 
Milonitas Débilmente foliada Cualquier material Roca dura de grano fino 
Metaconglomerados Débilmente foliada Conglomerado rico en cuarzo Cantos rodados muy 
estirados 
Anfibolitas Débilmente foliada Rocas volcánicas máficas De grano grueso 
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 Figura 35. Pizarra 
 
-Filita. La filita representa una gradación en el metamorfismo entre la pizarra y el esquisto. 
Sus minerales planares son más grandes que los de la pizarra, esta parece similar a la 
pizarra, pero puede distinguirse con facilidad con su brillo satinado. Normalmentepresenta 
pizarrosidad y está compuesta fundamentalmente por cristales muy finos de moscovita o 
clorita. 
 
 Figura 36. Filita 
 
-Esquisto. Los esquistos son rocas muy foliadas que pueden romperse con facilidad en 
pequeños placas o láminas. Contienen más del 20% de minerales planares y alargados que 
normalmente incluyen las micas (moscovita, biotita y anfíbol). Como las pizarras, las rocas 
a partir de las cuales se originan son las lutitas, pero para formar esquistos, el 
metamorfismo es más intenso. La mayoría de los esquistos son producto de la formación de 
montañas. 
 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=NyQtoImEevHo8M&tbnid=xpL9WoPTlBItCM:&ved=0CAUQjRw&url=http://elprofedenaturales.wordpress.com/tag/rocas/&ei=ZIobUriDK-qg2QWE54DYAQ&psig=AFQjCNHOdWTqxKrfJBFmdOt9Ej_Q5bdHow&ust=1377622970227911
http://www.google.com.mx/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=D_Oddw8euL0kJM&tbnid=TbWTV-j85YXSmM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://es.wikipedia.org/wiki/Filita&ei=DoobUt6POYPm2QXv0IHgCA&psig=AFQjCNGXPgnSulJJ7lQZziS1tzYALMxijg&ust=1377622927027820
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 Figura 37. Esquisto 
 
-Gneis. Gneis es el termino aplicado a las rocas metamórficas bandeadas que contienen 
fundamentalmente minerales alargados y granulares. Los minerales más comunes son el 
cuarzo, el feldespato potásico y la plagioclasa. Estos contienen cantidades menores de 
moscovita, biotita y hornablenda. También poseen una segregación de silicatos claros y 
oscuros, dándoles un aspecto bandeado característico. La mayoría consiste en bandas 
alternadas en zonas ricas en feldespatos blancos o rojizos y en capas de minerales 
ferromagnesianos oscuros. Algunos gneises son deformados por pliegues mientras están en 
estado plástico. 
 Figura 38. Gneis 
 
Rocas no foliadas 
 
-Mármol. El mármol es una roca cristalina de grano grueso que deriva de calizas o 
dolomías. El mármol puro es blanco y está compuesto por calcita. La caliza a partir de la 
cual se forma el mármol contiene impurezas que la colorean, por tanto puede ser rosa, gris, 
verde o incluso negro. Cuando la caliza impura se metamorfiza, el mármol resultante puede 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=50anwWGUYVpBSM&tbnid=pvsKbESzkbh4nM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://www2.montes.upm.es/Dptos/DptoSilvopascicultura/Edafologia/aplicaciones/GUIA%20MINERALES/Fichas/esquisto.html&ei=xYkbUpzKOqvW2QWYvIG4CA&psig=AFQjCNFpmWYYiJo8l-BlSg81qvxFlGj6Cw&ust=1377622854051828
http://www.google.com.mx/url?sa=i&source=images&cd=&cad=rja&docid=oq2-Vkk-q3v_vM&tbnid=jOjkAPm-BDGUZM:&ved=0CAgQjRwwAA&url=http://es.wikipedia.org/wiki/Gneis&ei=QYobUqDgGsjj2AWZoIGYCA&psig=AFQjCNHI5LSnRHhIusX6bEGZTOLF1NcAhA&ust=1377622977534242
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contener gran diversidad de minerales como: clorita, mica, granate y wollastonita. Cuando 
este se forma a partir de caliza interestratificada con lutitas, aparece bandeado. 
 
 Figura 39. Mármol 
 
-Cuarcita. La cuarcita es una roca metamórfica muy dura casi siempre formada a partir de 
arenisca rica en cuarzo. Bajo condiciones de metamorfismo de grado alto, los granos de la 
arenisca se funden en diminutos fragmentos, la recristalización es tan completa que cuando 
se rompe la cuarcita, no se pierden entre los granos de cuarzo originales, sino a través de 
ellos. En algunos casos la roca tiene un aspecto bandeado. La cuarcita es normalmente 
blanca, pero los óxidos de hierro pueden producir tintes rojizos o rosados, los granos de 
minerales oscuros la colorean a gris. 
 
 Figura 40. Cuarcita 
 
 
 
https://www.google.com.mx/imgres?imgurl&imgrefurl=http://elprofedenaturales.wordpress.com/2009/11/19/rocas-metamorficas/&h=0&w=0&sz=1&tbnid=EpdCV9239Kt43M&tbnh=218&tbnw=231&zoom=1&docid=O2yi1tAtkH3Y6M&hl=es-419&ei=eIkbUo_fC6iD2QWu34DgCA&ved=0CAEQsCU
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=RmuRG16v2k5SkM&tbnid=5MtAlBI5RSHyRM:&ved=0CAUQjRw&url=http://geologiauapiv.blogspot.com/2012/10/semana-05.html&ei=loobUoWlD-bA2gW4zYGADQ&psig=AFQjCNFavR7nmEri1HqYnDAL9TWZjpQKfg&ust=1377623050895541
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2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS 
 
 
Origen de los suelos 
 
La alteración o desintegración de la corteza terrestre es ocasionada principalmente por los 
agentes climáticos (aire, lluvia, calor, etc.). Todos estos mecanismos de ataque pueden 
clasificarse en dos grupos: desintegración mecánica y descomposición química. 
 
La desintegración mecánica se refiere a la intemperización de las rocas por agentes físicos, 
tales como cambios periódicos de temperatura, acción de la congelación del agua en las 
juntas y grietas de las rocas, etc. Por estos fenómenos, las rocas llegan a formar arena y, en 
algunas ocasiones, limos. Solo en casos específicos se pueden formar arcillas. 
 
La descomposición química es la acción de agentes que atacan las rocas modificando su 
constitución mineralogía o química. El principal agente es el agua y los mecanismos de 
ataque más importantes son la oxidación, la hidratación y la carbonatación. Otro agente 
químico es la descomposición de las plantas y de los animales muertos. Estos mecanismos 
generalmente producen arcillas como último producto de descomposición. Todos los 
efectos anteriores suelen acentuarse con los cambios de temperatura, por lo cual es 
frecuente encontrar formaciones arcillosas en zonas húmedas y cálidas. Mientras que las 
formaciones arenosas o limosas, más gruesas, son típicas de zonas más frías. 
 
En los desiertos, la falta de agua provoca que los fenómenos de descomposición no se 
desarrollen, por lo cual la arena predomina en estas zonas. Sin embargo, no siempre se 
siguen estos patrones de formación de suelos. En países fríos o secos pueden existir 
formaciones arcillosas de importancia, cuando el aporte de corrientes de agua quede en 
condiciones favorables para constituir un depósito. 
 
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En conclusión, los suelos deben su origen a la variedad de las causas que los formaron. El 
resultado de esta variedad es la inmensa diversidad de tipos de suelos resultantes. También 
debe notarse que su formación ha ocurrido a través de la eras geológicas, tal como sigue 
ocurriendo hasta hoy. 
 
Los suelos pueden ser residuales y transportados. Los suelos residuales son producto de 
un ataque de los agentes climáticos, el material queda en el lugar de origen, directamente de 
la roca de la cual se derivan; los suelos transportados, a diferencia de los residuales, el 
material es removido del lugar de formación, por lo mismos agentes y depositados en otra 
zona. Así nacen suelos que están sobre otros estratos sin relación directa con ellos. 
 
Clasificación de los suelos 
 
Los suelos se pueden clasificar