SUELOS Y ROCAS I

CONSULTA

Características de los suelos (FUNDACIÓN Y PAVIMENTOS)

Biron Jamil Toro García

bjtoro@utpl.edu.ec

INGENIERIA CIVIL

TUTOR: Ing. Ángel Guillermo Tapia Chávez

PARALELO ‘’A’

PERIODO ACADEMICO: Abril – Agosto 2015

CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS COMO MATERIAL DE FUNDACIÓN (CIMENTACIÓN)

Se denomina suelo de fundación a la capa del suelo bajo la estructura del pavimento, preparada y compactada como fundación para él para el pavimento. Se trata del terreno natural o la última capa del relleno de la plataforma sobre la que se asienta el pavimento.

Al igual que en la casi totalidad de aplicaciones de la Mecánica de Suelos, los materiales que se eligen para la fundación de pavimentos, son de dos tipos claramente diferenciados. Los que se denominan materiales gruesos (arenas, gravas, fragmentos de roca, etc.) constituyen el primer grupo, el segundo grupo está formado por los suelos finos, cuyo arquetipo son los materiales arcillosos.En los suelos gruesos tales como las arenas y las gravas, la deformación del conjunto por efecto de cargas externas, sólo puede tener lugar, por acomodo brusco de partículas menores en los huecos que dejan entre sí las mayores, o por ruptura y molienda de sus partículas. La expansión de suelos gruesos, es un fenómeno que para efectos prácticos no se considera en el diseño de carreteras. La estabilidad de los suelos gruesos ante la presencia del agua es grande, si se prescinde de la posibilidad de arrastres internos de partículas menores por efecto de la circulación de corrientes de agua interiores, efecto que relativamente es poco común en las carreteras. Por tanto, si el suelo grueso está constituido por partículas mineralógicamente sanas, su resistencia al esfuerzo cortante es grande, y está basada en mecanismos de fricción interna de sus partículas, o en la resistencia que oponen esas partículas a deslizarse unas con respecto a otras, dependiendo por tanto de la fricción interna y de su dureza.

Suelos como elemento estructural

La mecánica del suelo forma parte de la teoría de las estructuras. En general, se acostumbra a proyectar las estructuras en el esquema simple de que la misma comienza a nivel del suelo de fundación, olvidándose de la parte inferior. Pero en realidad la estructura está constituida no solo por la parte superior, sino también por la que se encuentra debajo, y ésta debe dimensionarse como parte integrante de la misma, para que resista de manera similar. El material de fundación es el determinante de aquellos dislocamientos (movimientos diferenciales) que se adoptaron para la determinación de los esfuerzos adicionales en los cálculos realizados en Teoría de las Estructuras, resultantes de los asentamientos provocados por la deformación del suelo. Cuando se proyecta una estructura es necesario analizar las condiciones de los suelos. Estrictamente, nos interesan las propiedades hidráulicas y las mecánicas: resistencia y deformabilidad, y las propiedades físicas. Por ejemplo, la resistencia no permitirá dimensionar las bases con un cierto coeficiente de seguridad a la rotura, la deformabilidad indicará cual será la magnitud de los dislocamientos a tener en cuenta a través del tiempo. El ingeniero utiliza el suelo en las condiciones en que se encuentra en la naturaleza, o bien como materia prima o como material de construcción, y con esa materia prima fabrica un material nuevo (Suelo cal, Suelos cemento, Terraplenes, Diques de materiales sueltos, etc). Las propiedades de ese material nuevo, o más bien, la utilidad potencial de la materia prima para producir ese material nuevo de características determinadas, está ligado, por la experiencia, a las propiedades físicas de los suelos. En fundaciones y mecánicas de suelo, más que en cualquier otra rama de la ingeniería civil, es necesaria la experiencia para actuar con éxito.

METODOLOGÍA

La metodología a seguir para la caracterización del suelo de fundación comprende básicamente una investigación de campo a lo largo de la vía, mediante la ejecución de pozos exploratorios (calicatas), con obtención de muestras representativas en número y cantidades suficientes para su posterior análisis en ensayos en laboratorio y, finalmente, con los datos obtenidos en ambas fases se pasa a la fase de gabinete, para consignar en forma gráfica y escrita los resultados obtenidos.

Trabajo de campo

Con el objeto de determinar las características físico-mecánicas de los materiales de la subrasante se lleva a cabo investigaciones mediante la ejecución de pozos exploratorios o calicatas de 1.5 m de profundidad mínima (respecto del nivel de subrasante del proyecto; con un mínimo de 3 calicatas por kilómetro, ubicadas longitudinalmente a distancias aproximadamente iguales y en forma alternada (izquierda-derecha) dentro de una faja de hasta 5m a ambos lados del eje del trazo, preferentemente al borde de la futura calzada.

Descripción de los suelos

Los suelos encontrados son descritos y clasificados de acuerdo a metodología para construcción de vías, las mismas que deben corresponder al siguiente cuadro:

Trabajo de laboratorio

Todas las muestras representativas obtenidas de los estratos de las calicatas del suelo de fundación deberán contar con los siguientes ensayos:

Análisis granulométrico por tamizado. Límites de consistencia: Límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad. Clasificación SUCS. Clasificación AASHTO. Humedad Natural. Proctor Modificado (Por cada tipo de suelo representativo y como control uno cada 2 km de

máximo espaciamiento).

C.B.R. (Por cada tipo de suelo representativo y como control uno cada 2 km de máximo espaciamiento).

Labores de gabinete

En base a la información obtenida durante los trabajos de campo y los resultados de los ensayos de laboratorio, se efectúa la clasificación de suelos utilizando los sistemas SUCS y AASHTO.

GRÁFICOS Y TABLAS PARA EL ANÁLISIS DEL SUELO UTILIZADO PARA CIEMENTACIÓN

Figura 1: Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. Está basado en el análisis granulométrico y los límites de Atterberg. El tamaño de las partículas determina la naturaleza de las fuerzas que gobiernan el comportamiento de los suelos. Fuerzas de naturaleza eléctrica (fuerzas atractivas y (Tamiz #200)

Figura 2: Proceso constructivo

Figura 3: Pirámide para la determinación de la estructura del suelo

CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS COMO MATERIAL DE PAVIMENTO

Uno de los usos más comunes y extendidos del suelo como material de construcción es en pavimentos de carreteras y aeropuertos. Los pavimentos pueden ser flexibles o rígidos. La función principal de un pavimento flexible es repartir las cargas de rueda concentradas en una superficie suficientemente grande para que no se produzcan esfuerzos excesivos sobre el terreno de cimentación. El pavimento rígido, formado por una loza de concreto armado posee suficiente resistencia a flexión para hacer de puente sobre las partes blandas de la cimentación. El pavimento más adecuado para cada caso particular depende de la naturaleza del terreno, de los materiales de construcción disponibles y de las funciones de la carretera.

En general, la base de un pavimento está formada por grava o piedra triturada. En el desierto en que se construyó el pavimento porque había escasez de grava, pero existía gran abundancia de arena de médano. En este caso fue más económico mejorar las propiedades de la arena local (estabilización) que transportar grava o piedra desde distancias mayores. El agente estabilizante más económico y el método de ejecución de la base estabilizada se definieron, a partir de un programa de pruebas o ensayos de laboratorio, considerando diversos productos y métodos constructivos. En el proyecto y construcción de esta carretera, el ingeniero debió tener en cuenta las siguientes

cuestiones:

1. ¿Qué espesores deberían darse a las distintas capas del pavimento para soportar las cargas previstas? 2. Qué porcentaje óptimo de producto estabilizante debería emplearse con la arena de médano? 3. ¿Es aceptable la arena de médano para la mezcla asfáltica? 4. ¿Qué tipo y qué porcentaje de asfalto proporcionaría el pavimento más económico y satisfactorio? 5. ¿Qué tipo y grado de compactación debería aplicarse?

En algunos países es más habitual hablar de firmes. (N.T.)

Figura 4: Pavimento de carretera.Caracterización para establecer su idoneidad de uso

El examen petrográfico de las rocas en el microscopio, mediante secciones delgadas, es un método excelente para determinar el tamaño del grano, su textura y su estado de descomposición

El examen, realizado por un experto, permite calcular las proporciones de las especies mineralógicas de la roca y, en muchos casos, permite también dilucidar e inclusive resolver el problema planteado.

Se han desarrollado muchos ensayos para medir las características físicas de los materiales para construir pavimentos. Estos ensayos, en su mayoría arbitrarios en el sentido de que su utilidad reposa en la correlación de sus resultados con el comportamiento en el campo, han sido normalizados con el fin de obtener resultados reproducibles.

Las especificaciones de construcción fijan, de acuerdo con la experiencia local, los límites admisibles de los resultados de estos ensayos, según el uso previsto para el material.

Se trata de ensayos para establecer la respuesta de los materiales al esfuerzo y a la deformación. Se emplean para cuantificar módulos y relaciones de Poisson y, para determinados componentes de la estructura del pavimento, medir su resistencia a la fatiga.

RAZON DE SOPORTE DE SUELOS COMPACTADOS - ENSAYE DE C.B.R.

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 el número ASTM D 1883-73.

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.

BIBLIOGRAFÍA:

EXPEDIENTE TÉCNICO

MANUAL DE DISEÑO DE CARRETERAS PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO, Ministerio de Transportes y Comunicaciones.

MECANICA DE SUELOS, Ing. Carlos Crespo Villalaz.

MANUAL DE CARRETERAS, Luis Bañón Blázquez, José F. Bevía García.