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Geotecnia I (Geología para Ingenieros) - Carrera de Ingeniería Civil. Departamento Construcciones Civiles. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales - Universidad Nacional de Córdoba (2011).

MAPAS GEOTECNICOS Modificado de Quintana Crespo (1991) (1)

Edición digital preliminar (v 2.0) Introducción Todo trabajo de Ingeniería Civil o de Minería se desarrolla en contacto con el terreno. Muchos de ellos son llevados a cabo a partir de materiales extraídos directamente de la naturaleza. La ejecución de estas labores efectuadas en superficie o en profundidad produce un cambio en las condiciones originales y, a posteriori, una respuesta del entorno del terreno actuado sobre las obras. El conocimiento del tipo y de la magnitud de esta respuesta es esencial para desarrollar un proyecto apropiado y se adquiere mediante estudios geológicos y geotécnicos del sitio de la obra. El propósito de los estudios geotécnicos es lograr el conocimiento y la comprensión de las condiciones del terreno de tal manera que pueda asegurarse el diseño, realización o ejecución de la obra con la máxima economía y completa seguridad, garantizándose la efectividad, operatividad continua y el servicio de las obras o las acciones desarrolladas. Para este fin, se deben lograr los siguientes objetivos: Elaborar un perfil geológico, consiste en:

Detectar e identificar las distintas formaciones geológicas, su posición, distribución, los rumbos y buzamientos, si fuere pertinente, la cubierta de suelos, etc.

Determinar la variabilidad horizontal de esta realidad en todo el sitio a afectar por la obra.

Localizar la capa freática, su profundidad, sus variaciones y la calidad del agua. Localizar anomalías. Localizar la presencia y características de capas o estratos que puedan ser críticos para

la obra y las áreas que merezcan un estudio más detallado. Recoger otros datos, estrictamente relacionados con la función directa del tipo de obra

a ejecutar y los métodos o procedimientos alternativos a adoptar para su realización, como

1 Quintana C., E., 1991. Estudios de geología y geotecnia para obras de ingeniería. En: Geotecnia I. Temas de Trabajos Prácticos. Departamento de Construcciones Civiles. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Universidad Nacional de Córdoba. Pp 48 – 50 y Quintana C., E., 1991. Mapas. En: Geotecnia I. Temas de Trabajos Prácticos. Departamento de Construcciones Civiles. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Universidad Nacional de Córdoba. Pp 74-85. Edición digital: Abril, E. G., 2011. Mapas. Temas de Trabajos Prácticos. Cap. 4. Versión digital preliminar (v 2.0), setiembre de 2011.

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por ejemplo la determinación de la facilidad de excavación (escarificación o voladura), la factibilidad de hincado de pilotes, etc. La información geológica lograda permite generar un marco de referencia en el cual se apoyan las etapas posteriores, dirigidas a una búsqueda de mayor cantidad de datos o de mayor aproximación o certidumbre mediante muestreos, ensayos y perforaciones. De ellos resulta un modelo simplificado de la realidad que permite realizar el tratamiento físico-matemático y estadístico de los datos y una comprensión del comportamiento del macizo rocoso frente a la obra o las actuaciones a realizar. En algunas obras (túneles, por ejemplo), luego de la fase de intervención, los resultados logrados durante esa etapa se contrastan con los datos provenientes de la medición del comportamiento del macizo rocoso, que son obtenidos en la obra ya en progreso o en funcionamiento por medio de la auscultación. Cartografía geológica La realización de mapas geológicos tiene por propósito brindar un panorama general de la realidad geológica del área, en las diferentes escalas en que fuere necesario. Los mapas geológicos dan información de tres tipos básicos, aunque de hecho se realizan numerosas variantes, en atención a los objetivos que se persiguen. Desde el punto de vista temático, proveen de información litológica (unidades rocosas que componen la zona) y estructural (tanto sobre las estructuras primarias como las secundarias), proporcionando una serie de datos complementarios que permiten considerar contextualmente la geología, como datos que se refieren a aspectos geomorfológicos (topografía), hidrológicos (red de drenaje, freática) y aquellos datos auxiliares como poblaciones, datos de infraestructura (caminos, redes eléctricas, canales). Un mapa geotécnico puede elaborarse sobre la base de un mapa geológico, sumándole aquellos datos de interés específico de la ingeniería civil. Si bien en cierta forma un mapa geológico cubre las expectativas básicas del ingeniero, éste requiere de otros datos singulares de aplicación directa a los emprendimientos civiles. Cuando se analizaba el macizo rocoso como unidad base para la ingeniería geotécnica, se remarcaron tres aspectos que necesitaban conocerse al momento de evaluar la calidad del macizo rocoso, de interés tanto para la realización de una obra civil que lo involucre como para la obtención de materiales para la construcción. Estos aspectos eran: LITOLOGIA Roca que constituye el macizo

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ESTRUCTURA De carácter primario, como la estratificación, plegamientos o esquistosidad De carácter secundario, como fallas, fracturas y diaclasas

ESTADO Grado de alteración de la roca En geotecnia interesan otros aspectos que son fundamentales al momento de proyectarse una obra civil, tanto de construcción como de explotación. Puede advertirse que los tres aspectos básicos para la evaluación de la calidad del macizo rocoso tienen un carácter estático, mientras que la actuación civil se efectúa en un medio fundamentalmente dinámico. Considerados en escala temporal, los fenómenos dinámicos básicos de interés de la ingeniería civil, cuyos datos deberían incluirse en un mapa geotécnico son: GEOMORFOLOGIA Unidades morfodinámicas, naturaleza, antigüedad SISMICIDAD Nivel de riesgo sísmico, datos históricos, neotectónica CLIMA Con especial énfasis en los aspectos climáticos que caracterizan a la región El análisis se torna más complicado para casos específicos en los cuales se necesite saber, por ejemplo, y en relación con el agua, el lugar donde existe y donde tiene determinada calidad y se encuentra en cantidad suficiente, para extraerla (para consumo o para la obra), donde sea preciso estimar su presencia y su caudal, para poder trabajar (drenaje de agua en la construcción de túneles) o caudales esperados en un punto de una cuenca (donde se planifican alcantarillas o puentes), por ejemplo. El dato complementario de un mapa geotécnico, en estos casos, es muy específico y muy significativo, ya que permitirá generar las estrategias de anteproyecto, el dimensionamiento de las obras, la definición de la época de construcción o de explotación, los recursos a emplear y el cálculo de tiempos y de los costos asociados, en todos los casos. Si se tiene en cuenta que un puente se calcula básicamente según caudales extraordinarios del río que atraviesa, para garantizar su subsistencia a las crecidas episódicas, por ejemplo, téngase en cuenta que al mapa geotécnico se le habrán de sumar datos como la pendiente, la cobertura y el uso del suelo e incluso la tendencia del uso del suelo, ya que no es lo mismo considerar cuancas de llanura que de montaña, forestadas o cultivadas, en proceso de deforestación, afectables por incendios, etc. Si bien el mapa geotécnico no deberá contener esa información, sí su relatorio, al que se deberán sumar las cartas de pendiente, de uso del suelo, etc. De igual forma, así como son importantes los datos sociales y culturales, los yacimientos arqueológicos o fosilíferos y los parques o reservas naturales pueden condicionar la ejecución de las labores y deberán constar en los mapas. El mapa geotécnico es frecuentemente construido a partir del mapa geológico, quitándole y agregándole los datos que corresponda en cada caso, para lo cual

habrán de investigarse los asuntos de interés específico para la obra o la explotación civil. Es frecuente que no exista información o que sea muy escasa, parcial o incompleta. En tales ocasiones, se parte de aerofotografías o de imágenes satelitales (según el caso, su existencia o disponibilidad). Se elaboran entonces los llamados foto-mapas, donde la imagen es la base (foto de base) sobre la cual se van asentando los datos relevados. Es un recurso muy interesante porque se economiza tiempo y se dispone de mucha información concurrente al tema de estudio. Es sumamente importante que el mapa tenga una cobertura suficientemente amplia como para asegurar tomar en cuenta todos los factores de importancia en la obra. Un ejemplo contundente es el de la necesidad de los estudios correspondientes a una represa o a un puente. Los análisis deben necesariamente abarcar toda la cuenca, tenga la geometría que tuviere, por lo cual la geometría del mapa debe ajustarse a la forma y la extensión del asunto a estudiar. Elementos de un mapa Los mapas tienen elementos constitutivos básicos. Estos son: la parte gráfica, el dibujo o la imagen que constituye el cuerpo de la información, el título, que enuncia de qué se trata la información representada, las referencias, que explican lo repre-

sentado en la parte gráfica (son la clave para la “lectura” del mapa), la escala, que muestra la relación de tamaños con la realidad del terreno, el autor (y la fecha), que indican quién y cuándo lo elaboró y la referencia geográfica (latitud, longitud), en el caso que se ilustra, la indicación del Norte geográfico. La escala relación de proporcionalidad entre las longitudes en el mapa sus correspondientes en el terreno. Una escala 1:10.000 significa que 1 cm en el mapa representa 10.000 cm del terreno, es decir, 100 m. Se emplean las escalas numérica y la escala gráfica.

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Escala numérica: se indica como un número quebrado (1:10.000 o 1/10.000) en donde el numerador indica la medida en el mapa y el denominador la medida en el terreno. Escala gráfica: es la expresión gráfica de la escala numérica y se emplea para no perder la proporcionalidad del dibujo cuando se hacen ampliaciones o reducciones de la lámina. Otros elementos cartográficos son:

Curvas de nivel: Son líneas imaginarias que unen en el mapa todos los puntos del terreno que tienen una misma altura, con relación a un plano de referencia (generalmente a nivel del mar). La distancia vertical entre un punto y el plano de referencia se denomina cota. En una curva de nivel, todos los puntos tienen igual cota y ésta debe ser indicada en la misma. Se denomina equidistancia a la distancia vertical que separa dos curvas de nivel consecutivas. Sistemas de coordenadas: Los puntos de un plano o mapa deben poder ser ubicados en el terreno con precisión. Para ello, se utiliza una red de líneas que cortan al plano en sentido N-S y E-O, formando cuadrados o rectángulos cuyos bordes están designados en coordenadas, según diferentes sistemas de proyección. El sistema latitud-longitud los expresa en grados, minutos y segundos, por ejemplo. En las cartas de nuestro servicio cartográfico oficial (IGM), coexisten con el llamado sistema Gauss Kruger.

Existen gráficos auxiliares a los mapas geotécnicos que permiten visualizar cortes verticales del terreno, esquematizando lo que ocurre en profundidad. Se denominan cortes geológicos, y también deben ser referenciados en profundidad (en metros). Poseen una leyenda de referencia (que se corres-ponde con la del mapa que acompañan), y muestran la silueta de la topografía del lugar.

Esquema sin referencias

Lo importante de estos esquemas y cortes es que permiten reconstruir en profundidad la disposición y estructura de los diferentes cuerpos litológicos que se encuentran en el subsuelo, posibilitando inferir situaciones sobre la base de estudios geofísicos y muestras complementarias tomadas de las profundidades del suelo.

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CORTE GEOLOGICO REFERENCIAS

Clasificación de los mapas Los mapas, en general, de acuerdo con la escala en que se encuentran, se clasifican en: Mapas: (mapas sensu stricto) Escala 1:1.000.000 o menor aún (ejemplo: mapa político de la provincia de Córdoba) Cartas: Escala 1:1.000.000 a 1:500.000 (ejemplo: hojas de la carta de suelos de la provincia de Córdoba) Planos: Escala 1:10.000 o mayor (ejemplo: plano ce la ciudad de Córdoba, con la designación de calles, plazas y edificios públicos)

MAPA HIDROLOGICO De acuerdo con los temas específicos que abordan, los mapas pueden clasificarse en políticos (división política a nivel internacional, nacional, provincial, departamental), topográficos, geológicos, geomorfológicos, hidrológicos, de vegetación, de suelos, etc. Según su función, o hacia quién van dirigidos, pueden clasificarse en científicos, didácticos, ilustrativos, siempre considerando a la imagen como vehículo eficiente para comunicar información.

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Mapas geológicos Un mapa geológico es una representación gráfica de la geología de un área. Nuestros mapas geológicos, elaborados por la Secretaría de Geología y Minería de la República Argentina (SEGEMAR), se encuentran realizados sobre una hoja topográfica. Las hojas topográficas poseen curvas de nivel y la red de drenaje, la infraestructura, poblaciones, localidades, puntos de referencia importantes y un sistema de referenciación en coordenadas geográficas (latitud-longitud) y Gauss Kruger. Los mapas geológicos contienen la expresión planimétrica de los afloramientos rocosos, indicados en códigos de colores y rastras, sus límites, la presencia de fallas, con su traza y su buzamiento. El plan del Mapa Geológico de la República Argentina contempla cuadros en diferentes escalas y también síntesis regionales desde las cuales puede verse la geología en mayor detalle, y cortes geológicos regionales. El mapa geológico de la República Argentina se encuentra publicado en escala 1:2.500.000 y las cartas respectivas en escala 1:200.000.

( Ver en la WEB )

Las hojas geológicas son mapas en formato regular y constante. Toda la cartografía oficial de la República Argentina se encuentra normalizada por el IGM, que es el organismo que certifica la validez de la documentación de este tipo.

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Las hojas geológicas contienen:

Rotulo

Mapa

Ref Geográfica (lat –

long)

Ref Gauss Kruger

Leyendas y referencias:

Referencias de la ubicación de la hoja y otros datos.

Escala y autoría:

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Cartografía Geotécnica La cartografía geotécnica está basada en la delineación de unidades homogéneas de suelos y rocas, y/o unidades de zonación. Las unidades de rocas y suelos deben estar caracterizadas por un cierto grado de homogeneidad en sus propiedades geotécnicas, la cual depende de la escala utilizada. Corresponde también a un mapa geotécnico mostrar las condiciones del agua subterránea. No sólo el comportamiento del terreno depende en mucho de esta, y de sus fluctuaciones, sino que a veces incide en las fundaciones o es buscada para su extracción. Así, la información abarca la superficie pero también el subsuelo. Durante las diferentes etapas de la investigación, se va adicionando datos obtenidos mediante todos los métodos de observación y medición: perforaciones, túneles, prospección geofísica, etc. Con estos datos se van confeccionando mapas (referidos a la superficie y a puntos referenciados en superficie) y cortes verticales, que muestran condiciones geológicas deducidas, a nivel subterráneo. Hay diferentes escalas informativas sobre la geología de una región y habrá que tener en claro la escala a adoptar en cuanto deberá proporcionar la información en el grado de detalle necesario. Mapas geotécnicos Un mapa geotécnico es una representación generalizada de aquellos componentes del ambiente geológico de significación en el planeamiento del uso de la tierra y en el diseño, construcción y mantenimiento de obras de ingeniería civil y explotación de materiales para la construcción y la minería en general. Las características geológicas que deberán estar representadas en los mapas geotécnicos son:

Las rocas y suelos. Su tipo y distribución, arreglo estructural, estratigrafía, edad, origen, litología estado físico y propiedades fisico-mecánicas.

Condiciones hidrogeológicas. Incluyendo la distribución de acuíferos en suelos y rocas, zonas de discontinuidades abiertas saturadas, profundidad del agua subterránea y sus fluctuaciones, regiones de agua confinadas, niveles piezométricos, coeficientes de almacenamiento, ríos, lagos, límites de las zonas de inundación y características del agua subterránea, tales como pH, corrosividad, salinidad, etc.

Condiciones geomorfológicas. Incluyendo la superficie topográfica y los elementos más importantes del paisaje.

Fenómenos geodinámicos, incluyendo erosión y deposición, movimientos en laderas, subsidencia, fallas activas, actividad volcánica, etc.

CORTE GEOTECNICO BUENOS AIRES

Ver: Mapa Geotécnico de la Provincia de Avila

Clasificación Los mapas geotécnicos se pueden clasificar según varios criterios, entre ellos, su propósito, contenido y escala. De acuerdo con su propósito Especiales: proveen información sobre un aspecto específico de la geotecnia o bien tienen un propósito específico. Multipropósito: proveen información que cubre varios aspectos geotécnicos para un rango variable de propósitos ingenieriles y planeamiento general. De acuerdo con su contenido

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Mapas analíticos: Dan detalles, o evalúan componentes individuales del ambiente geológico. Su contenido debe ser expresado en el título. Por ej: mapa de grados de meteorización, o mapa de riesgo sísmico, etc. Mapas generales: Pueden ser de dos tipos: - mapas de los principales componentes del ambiente geológico. - mapas de zonación geotécnica, que evalúan y clasifican unidades territoriales sobre la base de su uniformidad en cuanto a sus condiciones geotécnicas. Mapas auxiliares: Presentan los datos en que se basan los mapas geotécnicos, por ej. mapas de la documentación existente, mapas de contornos estructurales, etc. Mapas complementarios: Incluyen mapas geológicos, tectónicos, geomorfológicos, geofísicos e hidrogeológicos. De acuerdo con su escala Mapas a gran escala: 1/10.000 y mayores Mapas a mediana escala: 1/10.000 - 1/100.000 Mapas a pequeña escala: < 1/100.000 Clasificación de suelos y rocas para cartografía geotécnica La clasificación de suelos y rocas para la cartografía geotécnica debe estar basada en el principio que postula que las propiedades geotécnicas de una roca en su estado presente dependen del efecto combinado de su modo de origen, diagénesis, metamorfismo, historia tectónica y procesos de meteorización. Este principio hace posible no solo determinar las razones de las características mecánicas de los suelos y rocas, sino también su distribución espacial. Al respecto, la siguiente clasificación contempla características geotécnicas homologables:

a) Tipo geotécnico (TG) b) Tipo litológico (TL) c) Complejo litológico (CL) d) Serie litológica (SL)

El tipo geotécnico tiene el mayor grado de homogeneidad física. Debe ser uniforme enguanto al carácter litológico y el estado físico. Estas unidades pueden caracterizarse por valores determinados estadísticamente y derivados de determinaciones individuales de las propiedades fisico-mecánicas. Se los presenta generalmente en mapas de gran escala.

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des son:

relacionados.

áfica.

o.

El tipo litológico es homogéneo en composición, textura y estructura pero no en cuanto a su estado físico. Valores de propiedades mecánicas no pueden ser dados para toda la unidad, solamente un rango de valores puede ser presentado. Estas unidades son usadas en mapas de escala grande y media. El complejo litológico comprende un juego de tipos litológicos desarrollados bajo condiciones paleogeográficas y geotectónicas específicas. Dentro de un complejo litológico, el arreglo espacial de los tipos litológicos es uniforme y distintivo, pero un complejo litológico no es necesariamente uniforme en cuanto a su carácter litológico ni su estado físico. En consecuencia, no es posible definir las propiedades fisico-mecánicas del complejo litológico en su conjunto, sino mas bien dar datos de los tipos litológicos que involucra el complejo e indicar el comportamiento general. El complejo litológico es usado como una unidad de cartografiado en mapas de mediana y pequeña escala. La serie litológica comprende algunos complejos litológicos desarrollados bajo condiciones paleogeográficas y tectónicas similares. Solamente propiedades geotécnicas muy generales pueden ser adjudicadas a una serie. Estas unidades son solo usadas en mapas en pequeña escala.

Los métodos más apropiados para definir los límites de cada uno de estas unida

Serie litológica: la interpretación de los mapas geológicos existentes, mapeo de reconocimiento, fotointerpretación geológica

Complejo litológico: cartografiado areal con análisis de facies, para agrupar genéticamente los tipos litológicos

Tipo litológico: cartografiado areal detallado e investigación petrogr

Tipo geotécnico: investigación detallada del estado físico de la masa de suelo y roca, dentro de un tipo litológico cartografiad La caracterización de cada unidad de cartografiado incluye:

Serie litológica: Evaluación del comportamiento probable de la roca, a partir del conocimiento de las propiedades más comunes o divulgadas del tipo de roca.

Complejo litológico: Investigación geofísica en el campo. Perforación y muestreo sistemático. Ensayos in-situ. Ensayos en laboratorio de las propiedades índices. Investigación petrográfica y evaluación del comporta-miento rocoso a partir del conocimiento de las propiedades generales más conocidas.

Tipo litológico: Investigación petrográfica detallada. Ensayos geofísicos en campaña. Determinación sistemática de propiedades índices. Ensayos in-situ y en laboratorio de las propiedades mecánicas de las rocas.

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Tipo geotécnico: Ensayos in-situ de propiedades mecánicas. Ensayos

sistemáticos de laboratorio de propiedades fisico-mecánicas El efecto de la escala sobre los requerimientos básicos para la investigación y caracterización de las unidades básicas de mapeo geotécnico pueden observarse en las figuras. Análisis e interpretación de datos El análisis de los datos involucra la selección y agrupación de la información de acuerdo con los aspectos que son de importancia y absolutamente necesarios para el propósito específico para el cual el mapa está siendo realizado, separándolo de aquellos que no lo son, los cuales serán procesados posteriormente. En este paso, se requiere una investigación que asegure la confiabilidad del dato, de acuerdo con el conocimiento geológico del área y la aplicación de ciertos principios. Los datos que aparecen como poco fiables deben ser eliminados y considerados recién para etapas posteriores. Habiendo seleccionado y agrupado la información, ésta deberá ser conformada en clases. Para ello deben usarse la clasificación de rocas y suelos con fines ingenieriles adoptada de acuerdo con las normas internacionales. La clasificación es importante, dado que permite el manejo de cierta cantidad de datos unificados en un juego considerado homogéneo. Un estudio estadístico de las características cualitativas y cuantitativas de cada juego permitirá su generalización en cada clase. El paso final en el procesamiento de datos es la síntesis de la información tendiente a definir unidades territoriales caracterizadas por un grado cierto y específico de uniformidad en sus condiciones geotécnicas. El análisis final, se efectúa mediante el uso de computadoras, cuya función primordial en este campo es:

1. almacenamiento de datos codificados 2. análisis estadístico de datos y correlación de un gran número de variables 3. dibujo automático de mapas producidos con computadoras.

Presentación de datos en mapas Los mapas geotécnicos de diferentes escalas son realizados para resolver problemas de distintos tipos. Es así posible trabajar con mapas de distintas áreas en forma

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comparable e incluso facilitar la producción de mapas de media y pequeña escala a partir de mapas de gran escala, cuando fuere necesario. Mapas Analíticos multipropósito Dan detalles que permiten evaluar un componente individual del ambiente geológico para varios propósitos, por ejemplo: mapas de estabilidad de taludes. Mapas generales multipropósito Pueden ser de dos tipos: aquellos que muestran en una lámina todos los componentes del ambiente geológico y aquellos que muestran áreas que poseen cierta uniformidad en las condiciones geotécnicas y sobre la base de las cuales se ha realizado una zonificación. - De pequeña escala: Muestran la distribución y características de los complejos litogenéticos de suelos y rocas, profundidad de agua subterránea, procesos geológicos activos, etc. La principal información contenida en el mapa es la representación de suelos y rocas. Los depósitos superficiales y el basamento rocoso deberían mostrarse por separado; los depósitos superficiales en colores claros, mientras que los oscuros para la roca de fondo. La edad de suelos y rocas deben mostrarse mediante símbolos geológicos aclarados en la leyenda. Los datos hidrogeológicos se muestran mediante isolíneas o puntos para cada complejo de rocas y suelos. La posición del agua subterránea, cantidades estimadas y análisis químicos, también son mostrados aquí. La superficie topográfica se refleja a partir de curvas de nivel, con puntos referenciados indicando elementos geomorfológicos importantes. Los procesos geodinámicos se señalan con símbolos especiales y la actividad sísmica se registra mediante líneas isosísmicas. - Escala mediana Las series litológicas pueden ser subdivididas en complejos litológicos y, de ser posible, en tipos litológicos. Dos o tres unidades de suelos y rocas superficiales pueden ser mostradas y descriptas en términos geotécnicos, con sus propiedades indicadas en la leyenda. La profundidad a cartografiar dependerá del propósito principal del mapa. - Gran escala

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Mostraran tipos litológicos y geotécnicos, su estructura y arreglo espacial en profundidad mediante combinaciones de colores y rayados. Mapas de propósito especial Se preparan para un propósito específico y se dan en forma analítica o general para todas las escalas. Por ejemplo: mapa analítico de propósito especial; mapa de estabilidad de taludes (aspecto analizado) para planeamiento urbano (propósito especial) Secciones transversales geotécnicas Van siempre adjuntas a todo tipo de mapa geotécnico. El número y dirección de las secciones elegidas dependerá de la complejidad de la geomorfología y de las estructuras geológicas, tanto primarias (pliegues) como secundarias (esquistosidad, diaclasado, fallamiento y fracturación). Las escalas deberán permitir mostrar el espesor y las características de los sedimentos superficiales y de la roca de base.