EXPLORACION GEOTECNICA PARA SUELOS UTILIZADOS EN VIAS DE TRANSPORTE

Objetivos1OBJETIVOGENERALDeterminar apartirde lainterpretacinde los resultados obtenidos en los trabajos de campo y de laboratorio las propiedades mecnicas delsueloen estudio y elprocesoconstructivo ms conveniente para la rehabilitacin del tramo carretero.2OBJETIVOSESPECFICOSPresentar lainformacinnecesaria para realizar el estudio de mecnica de suelos, el cual debe contener los datos relevantes para la correcta construccin de la rehabilitacin del tramo carretero 26+820 al 29+420 en el municipio de Cosoleacaque, Veracruz.Ampliacin de la corona del tramo carretero a 10.0 mts., segn las solicitaciones y caractersticas de trnsito que se requieren.Trabajos de exploracin y laboratorio.Descripcinde la estratigrafa del sitio hasta la profundidad mxima explorada.Caractersticas mecnicas del suelo en estudio.Movimientode tierra necesario.Calidad de los Materiales de los Bancos.Conclusiones y recomendaciones generales.3 HIPTESISAl igual que cualquier otra estructura, una carretera se funda en el suelo; y durante la etapa de construccin se efectan movimientos de tierra en toda la subrasante encontrndose en determinados sectores suelos con caractersticas diferentes a los considerados durante la etapa de estudio. El cual deber ser evaluado y analizado para determinar elprocedimientoa seguir con la finalidad de garantizar una subrasante ptima y un pavimento que cumpla con todas las exigencias de calidad.Es aqu, donde la mecnica de suelos, tiene una participacin importante dentro de laplanificaciny ejecucin de una carretera.Capitulo 3Bases y estudios previosDicho proyecto contempla laRehabilitacin del Tramo Carretero 26+820al29+420en el municipio de Cosoleacaque, Veracruz.Actualmentela corona del Tramo carretero es de 7.00 mts., y se tiene proyectadoampliarlo a 10.0 mts.Debido a las caractersticas superficiales del terreno se tomo la decisin de realizar un estudio de Mecnica de Suelos, el cual permitir determinar las caractersticas de capacidad y calidad del suelo, con la cual se elige el tipo de cimentacin o infraestructura ms adecuada para esta estructura; y por otro lado propone una solucin ptima para la ampliacin del mismo.3.1.1 UBICACIN GEOGRAFICAEl Municipio de Cosoleacaque, Veracruz se localiza en la zona sureste delEstadoen las llanuras del Sotavento, en las coordenadas 18 00" latitud norte y 94 38" longitud oeste, a una altura de 50 msnm. Su distancia aproximada por carretera a lacapitaldel estado es de 300 Km., por tanto esta conformado por grandes dimensiones de suelo plano.El municipio lo conforman 159 localidades en las cuales habitan 104,970 personas. Limita al norte con Coatzacoalcos y Pajapan, al sur con Minatitln, al este con Ixhuatln del Sureste y Espinal y Nanchital deLzaro Crdenasdel Ro y al oeste con Chinameca.Su suelo constituye grandes planicies, es de tipo luvisol que presenta acumulacin de arcilla en el subsuelo con alta susceptibilidad a laerosin.La zona pertenece a la tercera zona de la regionalizacin ssmica dela RepblicaMexicana, de las cuatro en que se ha dividido para fines de ingeniera y dentro de la primera regin de importancia ssmica de las tres en que se encuentra dividido elEstado de Veracruzen sucartassmica.3.2 ESTUDIO Y ANLISIS DEL SUELOEl estudio de Mecnica de Suelos tiene como propsito determinar las propiedades ndice y propiedades mecnicas del suelo del sitio; descripcin estratigrfica, anlisis geotcnico, y proceso constructivo ms conveniente de la cimentacin para la rehabilitacin del tramo carretero.3.2.1 EXPLORACIN Y MUESTREO3.2.1.1 EXPLORACINLos trabajos de exploracin en campo consistieron en:??Reconocimiento preliminar del sitio con el propsito de identificar: zonas inestables, la formacin superficial del suelo y ubicar el procedimiento de exploracin ymuestreoms conveniente, de acuerdo a las necesidades del proyecto.??Debido a las caractersticas del terreno, se realizaron 4 (cuatro) sondeos del tipoPozo a Cielo Abierto(P.C.A. - 01alP.C.A. - 04); siendo este uno de los mtodos ms satisfactorios para conocer las condiciones del subsuelo, estemtodoconsiste en excavar un pozo cuya seccin es de 1.50 m x 1.50 m con una profundidad de 2.50 m. y/o hasta encontrar el nivel deaguasfreticas, para que posteriormente un tcnico pueda directamente descender por el mismo y examinar los diferentes estratos de suelo en su estado natural, as como visualizar las condiciones precisas referentes alaguacontenida en el suelo.3.2.1.2 MUESTREOLa obtencin de muestras se llevo a cabo de tal manera que resultaran representativas de cada estrato analizado, estas fueron del tipo alteradas dadas las condiciones del sondeo.Una vez empacadas las muestras se enviaron al laboratorio para su anlisis correspondiente. Cabe destacar que el Nivel Fretico no se encontr a la profundidad de la exploracin.3.2.1.3 RECONOCIMIENTO DE LOS BANCOS DE MATERIALES 1)El reconocimiento de los Bancos de Materiales tiene por objeto proporcionar informacin previa sobre la existencia y disponibilidad de materiales existentes en la regin para la formacin del cuerpo de terrapln.ElBanco de Material No.1se localiza a 18 km del Municipio de Cosoleacaque, Ver., en un sitio conocido como Rancho Nuevo, el material que se encontr es arcilla con grava de color amarillo con tonos anaranjados.Durante el recorrido se observo que elbancopresenta la siguiente estratigrafa: a)Una capa de arcilla colorcaf(Despalme). b)Una capa de arcilla color amarillo con tonos anaranjados. c)Una capa de grava-arcilla color amarillo con tonos anaranjados (70:30).ElBanco de Material No.2se encuentra a 2 km del Banco de material No. 1, en un sitio conocido como Rancho Viejo, el material que se encontr es arcilla con grava de color rojizo.El banco presenta la siguiente estratigrafa: a)Una capa de arcilla color caf (Despalme). b)Una capa de arcilla color rojizo. c)Una capa de grava-arcilla color rojizo (60:40).ElBanco de Material No.3se encuentra a 40 km del Municipio de Cosoleacaque, Ver., en la carretera transismica de Coatzacoalcos, el material que se encontr es una arcilla de color amarillo (90:10).Cabe mencionar, que durante el reconocimiento de los Bancos de Materiales, se tomaron muestras correspondientes a cada material con el fin de analizarlos y determinar si son los adecuados para las terraceras del camino o bien si es necesario darle un tratamiento previo antes de que sean utilizados.3.2.2 PRUEBAS DE LABORATORIOLa campaa de laboratorio abarco la ejecucin de las siguientes pruebas de laboratorio: Clasificacin visual y al tacto del suelo de acuerdo alsistemaunificado de clasificacin de suelos (S.U.C.S). Determinacin del contenido de humedad. Anlisis granulomtrico. Limites de consistencia (lquido yplstico). Densidad de slidos. Peso volumtrico. Grado de compactacin. Valor Relativo de Soporte (VRS).3.3 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS3.3.1 ESTRATIGRAFIA3.3.1.1 COLUMNA ESTRATIGRAFICAA partir del anlisis del perfil de los sondeosPCA-01alPCA-04, el subsuelo del sitio en estudio es el siguiente: a)La columna estratigrfica presenta la siguiente secuencia en el sondeoPCA- 1.l nivel fretico (N.A.F.) no se encontr durante el sondeo.Unidad estratigrfica I.- De la superficie del Nivel del Terreno Natural (N.T.N.) y hasta una profundidad variable de 0.60 m., se encontr una capa de arcilla orgnica (capa vegetal),OHde acuerdo al Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (S.U.C.S.), de plasticidad media a alta, color caf oscuro y de consistencia inicial media, empacandomateriaorgnica.Finalmente y hasta la profundidad de exploracin se encontr un estrato formado por material clasificado, de acuerdo al (S.U.C.S.) como arcilla inorgnica de media a baja plasticidadCL, de color amarillo y consistencia inicial dura. El estrato presento un contenido de humedad (w), de 37.7% y un contenido de finos del 51.1%; su Peso Volumtrico SecoMximo determinado es de 1.610 kg/m3, Humedad Optima del 16.8%.PCA - 01

b)La columna estratigrfica presenta la siguiente secuencia en el sondeoPCA-02. El nivel fretico (N.A.F.) no se encontr durante el sondeo.Unidad estratigrfica II.- De la superficie del Nivel del Terreno Natural (N.T.N.) y hasta una profundidad variable de 0.60 m., se encontr una capa de arcilla orgnica (capa vegetal),OHde acuerdo al Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (S.U.C.S.), de plasticidad media a alta, color caf oscuro y de consistencia inicial media, empacando materia orgnica.Por debajo de la capa anterior se encontr una arena fina limosa mal graduadaSMde acuerdo al sistema unificado de clasificacin de suelos (S.U.C.S.) en estado compacto de color caf, con un contenido de finos de 2.19% promedio y una humedad (w) variable de 4.00% a 7.00%.Finalmente y hasta la profundidad de exploracin se localiz un estrato formado por material clasificado, de acuerdo al (S.U.C.S.) como arcilla inorgnica de color naranja de media a baja plasticidadCL,de consistencia inicial dura. El estrato present un contenido de humedad (w), de 36.4% y un contenido de finos del 53.00 %; su Peso Volumtrico Seco Mximo determinado es de 1.520 kg/m3, Humedad Optima del 18.5%.PCA - 02

c)La columna estratigrfica presenta la siguiente secuencia en el sondeoPCA-03. El nivel fretico (N.A.F.) no se encontr durante el sondeo.Unidad estratigrfica III.- De la superficie del Nivel del Terreno Natural (N.T.N.) y hasta una profundidad variable de 0.60 m., se encontr una capa de arcilla orgnica (capa vegetal),OHde acuerdo al Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (S.U.C.S.), de plasticidad media a alta, color caf oscuro y de consistencia inicial media, empacando materia orgnica.Finalmente y hasta la profundidad de exploracin se localiz un estrato formado por material clasificado, de acuerdo al (S.U.C.S.) como arcilla inorgnica de color rojizo con tonos anaranjados, de media a baja plasticidadCL,de consistencia inicial dura. El estrato presento un contenido de humedad (w), de 42.8% y un contenido de finos del 52.00 %; su PesoVolumtrico Seco Mximo determinado es de 1.590 kg/m3, Humedad Optimadel 17.6%.PCA - 03

d)La columna estratigrfica presenta la siguiente secuencia en el sondeoPCA-04. El nivel fretico (N.A.F.) no se encontr durante el sondeo.Unidad estratigrfica IV.- De la superficie del Nivel del Terreno Natural (N.T.N.) y hasta una profundidad variable de 0.60 m., se encontr una capa de arcilla orgnica (capa vegetal),OHde acuerdo al Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (S.U.C.S.), de plasticidad media a alta, color caf oscuro y de consistencia inicial media, empacando materia orgnica.Finalmente y hasta la profundidad de exploracin se localiz un estrato formado por material clasificado, de acuerdo al (S.U.C.S.) como arcilla inorgnica de baja a media plasticidadCL, de color caf claro con tonos anaranjados, y consistencia inicial dura; empacando roca con un contenido de humedad (w), de 37.3% y un contenido de finos del 43.6%; suPeso Volumtrico Seco Mximo determinado es de 1.420 kg/m3, HumedadOptima del 19.5%.PCA - 04

3.4 INTERPRETACIN DE RESULTADOS3.4.1 CAPACIDAD DE CARGA YCLCULODE ASENTAMIENTOS3.4.1.1 CAPACIDAD DE CARGALa capacidad de carga ultima del terreno para las cimentacin del tramo carretero a construir, se estimo con base en lateorade Terzaghi y a las propiedades del suelo, encontrando para una profundidad de desplante de mts. Por debajo del nivel del despalme es de4.0a6.0 ton/m2.

En el clculo realizado, se consider una profundidad mxima de excavacin comprendida entre 0.60 mts., por debajo del nivel de despalme.Tomando en cuenta lo anterior la capacidad de carga admisible determinada es de4.0 ton/m2en condiciones estticas y de6.0 ton/m2para condiciones dinmicas esto, para fines dediseode la cimentacin del camino a ampliar.3.4.1.2 ASENTAMIENTOSLos asentamientos inmediatos que se pudieran presentar, se estimaron menores de 1.00 a 3.00 cm., con base en la teora elstica mediante la siguiente ecuacin:

Los asentamientos estimados se consideran tolerables, por lo que es de esperarse uncomportamientosatisfactorio en el mediano y largo plazo.3.4.2 SECCIONES TRANSVERSALES3.4.2.1 COEFICIENTE DE VARIACIN VOLUMETRICAEl coeficiente de variacin volumtrica es el siguiente:??Banco No. 1.-Arcilla con grava de color amarillo con tonos anaranjados (0.81).??Banco No. 2.-Arcilla con grava de color rojizo (0.87).??Banco No.3.-Arcilla de color amarillo (0.85).3.4.2.2 CORTEDebido a la uniformidad, homogeneidad del material y a latopografadel terreno en los trabajos de terraceras; el material del sitio es apto y el talud del corte ser (1:1).

3.4.2.3 TERRAPLNLos taludes de terrapln estn proyectados efectuarse con el material de los cortes y de los bancos estudiados de la zona; los taludes sern (1.5:1).

3.5 PROPUESTA FINALEl catlogo de recomendaciones se concreta a lo siguiente: 1)El rea destinada para la ampliacin del camino proyectado, deber ser despalmada en sus 0.60 mts., superiores aproximadamente, con el propsito de retirar la capa vegetal y orgnica presentes en su superficie. Este material se podr incorporar nicamente en las zonas destinadas para reas verdes para que en ningn caso se considere como superficie de desplante o material de relleno. 2)Una vez retirada la capa vegetal del sitio, el terreno podr ser nivelado y compactado segn las necesidades del proyecto, parapoderejecutar los trabajos de terraceras. 3)La capacidad ltima de carga del terreno para las cimentacin del tramo carretero a construir, se estimo con base en la teora de Terzaghi, y a las propiedades del suelo encontrado para una profundidad de desplante de0.60 mts. Por debajo del nivel del despalme es de4.0 ton/m2encondiciones estticas y6.0 ton/m2, en condiciones dinmicas. Los asentamientos probables se consideran tolerables durante la vida til del camino, ya que el suelo encontrado es una arcilla inorgnica de baja a media plasticidadCLde acuerdo al (S.U.C.S), de color caf claro con tonos anaranjados, y consistencia inicial dura; empacando roca con un contenido de humedad, w, de 37.3% y un contenido de finos del 43.6%; su PesoVolumtrico Seco Mximo determinado es de 1.420 kg/m3, Humedad Optimadel 19.5%, con un VRS del 17 %. 4)El Nivel de Aguas Freticas (N.A.F.)NOse encontr a la profundidad de exploracin en los sondeos exploratorios del tipo Pozo a Cielo Abierto por lo que los trabajos se harn en seco y por la topografa del sitio no es necesaria ningn tipo de obra de drenaje. 5)Se pudo observar queel estadoactual del pavimento existente se encuentra en buenas condiciones, eso predice la buena estabilidad del terreno natural. 6)Los bancos explorados para ser utilizados en los trabajos de terracera del proyecto son aptos por sus caractersticas siguientes: a)ElBanco de Material No.1se encuentra a 18 km del Municipio de Cosoleacaque, Ver., en un sitio conocido como Rancho Nuevo, el material que se encontr es arcilla con grava de color amarillo con tonos anaranjados. Su VRS Correspondiente es de 20%. b)ElBanco de Material No.2se encuentra a 2 km del Banco anteriormente descrito, en un sitio conocido como Rancho Viejo, el material que se encontr es arcilla con grava de color rojizo. Su VRS Correspondiente es de 25%. c)ElBanco de Material No.3se encuentra a 40 km del Municipio de Cosoleacaque, ver., en la carretera transismica de Coatzacoalcos, el material que se encontr es una arcilla de color amarillo (90:10). Su VRS Correspondiente es de 19%. 7)La construccin del cuerpo del terrapln se harn con el material de los 3 bancos explorados con un VRS que vara entre (19% al 25%) en capas de 30 cm compactadas al 90% de su P.V.S.M.; sobre ella se construir una capa subrasante de 20 cm de espesor con el material del Banco No. 2 con un VRS del 25% compactadas al 95% de su P.V.S.M. 8)Para los trabajos de movimiento de tierra y de acuerdo a la curva masa, se realizaran con los materiales de corte y terraplenes del sitio de la obra y los bancos estudiados, y los taludes tanto para corte y terraplenes descritos en este estudio. 9)La maquinaria y equipo a emplear sern los necesarios para el tipo de suelo natural y de los bancos los cuales resultaron ser tipo B (Cohesivos).Capitulo 4ConclusionesLas conclusiones ms importantes que se derivan como resultado del estudio de la Mecnica de Suelos del proyecto ejecutivo para el tramo carretero 26+820 -29+420, en el Municipio de Cosoleacaque son las siguientes:1)En la actualidad la corona del Tramo carretero es de 7.00 mts., y se tiene proyectado ampliarlo a 10.0 mts.2)Debido a las caractersticas superficiales del terreno y a las necesidades del proyecto destinado para la Ampliacin del Tramo Carretero, se decidi la realizacin del estudio de Mecnica de Suelos, el cual propone una solucin ptima para la cimentacin del camino; sealando adems la capacidad de carga admisible del sitio y posibles asentamientos del terreno natural. 3)Debido a las caractersticas del terreno, se realizaron 4 (cuatro) sondeos del tipo Pozo a Cielo Abierto (P.C.A. - 01 al P.C.A. - 04), con una profundidad de 2.50 m. El mtodo empleado permite conocer el perfil del suelo y las propiedades del mismo (propiedades mecnicas); los cuales tienen mucha importancia para conocer los materiales con los cuales de van a construir las terraceras tanto por lo que se refiere a cortes como terraplenes. 4)En el caso de los terraplenes, por medio del perfil de suelos se sabe de que materiales se dispone, como consecuencia de ello, qu equipo es el ms indicado para llevarlo a cabo y qu procedimiento es el apropiado. 5)En los cortes,el conocimientodel material que se va a encontrar tiene gran importancia por tres motivos: a)Conocer las dificultades que se tendrn en la excavacin y definir el procedimiento de construccin a emplear. b)El conocimiento del material del material que se va emplear en los terraplenes para fijar bien los factores de abundamiento, o de reduccin, y haya compensacin. c)Estudiar la estabilidad de los cortes para recomendar el mejor talud a emplear. 6)Se reconocieron los Bancos de Materiales; su objetivo principal fue proporcionar informacin previa sobre la existencia y disponibilidad de materiales existentes en la regin para la formacin del cuerpo de terrapln; despus del anlisis y pruebas que se les dio en el laboratorio se concluye que estos son aptos para ser utilizados para las terraceras. Los bancos localizados fueron los siguientes: a)ElBanco de Material No.1se encuentra a 18 km del Municipio de Cosoleacaque, ver., en un sitio conocido como Rancho Nuevo, el material que se encontr es arcilla con grava de color amarillo con tonos anaranjados (70:30). Su VRS Correspondiente es de 20%. b)ElBanco de Material No.2se encuentra a 2 km del Banco anteriormente descrito, en un sitio conocido como Rancho Viejo, el material que se encontr es arcilla con grava de color rojizo (60:40). Su VRS Correspondiente es de 25%. c)ElBanco de Material No.3se encuentra a 40 km del Municipio de Cosoleacaque, ver., en la carretera transismica de Coatzacoalcos, el material que se encontr es una arcilla de color amarillo (90:10). Su VRS Correspondiente es de 19%. 7)Las obras de drenaje no son necesarias en este tramo debido a la topografa y el desage superficial natural. 8)La principal caracterstica del terrapln, es alcanzar la altura necesaria para satisfacer principalmente las especificaciones geomtricas del camino, resistir las cargas del transito transmitidas por las cargas superiores y distribuir los esfuerzos al terreno natural, de acuerdo a suresistencia.Capitulo 5Anexos ainformefotogrficoPCA - 01

Sondeo tipo Pozo a cielo Abierto PCA - 01.

Tramo carretero en buenas condiciones, al pie de este se efectu el PCA-01.PCA - 02

Sondeo tipo Pozo a cielo Abierto PCA - 02.

Tramo carretero en buenas condiciones, al pie de este se efectu el PCA-02.PCA - 03

Sondeo tipo Pozo a cielo Abierto PCA - 03.

Tramo carretero en buenas condiciones, al pie de este se efectu el PCA-03.PCA - 04

Sondeo tipo Pozo a cielo Abierto PCA - 04.

Tramo carretero en buenas condiciones, al pie de este se efectu el PCA-04.

CROQUIS DE LOCALIZACIN DE LOS PCA-01 AL PCA-04Sondeo PCA-04 26+820Sondeo PCA-03 27+580Sondeo PCA-02 28+420Sondeo PCA-01 29+420BANCO No.1

Arcilla con grava de color amarillo con tonos anaranjados.BANCO No.2

Arcilla con grava de color rojizo.BANCO No.3

Arcilla de color amarillo.

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