7/24/2019 El Suelo Como Mat de Construc

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EL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION

El suelo es el material de construccin ms abundante del mundo y en muchas

zonas constituye, de hecho, el nico material disponible localmente. Desde el

periodo neoltico, la tierra se ha utilizado para la construccin de monumentos,

tumbas, viviendas, vas de comunicacin y estructuras para retencin de agua. En

este apartado se describen tres estructuras construidas con tierra.

Cuando el ingeniero emplea el suelo como material de construccin debe

seleccionar el tipo adecuado de suelo,

As como el mtodo de colocacin y, luego, controlar su colocacin en la obra. !na

masa de suelo colocada por el hombre constituye un relleno y el proceso "e suele

denominar rellenado. !no de los problemas ms habituales en este tipo de

construccin se debe a la gran diversidad de los puntos de e#traccin, denominadas

zonas de prstamo. !na parte esencial de la tarea del ingeniero es cerciorarse $uelas propiedades del material colocado correspondan a las supuestas en el proyecto,

o modi%icar el proyecto durante la construccin, teniendo en cuenta cual$uier

di%erencia entre las propiedades de la obra construida y las $ua se consideraron en

el proyecto.

1) EN PRESAS DE TIERRA

&as presas de materiales sueltosson presas$ue estn %ormadas por rocas otierras sueltas sin cementar. 'ara conseguir la impermeabilidad de la presa seconstruyen pantallas impermeables de arcilla, as%alto o algn material sinttico. "e

usan pre%erentemente cuando el sitio donde se apoya la presa no resiste las cargas

$ue una presa de gravedad o arco podran aplicarle. "e suelen utilizar para

aprovechar los materiales disponibles en el sitio.

Partes constituentes de una presa

'resa (material de concreto o de tierra)

Aliviaderos o vertedor de e#cedencias. *bras de toma.

+aso de almacenamiento

*bras miscelneas (nstalaciones, vialidad)

https://es.wikipedia.org/wiki/Presa_(hidr%C3%A1ulica)https://es.wikipedia.org/wiki/Presa_(hidr%C3%A1ulica)

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TIPOS

De acuerdo a los materiales utilizados-

Presas de tierra, en las cuales el volumen principal del cuerpo de la presa se

hace con suelos arcillosos, arenosos, o gravas de grano %ino. Presas de roca!tierra, en las cuales el volumen principal del cuerpo de la

presa se hace de suelos de grano grueso y los elementos anti %iltrantes de

suelos de grano %ino.

Presas de enrocados, en las cuales el cuerpo principal de la presa sehacede materiales con grano grueso y los elementos anti %iltrantes de

materiales aglutinados (pantallas anti %iltrantes).

"egn el es$uema constructivo de la presa

Presas "omo#$neas, con un solo material en contacto con el %iltro

Presas "etero#$neas, en las $ue el cuerpo se compone de dos o msclases de suelos.

&as presas heterogneas a su vez se dividen segn la colocacin del elemento anti%iltrante-

'resas con ncleo vertical

'resas con ncleo inclinado

'resas con pantalla impermeable aguas arriba

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"egn la utilizacin del material se tiene-

N%cleos impermea&les' mpiden el paso a travs del cuerpo de la presa- /a0a permeabilidad 1 2345cm6seg. Arcillas y limos o arenas con alto contenido de arcillas. ' entre 25 y 75. "e compactan en espesores de 83 a 73 cm con rodillo pata de cabra.

Espaldones o escolleras' 9ransmiten a la presa resistencia y estabilidad, y la protegen de la

erosin. "e compactan a menores de 8 m de altura con rodillos vibratorios. :enor al 5; de %inos y bien graduados.

(iltros drenes' Evitan el paso de las partculas %inas de los materiales contiguos y

permiten el drena0e "on materiales granulares, con criterio granulomtrico estricto,

ausencia de %inos, alta resistencia e inalterables.

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Eemplo de una presa de tierra&a =ig. 2.> es una seccin transversal de una presa de tierra construida para crear

un embalse. &as dos zonas principales de la presa son el ncleo o corazn de

arcilla y elpie

de enrocamiento o escollera- el ncleo con su arcilla impermeable hace $ue las

%iltraciones sean escasas? y el pie de blo$ues de roca pesados y muy permeables,

proporciona una estabilidad considerable a la presa. Entre ambas zonas se coloca

un filtro de gravapara evitar el arrastre de las partculas del suelo del ncleo hacia

los huecos del enrocamiento. Entre el ncleo y el embalse se coloca un manto de

blo$ues sobre un lecho de grava. Este manto evita la erosin del ncleo por la lluvia

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o el agua del embalse. El lecho de grava impide la penetracin de grandes blo$ues

de roca del manto en la arcilla. Este tipo de presa se denomina mixta o graduada

para di%erenciarla de la presa de tierra homogneaen la $ue se utiliza un solo tipo

de material en toda la seccin.

&a popularidad de las presas de tierra, en comparacin con las de concreto,

aumenta de manera constante por dos razones principales. En primer lugar, la presa

de tierra puede resistir me0or los desplazamientos de la cimentacin y de los

estribos $ue una estructura de concreto ms rgida. En segundo lugar, el costo de

las obras de tierra por unidad de volumen se ha mantenido apro#imadamente

constante durante los ltimos 53 a@os (el aumento del costo de la mano de obra ha

sido contrarrestado por las me0oras en los e$uipos de movimiento de tierras),

mientras $ue el costo del concreto ha aumentado continuamente. 'or tanto, las

presas de tierra tienen cada vez ms aceptacin.

&os tama@os relativos de cada zona en una presa de tierra y los materiales de las

mismas dependen mucho de los materiales disponibles en el lugar. En el caso de la

presa de la =ig. 2.> los volmenes respectivos de arcilla y roca $ue se e#tra0eron de

la e#cavacin para el embalse %ueron prcticamente e$uivalentes a los $ue se

usaron para la presa. De esta %orma no se desperdici nada del material e#cavado.

El nico material escaso en la zona era la grava empleada para el %iltro y el lecho de

apoyo del enrocamiento. Este material se obtuvo de graveras %luviales a cierta

distancia de la zona, y se transport en camiones hasta la presa.

&a construccin de la presa se realiz en toda su longitud y ancho simultneamente?es decir, se intent mantener la super%icie de la presa apro#imadamente horizontal

en todas las %ases de la construccin. El pie de la misma, %ormado por blo$ues de

roca con tama@os desde 3.25 a 3.3 m, se verta directamente desde los camiones

y la piedra se regaba con agua a presin elevada a medida $ue se descargaba. &a

arcilla y la grava se colocaron por capas horizontales de 3.25 a 3.73 m de espesor,

regndolas hasta obtener una humedad determinada y, %inalmente se compactaron,

en toda la super%icie, mediante rodillos.

Durante el dise@o y construccin de la presa de tierra, los ingenieros civiles debieron

tener en cuenta las cuestiones siguientes-

2. Bu dimensiones debera tener la presa para obtener la estructura ms

econmica y segura8. BCul es el espesor mnimo seguro de las capas de grava7. Bu espesores de grava y blo$ues de roca seran necesarios en el manto

para limitar el hinchamiento del ncleo de arcilla a un valor admisible. Bu humedad y mtodo de compactacin deberan emplearse en la

colocacin de la grava y arcilla5. BCules seran las caractersticas de resistencia y permeabilidad de la presa

construida

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F. BCmo variara la resistencia y la permeabilidad de la presa con el tiempo y

la altura de agua en el embalseG. Bu prdidas por %iltracin podran producirse ba0o la presa y a travs de la

misma>. "i es el caso, B$u restricciones especiales deberan imponerse en el

%uncionamiento del embalse

'resa H. A. C. /ennett (Canad).con una altura de 2>7 m y una longitud de coronacin de 8.3F> m, %ue iniciadaen construccin en 2F2 y %inalizada en 2FG. ncluye una estacin para la generacin de energa con unacapacidad instalada de 8.G3 :H. capacidad de almacenamiento de apro#imadamente *+ mil millones demetros c%&icos de a#uacubriendo una super%icie de 2.GG7 ImJ

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'resa AtaturI, en 9ur$ua- &a presa alcanza una altura de 2F m con una longitud de coronacin de 2.FFmetros y un volumen de >,5 millones de metros cbicos. &a central elctrica de la presa tiene una capacidadinstalada de 8.33 :H,capacidad de almacenamiento de +, mil millones de metros c%&icos

-) EN ESTRUCTURAS DE RECUPERACI.N DE TIERRAS

AUMENTAR IN(ORMACION A/U0 CON (OTOS

Eemplo de una estructura de recuperacin de tierras

En muchas partes del mundo ya no $uedan lugares adecuados dnde construir.

Esto resulta particularmente cierto en las instalaciones portuarias y martimas, $ue,

evidentemente, deben situarse en la costa. 'ara remediar esta escasez se realiza

un nmero cada vez mayor de obras en las $ue se %orman grandes sitios de

construccin con relleno de tierra. El suelo para estas obras se obtiene

generalmente dragndolo del cauce de un ro adyacente, un lago o el %ondo del mar

y colocndolo en el emplazamiento deseado. Este proceso se denomina relleno

hidrulico.

&as =igs. 2. y 2.23 muestran una obra realizada con #ito en el lago :aracaibo,

+enezuela. "e construy una isla arti%icial hincando una pantalla de pilotes de

concreto $ue cercaba un recinto de >53 m de longitud por F3 m de anchura. A

continuacin se drag tierra del %ondo del lago :aracaibo, transportndola por

bombeo al recinto protegido por la pantalla, hasta $ue el nivel del relleno

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Kidrulico, alcanz la altura deseada. "e combinaron tres %actores, la %alta de

terreno en la costa, el calado re$uerido para el atra$ue de grandes bu$ues y la

necesidad de dragar un canal en el lago, para $ue esta construccin de una isla

arti%icial resultara una solucin e#celente para suplir las necesidades de puntos de

atra$ue en esta zona.

"obre la isla arti%icial se construyeron depsitos de almacenamiento para diversos

productos derivados del petrleo. Estos productos se transportan por tubera desde

la costa hasta los depsitos de la isla y despus, se bombean desde stos a los

petroleros anclados en los dos atracaderos $ue aparecen en la =ig. 2..

"e realizaron numerosos sondeos de reconocimiento, en la zona a dragar, con el %in

de poder estimar el tipo de relleno $ue se usara para la %ormacin de la isla. Este

relleno estaba %ormado principalmente por arcilla en %orma de terrones duros, de

tama@o variable entre 8 y 25 cm, 0unto con un barro ligero de agua con limo y

partculas arcillosas en suspensin. Al salir de la tubera de bombeo, las partculas

ms grandes se depositaban en primer lugar, mientras $ue las ms %inas eran

arrastradas a considerable distancia de la descarga de la tubera. En un ngulo de

la isla se dispuso un vertedero para permitir $ue volviera al lago el e#ceso de agua

arrastrada en la operacin de dragado.

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'ara el proyecto de esta obra, el ingeniero debi resolver entre otras, las siguientes

cuestiones-

2. BKasta $u pro%undidad deba penetrar la pantalla en el terreno decimentacin

8. BCmo deban arriostrarse lateralmente los pilotes7. BCul sera el mtodo ms conveniente para la colocacin del relleno , es

decir, Bcmo deba colocarse la salida de la tubera de dragado con ob0eto de

conseguir $ue la parte ms %irme del relleno estuviera en los lugares donde

se produciran las mayores cargas sobre la cimentacin. Bu valores de resistencia y compresibilidad del relleno hidrulico deban

emplearse para el proyecto de las cimentaciones de los depsitos, edi%icios e

instalaciones d bombeo $ue se iban a colocar en la isla

5. BDnde se depositaran los %inos del suelo $ue salan del recinto de la islapor encima del vertedero

2) EN PA3IMENTO DE CARRETERA

AUMENTAR IN(ORMACION A/U0 CON (OTOS

Eemplo de pa4imento de carretera

!no de los usos ms comunes y e#tendidos del suelo como material deconstruccin es en pavimentos (L) de

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carreteras y aeropuertos. &os pavimentos pueden ser %le#ibles o rgidos. &a %uncin

principal de un pavimento %le#ible es repartir las cargas de rueda concentradas en

una super%icie su%icientemente grande para $ue no se produzcan es%uerzos

e#cesivos sobre el terreno de cimentacin. El pavimento rgido, %ormado por una

loza de concreto armado posee su%iciente resistencia a %le#in para hacer de puente

sobre las partes blandas de la cimentacin. El pavimento ms adecuado para cada

caso particular depende de la naturaleza del terreno, de los materiales de

construccin disponibles y de las %unciones de la carretera.

&a =ig. 2.22 muestra un pavimento %le#ible de carretera proyectado para 233

pasadas por da y por carril de un vehculo con una carga m#ima por rueda de

F,G53 Ig. El pavimento elegido est %ormado por una subrasante mejorada,

conseguida al compactar los 25 cm superiores del terreno natural? una capa debase %ormada por 25 cm de suelo del lugar, estabilizado con un G ; en peso de

cemento portland y regado hasta la humedad conveniente el cual se compact

posteriormente? y una superficie de rodamiento constituida por 5 cm de mezcla

as%ltica %ina, en caliente.

En general, la base de un pavimento est %ormada por grava o piedra triturada. En el

desierto en $ue se construy el pavimento de la =ig. 2.22 haba escasez de grava,

pero e#ista gran abundancia de arena de mdano. En este caso %ue ms

econmico me0orar las propiedades de la arena local (estabilizacin) $ue transportargrava o piedra desde distancias mayores. El agente estabilizante ms econmico y

el mtodo de e0ecucin de la base estabilizada se de%inieron, a partir de un

programa de pruebas o ensayos de laboratorio, considerando diversos productos y

mtodos constructivos.

En el proyecto y construccin de esta carretera, el ingeniero debi tener en cuenta

las siguientes cuestiones-

2. Bu espesores deberan darse a las distintas capas del pavimento para

soportar las cargas previstas

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8. Bu porcenta0e ptimo de producto estabilizante debera emplearse con la

arena de mdano7. BEs aceptable la arena de mdano para la mezcla as%ltica. Bu tipo y $u porcenta0e de as%alto proporcionara el pavimento ms

econmico y satis%actorio

5. Bu tipo y grado de compactacin debera aplicarse