U N I VERS ID AD N AC ION AL D E L S AN TAE S C U E LA AC AD M I CA P R O FES I O N AL D E I n g . C I VI L

SUELO DE FUNDACIO Y MATERIAL DE PESTAMO

Integrantes: BAZALAR FERNANDEZ CHARLLIE

Curso:

PAVIMENTOS

Docente:

ING. ADNER LEON BOBADILLA

SUELO DE FUNDACINSe denomina suelo de fundacin a la capa del suelo bajo la estructura del pavimento, preparada y compactada como fundacin para l para el pavimento. Se trata del terreno natural o la ltima capa del relleno de la plataforma sobre la que se asienta el pavimento. La caracterizacin de los suelos para esta capa de fundacin se basa en los siguientes aspectos:

METODOLOGALa metodologa a seguir para la caracterizacin del suelo de fundacin comprende bsicamente una investigacin de campo a lo largo de la va, mediante la ejecucin de pozos exploratorios (calicatas), con obtencin de muestras representativas en nmero y cantidades suficientes para su posterior anlisis en ensayos en laboratorio y, finalmente, con los datos obtenidos en ambas fases se pasa a la fase de gabinete, para consignar en forma grfica y escrita los resultados obtenidos A continuacin se procede a describir el plan de trabajo a desarrollar en cada etapa:

Trabajo de campoCon el objeto de determinar las caractersticas fsico-mecnicas de los materiales de la subrasante se lleva a cabo investigaciones mediante la ejecucin de pozos exploratorios o calicatas de 1.5 m de profundidad mnima (respecto del nivel de subrasante del proyecto; con un mnimo de 3 calicatas por kilmetro, 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. S a lo largo del avance del estacado las condiciones topogrficas o de trazo muestran, por ejemplo, cambios en el perfil de corte o la naturaleza de los suelos del terreno evidencia un cambio significativo de sus caractersticas o se presentan suelos errticos, se deben ejecutar ms calicatas por kilmetro en puntos singulares. Tambin se determina la presencia o no de suelos orgnicos, suelos expansivos, napa fretica, rellenos sanitarios de basura, etc., en cuyo caso las calicatas deben ser ms profundas, delimitando el sector de subrasante inadecuada que requerir reemplazo del material, mejoramiento o estabilizacin de subrasante a fin de homogenizar su calidad a lo largo del alineamiento. En este caso, los valores representativos resultado de los ensayos ser slo vlida para el respectivo sector. De los estratos encontrados en cada una de las calicatas se obtendr muestras representativas, las que deben ser descritas e identificadas mediante una tarjeta con la ubicacin, nmero de muestra y profundidad,

luego sern colocadas en bolsas de polietileno para su traslado al laboratorio. Asmismo, durante la ejecucin de las investigaciones de campo se lleva un registro en el que se anotar el espesor de cada una de las capas del sub-suelo, sus caractersticas de gradacin y el estado de compacidad de cada uno de los materiales.

Descripcin de los suelosLos suelos encontrados son descritos y clasificados de acuerdo a metodologa para construccin de vas, las mismas que deben corresponder al siguiente cuadro:

Trabajo de laboratorioTodas las muestras representativas obtenidas de los estratos de las calicatas del suelo de fundacin debern contar con los siguientes ensayos: Anlisis granulomtrico por tamizado. Lmites de consistencia: Lmite lquido, lmite plstico e ndice de plasticidad. Clasificacin SUCS. Clasificacin AASHTO. Humedad Natural. Proctor Modificado (Por cada tipo de suelo representativo y como control uno cada 2 km de mximo espaciamiento). C.B.R. (Por cada tipo de suelo representativo y como control uno cada 2 km de mximo espaciamiento).

Labores de gabineteEn base a la informacin obtenida durante los trabajos de campo y los resultados de los ensayos de laboratorio, se efecta la clasificacin de suelos utilizando los sistemas SUCS y AASHTO.

CBR DE LA SUBRASANTESon estudiados para la determinacin de la CBR de la subrasante, las capas superficiales de terreno natural o capa de la plataforma en relleno, constituida por los ltimos 1.50 m de espesor debajo del nivel de la subrasante proyectada, salvo que los planos del proyecto o las especificaciones especiales indiquen un espesor diferente; su capacidad de soporte en condiciones de servicio, junto con el trnsito y las caractersticas de los materiales de construccin de la superficie de rodadura, constituyen las variables bsicas para el diseo de la estructura del pavimento que se colocar encima. La subrasante correspondiente al fondo de las excavaciones en terreno natural o de la ltima capa, ser clasificada en funcin al CBR representativo para diseo, en una de las cinco categoras siguientes:

CLASIFICACION So: Subrasante muy pobre S1: Subrasante pobre S2: Subrasante regular S3: Subrasante buena S4: Subrasante muy buena

CBRdiseo < 3% 3% - 5% 6% - 10% 11% - 19% > 20%

Sectores de caractersticas homogneasPara efectos del diseo de la estructura del pavimento se definen sectores homogneos donde, a lo largo de cada uno de ellos, las caractersticas del material del suelo de fundacin o de la capa de subrasante se identifican como uniforme. Dicha uniformidad se establecer sobre la base de las caractersticas fsico-mecnicas de los suelos (Clasificacin, plasticidad). Para la identificacin de los sectores de caractersticas homogneas, se realiza un programa de prospecciones y ensayos, estableciendo una estrategia para efectuar el programa exploratorio y, a partir de ello, se ordena la toma de las muestras necesarias de cada perforacin, de manera de poder evaluar aquellas caractersticas que siendo determinantes en su comportamiento, resulten de sencilla e indiscutible determinacin.

Las propiedades fundamentales a tomar en cuenta son: a) Granulometra.- A partir de la cual se puede estimar, con mayor o menor aproximacin, las dems propiedades que pudieran interesar. El anlisis granulomtrico de un suelo tiene por finalidad determinar la proporcin de sus diferentes elementos constituyentes, clasificados en funcin de su tamao. De acuerdo al tamao de las partculas de suelo, se definen los siguientes trminos:

TIPO DE MATERIAL Grava Arena Limo Arcilla

TAMAO DE LAS PARTICULAS 75 mm - 2 mm Arena gruesa: 2 mm - 0.2 mm Arena fina: 0.2 mm - 0.05 mm 0.05 mm - 0.005 mm Menor a 0.005 mm

b) La plasticidad de un suelo.- Depende no de los elementos gruesos que contiene, sino nicamente de sus elementos finos. El anlisis granulomtrico no permite apreciar esta caracterstica, por lo que es necesario determinar los lmites de Atterberg. A travs de este mtodo, se define los lmites correspondientes a los tres estados en los cuales puede presentarse un suelo: lquido, plstico o slido. Estos lmites, llamados lmites de Atterberg, son: el lmite lquido (LL), el lmite plstico (LP) y el lmite de contraccin (LC). Adems del LL y del LP, una caracterstica a obtener es el ndice de plasticidad IP que se define como la diferencia entre LL y LP: IP = LL LP El ndice de plasticidad permite clasificar bastante bien un suelo. Un IP grande corresponde a un suelo muy arcilloso. Por el contrario, un IP pequeo es caracterstico de un suelo poco arcilloso. Sobre todo esto se puede dar la clasificacin siguiente:

INDICE DE PLATICIDAD IP > 20 20 > IP > 10 10 > IP > 4 IP = 0

CARACTERISTICAS Suelos muy arcillosos Suelos arcillosos Suelos poco arcillosos Suelos exentos de arcilla

Se debe tener en cuenta que, en un suelo el contenido de arcilla, es el elemento ms peligroso de una pavimentacin, debido sobre todo a su gran sensibilidad al agua. Equivalente de arena.- Es un ensayo que da resultados parecidos a los obtenidos mediante la determinacin de los lmites de Atterberg, aunque menos preciso. Tiene la ventaja de ser muy rpido y fcil de efectuar. El valor de EA es un indicativo de la plasticidad del suelo:

EQUIVALENTE DE ARENA Si EA > 40 Si 40 > EA > 20 Si EA < 20

CARACTERISTICAS El suelo no es plstico, es de arena El suelo es poco plstico y no heladizo El suelo es plstico y arcilloso

d) ndice de grupo.- Es un ndice adoptado por AASHTO de uso corriente para clasificar suelos, est basado en gran parte en los lmites de Atterberg. El ndice de grupo de un suelo se define mediante la frmula: IG = 0.2 (a) + 0.005 (ac) + 0.01 (bd) Donde: a = F-35 (F = Fraccin del porcentaje que pasa el tamiz N 200 -74 micras). Expresado por un nmero entero positivo comprendido entre 1 y 40. b = F-15 (F = Fraccin del porcentaje que pasa el tamiz N 200 -74 micras). Expresado por un nmero entero positivo comprendido entre 1 y 40. c = LL 40 (LL = lmite lquido). Expresado por un nmero entero comprendido entre 0 y 20. d = IP-10 (IP = ndice plstico). Expresado por un nmero entero comprendido entre 0 y 20 o ms. El ndice de grupo es un valor entero positivo, comprendido entre 0 y 20 o ms. Cuando el IG calculado es negativo, se reporta como cero. Un ndice cero significa un suelo muy bueno y un ndice igual o mayor a 20, un suelo no utilizable para carreteras. INDICE DE GRUPO IG > 9 IG est entre 4 a 9 IG est entre 2 a 4 IG est entre 1 - 2 IG est entre 0 - 1 CARACTERISTICAS Muy pobre Pobre Regular Bueno Muy Pobre

e) Humedad natural: Otra caracterstica importante de los suelos es su humedad natural puesto que la resistencia de los suelos de subrasante, en especial de los finos, se encuentra directamente asociada con las condiciones de humedad y densidad que estos suelos presenten. La determinacin de la humedad natural permite comparar con la humedad ptima que se obtendr en los ensayos Proctor para obtener el CBR del suelo. S la humedad natural resulta igual o inferior a la humedad ptima, el proyectista propondr la compactacin normal del suelo y el aporte de la cantidad conveniente de agua. S la humedad natural es superior a la humedad ptima y segn la saturacin del suelo, se propondr, aumentar la energa de compactacin, airear el suelo o reemplazar el material saturado. f) Clasificacin de los suelos.- Determinadas las caractersticas de los suelos, segn los acpites anteriores, se estimara con suficiente aproximacin el comportamiento de los suelos, especialmente con el conocimiento de la granulometra, plasticidad e ndice de grupo y luego clasificar los suelos. La clasificacin de los suelos se efectuar bajo el sistema mostrado en el cuadro 5.3.1. Esta clasificacin permite predecir el comportamiento aproximado de los suelos, que contribuir a delimitar los sectores homogneos desde el punto de vista geotcnico. A continuacin se presenta una correlacin de los dos sistemas de clasificacin ms difundido, AASHTO y ASTM (SUCS):

g) Ensayos CBR.- Una vez que se haya clasificado los suelos por el sistema AASHTO para pavimentos, se elabora un perfil estratigrfico para cada sector homogneo o tramo en estudio, a partir del cual se determina los suelos que controlarn el diseo y se establece el programa de ensayos y/o correlaciones para establecer el CBR que es el valor soporte o resistencia del suelo, referido al 95% de la MDS (Mxima Densidad Seca) y a una penetracin de carga de 2.54 mm. Para calcular el Valor Soporte Relativo del suelo de fundacin, se efectan ensayos de California Bearing Ratio (CBR) para cada tipo de suelo y de control cada 2 km de espaciamiento como mximo. Para la obtencin del valor CBR diseo, se debe considerar lo siguiente: 1) Cuando existan 6 o ms valores de CBR por tipo de suelo representativo o por seccin de caractersticas homogneas de suelos, determinar el valor de CBR de diseo en base al percentil 75%, valor que es el menor al 75% del total de los valores analizados. 2) Cuando existan menos de 6 valores de CBR por tipo de suelo representativo o por seccin de caractersticas homogneas de suelos, considerar lo siguiente:

Si los valores son parecidos o similares, tomar el valor promedio. Si los valores no son parecidos o no son similares, tomar el valor crtico (ms bajo). 3) Una vez definido el valor del CBR de diseo, para cada sector de caractersticas homogneas, se clasificar a qu categora de subrasante pertenece el sector o subtramo.

Otras consideraciones1) En caso la subrasante sea clasificada como pobre (CBR < 6%), se procede a eliminar el material inadecuado y se colocar un material granular con CBR mayor a 10%. 2) En caso de encontrarse suelos saturados o blandos, o napa fretica alta (cercana al nivel de subrasante), el proyectista definir las medidas de estabilizacin (cambio de material, adicin de roca, etc.), especificando material relativamente permeable y diseando los elementos de drenaje y/o subdrenaje que permitan drenar el agua.

3) Para el diseo y los trabajos propiamente de pavimentacin debern tomarse en cuenta las recomendaciones y condiciones del diseo del drenaje, segn los criterios establecidos. 4) En zonas sobre los 3,000 msnm se evaluar la accin de las heladas en los suelos, en general la accin de congelamiento est asociada con la profundidad de la napa fretica y la susceptibilidad del suelo al congelamiento. S la profundidad de la napa fretica es mayor a 1.50 m, la accin de congelamiento no llegar a la capa superior de la subrasante. En el caso de presentarse en la capa superior de la subrasante (ltimos 0.60 m) suelos susceptibles al congelamiento, se reemplazar este suelo en el espesor comprometido o se levantar la rasante, con un relleno granular adecuado, hasta el nivel necesario. 5) Con excepcin de los suelos de fundacin permeables, debe proyectarse el subdrenaje de la estructura del pavimento, considerando como capa drenante la base granular, o la subbase granular, o ambas, bien mediante subdrenes. Asimismo, deben darse pendientes transversales mnimas a la subrasante, subbase y base granular. Los subdrenes que deben proyectarse para interceptar filtraciones o rebajar un nivel fretico elevado, pueden tambin utilizarse para drenar la estructura del pavimento. Cuando el suelo de fundacin o de la capa de subrasante sea arcilloso o limoso y, al humedecerse, partculas de estos materiales puedan penetrar en las capas granulares del pavimento contaminndolas, deber proyectarse una capa de material filtrante de 10 cm. de espesor, como mnimo.

MATERIAL DE PRSTAMOEl material de prstamo es aquel material mejorado no perteneciente a el terreno de fundacin, esto son colocados sobre la rasante, para lograr una mejor pavimentacin, sus propiedades y forma de colocacin se detalla en siguiente, en las capas existentes: SUB - BASE DE AFIRMADO. Esto se refiere a la colocacin sobre la subrasante de una capa de material granular en un espesor especificado. Consiste de una capa compuesta de grava o piedra zarandeada, en forma natural, y finos, colocados sobre la subrasante, conformando una superficie debidamente escarificada, y compactada, de conformidad con los alineamientos, rasantes, secciones transversales tpicas indicadas en los planos. Materiales El material de Sub-base es del tipo granular. Las piedras mayores a 2 son eliminadas. La granulometra del material de Sub-base debe estar dentro de los lmites AASHTTO T-11 y T-27 que se dan a continuacin:Tamao de la Malla Abertura cuadrada Grad. A

% en peso que pasa Grad. B Grad. C Grad.D Grado E

2" 1" 3/8" N4 N 10 N 40 N 100

100

100 75-95 100 50-85 35-65 25-50 15-30 5-15 100 60-100 50-85 40-70 25-45 8-15 100 55-100 40-100 20-50 6-20

30-65 25-55 15-40 8-20 2-8

40-75 30-60 20-45 15-30 5-15

El material de Sub-base debe cumplir adems con las siguientes exigencias: C.B.R. mayor a 60% Lmite Lquido menor de 25% ndice de plasticidad menor de 6% Equivalencia de arena mayor a 25% Desgaste de abrasin 50% mximo Porcentaje de compactacin Prctor Modf. mnimo 95%

PREPARACIN DE LA SUB-BASE El material de sub-base debe ser colocado y extendido sobre la sub-rasante aprobada en volumen apropiado para que una vez compactado alcance el espesor indicado en los planos. El extendido se efectuara con moto niveladora, o a mano en sitios de difcil acceso, exclusivamente. Despus de que el material es esparcido, ser completamente mezclado por medio de la cuchilla de la moto niveladora en toda la profundidad de la capa llevndolo alternativamente hacia el centro y hacia la orilla de la calzada. La moto niveladora usara un peso mnimo de tres toneladas, con una cuchilla de por lo menos 2.50 m. de longitud y una distancia entre ejes no menor de 4.50 m. Cuando la mezcla este ya uniforme fue otra vez esparcida y perfilada hasta obtener la seccin transversal que se muestra en los planos. La adicin de agua fue efectuada en planta y en la calzada, siempre y cuando la humedad de compactacin se encuentro entre los rangos establecidos. Una vez completa la mezcla y perfilada la capa de la Sub-base, se procedi a muestrear los materiales a fin de efectuar controles granulomtricos, los que rutinariamente se efectuarn cada 1000 m. de pista. Inmediatamente despus de terminada la distribucin y el emparejamiento del material, se compactara en su ancho total por medio de rodillos lisosvibratorios, con un peso mnimo de 8 toneladas para alcanzar como mnimo el 95% de la Densidad Mxima Seca. Durante el proceso de la operacin, se efectuara ensayos de control de densidad-humedad de acuerdo con el mtodo ASTM D-1556, efectuando un ensayo cada 200 m2 de superficie compactada, en puntos dispuestos en tresbolillo.

BASE DE AFIRMADO E = 0.15 M. El material para la base de grava y/o piedra fracturada consistira de partculas duras y durables, o fragmentos de piedra o grava y un rellenador de arena u otro material partido en partculas finas. La porcin de material retenido en el tamiz N 4 es llamado agregado grueso y aquella porcin que pasa el tamiz N 4, es llamado agregado fino. No menos del 50% en peso de las partculas del agregado grueso, deben tener por lo menos una cara de fractura o forma cbica angulosa. Los materiales que se usaran como base deben ser seleccionados, provistos de suficiente cantidad de vacos para garantizar su resistencia, estabilidad y capacidad de drenaje. Estos suelos deben ser granulares del tipo A-1- a o A-1-b del sistema de clasificacin AASHTO, es decir gravas o gravas arenosas compuestas por partculas duras y durables y de aristas vivas. El material para la capa de base debe estar libre de material vegetal y terrones de tierra. Adems debe de contener una cantidad de finos que garantiza su trabajabilidad y estabilidad. El material debe cumplir con los requisitos de granulometra dados por la AASHTTO empleando los mtodos T-11 y T-27.Tamao de la Malla % en peso que pasa (Abertura cuadrada) Grad. A Grad. B Grad. C Grad. D ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------2" 100 100 1" 75-95 100 100 3/8" 30-65 40-75 50-85 60-100 N4 25-55 30-60 35-65 50-85 N 10 15-40 20-45 25-50 40-70 N 40 8-20 15-30 15-30 25-45 N 200 2-8 5-15 5-15 8-15

Otras condiciones fsicas y mecnicas por satisfacer, son: C.B.R. mayor a 80% para trfico ligero y 100% para trfico medio pesado. Lmite Lquido menor de 25% ndice de plasticidad menor de 3% Equivalencia de arena mayor a 30% Desgaste de abrasin 50% mximo Partculas chatas y alargadas (ASTM D-693) Mximo 20%

Sales Solubles Totales mximo 1% 0.50% Porcentaje de compactacin Prctor Modificado mnimo 100%

PREPARACIN DE LA BASE DE 0.15 m. El material de base debe de ser colocado y extendido sobre la sub base aprobada en volumen apropiado para que una vez compactado alcance el espesor indicado en los planos. El extendido se efectuar con moto niveladora, o a mano en sitios de difcil acceso, exclusivamente. Despus de que el material ha sido esparcido, debe de ser completamente mezclado por medio de la cuchilla de la motoniveladora en toda la profundidad de la capa llevndolo alternativamente hacia el centro y hacia la orilla de la calzada. La motoniveladora debe de tener un peso mnimo de tres toneladas, con una cuchilla de por lo menos 2.50 m. de longitud y una distancia entre ejes no menor de 4.50 m. Cuando la mezcla este ya uniforme fue otra vez esparcida y perfilada hasta obtener la seccin transversal que se muestra en los planos. La adicin de agua se efectuara en planta y en la calzada, siempre y cuando la humedad de compactacin se encontr entre los rangos establecidos. Una vez completa la mezcla y perfilada la capa de la sub rasante, se proceder a muestrear los materiales a fin de efectuar controles granulomtricos, los que rutinariamente se efectuaran cada 500 m. de pista. Inmediatamente despus de terminada la distribucin y el emparejamiento del material, se compactara en su ancho total por medio de rodillos lisos vibratorios, con un peso mnimo de 8 toneladas para alcanzar como mnimo el 100% de la Densidad Mxima Seca cada 80 m de material, medido despus de la compactacin, debern ser sometidos a por lo menos una hora de rodillado continuo. Dicho rodillado debe de progresar gradualmente desde los costados hacia el centro, en sentido paralelo al eje del camino, y debe de continuar hasta que toda la superficie haya recibido ese tratamiento. Cualquier irregularidad o depresin fue corregirse aflojando el material en estos sitios agregando o quitando material hasta que la superficie resulte pareja o uniforme.

A lo largo de las curvas, colectores y muros y en todos los sitios no accesibles al rodillo, el material de base debe de ser compactado ntegramente mediante el empleo de apisonadores metlicos, hasta obtenerse la compactacin adecuada. Durante el proceso de la operacin, se efectuara ensayos de control de densidad-humedad de acuerdo con el mtodo ASTM D-1556, efectuando un ensayo cada 200 m de superficie compactada, en puntos dispuestos en tresbolillo.

BIBLIOGRAFA:

EXPEDIENTE TCNICO MANUAL DE DISEO DE CARRETERAS PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRNSITO, Ministerio de Transportes y Comunicaciones. MECANICA DE SUELOS, Ing. Carlos Crespo Villalaz. MANUAL DE CARRETERAS, Luis Ban Blzquez, Jos F. Beva Garca.