Estudio de suelos
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ESPECIFICACIONES TECNICAS DE INGENIERIA
BASE ESTABILIZADA GRANULOMETRICAMENTE - MATERIALES - La base será ejecutada con materiales que cumplen los siguientes requisitos: a.- Deberán poseer una composición granulométrica encuadrada en una de las co...
NORMAS TECNICAS DE INGENIERIA
Cálculos y discusión - IV - 6. Calcular los momentos mayorados para el caso indesplazable
Casas Bolivia
Premiarán a viviendas que muestren el espíritu navideño en sus fachadas - Como cada año, el Gobierno Autónomo Municipal de Oruro a través de la Oficialía Mayor de Cultura, organiza una serie de concursos, este año premiarán aquel...
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viernes, 30 de marzo de 2012
CLASIFICACION DE SUELOS PARA CARRETERAS
El objetivo de cualquier sistema de clasificación de suelos para carreteras es el de tener
la capacidad para predecir el comportamiento de la sub-rasante construida con un suelo
dado, en base a algunas pruebas sencillas efectuadas en el suelo alterado. Mediante
estos ensayos y también en base ala experiencia, es posible situarlos dentro de un grupo
en el cual los suelos son de características similares.
El principal sistema de clasificación de los suelos para carreteras en Estados Unidos es
la AASHTO propuesto inicialmente en 1931 y revisado posteriormente. Las pruebas
principales utilizadas por éste sistema de clasificación son mecánicos y varias pruebas
de laboratorio de rutina. Los principales ensayos son los límites de ATTEMBERG que
son :límite líquido, plástico y de contracción . las pruebas de rutina tienen el objetivo de
describir la propiedades físicas del suelo. Cabe hacer notar que los enyasos de límites
deben ser con suelos que pasen el tamiz Nº 40
Entre los procesos mecánicos tenemos la granulometría de los suelos, límite líquido ,
límite plástico y límite de contracción. También se debe calcular el indice de plasticidad
que es la diferencia entre el límite líquido y plástico. En base a estos ensayos se obtiene
la clasificación del suelos según la AASHTO mostradas en la tabla.
Diferentes organismos encargados de carreteras han utilizado diversas especificaciones para las mezclas de l suelo agregado para revestimiento .
Granulometría según las mallas
A B C D E F
2 pulg. 100 100 - - - -
1 pulg. - 75-95 100 100 100 100
3/8 pulg. 30-65 40-75 50-85 60-100 - -
Nº 4 25-55 30-60 35-65 50-85 55-100 70-100
Nº 10 15-40 20-45 25-50 40-70 40-100 55-100
Nº 40 8-20 15-30 15-30 25-45 20-50 30-70
Nº 200 2-8 5-20 5-15 5-20 6-20 8-25
OTRAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS
La permeabilidad es la propiedad que permite que el agua fluya a través de ella
por la acción de la gravedad o por alguna otra fuerza aplicada.
La capilaridad es aquella propiedad que permite que el agua se eleve desde una
superficie de agua libre por la acción de la tensión superficial e
independientemente de la fuerza e gravedad.
La contracción de una masa de suelo es la reducción de volumen que ocurre
cuando diminuye el contenido de humedad del existente cuando está parcial o
totalmente saturada.
La expansión se describe como el aumento de volumen de una masa de suelo
que acompaña al incremento del contenido de humedad.
La compresibilidad es la que permite consolidarse bajo la acción de una carga de
compresión.
La elasticidad es la que le permite regresar a su dimensión original después de
que deja de actuar sobre esta una carga aplicada.
Importancia de la mecánica de suelos
Publicado por Diario Voces on sep 16th, 2011 y archivada en Opinión. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través de la RSS 2.0. Ambos comentarios y pings están actualmente cerrados.
La mecánica de suelos es el primer paso en la construcción de cualquier edificación por sencilla que pretendamos considerar, esta primera etapa es la garantía de las construcciones sanas,seguras y prácticamente eternas.La realización de un estudio de mecánica de suelos,nos permite elegir la mejor solución en la fundación de todo tipo de edificaciones.
Cuando hablamos de mejor solución, nos referimos tanto al aspecto económico, como al aspecto técnico, aquí se debe considerar si el suelo es muy variable o heterogéneo, aun dentro de zonas pequeñas, por lo tanto puede haber distintas soluciones que se debería evaluar en cada caso. Se adoptará primero la mejor solución para una correcta fundación, teniendo también presente los asentamientos diferenciales, que si bien no producirán roturas, si producirán fisuras tan molestas como inaceptables.
La importancia del estudio de suelos depende del tipo del proyecto que se va a realizar y de la magnitud de éste; con los resultados del estudio de suelos se puede tomar decisiones del tipo de cimentación a utilizar y, hasta que profundidad se debe cimentar,
estas decisiones dependen del tipo de suelo para la capacidad de soporte del suelo (resistencia del suelo). En el caso de carreteras se necesita conocer la clasificación de suelos, su granulometría, qué porcentaje de grava, arenas, aglutinantes, la relación de soporte California (CBR) que tiene, ya que indica en que puedes usar el suelo que estás analizando como subrasante (terreno de fundación), como cimiento, sub-base o base. Si el suelo es demasiado malo, entonces indica que debes removerlo, y utilizar material de préstamo.
Cuando se trata de edificios con el estudio de suelos determinas la capacidad máxima de carga que acepta el terreno y si es suficiente para la sobrecarga del edificio.
Con el estudio de suelos, se determina cuanto se va a gastar o cuanto se va a ahorrar en cimentación, ya que muchos proyectos en los que no se hace estudio de suelos, cuando ya están construidos se presentan hundimientos y esto acarrea más costos, ya que debe reparar o estabilizar el terreno y todo por pretender ahorrar.
ESTUDIO DE SUELOS Y DISEÑO DE PAVIMENTO
CARRETERA : JUANJUI - TOCACHE
TRAMO : III
4.1.0 GENERALIDADES
Antecedentes
En atención a lo dispuesto por la superioridad y bajo el marco del convenio suscrito entre el MTC y DEVIDA (antes CONTRADROGAS), la Oficina de Apoyo Tecnológico (OAT) remite a la Dirección de Estudios Viales el Memorándum N° 520-2002-MTC/15.17.06, con los Términos de Referencia y el presupuesto para la elaboración de los Estudios de Suelos, Canteras, Diseño de Pavimento, Geología-Geotécnica e Hidrología-Drenaje. Asimismo realizada las coordinaciones para el apoyo logístico, Personal Técnico de esta Oficina se constituyó a la zona de trabajo (Juanjuí y Tocache) a fin de ejecutar los estudios básicos (trabajo de campo) en dos frentes simultáneamente durante el 15 Octubre del 2002 al 03 Noviembre del 2002.
El tramo de la carretera Juanjuí - Tocache ha sido dividido por la Jefatura de Proyecto en cuatro tramos para una mayor eficacia en su ejecución:
Tramo I : Juanjuí - Campanilla
Tramo II : Campanilla - Pizarrón
Tramo III : Puente Pizana - Pizarrón
Tramo IV : Tocache - Puente Pizana
En base a este planteamiento los estudios básicos fueron ejecutados en dos frentes: frente Juanjuí (Tramo I y II) y frente Tocache (Tramo III y IV); correspondiendo el presente Estudio al frente Tocache (Tramo III y IV).
Objetivo
El presente Estudio tiene el propósito de determinar las propiedades físico-mecánicas del terreno de fundación, evaluar las condiciones de la vía, definir y diseñar el pavimento requerido para la carretera.
Descripción de la Zona de Estudio
La Carretera Presidente Belaúnde Terry (antes Margina de la Selva) constituye la única vía longitudinal en la selva. El tramo, materia de estudio, se encuentra comprendido entre las ciudades de Tocache y Juanjuí ubicados en el departamento de San Martín, provincias de Tocache y Mariscal Careces respectivamente. El tramo tiene una longitud aproximada de 170 kilómetros. El tramo Tocache - Pizarrón se encuentra constituido por dos tramos (III y IV del Proyecto). Cabe indicar que el punto denominado Pizarrón constituye el límite entre las provincias de Tocache y Mariscal Cáceres.
El tramo III: Puerto Pizana - Pizarrón tiene como punto de inicio el estribo izquierdo del Puente Pizana (Km. 0+000), origen también del poblado de Pizana. La vía atraviesa en su recorrido poblados como Miraflores, Buenos Aires, Pólvora y Nuevo San Martín, para luego tener como punto final el sector denominado Pizarrón.
En su primer kilómetro la vía atraviesa el poblado de Pizana para luego desarrollarse en una topografía plana a semi-plana hasta el Km. 7+500 aproximadamente. Desde este punto la topografía es semi-ondulada a ondulada desplazándose principalmente a media ladera con sectores puntuales semi-planos. Por otro lado se debe indicar que el eje del proyecto se encuentra próximo al talud superior, generalmente en los sectores a media ladera.
4.2.0 ESTUDIO DE SUELOS
La metodología seguida para la ejecución del estudio de suelos, comprende básicamente una investigación de campo a lo largo del prisma vial definido por el eje de la carretera del proyecto. Mediante la ejecución de prospecciones de exploración (calicatas) se observaron las características del terreno de fundación, para luego obtener muestras representativas y en cantidades suficientes para ser sometidas a ensayos de laboratorio. Finalmente con los datos obtenidos en ambas fases se realizan las labores de gabinete, para consignar luego en forma gráfica y escrita los resultados del Estudio.
Trabajo de campo
El propósito de los trabajos de campo es reconocer las características físico-mecánicas de los materiales del terreno de fundación, para lo cual se llevan a cabo investigaciones mediante pozos exploratorios a “cielo abierto” de 1.5 m de profundidad mínima, distanciados cada 250m uno del otro, los que se distribuyeron en forma alternada de tal manera que la información obtenida sea representativa.
En forma general, una vez realizada las prospecciones se determinan los límites de los horizontes de los diferentes estratos (capas) que conforma el sub-suelo y se obtienen muestras disturbadas, que adecuadamente descritas e identificadas a través de una tarjeta donde se consigna ubicación, número de muestra, estado de compacidad de los
materiales, características de gradación, profundidad, nivel freático encontrado y tipo de ensayo a realizar; son colocadas en bolsas de polietileno para su traslado al laboratorio.
Ensayos de laboratorio
El procedimiento de laboratorio tiende a complementar las labores de campo, en ese sentido las muestras obtenidas del suelo de fundación son clasificadas y seleccionadas siguiendo el procedimiento descrito en ASTM D-2488 “Práctica Recomendada para la Descripción de Suelos”.
Estas muestras representativas fueron sometidas a los siguientes ensayos:
ENSAYOS ESTÁNDAR
Análisis Granulométrico por tamizado (ASTM C-136)
Límites de Consistencia (ASTM D-4318)
. Límite Líquido
. Límite Plástico
. Índice de Plasticidad
Clasificación SUCS (ASTM D-2487)
Clasificación AASHTO (ASTM D-3282)
Contenido de Humedad (ASTM D-2216)
ENSAYOS ESPECIALES
Proctor Modificado (ASTM D-1557)
CBR (ASTM D-1883)
Labores de gabinete
En base a la información obtenida durante los trabajos de campo y los resultados de los ensayos de laboratorio, se efectuó la clasificación de suelos, para ello se ha empleado los sistemas SUCS y AASHTO para luego correlacionados de acuerdo a las características litológicas similares, lo cual se consigna en el perfil estratigráfico correspondiente.
Descripción de los Suelos
Los resultados de laboratorio obtenidos de las muestras de la sub-rasante determinan claramente dos sectores predominantes desde el punto de vista del tipo de suelo que conforma la sub-rasante.
Desde otro punto de vista, también se puede establecer los porcentajes de suelos, Gravas, arenas, finos y sectores con roca, que según los resultados de laboratorio se encuentran a lo largo del terreno de fundación.
Gravas (GM, GC, GM-GC, GP-GM, GW-GM) 45.9%
Arenas (SC, SM, SM-SC, SP-SM) 35.3%
Finos (ML, CL, OH, CH) 15.1%
Roca 3.7%
Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750:
En este tramo existe un predominio de los suelos arcillosos (tipo CL). La presencia de suelos granulares encima de los suelos finos se debe al mejoramiento recibido por sectores por motivo de la transitabilidad de la vía; estas capas granulares son variables y no guardan uniformidad, existiendo sectores donde la superficie de rodadura es únicamente arcilla. Asimismo también se observa que algunos espesores granulares solamente alcanzan 0.10m, lo que prácticamente no puede ser considerado como mejoramiento para el tipo de suelo de la sub-rasante.
Sub-tramo km 10+750 - km 45+500:
En éste sector el predominio de los suelos es prácticamente de las arenas. La presencia de suelos arcillosos (CL) se observa por sectores, cuyos espesores inclusive alcanzan todo el estrato estudiado. Estos sectores deberán ser mejorados con los requerimientos que se establezcan en el capítulo de diseño de pavimentos. Por otro lado, también se observa capas granulares de espesores variables, colocados como mejoramiento de la superficie de rodadura que dependiendo de su espesor pueden considerarse como tal.
Sectores críticos
El tramo desde el punto de vista de suelos ha sido dividida en dos sub-tramos por sus características como suelo de cimentación para pavimentos.
Sectores críticos en el Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750
A continuación se señalan los sectores críticos con presencia de suelos arcillosos (CL), a ello se suman los sectores que cumpliendo con esta condición recibieron una capa de material granular como mejoramiento y que por su potencia (espesor) no puede ser considerados como tal en la sub-rasante.
Km 0+000 - km 0+375
Km 1+125 - km 3+125
Km 3+875 - km 4+625
Km 5+125 - km 5+375
Km 5+875 - km 6+625
Km 7+125 - km 7+375
Km 8+125 - km 8+375
Km 8+450 - km 8+870
Km 10+375 - Km. 10+650
Los requerimiento de tráfico y los suelos de bajo valor soporte (CBR) establecen espesores considerables de pavimento, asimismo la relación de rigidez del material de la sub-rasante respecto a los material granular de alto valor de CBR que puede ser colocado sobre esta podrían llegar a establecer asentamientos diferenciales que se reflejan en la superficie. Como solución paliativa se deberá considerar un mejoramiento gradual del suelo de la sub-rasante con CBR en forma ascendente (creciente). La concepción de los espesores del pavimento debe considerar esta posibilidad para mejor performancia de la vía.
Los sectores puntuales con presencia de nivel freático se indican a continuación:
Km 5+000 cota del nivel freático -1.10m
Km 6+750 cota del nivel freático -0.70m
Km 18+250 cota del nivel freático -1.20m
Km 20+250 cota del nivel freático -1.30m
Se debe contemplar la posibilidad de elevar la rasante en la progresiva Km. 6+750, sin restricción de las recomendaciones que pueda realizarse en el Estudio de Drenaje que atenúen el nivel freático.
Sectores críticos en el Sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500
El suelo predominante en este sub-tramo son las arenas, cuyo Valor Soporte (CBR) es aceptable como suelo de fundación; pero a pesar de ello existe sectores con presencia de suelos arcillosos que a continuación se indican.
Km 12+625 - km 12+875
Km 15+625 - km 15+875
Km 17+375 - km 17+675
Km 19+125 - km 19+375
Km 20+375 - km 20+625
Km 21+375 - km 21+625
Km 23+625 - km 23+875
Km 24+125 - km 24+375
Km 29+125 - km 30+375
Km 38+625 - km 38+875
Km 43+125 - km 43+375
Km 43+625 - km 44+125
En estos sectores deberán realizarse un mejoramiento gradual de la sub-rasante como fue indicado para el sub-tramo anterior, las capas de materiales deben posean valores ascendente (crecientes) de CBR, cuestión que debe ser considerada en el diseño de pavimento.
4.3.0 DISEÑO DE PAVIMENTO
La estructuración de un pavimento obedece a una disposición de las diversas capas y a las características de los materiales empleados en su construcción, las cuales pueden ofrecer una variedad de posibilidades, de tal manera que puede estar formado por sólo una ó varias capas, y a su vez, éstas pueden ser de materiales naturales seleccionados, procesados y/o sometidos a algún tipo de tratamiento y/o estabilización.
La actual tecnología contempla una gama muy diversa de secciones estructurales que pueden ser utilizadas y que se encuentran en función de los distintos factores que intervienen en la performance de una vía, como son: solicitaciones tránsito, tipo de suelo, importancia de la vía, condiciones de drenaje, recursos disponibles, etc.
Asimismo la superficie de rodadura, tiene el propósito principal de proporcionar una superficie uniforme, de textura apropiada, resistente a la acción del tránsito, medio ambiente (intemperismo) y de otros agentes perjudiciales, así como transmitir adecuadamente al terreno de fundación, los esfuerzos producidos por las solicitaciones impuestas por el tránsito. El Proyecto, material del presente estudio tiene consideraciones preestablecida por las consideraciones que son expuestas en el presente y se ha adoptado como solución una superficie granular de rodadura (afirmado).
Análisis de Tráfico
El comportamiento del tráfico en la zona del proyecto debe ser cuidadosamente analizado para determinar si su influencia cobra importancia en el cálculo de espesores de pavimento, más aún si se trata de vías que van tener como acabado una superficie granular de rodadura (afirmado).
Es preciso indicar que en nuestro medio para conocer la influencia del número de vehículos, se ha acostumbrado (aceptado) realizar censos vehiculares durante periodos de 7días, los que son corregidos por factores estacionales (FCE) para determinar el Índice Medio Diario Anual (IMDA), en vista que no existe estadística histórica de censos que puedan ayudar a proyectar el número de vehículos para el período de diseño.
Todo esto hace más sensible el análisis en donde va incidir decisivamente el criterio de proyectista, en base a la influencia de los factores económicos y crecimiento del parque automotor de la zona.
La estructuración de la capas de un pavimentos obedecen principalmente a la calidad de los materiales disponibles y a los esfuerzos a los que serán sometidos durante su vida de diseño, para este último es necesario realizar un análisis de la influencia vehicular (censo vehicular y de carga).
Las investigaciones realizadas demuestran que el efecto producido por las cargas influyen significativamente en el comportamiento del pavimento por las diversas configuraciones de ejes y masas que conforman actualmente los vehículos que circulan por las carreteras; en ese sentido y bajo convención establecida se ha uniformizado y simplificado las cargas los vehículos llevándolos a cargas a ejes simples equivalente de 80 KN (8.2 tn ó 18000 lb).
Tráfico de la zona de Estudio
La información proporcionada por la Jefatura de Proyecto en cuanto al Estudio de Tráfico de la zona de estudio, lo constituye un censo de vehicular y de carga.
El censo vehicular fue tomado en la estación E-2 para el sector Tocache - Pizana - Juanjuí, cuya composición se indica en el cuadro siguiente:
CUADRO Nº 01
COMPOSICIÓN DEL IMDA
TIPO DE TRÁFICO
VEHÍCULOS LIGEROS
CAMIONES / ÓMNIBUSIMD
AAUTOS
COMBIS
MICROS
BUSC-2E
C-3E
2S2 2S3
NORMAL x FCE
144 45 5 2 32 15 2 0 245
PORCENTAJE
58.8%
18.4% 2.0% 0.8%13.1%
6.1%
0.8%
0 100%
DERIVADO 65 17 0 4 11 8 22 17 144
GENERADO 4 4 0 1 3 1 1 1 15
TOTAL AL 2002
213 66 5 7 46 24 25 18 404
PORCENTAJE
52.7%
16.4% 1.2% 1.7%11.4%
5.9%
6.2%
4.5%
100%
70.3% 29.7%100%
FUENTE: Censo Vehicular (2002)
ELABORADO: Jefatura de Proyecto del Estudio
Del cuadro anterior se puede observar que los porcentajes de vehículos ligeros a disminuido en 10% aproximadamente con respecto al tráfico normal y a generado un incremento en el mismo porcentaje para los vehículos pesados; esto puede notarse probablemente por el aumento en el tráfico derivado y generado luego de la rehabilitación de la carretera.
De igual forma se alcanzaron las tasas (porcentajes) de crecimiento por grupos de vehículos.
CUADRO Nº 02
TASA DE CRECIMIENTO
FECHA DE CÁLCULO
AUTOS Y PICK-UP
(vehículos ligeros)
ÓMNIBUSCAMIONES
PESADOS
4.3 % 3.2% 4%
FUENTE: Estudio de tráfico
ELABORADO : Jefatura de Proyecto del Estudio
Cálculo de eje Equivalente
Los pavimentos deben diseñarse principalmente para las solicitaciones de tráfico, calidad de suelos de fundación y un periodo de tiempo en años. Por otro lado, podemos establecer que el tráfico es influenciado por factores económico locales y/o nacionales los que probablemente puedan ocasionar, en algunos casos, un crecimiento rápido, en otros, la declinación o su paralización, cuestiones que deben ser verificadas durante el periodo de vida del pavimento diseñado.
Asimismo la determinación de las tasas de crecimiento que se utilizará para el calculo de espesores debe representar un crecimiento sostenido que pueda captar todo los fenómenos que puedan presentarse durante el periodo de diseño del pavimento. Las tasas de crecimiento alcanzada por la Jefatura de Proyecto del Estudio como porcentajes representativos durante el período de diseño (2002 -2012).
CUADRO Nº 03
TASA DE CRECIMIENTO PARA EL TRÁFICO PROYECTADO
PERIODO
TASA DE
VEHÍCULOS LIGEROS
(%)
TASA ÓMNIBUS
(%)
TASA CAMIONES
(%)
2002 - 20012 4.3 3.2 4.0
FUENTE : Estudio de Tráfico
El periodo de diseño para el pavimento ha sido establecida para 10 años, pero alternativamente se determinará para 5 años. La relación matemática utilizada para la proyección del tráfico a partir del año en servicio será la recomendada por las guías de diseño (AASHTO y INSTITUTO DEL ASFALTO).
Donde:
r : Tasa de Crecimiento
n : Año para el cual se calcula el volumen de tráfico
Se tomará como año de servicio el 2003, se tiene para ese año el siguiente tráfico:
CUADRO Nº 04
TRÁFICO DE DISEÑO
TIPO DE TRÁFICO
VEHÍCULOS LIGEROS
CAMIONES / ÓMNIBUSIMDA
AUTOS COMBIS MICROS BUS C-2EC-3E
2S2 2S3
TOTAL AL 2002
284 7 46 24 43 404
PORCENTAJE 70.3% 1.7% 11.4% 5.9% 10.7% 100%
La influencia de las cargas por tipo de eje o por tipo de camión es importante para la determinación de los ejes de repeticiones, por lo tanto la Jefatura del Proyecto del Estudio ha realizado un censo de carga y determinó los factores destructivos por tipo de vehículo, de ellos se tomarán los más críticos.
CUADRO Nº 05
FACTORES DESTRUCTIVOS POR TIPO DE VEHÍCULO
TIPO DE
VEHÍCULO
DIRECCIÓN DE CIRCULACIÓN
Tarapoto - Juanjuí
Juanjuí - Tarapoto
Bus 2.0201 3.56134
C - 2E 0.2545 0.0805
C - 3E 2.3689 0.25589
3 S 2 6.8122
FUENTE : Estudio de Tráfico
ELABORADO : Jefatura de Proyecto del Estudio
El cálculo de Ejes Equivalentes para el periodo de diseño, es analizado de acuerdo a los Manuales de Diseño, Normas para Carreteras, y Estudios de Rehabilitación, desarrollados por la AASHTO, INSTITUTO DEL ASFALTO, así como CONREVIAL, los que son de uso generalizado; así se tiene:
Donde:
ESAL8.2Tn = Equivalent Single Axle Loads
IMDK = Índice Medio Diario del vehículo tipo K.
FDK = Factor Destructivo de vehículo tipo K.
CUADRO Nº 06
NUMERO DE EJES EQUIVALENTE
PERIODO ESAL 8.2tn
10 AÑOS 8.5 x 105
5 AÑOS 3.8 x 105
Valor Soporte del Terreno de Fundación (CBR)
Las guías de diseños actualmente utilizan dentro de sus procedimientos de cálculo los valores de resistencia del terreno de fundación representado por el Valor Soporte (CBR-California Bearing Ratio). Durante los trabajos de campo para el estudio de suelos se tomaron muestras representativas para determinar el CBR del suelo de fundación con el propósito de definir la estructura del pavimento. Basándose en esta información y en el análisis del perfil estratigráfico se sectorizó el tramo conforme se establece mas adelante.
Por otro lado para determinar el valor representativo se ha utilizado un procedimiento estadístico (percentiles) que obedece a los criterios recomendados por Instituto del Asfalto Americano para el cálculo del CBR de diseño. Dicho criterio se basa en la calificación del tráfico proyectado (diseño) con respecto a indicadores estadísticos que establecen el valor indicado del universo de datos obtenidos en laboratorio.
CUADRO Nº 07
VALOR DE DISEÑO DEL PERCENTIL
NIVEL DE TRÁFICO
(ESAL)
PERCENTIL DE DISEÑO
(%)
104 o menor 60
Entre 104 y 106 75
106 o más 87.5
Del perfil estratigráfico se puede establecer dos zonas claramente definidas por el tipo de suelo que predomina (ver descripción de los suelos). El siguiente cuadro establece un análisis del primer sector comprendido entre las progresivas Km. 0+000 - Km. 10+750.
CUADRO Nº 08
ANALISIS DEL VALOR SOPORTE (CBR)
Km 0+000 - Km. 10+750
PROGRESIVA
(Km.)CLASIFICACIÓN
CBR
(95% de MDS)P75
0+500 CL 1.9
2.2%
3+000 CL 3.9
5+250 CL 1.7
7+250 CL 3.8
9+000 CL 2.2
18+000 ML 3.9
19+000 CL 3.0
20+500 CL 3.1
25+000 CL 3.4
36+250 CL 9.0
43+000 CL 3.4
El siguiente sector se encuentra ubicado entre las progresivas Km. 10+750 - Km. 45+500.
CUADRO Nº 09
ANALISIS DEL VALOR SOPORTE (CBR)
Km 10+750 - Km. 45+500
PROGRESIVA
(Km.)CLASIFICACIÓN
CBR
(95% de MDS)P75
11+500 SC 14.2 10.4%
13+750 SC 13.1
22+500 SM 10.3
25+000 SM 12.3
28+250 SC 9.4
39+500 SC 10.6
41+200 SM 15.4
Con el propósito de considerar el aporte del material actualmente colocado en la plataforma como mejoramiento de la superficie de rodadura y además de establecer un aumento progresivo de la resistencia del suelo sobre la sub-rasante y de esta forma una acentuación gradual de la relación de rigidez; se ha analizado los valores de CBR del material actualmente colocado en algunos tramos de la plataforma del primer sector, los mismo que presentan diferentes espesores como puede observase en el perfil estratigráfico.
CUADRO Nº 10
ANALISIS DEL VALOR SOPORTE (CBR)
Capa Superior Utilizado como Superficie de Rodadura
PROGRESIVA
(Km.)CLASIFICACIÓN
CBR
(95% de MDS)P75
1+500 GP-GM 41.3
20.0%
16+750 GP-GM 31.8
22+500 SM 10.3
26+000 GC 19.7
37+750 GM 28.5
45+000 GM 44.9
Diseño de Espesores del Pavimento
El presente proyecto, materia de estudio, tiene como directiva que la estructura del pavimento sea una Superficie Granular de Rodadura (afirmado); por lo que se ha estructurado los espesores del pavimento de acuerdo a lo solicitado.
Método de la US Forest Service
El servicio de Guardabosques de EE.UU. es responsable del diseño y mantenimiento de una gran parte de caminos pavimentados y no pavimentados y ha desarrollado procedimientos para el diseño estructural de los mismos, encuadrándolos en un sistema de diseño basado en la minimización de los costos de vida del pavimento. En ese sentido para pavimentos de materiales granulares el método utiliza dos criterios de falla, por Ahuellamiento y por Serviciabilidad, esta último será la utilizado para el presente diseño.
CUADRO N° 11
CALCULO DE NÚMERO ESTRUCTURAL (SN)
Índice de
Serviciabilidad
Numero de ejes simples equivalentes de 18000lb (x
103)
Valor Soporte del Suelo (SS)
2 3 10
Pi = 4.0
Pf = 1.5200 3.24 2.87 1.04
500 3.68 3.27 1.25
1000 4.04 3.60 1.42
Fuente : Guía de la US Forest Service
Elaboración : Propia
Para la distribución de los espesores la metodología plantea una gama de coeficientes estructurales (ai) que pueden ser combinados de acuerdo a la calidad del material disponible. A continuación se presenta coeficientes estructurales para los materiales de canteras disponibles en la zona y que de acuerdo a los ensayos de laboratorio realizados en el contexto del Estudio de Canteras.
CUADRO N° 12
COFICIENTES ESTRUCTURALES
CBR del
Material Granular
Coeficiente Estructural (SN)
Superficie de
Rodadura ó
Base Granular
Sub-base
Granular
20 0.070 0.095
30 0.093 0.109
45 0.112 0.124
50 0.117 0.127
60 0.126 0.130
Fuente : Guía de la US Forest Service
Elaboración : Propia
Diseño Estructural
En principio se ha establecido dos periodo de diseño, el primero de 5 años y el segundo de 10 años (requerido por el Proyecto). Por otro lado del perfil estratigráfico se observa dos sub-tramos de acuerdo a la calidad del suelo. Bajo este contexto se establecerá la estructura:
De acuerdo al cuadro establecido por la US Forest Service la determinación del Número Estructural (SN) para un pavimento afirmado es establecido por la interpolación de los parámetros señalados para el tipo de falla, calidad de la sub-rasante y número de eje de repeticiones del tráfico proyectado.
Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750
CUADRO N° 13
DATOS BÁSICOS DEL DISEÑO
Periodo de Diseño
CBR de la
Sub-rasante
Tráfico de
DiseñoSN
5 años 2.2% 3.8x105 3.50
10 años 2.2% 8.5x105 3.95
En base a los datos del cuadro anterior se establece la siguiente estructuración del pavimento.
CUADRO N° 14
ESPESORES DEL PAVIMENTO
Tipo de Material
Periodo de diseño
de 5 años
Periodo de diseño
de 10 años
Pulg. cm. Pulg. cm.
Afirmado con CBR = 50%
al 100% MDS
19.0 50.0 18.0 46.0
Capa Granular Tipo A
con CBR = 20% al 95% MDS
12.0 30.0 17.0 43.0
En este sub-tramo existe la presencia de sectores que por condiciones de transitabilidad ha sido mejorados en capas sucesivas con materiales del tipo GP-GM, GW-GM y GC.
A continuación se indican aquellos sectores que han logrado alcanzar el espesor indicado para ser considerado como material de “Capa Granular Tipo A” y que de acuerdo a los análisis de laboratorio tienen CBR igual o superior a 20% al 95% de la Máxima Densidad Seca (MDS), aportando de esta manera al pavimento, siempre y cuando se verifique su extensión y alcance a todo el ancho de la calzada.
Km 0+375 - km 1+125
Km 3+125 - km 3+875
Km 4+625 - km 5+125
Km 5+375 - km 5+875
Km 6+675 - km 7+125
Km 7+375 - km 7+625
Km 7+875 - km 8+125
Km 8+375 - km 8+450
Km 8+870 - km 10+375
En éstos sectores podría, luego de verificarse su extensión, colocarse el material de afirmado indicado en el cuadro de diseño.
Es preciso señalar que la propuesta de diseño indicada líneas arriba obedece a la condición de la coincidencia en la ubicación de la sub-rasante del diseño geométrico con la actual superficie de rodadura. En el supuesto caso de levantar la rasante sobre la actual superficie, la calidad del material de relleno no debe ser menor al indicado como Capa Granular Tipo A.
Sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500
CUADRO N° 15
DATOS BÁSICOS DEL DISEÑO
Periodo de Diseño
CBR de la
Sub-rasante
Tráfico de
DiseñoSN
5 años 10.4% 3.8x105 1.2
10 años 10.4% 8.5x105 1.4
En base a los datos del cuadro anterior se establece la siguiente estructuración del pavimento.
CUADRO N° 16
ESPESORES DEL PAVIMENTO
Tipo de Material
Periodo de diseño
de 5 años
Periodo de diseño
de 10 años
pulg. cm. Pulg. cm.
Afirmado con CBR = 50%
al 100% MDS
10 25 12.0 30.0
En este sub-tramo se presenta sectores críticos con presencia de suelos del tipo CL y ML con bajo valores de CBR (2%). En estos sectores se debe considerar como diseño de pavimento los establecidos en el sub-tramo anterior.
Km 12+625 - km 12+875
Km 15+625 - km 15+875
Km 17+375 - km 17+625
Km 19+125 - km 19+375
Km 20+375 - km 20+625
Km 24+125 - km 24+375
Km 29+125 - km 30+375
Km 38+625 - km 38+875
Km 43+125 - km 43+375
Km 43+625 - km 44+125
Recomendaciones Constructivas
Los suelos de la sub-rasante por su naturaleza han sido divididos en dos sub-tramos, cuyos diseños fueron concebidos de forma diferente y principalmente constituidos dos capas, la primera de afirmado y la segunda denominada Capa Granular tipo A. Esta estructuración de capas en el pavimento obedece principalmente a la calidad de la sub-rasante.
La capa de Afirmado deberá cumplir las exigencias de calidad establecidas en las Especificaciones Técnicas (EG-2000, sección 302).
Por restricciones económicas puede dividirse el espesor total del afirmado en dos capas, la primera de afirmado concordante con las EG-2000 y la segunda (capa inferior) de la misma calidad a excepción del parámetro de Índice de Plasticidad que se deberá encontrarse entre NP a 9%, con el propósito de utilizar las fuentes de materiales de origen fluvial en forma natural.
La Capa Granular Tipo A constituye un espesor estructural del pavimento, por lo que sus condiciones constructivas deben ser controladas minuciosamente. Sus requerimientos mínimos debe ser los siguientes:
CBR = 20% al 95% de la Máxima Densidad Seca (MDS)
Tamaño Máximo = 3”
Espesor máximo de Compactación = 20cm
La capa de afirmado deberá ser compactada al 100% de la Máxima Densidad Seca (MDS) y su CBR mínimo de 50% al 100% MDS.
Conclusiones
El estudio de suelos del tramo Puerto Pizana - Pizarrón tiene el propósito de reconocer las características del terreno de fundación donde se apoya la estructura vial, para lo cual se han ejecutado 186 pozos exploratorios o perforaciones a "cielo abierto" (calicatas) de 1.5 m de profundidad, realizadas a una distancia de 250m una del otra, de modo que la información obtenida sea representativa de la zona en estudio.
El suelo de fundación del Tramo Puerto Pizana - Pizarrón se encuentra constituido por los tipos de suelos:
Gravas (GM, GC, GM-GC, GP-GM, GW-GM) 45.9%
Arenas (SC, SM, SM-SC, SP-SM) 35.3%
Finos (ML, CL, OH, CH) 15.1%
Roca 3.7%
En base al análisis del perfil estratigráfico se ha divido la carretera en dos tramos: el primero comprendido entre el Km. 0+000 al Km. 10+750 con un predominio de suelos arcillosos (CL) y el tramo Km. 10+750 al Km. 45+500 con predominio de suelos arenosos.
Las capas de suelos granulares colocadas encima de suelos arcillosos como mejoradores de la superficie de rodadura pueden ser consideradas como aporte, siempre y cuando cumplan con el requisito de espesor (mínimo de 0.40), tal como es analizado en ítem “4.2.3.2 Zonas Críticas”.
Los datos básicos de diseño para el tramo III se resumen en los siguientes cuadro:
DATOS BÁSICOS DEL DISEÑO
(Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750)
Periodo de Diseño
CBR de la
Sub-rasante
Tráfico de
DiseñoSN
5 años 2.2% 3.8x105 3.50
10 años 2.2% 8.5x105 3.95
DATOS BÁSICOS DEL DISEÑO
(sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500)
Periodo de Diseño
CBR de la
Sub-rasante
Tráfico de
DiseñoSN
5 años 10.4% 3.8x105 1.2
10 años 10.4% 8.5x105 1.4
Los espesores del pavimento (afirmado) se resumen a continuación por sub-tramos.
ESPESORES DEL PAVIMENTO
(Sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750)
Tipo de Material
Periodo de diseño
de 5 años
Periodo de diseño
De 10 años
pulg. cm. Pulg. cm.
Afirmado con CBR = 50%
al 100% MDS
19.0 50.0 18.0 46.0
Capa Granular Tipo A
con CBR = 20% al 95% MDS
12.0 30.0 17.0 43.0
ESPESORES DEL PAVIMENTO
(sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500)
Tipo de Material
Periodo de diseño
de 5 años
Periodo de diseño
de 10 años
pulg. cm. Pulg. cm.
Afirmado con CBR = 50%
10 25 12.0 30.0
al 100% MDS
En el sub-tramo Km. 10+750 - Km. 45+500 existe sectores donde los suelos son arcillosos, en estos deberán ser colocados el diseño establecido en el sub-tramo Km. 0+000 - Km. 10+750 (ver 4.2.3.2 Zonas Críticas).
Recomendaciones
o El tramo se encuentra ubicado en zona de selva por lo cual es indispensable el cumplimiento irrestricto de todas las recomendaciones expuestas en el estudio de Hidrología y Drenaje, con el propósito de evitar fallas asociadas a movimientos del agua en el pavimento.
o Por restricciones económicas puede dividirse el espesor total de la capa de afirmado en dos parte; para lo cual la calidad de la segunda capa inferior será igual al exigido para un afirmado a excepción del Índice de Plasticidad que se encontrar entre NP a 9%.
o Si bien el proyecto establece un periodo de diseño de 10 años y por la naturaleza del proyecto es un pavimento afirmado sin recubrimiento, sería conveniente considerar, por razones de durabilidad, los diseñados para un períodos de 5 años.
o Las recomendaciones señaladas en el presente Estudio y en lo referente a los capítulos de Suelos, Canteras y Diseño de Pavimento deberán ser concordantes con las Especificaciones Generales para Construcción de Carreteras del MTC (EG - 2000).
1. Ing. MoisésSuárez Campos.MECÁNICA DE SUELOS I 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURAAdquirir una base de conocimientos
y experiencias que permita identificar el comportamiento de los suelos.Utilizar apropiadamente los parámetros necesarios que la Mecánica de Suelos ofrece para la solución de problemas ingenieriles. Identificar las Pruebas de Laboratorio que se ejecutan, para la determinación de propiedades físicas y mecánicas de suelos.
3. UNIDADES DEL PROGRAMA 4. BIBLIOGRAFÍA Mecánica de Suelos. Juarez Badillo. (T I-III) Mecánica
de Suelos. Lambe-Whitman. Mecánica de Suelos. Crespo Villalaz Apuntes de clase. http://civilgeek.blogspot.com
5. SISTEMA DE EVALUACIÓNAcumulativoPruebas Cortas Grupales e IndividualesForos de discusión en blog virtuales Tareas Trabajos Investigativos y ExposicionesGiras de campoClases Prácticas (Aplicando dinámicas como Competencias entre géneros).
6. UNIDAD I: ConceptosGeneralesObjetivo de la Unidad:Analizar los principales fundamentos teóricos relacionados con la Mecánica de Suelos I, para su posterior aplicación en problemas típicos ingenieriles.Karl von Terzaghi
7. Qué es la Mecánica de Suelos?La mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la física y las ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la capa superficial de la corteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1925.Todas las obras de ingeniería
civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán determinados, entre otros factores, por el desempeño del material de asiento situado.
8. Quétipos de problemastrata la Mecánica de Suelos?Si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y dispositivo de transición entre el mismo y la superestructura, han de ser siempre observadas.
9. Quétipos de problemastrata la Mecánica de Suelos? 10. Qué es el suelo?El suelo es la capa de transformación de la corteza sólida
terrestre, sometida a un constante cambio estacional y a un desarrollo peculiar. Aparece como resultado de un conjunto de procesos físicos, químicos y biológicos sobre el medio rocoso original (roca madre) denominados genéricamente meteorización.
11. Origen y formación de los suelosParte de la descomposición de la roca en su lugar; mediante un proceso estático (meteorización) por el cual la roca se rompe en pequeños fragmentos, se disuelve, se descompone y se forman nuevos minerales. Los factores que condicionan las características de la meteorización y por lo tanto la evolución de un suelo, son: el clima, la topografía, los organismos vivos, la roca madre y el tiempo transcurrido. El resultado es la formación de un perfil de suelo, sucesión típica de capas horizontales que denota el conjunto de factores que han intervenido en su formación.
12. www.themegallery.comPROCESO DE FORMACIÓN DE LOS SUELOS
13. RESULTADO DE LA METEORIZACIÓN 14. Composición del SueloDesde el punto de vista de su composición, el
suelo es un material complejo compuesto por sólidos (materia mineral y materia orgánica), líquidos (sobre todo el agua, que en ocasiones, es un componente más de las rocas) y gases (aire y vapor de agua, esencialmente). A su vez, los gases y los líquidos llevan sustancias disueltas o en suspensión que pueden adherirse a la matriz sólida.La génesis del suelo es un proceso extremadamente lento. La formación de una capa de 30 cm de suelo puede durar de 1.000 a 10.000 años. Desde este punto de vista, se debe considerar el suelo como un recurso no renovable y por lo tanto un bien a proteger.
15. Cuál es la diferencia entre roca y suelo?La roca es considerada como un agregado natural de partículas minerales unidas mediante grandes fuerzas cohesivas. Se llama roca a todo material que suponga una alta resistencia.El suelo es todo elemento natural compuesto de corpúsculos minerales separables por medios mecánicos de poca intensidad, como son la agitación en agua y la presión de los dedos de la mano.
16. El suelocomo material de construcciónComo consecuencia de la actividad humana desarrollada a través de los años, surge la necesidad de introducir un nuevo concepto, el suelo artificial o material de construcción. La procedencia de los materiales puede ser diversa, diferenciando entre materiales naturales
(arcillas, arenas y gravas heterométricas) y materiales artificiales (escombros de construcción, residuos de diversos procesos de fabricación como el cemento, etc).En el ámbito de la construcción los suelos se distinguen principalmente de acuerdo a su capacidad de soporte o cimentación. Los suelos rocosos poseen altas resistencias a acciones o solicitaciones de carga por eso lo convierte en el suelo por excelencia para cimentación.
17. El suelocomo material de construcciónPresas de TierraEstructura de PavimentosLagunas de OxidaciónEstructuras de adobe (Mezcla de suelos)Construcciones de Terraza
18. IMPORTANCIA DE UN ESTUDIO DE SUELOActualmente es cada vez más concluyente el hecho de que ningún ingeniero que sienta la responsabilidad técnica y moral de su profesión, deja de efectuar un estudio de las condiciones del subsuelo cuando diseñan estructuras de cierta importancia. Ya que ello conlleva dos características que se conjugan: seguridad y economía.No olvidemos: “Quien solo conoce la teoría de la Mecánica de Suelos y carece de práctica, puede ser un peligro público”, Dr. Karl V. Terzaghi (Fundador de la Mecánica de Suelos).
19. IMPORTANCIA DE UN ESTUDIO DE SUELOEs por eso que en los proyectos de construcción se desprende la necesidad de contar, tanto en la etapa de proyecto, como durante la ejecución de la obra, con datos firmes, seguros y abundantes respecto al suelo que se está tratando. El conjunto de estos datos deben llevar al proyectista a adquirir una concepción razonablemente exacta de las propiedades físicas del suelo.
20. Equipo existente en un Laboratorio de SuelosEquipo básico para determinar la densidad del suelo o dicho de otra forma para conocer el porcentaje de compactación del suelo donde se construirá. Malla de distintas graduaciones para clasificar el suelo según el tamaño de sus partículas
21. LABORATORIO DE SUELOSPara llegar en el laboratorio a unos resultados razonablemente dignos de crédito es preciso cubrir en forma adecuada una etapa previa e imprescindible: la obtención de muestras de suelo apropiadas para la realización de las correspondientes pruebas.Resultan así estrechamente ligados las dos importantes actividades, el muestreo de los suelos y la realización de las pruebas necesarias de laboratorio. El muestreo debe estar regido ya anticipadamente por los requerimientos impuestos a las muestras obtenidas por el programa de pruebas de laboratorio.
22. Construcciones y CimentacionesEl programa exploratorio para la cimentación de una construcción depende de dos factores:1. El peso de la construcción y otras fuerzas que actúan sobre ella.2. El servicio de la construcción o fin para el que se va a construir. Si la estructura es ligera no es necesario mucho estudio, pero para estructuras pesadas es imprescindible explorar la profundidad mediante la toma de muestras con pozos y perforaciones, además conocer la geología local y regional.
23. Construcciones y CimentacionesPara construcciones de envergaduraPara pequeñas construcciones
24. Tipos de suelos en la construcciónLos suelos en la construcción pueden agruparse en 5 tipos básicos:La grava: Esta formada por grandes granos minerales con diámetros mayores a 2 mm.La arena: Se componen de partículas minerales que varían aproximadamente desde 0.06 y 2 mm.El limo: Consiste en partículas minerales naturales, mas pequeñas con tamaños que oscilan entre
0.002 y 0.06 mm.La arcilla: Contienen partículas de tamaño coloidal que producen su plasticidad. La plasticidad y resistencia en seco están afectadas por la forma y la composición mineral de las partículas.
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lunes, 4 de abril de 2011
Estudios de Suelos para la Construcción de Carreteras y Calles.
La ingeniería de caminos, y la construcción de calles y autopistas es, a la vez, arte y ciencia. Sin embargo los caminos son, en primer lugar, un medio de transporte. Deben construirse para resistir y mantener adecuadamente el paso de los vehículos. Con objeto de lograrlo, el diseño de adoptar ciertos criterios de resistencia, seguridad y uniformidad. La mayor parte de estos criterios proceden de la dura escuela de la experiencia, mientras que algunos han evolucionado con la investigación y sus correspondientes ensayos. Así se ha establecido normas generales. Pero Estas se encuentran sujetas a modificaciones, ya que los caminos están asociados Íntimamente con la superficie de la tierra, la cual rara vez se sujeta a criterios matemáticos.
Se denomina pavimento a toda la estructura de una carretera, el pavimento esta conformado por:
Rasante de pavimento
Capa o Carpeta de Rodadura
Capa Base Capa Drenante / Capa Binder (Esta capa se encuentra entre las capas Base y Sub –
base) Capa Sub – base Capa Sub – rasante Terreno de Fundación o Explanada
Estudio hidrológico de por lo menos de 50 años de antigüedadExisten tres tipos de pavimentos que son:
Pavimentos Flexibles (Concreto asfáltico - Tratamiento Superficial). Pavimento Rígido. Pavimento Articulado.
Ensayo de Suelos
En el proyecto de ejecución de una carretera, un edificio, o cualquier otra obra relacionada con la construcción, tiene gran importancia el conocimiento del terreno sobre el que vamos a cimentar. En primer lugar debemos identificar el tipo de suelo. Aunque un simple examen visual nos permita determinarlo con cierta aproximación, se
debe completar la descripción con un examen granulométrico y una determinación de los límites de Atterberg.
El suelo está compuesto de partículas de dimensiones variables.
El análisis granulométrico nos permite estudiar el tamaño de estas partículas y medir la importancia que tendrán según la fracción de suelo que representen. Este tipo de análisis se realiza por tamizado, o por sedimentación cuando el tamaño de las partículas es muy pequeño (por debajo de los 0.08 mm, tamiz N 200 según la serie A.S.T.M.), según esto nos podemos encontrar con elementos gruesos, gravas, arenas, limos y arcillas tal y como se indica en la Figura 1. Si bien un análisis granulométrico es suficiente para gravas y arenas, cuando se trata de arcillas y limos, turbas y margas se debe completar el estudio con ensayos que definan la plasticidad del material.
Los límites de Atterberg
Los límites de Atterberg definen los contenidos de agua característicos para los que una arcilla determinada, triturada, alcanza diferentes estados de consistencia relativa (Figura 2) y se expresan de la siguiente manera:
Límite líquido, L.L: es el contenido de agua de una pasta arcillosa por encima del cual pasa del estado plástico al estado líquido.
Límite plástico, L.P.: es el contenido de agua de una pasta amasada por debajo del cual pasa del estado plástico al estado semisólido.
Límite de retracción, L.R.: representa el contenido de agua de una pasta amasada por debajo del cual pasa del estado semisólido al sólido.Es poco utilizado. El contenido de agua se expresa como el contenido de agua natural de la muestra inalterada en % del peso seco (w (%)).
Indice plástico, Ip: Es la diferencia entre los límites líquido y plástico. Ip = wl - wp Según una primera aproximación a los límites de Atterberg nos encontramos con la siguiente clasificación (Tabla 1).
Figura Tabla 1
Figura 3
El Apisonador Próctor
Figura 4
El apisonado Próctor es uno de ellos y consiste en apisonar el suelo en un molde, extendiéndolo en dos capas o tongadas y compactando cada una con una maza metálica. Si el ensayo se realiza varias veces y se trasladan los resultados calculados de la densidad seca y la humedad a un gráfico, se aprecia en la curva obtenida que al aumentar la humedad de moldeo de la muestra, el peso específico seco aumenta hasta
un máximo disminuyendo después. El peso específico y el contenido de humedad para el máximo de la curva se denominan respectivamente peso específico seco máximo y humedad óptima, para este tipo particular de compactación y la energía correspondiente.
Cuando la energía de compactación que se utiliza es mayor el ensayo se conoce como ensayo de apisonado Próctor Modificado. La relación humedad-peso específico para un suelo determinado depende del grado y tipo de compactación como se aprecia en la Figura 4, cuanto mayor es la energía de compactación (curva 1), mayor es el peso específico y menor la humedad óptima.
Tras numerosos ensayos con diferentes clases de materiales, se ha podido observar lo siguiente:
Los suelos granulares no responden a las variaciones en la humedad y en la energía de compactación en la forma que lo hacen los suelos de grano fin. En los suelos sin cohesión para humedades bajas se obtienen pesos específicos muy bajos, debido a que las fuerzas capilares se oponen a la reorganización de los granos de arena.
Aumentando la energía de compactación y con una humedad dada se consigue que las partículas que forman la estructura de un suelo se reorganicen de una forma más ordenada y con una distribución apróximadamente paralela.
Los esfuerzos totales y las presiones intersticiales de un suelo pueden variar considerablemente por efecto de la compactación.
Según pruebas realizadas por Lambe, el aumento de la energía de compactación en un suelo de grano fino reduce la permeabilidad, al aumentar el peso específico seco y disminuyendo así los vacíos disponibles para el flujo del agua.
Cuando se ejecute un pavimento o estructura cualquiera se debería tener en cuenta no sólo el comportamiento del suelo compactado, sino el comportamiento del suelo bajo el pavimento terminado.
El Índice CBR
Figura 5
Figura 6
Otro factor importante, indicativo de la respuesta que puede dar un determinado tipo de suelo ante la colocación de un pavimento de Euroadoquines y que nos va a permitir diseñarlo de acuerdo con los resultados que se obtengan, es el índice CBR.
El Indice CBR (California Bearing Ratio) se utiliza para evaluar la capacidad portante de los suelos de explanaciones aunque, también es aplicable a capas de base y subbases de firmes y se define como: el tanto por ciento de la presión ejercida por un pistón sobre el suelo, para una penetración determinada, con relación a la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra tipo (NLT-111/87).
Por otro lado se puede llegar a relacionar módulos característicos del suelo, que nos permiten conocer sus propiedades de una manera más concreta, como el módulo elástico, E, o el módulo de deformación del suelo, K (Figura 5), con el índice CBR. En la Figura 5 se puede observar el el valor del módulo K aumenta considerablemente cuando el valor del índice CBR es mayor de 20, es decir cuando la explanada tiende a ser poco deformable. De acuerdo con lo comentado se pueden relacionar el tipo de explanada, el índice CBR, el ensayo Proctor y los límites de Atterberg con los tipos de suelo, que según el PG 3 (1975) se clasifican en: suelos inadecuados (SI), tolerables (ST), adecuados (SA) y seleccionados (SS), de la siguiente manera:
E1 (5 <= CBR < 10): Explanada deformable E2 (10 <= CBR < 20): Explanada poco deformable E3 (20 < CBR): Explanada muy poco deformable
En la Figura 6 se observa que las explanadas consideradas para el cálculo de secciones (E1, E2, E3), se relacionan con los suelos aceptables y seleccionados. Cuando el índice CBR correspondiente se encuentra por debajo del 5 se debe proceder un tratamiento de mejora del mismo. De acuerdo con los resultados de estos ensayos y como ya se ha indicado a lo largo de este Manual y en especial en el capítulo 5 y el capítulo 6, se obtienen unas determinadas características que deben cumplir las explanadas, bases y subbases que conforman un pavimento de Euroadoquines para que su comportamiento bajo un tráfico determinado, según el proyecto a realizar, sea correcto.
Estudios geológicos y geotécnicos aplicados a carreteras.
Los estudios geológicos y geotécnicos son de suma importancia para el diseño de carreteras, estos nos brindan las condiciones y restricciones que puede tener el terreno en estudio y permiten adoptar los parámetros adecuados para el diseño correcto de la vía.
Generalidades.
La ingeniería geológica es la aplicación de los conocimientos y métodos derivados de las diferentes ramas de la geología los problemas y procesos de la ingeniería civil. Obras humanas tales como presas, embalses, túneles, carreteras, aeropuertos, minas, y edificios altos o pesados se construyen en la forma mas satisfactoria cuando previamente se determinan las condiciones geológicas del terreno y se toman en consideración en el diseño y la construcción de estructuras. En la actualidad, más que en ningún tiempo pasado, se construyen mayores túneles, presas, aeropuertos para grandes aviones, cortes más profundos para autopistas y terraplenes de mayor altura. Para la seguridad en el diseño de estas obras gigantescas y para asegurar su estabilidad y mantenimiento, los ingenieros necesitan el consejo de geólogos competentes en rocas y suelos, propiedades físicas y químicas de las rocas, los minerales y los procesos geológicos que pueden afectarlas.
Los geólogos especialistas en ingeniería civil son consultados sobre la erosión producida por cambios en el curso de ríos que pueden socavar los estribos y pilares de puentes; los posibles daños por desprendimientos de rocas y deslizamientos de tierra en grandes cortes de carreteras; las fundaciones defectuosas en rocas o fallas activas en sitios de presas.
Una tarea importante de la geología es la interpretación de los mapas geológicos y topográficos y de las fotografías aéreas para suministrar información clave sobre zonas inaccesibles teniendo en cuenta los problemas que pueden presentarse si se emprende un determinado proyecto.
Hacer un estudio geológico para realizar el diseño de una carretera es muy importante por diferentes aspectos, por ejemplo nos indican la existencia de materiales que podemos utilizar, su distribución y accesibilidad, las propiedades de los suelos respecto del transito, características de los materiales en la superficie para estribos de puentes, etc.
Aspectos geológicos y geotécnicos a considerar.
Los estudios geológicos y geotécnicos deben considerar los siguientes aspectos para el diseño adecuado y construcción eficiente de carreteras:
a) En la conformación de terraplenes:
Conformación con suelos apropiados. El material de los terraplenes tiende a consolidarse. Es necesaria la compactación enérgica y sistemática. Propiedades del terreno natural de cimentación. Estabilidad de taludes. Problemas de corrimientos o deslizamientos rotacionales. Zonas de capa freática somera.
b) En cortes o desmontes:
Reconocimiento geotécnico adecuado. Estabilidad de taludes.
Naturaleza de los materiales.
c) En explanadas:
Es apoyo para el firme. El comportamiento del firme está ligado a las características
resistentes de los suelos de la explanada. El firme protege a la explanada de los agentes atmosféricos. Capacidad soporte de la explanada adecuada. Los suelos de la explanada deben seleccionarse con criterios más
estrictos que para el resto del terraplén.
d) Otros problemas geotécnicos:
Zonas de turbas o de arcillas muy compresibles. Zonas de nivel freático muy superficial. Zonas de rocas alteradas. Erosiones y arrastres de materiales en laderas. Vados o zonas inundables. Carreteras en la proximidad de ríos y arroyos. Zonas de gran penetración de la helada. Fallas geológicas.
Estudios a realizar.
Los estudios geológicos y geotécnicos se realizan para identificar las propiedades de:
El terreno como cimiento de la carretera y de sus estructuras. La naturaleza de los materiales a excavar. La incidencia sobre la estabilidad del terreno natural. Las condiciones hidrológicas y de drenaje. Los materiales a utilizar en las distintas capas del firme.
Los estudios geológicos y geotécnicos siguen una metodología que se detalla a continuación.
Estudios previos o informativos.
Los estudios previos permiten realizar una evaluación económica preliminar, comprobar la viabilidad técnica, y también generan la discusión de posibles soluciones a problemas estructurales. Se analizan los siguientes aspectos:
a) Geología de la zona.
Morfología. Estratigrafía y Litología.
Tectónica. Hidrología.
b) Características geotécnicas generales.
Clasificación cualitativa de los suelos. Evaluación del terreno como cimiento. Problemas geotécnicos de la zona.
e) Estudio de materiales.
Descripción geológica general. Localización, descripción y características de los grupos litológicos. Descripción y cortes de canteras y yacimientos granulares.
Anteproyecto
Permite hacer una descripción funcional, técnica y económica de la obra, además, identificar las zonas con problemas.
Se realiza el estudio geológico y geotécnico, definiendo las zonas homogéneas y diferenciando las zonas singulares como:
Terrenos peligrosos. Importancia de las obras. Escasez o dificultades de material de préstamo, yacimientos y
canteras.
Proyecto.
En la etapa de proyecto, se determinan:
La sección tipo de explanaciones. Desagües superficiales y drenajes subterráneos. Prescripciones técnicas particulares relativas al empleo y puesta en
obra de los materiales en terraplén y capas del firme. Cimentación de las obras de fábrica. Muros, obras de defensa, tuneles, etc. En el proyecto, también se elaboración e identifican: Planos, mapas y cortes geológicos y geotécnicos detallados. Memoria de cálculo. Reconocimiento geológico y geotécnico detallado. Yacimientos y canteras. Resistencia y deformabilidad de los suelos. Estudio hidrológico detallado. Planes de control de calidad, seguridad, higiene y medidas de
protección ambiental.
Geología.
La geología es la ciencia que trata de la estructura del globo terráqueo, de la formación de las rocas y suelos y de la evolución de los mismos desde sus orígenes.
Los estudios geológicos determinan la geología superficial y de subsuelo de cualquier terreno. Mediante este análisis se obtiene la disposición de las capas geológicas, así como su litología, siendo posible obtener la siguiente información:
1. Estimación del porcentaje y clasificación de los materiales presentes en el subsuelo de una parcela pequeña o de grandes extensiones.
2. Información de la permeabilidad del terreno y circulación de aguas subterráneas que puedan afectar a Obras Civiles.
3. Obtención del grado de dificultad que se tendrá al ejecutar desmontes, y así garantizar la viabilidad de un proyecto futuro.
4. Información general del subsuelo y estructura del mismo.
Rocas.
Las rocas se clasifican en tres grandes grupos:
a) Rocas ígneas, son aquellas que se forman a partir de la solidificación del magma
b) Rocas sedimentarias, Son las que se originan por procesos posteriores de desintegración, producto de la erosión, depositadas en capas (sedimentos) al ser transportadas por agua o viento.
c) Rocas metamórficas, son aquellas que por procesos de recristalización, magmatismo, etc., se transforman en rocas de características diferentes.
La capacidad de carga (calidad) asignada a la roca, para el diseño o el análisis, debe reflejar el grado de alteración de los minerales debido al interperismo, la frecuencia de discontinuidades dentro de la masa rocosa y la susceptibilidad de deterioro cuando la roca es expuesta a la intemperie.
Uso de roca en carreteras.
La roca constituye un importante material de construcción en carreteras y es el material base para obras como:
Escolleras (puentes, accesos). Revestimientos (muros de mampostería, pantallas, etc.). Gaviones (canales, muros, pantallas). Como material seleccionado natural o triturado para hormigones. Para la conformación de Pavimentos flexibles: capa de rodadura,
carpeta de mezcla asfáltica en caliente o frío, bermas, capa base
conformada por suelos granulares triturados o semi triturados, ycapa sub base constituida por suelos granulares seleccionados.
Estratigrafía.
Es la rama de la geología que trata del estudio de la secuencia en que se han depositado los estratos.
Tipos de estratificación:
Regular. Lenticular. Oblicua. Ondulada. Imbricada o torrencial. Entrecruzada. Zonada. Caótica. Concordante. Discordante
Geología estructural.
Estudia la arquitectura de la tierra, tal como ha quedado conformada después de los movimientos de distinta magnitud a la que ha sido sometida.
Análisis e interpretación de las estructuras tectónicas en la corteza terrestre. Conocimiento de las fuerzas en la corteza que producen fracturamiento, plegamiento ymontañas. (Fallas-Pliegues-Orogénesis).
Se divide en tres grandes grupos:
El estudio de las unidades estructurales, locales y regionales. El estudio de las unidades estructurales continentales o de amplitud
mundial. Los estudios de gabinete o laboratorio.
Fallas estructurales.
Son roturas de los estratos de roca a lo largo de las cuales las paredes opuestas se han movido entre ellas relativamente. Este movimiento se llama desplazamiento. El origen de estos movimientos son fuerzas tectónicas en la corteza terrestre, las cuales provocan roturas en la litosfera. Las fuerzas tectónicas tienen su origen en el movimiento de los continentes. Existen varios tipos de fallas, se presentan dos tipos principales: fallas con desplazamiento vertical y fallas con desplazamiento horizontal.
Geomorfología.
La geomorfología es la descripción e interpretación de las características del relieve terrestre.
A medida que los diferentes agentes erosivos actúan sobre la superficie terrestre, se produce una secuencia en las formaciones del relieve con características distintivas en los sucesivos estados de su desarrollo.
Geotecnia.
En términos generales, la ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que utiliza métodos científicos para determinar, evaluar y aplicar las relaciones entre el entorno geológico y las obras de ingeniería.
En un contexto práctico, la ingeniería geotécnica comprende la evaluación, diseño y construcción de obras donde se utilizan el suelo y los materiales de tierra.
A diferencia de otras disciplinas de ingeniería civil, que típicamente se ocupan de materiales cuyas propiedades están bien definidas, la ingeniería geotécnica se ocupa de materiales sub-superficiales cuyas propiedades, en general, no se pueden especificar.
Los pioneros de la ingeniería geotécnica se apoyaron en el "método de observación", para comprender la mecánica de suelos y rocas y el comportamiento de materiales de tierra bajo cargas. Este método fue mejorado con el advenimiento de instrumentación electrónica de campo, amplia disponibilidad de poderosas computadoras personales, y desarrollo de refinadas técnicas numéricas. Estas técnicas hacen ahora posible determinar con mayor precisión la naturaleza y comportamiento no homogéneo, no lineal y anisotrópico de materiales de tierra para su aplicación a obras de ingeniería.
El investigador geotécnico Terzaghi sostenía que: "La magnitud de la diferencia entre el comportamiento de suelos reales bajo condiciones de campo, y el comportamiento pronosticado con base en la teoría, solo puede conocerse mediante la experiencia en el campo".
Mediante la geotecnia se podrán identificar riesgos naturales, como son suelos y minerales de roca expansivos, taludes naturales y artificiales inestables, antiguos depósitos de relleno y posibles fallas que tenga el terreno.
Las fallas se relacionan con la licuación de los suelos durante los terremotos, presión hidrostática baja, daños en estructuras causados por el, agua debido a la elevación del nivel freático, desestabilización de las cimentaciones por socavación o desbordamientos y erosión por oleaje en diques y presas de tierra.
Riesgo de deslizamientos.
Los deslizamientos se producen casi siempre en áreas con relieves topográficos grandes, que se caracterizan por tener rocas sedimentarias
relativamente débiles (pizarras, lutitas y otras) o depósitos de suelo hasta cierto punto impermeables que contienen estratos portadores de agua intercalados. En estas circunstancias los deslizamientos que ocurrieron en el pasado geológico, sean o no activos en la actualidad, representan un riesgo importante para proyectos ubicados al pie o en las faldas de montes y colinas. En general, es muy peligroso construir en áreas de deslizamientos potenciales y, si existen alternativas de reubicación o de estabilización, se debe adoptar alguna de estas.
Se requieren estudios geológicos detallados para evaluar el potencial de deslizamientos y se debe remarcar la detección de las áreas de antiguos deslizamientos.
Entre los procedimientos que tienden a estabilizar un deslizamiento activo, o a proveer una estabilidad continua a una zona de deslizamientos antiguos, se encuentran:
1. Excavar en el origen de la masa deslizante, para disminuir la fuerza de empuje.
2. Drenar el subsuelo con el objeto de deprimir los niveles piezométricos a lo largo de la superficie del deslizamiento potencial.
3. Construir muros de contención al pie de la masa del deslizamiento potencial que impida su movimiento.
Dentro del campo de la factibilidad económica, por lo general es muy baja la confiabilidad de estos o de cualquier otro procedimiento para estabilizar zonas de deslizamientos activos u antiguos cuando la masa es muy grande.
En terrenos inclinados donde no se hayan detectado deslizamientos previos, se debe tener cuidado de reducir la posibilidad de deslizamiento de los rellenos superpuestos al remover el material débil o potencialmente inestable, al formar terrazas y enclavar los rellenos en materiales firmes y (lo más importante) al instalar sistemas efectivos de drenaje del subsuelo. Las excavaciones que resultan en un incremento en la inclinación de las pendientes naturales son potencialmente dañinas y no se deben realizar. Se recomienda encauzar y colectar el agua superficial con el fin de evitar la erosión y la infiltración.
Reconocimiento geotécnico.
Todo estudio geotécnico debe iniciarse con un reconocimiento detallado del terreno a cargo de personal experimentado. El objetivo de este reconocimiento es contar con antecedentes geotécnicos previos para programar la exploración.
Mediante la observación de cortes naturales y/o artificiales producto de la erosión o deslizamiento será posible, en general, definir las principales unidades o estratos de suelos superficiales.
Especial importancia debe darse en esta etapa a la delimitación de zonas en las cuales los suelos presentan características similares y a la identificación de zonas vedadas o poco recomendables para emplazar construcciones, tales como zonas de deslizamiento activo, laderas rocosas con fracturamiento según planos paralelos a la superficie de los cortes, zonas pantanosas difíciles de drenar, etc.
Este reconocimiento se puede efectuar por vía terrestre o por vía aérea dependiendo de la transitividad del terreno.
El programa de exploración que se elija debe tener suficiente flexibilidad para adaptarse a los imprevistos geotécnicos que se presenten. No existe un método de reconocimiento o exploración que sea de uso universal, para todos los tipos de suelos existentes y para todas las estructuras u obras que se estudian.
Generalmente se ejecutan pozos distanciados entre 250 a 600 metros, aparte de los que deban ejecutarse en puntos singulares. Pueden realizarse pozos más próximos si lo exige la topografía del área, naturaleza de la deposición o cuando los suelos se presentan en forma errática. Así mismo deben delimitarse las zonas en que se detecten suelos que se consideren inadecuados.
Programa de prospección geotécnica.
Se debe realizar un programa de prospección geotécnica que sigue la siguiente secuencia:
a) Exploración de suelos.
Mediante sondeos. Mediante pozos a cielo abierto para: Estudio de la subrasante,
estudio de yacimientos, estudio de canteras, estudio de puentes, prestamos laterales, fundaciones de obras de arte, etc. La distancia entre pozo y pozo estará de acuerdo a las características observadas del suelo.
Las muestras serán tomadas desde 0,40 cm, hasta 2,00 mts de profundidad, habiendo quitado previamente una capa de 20 cm, de espesor o de acuerdo al espesor de la capa vegetal.
b) Ensayos de laboratorio.
Ensayos de humedad. Análisis granulométrico. Ensayos de plasticidad. Ensayos de densidad. Ensayos de corte. Ensayos de compactación. Ensayo C. B. R.
Suelos.
Son un conjunto de partículas que en su origen producto de la alteración química o de la desintegración mecánica de un macizo rocoso, el cual ha sido expuesto a los procesos de interperismo. Posteriormente, los componentes del suelo pueden ser modificados por los medios de transporte, como el agua, el viento y el hielo, también por la inclusión y descomposición de materia orgánica. En consecuencia, los depósitos de suelo pueden ser conferidos a una clasificación geológica, al igual que una clasificación de sus elementos constitutivos.
Tipos de suelo.
La clasificación de un depósito de suelo, con respecto a la forma de deposición y su historia geológica, es un paso importante para entender la variación en el tipo de suelo y de esfuerzos máximos impuestos sobre el depósito desde su formación.
La historia geológica de un depósito de suelo puede también ofrecer valiosa información sobre la rapidez de deposición, la cantidad de erosión y las fuerzas tectónicas que pueden haber actuado en el depósito después de la deposición.
Los diferentes tipos de suelo existentes son:
Aluviales: los que se encuentran en ríos, quebradas. Coluviales: se encuentran en las laderas de los cerros. Morrénicos: resultados de procesos glaciales. Orgánicos: bofedales, turbas
Identificación de suelos.
El problema de la identificación de los suelos es de importancia fundamental; identificar un suelo es, en rigor, encasillarlo en un sistema previo de clasificación.
La identificación permite conocer las propiedades mecánicas e hidráulicas del suelo, atribuyéndole las del grupo en que se sitúe, además nos permite conocer las características del suelo en conjunto y en estado natural ya que la identificación es en campo.
Para identificar los suelos en campo existen diferentes factores, de los cuales podemos mencionar:
a) Dilatáncia.
En esta prueba, una pastilla en el contenido de agua necesario para que el suelo adquiera una consistencia suave, pero no pegajosa, se agita alternativamente en la palma de la mano, golpeándola contra la otra mano, manteniéndola apretada entre los dedos.
Un suelo fino, no plástico, adquiere con el anterior tratamiento, una apariencia de hígado, mostrando agua libre en su superficie, mientras se le agita, en tanto
que al ser apretado entre los dedos, el agua superficial desaparece y la muestra se endurece, hasta que, finalmente empieza a desmoronarse como un material frágil, al aumentar la presión. Si el contenido de agua de la pastilla es el adecuado, un nuevo agitado hará que los fragmentos, producto del desmoronamiento vuelvan a constituirse. Cambia su consistencia, con lo que el agua aparece y desaparece se define la intensidad de la reacción que indica el carácter de los finos del suelo.
b) Tenacidad.
La prueba se realiza sobre un espécimen de consistencia suave, similar a la masilla. Este espécimen sé rola hasta formar un rollito de unos 3 mm. de diámetro aproximado, que se amasa y vuelve a rolar varias veces. Se observa como aumenta la rigidez del rollito a medida que el suelo se acerca al límite plástico.
Sobrepasado el límite plástico, los fragmentos en que se parte el rollito se juntan de nuevo y amasan ligeramente entre los dedos, hasta el desmoronamiento final.
e) Resistencia en estado seco.
La resistencia de una muestra de suelo, previamente secado, al romperse bajo presiones ejercidas por los dedos, es un índice del carácter de su fracción coloidal.
Los limas exentos de plasticidad, no presentan ninguna resistencia en estado seco y sus muestras se desmoronan con muy poca presión digital. Las arcillas tienen mediana y alta resistencia al desmoronamiento por presión digital.
d) Color.
En exploraciones de campo el color es un dato útil para diferenciar diferentes estratos y para identificar tipos de suelo, cuando se posee la experiencia necesaria. Como datos se tiene que por ejemplo: el color negro indica la presencia de materia orgánica, los colores claros y brillosos son propios de suelos inorgánicos.
e) Olor.
Los suelos orgánicos tienen por lo general un olor distintivo, que puede usarse para identificación; el olor es particularmente intenso si el suelo esta húmedo, y disminuye con la exposición al aire, aumentando por el contrario, con el calentamiento de la muestra húmeda.
Clasificación de suelos.
La clasificación de los suelos, basada en las pruebas físicas u otras informaciones, representan grupos en los que todos los suelos de características similares pueden ser clasificados.
Una vez que un suelo ha sido clasificado, sus propiedades mecánicas podrán ser predichas a partir del comportamiento conocido de otros suelos del mismo grupo; muchos sistemas de clasificación han sido propuestos y han sido muy útiles para sus propósitos. La granulometría ofrece un estudio sencillo para clasificar suelos. El sistema más efectivo de clasificación de suelos es el propuesto por Casa Grande y conocido con el nombre de "Sistema Unificado de Clasificación de suelos".
Para la clasificación de suelos, se pueden indicar las siguientes recomendaciones:
Los sistemas de clasificación, son principalmente medios convencionales para designar en rango de suelos, cuyas principales características (Plasticidad y Granulometría) son semejantes.
Los sistemas de clasificación, dan buen resultado cuando están apoyados, sobre todo, en la experiencia local, es decir, que para cada región o zona geográfica, se han fijado limitaciones para cada tipo de suelo.
Independientemente de clasificar un determinado tipo de suelo, es más importante someter al suelo a ensayos que representan su funcionamiento en las condiciones más rigurosas posibles.
Para la clasificación de suelos a emplearse en terraplenes o a utilizarse como sub-rasantes de caminos, aeropuertos y presas de tierra, en los Estados Unidos, se ha generalizado el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.
También tiene mucha utilización el sistema de clasificación de suelos de la AASHTO, para caminos y el de la F.F.A.A., para aeropuertos.
a) Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).
El sistema clasifica a los suelos finos principalmente con base en sus características de plasticidad cuya correlación con las propiedades mecánicas básicas es confiable y consistente.
b) Sistema de clasificación AASHTO.
En este sistema de clasificación se consideran en general suelos de tipo granulares y limosos-arcillosos, dentro de los cuales existen subdivisiones que están relacionadas con el tamaño de las partículas del suelo, el límite líquido, índice de plasticidad e índice de grupo.
La AASHTO clasifica a los suelos de la siguiente manera:
Materiales granulares(35 % o menos pasa el tamiz N°200)
A – 1, A – 2, A - 3
Materiales Limo - Arcillosos(mas del 35% pasa el tamiz N°200)
A – 4, A – 5, A – 6, A - 7
Índice de grupo.
Donde se toman en cuenta los siguientes parámetros:
a, Si % que pasa el tamiz N°200 es 75% ó mas se anota: a = 75 - 35 = 40
a, Si % que pasa el tamiz N°200 es 35% ó menos se anota: a = 35 - 35 = 0
b, Si % que pasa el tamiz N°200 es 55% ó mas se anota: b = 55 - 15 = 40
b, Si % que pasa el tamiz N°200 es 15% ó menos se anota: b = 15 - 15 = 0
C, Si LLes 60 ó mas, se anota: c = 60 - 40 = 20
C, Si LLes 40 ó menos se anota: c = 40 - 40 = 0
d, Si el lP es 30 ó mas se anota: d = 30 - 10 = 20
Ensayos de suelos.
Existe una amplia variación en las características de los diferentes suelos y las propiedades mecánicas de cada suelo individual se ven afectadas por su contenido de humedad y su densidad. Un número de pruebas físicas ha sido desarrollado para medir las condiciones mecánicas de los suelos, describiéndose brevemente a continuación las más comunes de ellas.
Granulometría.
Los ensayos de granulometría tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño. La distribución de las partículas con tamaño superior a 0.075 se determina mediante tamizado, con una serie de mallas normalizadas.
Para partículas menores que 0.075mm, su tamaño se determina observando la velocidad de sedimentación de las partículas en una suspensión de densidad y viscosidad conocidas. El análisis granulométrico es necesario para la identificación de un suelo y permite establecer una clasificación primaria dentro de unos grupos amplios, con propiedades generales análogas. En la denominación de un suelo intervienen en primer lugar el nombre de la fracción predominante, según el tamaño de las partículas gruesas, o las propiedades físicas de las partículas finas.
Limites de Atterberg o de consistencia.
Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido.
El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse.
Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo. El contenido de agua, en porcentaje, en el que la transición de estado sólido a semisólido tiene lugar, se define como el Límite de Contracción. El contenido de agua en el punto de transición de estado semisólido a plástico es el Limite Plástico, y de estado plástico a líquido es el Límite Líquido. Estos límites se conocen también como Limites de Atterberg.
Ensayo de compactación.
La compactación es la densificación del suelo por remoción de aire, lo que requiere energía mecánica. El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso específico seco. Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación, esta actúa como un agente ablandador de las partículas del suelo, que hace que se deslicen entre si y se muevan a una posición de empaque más denso. El peso específico seco después de la compactación se incrementa primero conforme aumenta el contenido de agua.
Más allá de un cierto contenido de agua, cualquier incremento en el contenido de agua tiende a reducir el peso específico seco, debido a que el agua toma los espacios que podrían haber sido ocupados por las partículas sólidas. Elcontenido de agua bajo el cual se alcanza el máximo peso específico seco se llama contenido de agua óptimo.
Si se dibuja un grafico con las humedades como abscisas y los pesos específicos secos como ordenadas, se identificara que hay una determinada humedad, llamada humedad optima, para la cual el peso específico seco es máximo, para el método particular de compactación que se haya usado. En un suelo determinado, cuanto mayor es el peso específico seco, menor es la relación de vacíos, cualquiera sea la humedad; así pues, el peso específico seco máximo es justamente otra manera de expresar la relación de vacíos mínima o la porosidad mínima.
Para una humedad determinada, la compactación perfecta eliminaría todo el aire del suelo y produciría saturación. Si los pesos específicos secos correspondientes a la saturación con diferentes humedad es, resultara en una curva que cae completamente sobre la primera; esta curva se conoce con el
nombre de curva de saturación total y representa los pesos específicos teóricos que se obtienen por una compactación perfecta con diferentes humedades.
Para las pruebas de compactación se han establecido un número de normas arbitrarias para determinar las humedades óptimas y los pesos específicos máximos, que representan las diferentes energías de compactación, tal como se aplican con el equipo mecánico empleado en la construcción con suelo. La prueba de laboratorio usada generalmente para obtener el peso específico seco máximo de compactación y el contenido de agua optimo es la prueba Proctor de compactación, ya sea esta la Proctor Estándar (ASTM 0-698, AASHTO T-99 British Standard 1377); o la Proctor Modificada (ASTM 0-1557, AASHTO modificada).
Ensayo C.B.R. (California Bearing Ratio).
El ensayo se debe a Porter (1928) y fue puesto a punto en la división de carreteras del Estado de California para el dimensionamiento de paquetes estructurales flexibles.
El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo, simplemente como "Relación de soporte" y esta normado con la sigla ASTM-D. Es un ensayo de penetración o punzonamiento, midiéndose adicionalmente el eventual hinchamiento del suelo al sumergirlo durante 4 días en agua.
Se aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos materiales de sub - bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que la fracción no exceda del 20%.
Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este último no es muy practicado. El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kg./cm2 ( o libras por pulgadas cuadrada psi), necesarios para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros cuadrados), dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado, en ecuación, esto se expresa como:
Valores de carga unitaria
Penetración Carga unitaria patrón mm. Pulgada MPa. Kg. /cm2 Psi.
2.54
5.08
7.62
10.62
12.7
0.1
0.2
0.3
0.5
0.6
6.90
10.30
13.10
15.80
17.90
70.00
105.00
133.00
162.00
183.00
1000
1500
1900
2300
2600
El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente tabla muestra una clasificación típica:
Tipo de suelo en función al CBR
CBR
Clasificación General
Usos
Sistema de Clasificación
Unificado AASTHO
0 – 3 Muy pobre Subrasante OH, CH, MH, OL. A5, A6, A7.
3 – 7 Pobre Subrasante OH, CH, MH, OL. A4, A5, A6, A7.
7 – 20 Regular Sub base OL, CL, ML, SC. A2, A4, A6, A7.
20 – 50 Bueno Base, Sub base GM, GC, W, SM A1b, A2-5, A3
SP, GP A2-6
>50 Excelente Base GW, GM A1-a, A2-4, A3
Existen algunos métodos de diseño de pavimentos en los cuales se emplean tablas utilizando directamente el número CBR y se obtiene el espesor de las capas del paquete estructural.
Con el valor del CBR se puede clasificar el suelo usando la tabla siguiente:
Clasificación de la subrasante
CBR Clasificación
0 – 5 Subrasante muy mala
5 – 10 Subrasante mala
10 – 20 Subrasante regular a buena
20 – 30 Subrasante muy buena
30 – 50 Sub base buena
50 – 80 Base Buena
80 – 100 Base muy Buena
El informe final del ensayo deberá incluir además del CBR determinado, la curva de presión-penetración, la humedad, peso específico y densidad natural del suelo ensayado, antecedentes que pueden obtenerse del suelo inmediatamente vecino al que afectó el ensayo del CBR.
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Proyectos, apuntes y normas técnicas de Ingeniería Civil para compartir con todos, como también el conocimiento, algunos ejemplos y ejercicios teoricos practicos
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COMENTARIOS GENERALES Y CAPACIDAD ADMISIBLE DE UN PILOTE. - Un ingeniero tiene que tener en mente los siguientes hechos: 1. Al calcular el área de lá sección transversal,Ap, y el perímetro,p, de pilotes con perfiles...
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lunes, 4 de abril de 2011
Estudios para el Proyecto de Pavimentación de una Carretera.
Para iniciar cualquier proyecto de pavimentación se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones.
a) Tránsito vehicular.
b) Consideraciones del terreno de apoyo (Estudio de suelos de fundación).
c) Descripción y especificaciones de materiales (Material granular, arena).
d) Confiabilidad del proyecto (Sobre la base de los tres puntos o incisos anteriores).
e) Diseño geométrico
