Subrasantes

MODULO II: SUELOS Y SUBRASANTES Y DRENAJES

2.1 Origen y formación de los suelos

2.2 Clasificaciones y tipos comunes de suelos

2.3 Propiedades básicas de los suelos

2.3.1 Contenido de humedad

2.3.2 Gravedad específica

2.3.3 Peso unitario

2.3.4 Relación de vacíos

2.3.5 Permeabilidad

2.3.6 Capilaridad

2.3.7 Contracción-Hinchamiento

2.3.8 Compresibilidad

2.3.9 Elasticidad

2.3.10 Resistencia al corte

2.4 Clasificación de los suelos para propósitos de vías

2.4.1 Generalidades

2.4.2 Granulometría de los suelos

2.4.3 Límites de Atterberg

2.4.4 Sistemas de clasificación de Bureau of Public Roads

2.4.5 Sistemas de clasificación de la AASHO

2.4.6 Sistema unificado de clasificación de los suelos

2.4.7 Relaciones entre los sistemas AASHO y SUCS

2.5 El suelo como material de construcción

2.5.1 Análisis de calidad

2.5.2 Accesibilidad

2.5.3 Facilidad de explotación

2.5.4 Volumen

2.6 Tipos de suelos en el Ecuador

2.6.1 Generalidades

2.6.2 Suelos en la sierra

2.6.3 Suelos en la costa

2.6.4 Suelos en el Oriente

2.6.5 Suelos en la región insular

2.7 Subrasante

2.7.1 Definición

2.7.2 Movimientos de tierras

2.7.3 Construcción de la subrasante

2.7.3.1 Limpieza y desbroce

2.7.3.2 Excavación para la plataforma del camino

2.7.3.3 Excavación ordinaria

2.7.3.4 Excavación a media ladera

2.7.3.5 Rellenos compensados

2.7.3.6 Limpieza de derrumbes

2.7.3.7 Terraplenes con préstamo lateral

2.7.3.8 Construcción sobre pantanos

2.7.3.9 Excavación en roca a cielo abierto

2.7.3.10 Excavación en túneles

2.7.3.11 Rellenos y terraplenes

2.7.3.12 Terminación (conformación y compactación)

2.8 Mejoramiento de la subrasante

2.8.1 Cambio de material

2.8.2 Drenaje

2.8.3 Compactación

2.8.4 Estabilización con cal

2.8.5 Estabilización con cemento

2.8.6 Estabilización con arena y limo

2.8.7 Estabilización con cloruro de sodio

2.8.8 Estabilización de arcillas expansivas con el sistema consolid

2.8.9 Otros Mètodos

2.8.10 Geotextiles

2.8.11 Material de mejoramiento

2.8.11.1 Funciones

2.8.11.2 Especificaciones

2.8.11.3 Obtención

2.8.11.4 Compactación

2.8.11.5 Mejoramiento del terraplén bajo la subrasante

2.9 Drenaje

2.9.1 Generalidades

2.9.2 Drenaje superficial

2.9.2.1 Inclinación de la vía

2.9.2.2 Cunetas de coronación

2.9.2.3 Cunetas laterales

2.9.2.4 Canales

2.9.2.5 Alcantarillas

2.9.3 Breves nociones para diseñar drenajes superficiales

2.9.4 Subdrenajes

2.9.5 Drenes Horizontales

2.9.6 Drenaje de ciudades

2.9.7 Obras especiales

2.9.7.1 Puentes

2.9.7.2 Túneles

* Problema de diseño de cunetas

2.10. Erosión del suelo

2.11. Laterización de Suelos

2.1 ORIGEN Y FORMACION DE LOS SUELOS

Básicamente, los suelos son conjuntos de partículas minerales, producto de la desintegración mecánica o de la descomposición química de las rocas preexistentes.

De acuerdo a la situación los suelos pueden ser:

1. SUELOS RESIDUALES. Aquellos que se encuentran sobre o cerca del material del cual provienen o de su origen. Son generalmente inestables (figura 2.1.a)

2. SUELOS TRANSPORTADOS. Aquellos que han sido cambiados de lugar por agentes externos de transporte viento, agua y glaciares (figura 2.1.b)

En base a esto los suelos transportados se subdividen en:

a) SUELOS EOLICOS. Son los suelos transportados por acción del viento

b) SUELOS GLACIARES. Son suelos con partículas de diferente tamaño, movidos o afectados por glaciares.

c) SUELOS SEDIMENTARIOS. Son aquellos formados por la acción del agua, son muy importantes, y ejemplos de ellos tenemos a los depósitos de partículas en mares, lagos y ríos.

En general, un suelo transportado queda descrito por un perfil estratigráfico, en el que se resalta la secuencia de colocación y el espesor de sus estratos.

En lo que respecta a los suelos residuales, existen dos conceptos que juegan un papel muy importante, y son:

1. El perfil de meteorización, que es la secuencia de materiales con diferentes propiedades, que se han formado en el lugar donde se lo encuentra y que no sobrepase la roca no meterorizada (roca madre); se forma tanto por ataque mecánico como por descomposición química, y varía de un punto a otro, por razones locales de estructura de la roca, clima, erosión, agua, etc.

2. El conjunto de estructuras heredadas: que consisten en juntas, grietas, fallas y otros defectos estructurales que muestran el suelo como herencia de los que tenía la roca original. Su influencia es tal que, frecuentemente las propiedades mecánicas de una muestra intacta del material no pueden considerarse en absoluto representativas de las propiedades del conjunto.

Los suelos pueden ser divididos en términos de su contenido de materia orgánica. Aquellos donde predominan las partículas minerales se denominan suelos inorgánicos. Aquellos que tienen un mayor porcentaje de materia orgánica se denominan suelos orgánicos. Los suelos orgánicos son desechables.

ORIGEN DE LOS SUELOS

Origen Proceso de formación Naturaleza de los Granulometría típica

Geológico depósitos

Residual Suelo itemperizado en el Casi invariable, con la profundidad llega El producto de intemperización

lugar de la roca madre a ser más compacto y menos intemperizado. completa es arcilla, cuyo tipo

con poca o ninguna Pueden tener capas alternadas duras y depende del proceso de

alteración por transporte blandas o estratificación de la roza madre intemperización y de la roca madre,

si la intemperización es incompleta. además de la cantidad de partículas

de sílice resistente.

El suelo en etapa intermedia refleja

La composición de la roca madre.

Aluvial Materiales transportados Generalmente con estratificación Rango de arcilla lacustre

y redepositados por la pronunciada. Los depósitos de río trpicos o marina muy fina a

acción del agua. consisten en material fino de origen grava muy gruesa,

Reciente sobreyaciendo en un estrato cantos rodados y boleos

de material grueso de la etapa joven en abanico aluvial o

de desarrollo del río. depósito de terraza.

Glacial Materiales transportados La estratificación varía mucho de acuerdo TiII y morrena tienen

y redepositados por hielo Con el depósito, de morrenas típicamente

glacial o agua de heterogéneas a Hill finamente estratificado granulometría amplia de

glaciares. limo (varvado) y arcilla en laQo Qlaciares. arcilla a boleos.

Loésico Suelo transportado por En el loes, la estratificación horizontal La granulometría es más uniforme

viento sin redepositación no se distingue o no existe excepto en estos suelos. El rango del loes

subsecuente si hay horizontes intemperizado. es de limo arcilloso a arena fina limosa.

Frecuentemente tienen estructuras Las arenas de las dunas generalmente

Secundarias de grietas verticales Tienen limo y arcilla de medianas

juntas y perforaciones de raíces. a finos.

Materiales transportables Materiales arenosos y arena limosos con Son de granulometría muy uniforme

Origen geológico secundario por el viento y estratificación cruzada depositados en y color pardo: tienen en algunos

redepositados Regiones desérticas, semidesérticas casos, espesores considerables

y en el litoral.

Suelos orgánicos Los depósitos de turba se forman en Las turbas finas son

formados en el lugar por Depresiones correspondientes a zonas de producto de la materia

crecimiento y asentamiento o de topografía irregular, orgánica en presencia

putrefacción de plantas deltas, antiguos cauces, esteras, planicies del aire. La turba fibrosa

De inundación fluvial y bordes de lagos. ha estado siempre

En ellos no se define estratificación. sumergida. Son

generalmente de color oscuro.

Cenizas y pómez Frecuentemente Son de tamaño de limo

depositadas por acción asociadas con flujos de con partículas volcánicas

volcánica. lava y Iodo o quizá más grandes. La

mezclados con intermperización y

sedimentos no redepositación producen

volcánicos arcilla altamente plástica.

Materiales precipitados o Incluye algunas variedades de Pueden formar suelos

evaporados de precipitado de calcio en aguas marinas o cementados o rocas

soluciones con alto evaporitas formadas en lagos de playa bajo sedimentarias blandas

contenido de sales. condiciones áridas. incluyendo yeso,

anhidrita o caliche.

RESISTENCIA DESCRIPTIVA DE LA ROCA (Duncan y Jennings)

Descripción Resistencia a comprensión Prueba de campo

Simple, en kg/cm2

Muy dura 1 ,400 o más Se dificulta romperla con el pico

en trozos de 10cm

Dura 560 -1400 Se rompe en trozos de 10cm con

Golpe de martillo

Blanda 170 - 560 Se puede raspar o dentellar

ligeramente con la punta de un

pico

Muy blanda 70 - 175 Se desmenuza con el pico, se

raspa fácilmente con una cuchilla.

2.2 CLASIFICACIONES Y TIPOS COMUNES DE SUELOS

2.1.1 CLASIFICACION DE LOS SUELOS

Es posible clasificar a los suelos en varios grupos y subgrupos de acuerdo al tamaño del grano; las principales divisiones de este sistema de clasificación son: grava, arena, limo y arcilla.

Debe anotarse que, muchas veces conociéndose la clasificación del suelo únicamente por el tamaño del grano, no es posible evaluar la acción ni las propiedades del mismo, por cuanto estas se encuentran sujetas a una serie de factores y condiciones adicionales a la distribución granulométrica.

Varios sistemas de clasificación han sido propuestos, y unos generalmente usado en la ingeniería civil, es el mostrado en la figura 2.2.a.

Obviamente muchos suelos tendrán partículas que caen dentro de dos o más subgrupos de los descritos anteriormente, de esta forma un suelo podría contener porcentajes de arena, limo y arcilla definidos en la figura2.3.a en términos como "arcilla arenosa" " limo arenoso", "limo arenoso", "arena limosa" y muchos otros que podrán ser empleados para describir dichos suelos.

Una forma de sistematizar el uso de estos nombres, es usando el triángulo de clasificación del Public Roads Administration, mostrado en la figura 2.2.b

2.2.2 TIPOS COMUNES DE SUELOS

1.SUELOS GRANULARES. Comprenden arenas y gravas. Son suelos de grano grueso, poseen una mínima cohesión; son fácilmente identificables por inspección visual y se caracterizan por su alta permeabilidad, por su relativa estabilidad frente a las cargas del tráfico y por su baja expansión y compresión al variar su contenido de humedad. Sin embargo son estables cuando se encuentran confinados.

2.SUELOS DE GRANO FINO. Comprenden limos y arcillas. Los limos son suelos de grano fino y de baja o mediana plasticidad, y con un tamaño intermedio entre arenas y arcillas. Son poco cohesivos, relativamente compresibles y expansibles, y poseen una estabilidad variable frente a las cargas de tráfico.

Las arcillas se caracterizan por su alto contenido de partículas finas, generalmente poseen una mediana plasticidad o alta. Son resistentes cuando están secos y cambian considerablemente de volumen con las variaciones del contenido de humedad.

3. SUELOS ORGANICOS. Comprenden turbas y limos orgánicos. El término orgánico demuestra que son suelos que contienen una apreciable cantidad de materia orgánica animal, o vegetal en varios estados de descomposición. Se debe tener mucho cuidado al usar este suelo para fundaciones, o como material de construcción, ya que generalmente la materia orgánica reduce la capacidad de carga de un suelo y aumenta la compresibilidad del mismo.

2.3 PROPIEDADES BASICAS DE LOS SUELOS

Para comprender la acción de un suelo, un ingeniero debe estar familiarizado con algunas propiedades básicas del mismo.

Los suelos se componen generalmente de tres fases; sólida, líquida y gaseosa. La parte sólida se compone de partículas orgánicas e inorgánicas y se puede determinar su porcentaje en peso, secando una muestra de suelo a 105º C por 24 horas. El agua que llena total o parcialmente los espacios vacíos o poros existentes entre las partículas sólidas es la fase líquida y se puede determinar su porcentaje en peso obteniendo la humedad media de una muestra. La fase gaseosa, generalmente aire, ocupa los espacios no llenados por el agua. Su participación en peso siempre se considera despreciable. En la figura 2.3.a se representa una muestra de suelo en su forma natural.

Las proporciones en volumen y peso de la fase sólida, líquida y gaseosa, influyen en las propiedades físicas de un suelo.

En la figura 2.3.b. se representa un esquema de una muestra de suelo separada en sus tres fases, y en ella se acotan los pesos y volúmenes cuyo uso es de interés.

A continuación se presentan algunas de las propiedades básicas de un suelo.

2.3.1 CONTENIDO DE HUMEDAD

En los suelos el agua es un elemento de gran importancia. El contenido de humedad se define como el peso de agua contenido dentro de una masa de suelo comparada con el peso seco del mismo, generalmente se expresa en porcentaje

w(%) = (W - Ws)/Ws *100

Siendo

W = peso de la muestra húmeda

Ws = peso de la muestra seca

2.3.2 GRAVEDAD ESPECIFICA

Es la relación entre el peso unitario de las partículas del suelo y el peso unitario del agua.

Gs = peso unitario / peso unitario del agua

2.3.3 PESO UNITARIO

Es el peso de la masa de suelo por unidad de volumen, se expresa en gr-cm3. El peso unitario puede ser seco o húmedo.

El seco se refiere una masa de suelo con contenido de humedad igual a cero. Húmedo se refiere a una masa de suelo con contenido de humedad diferente de cero. Los pesos unitarios y el contenido de humedad están relacionados con la siguiente expresión:

P.U.S. = P.U.H *100/(100+%w)

P.U. = peso / volumen

2.3.4 RELACION DE VACIOS

Se define como la relación entre volumen de vacíos contenidos en una masa de suelo, y el volumen de sólidos. Se representa por la siguiente expresión:

e = Vv/Vs

Relacionado con esto tenemos:

GRADO DE POROSIDAD. (n), definido como la relación entre el volumen de vacíos y el volumen total:

n(%) = Vv *100/V

GRADO DE SATURACION. Que es la relación entre el volumen de agua y el volumen de vacios:

S(%) = Vw * 100/Vv

2.3.5 PERMEABILIDAD

Es la propiedad de una masa de suelo por la cual permite que el agua fluya hacia abajo por acción de la gravedad o por aplicación de una fuerza. En mecánica de suelos la permeabilidad se presenta por el coeficiente de permeabilidad el cual depende de la relación de vacíos, del tamaño del grano y del tipo de estructura, además de la densidad y viscosidad del agua que fluye.

Los suelos de grano grueso como la grava y la arena tienen coeficientes de permeabilidad muy altos, de ahí que se los llame " suelos permeables". Las calizas y los suelos de grano fino tienen coeficientes de permeabilidad muy bajos, por eso se dice que son " suelos impermeables".

2.3.6 CAPILARIDAD

Es la propiedad por la cual el agua ingresa a la masa de suelo desde la superficie libre por acción de la tensión superficial, independientemente de la fuerza de gravedad. La altura que alcanza el agua que asciende por capilaridad dependen del tamaño de las partículas del mismo suelo. En arenas gruesas y gravas, los efectos de capilaridad son prácticamente imperceptibles, mientras que en limos y arcillas pueden alcanzar valores muy altos.

2.3.7 CONTRACCION - HINCHAMIENTO

Muchos suelos reducen considerablemente su volumen cuando se reduce la humedad. La mayor contracción se presenta en calizas y otros suelos de granos finos. Algunos de estos suelos reducen su volumen en un 50% o más cuando pasan de saturados a secos. Los mismos suelos pueden mostrar un hinchamiento muy grande si han sido secados y, posteriormente humedecidos. Las arenas y gravas, generalmente presentan en muy pequeño o ningún cambio de volumen con el cambio de contenido de humedad.

2.3.8 COMPRESIBILIDAD

Es la propiedad que tienen los suelos para consolidarse bajo la acción de una carga de compresión. En condiciones normales todos los suelos son compresibles. El grano de consolidación que alcanza una masa de suelo depende de varios factores, tales como: magnitud de la carga, relación de vacíos y su tipo de estructura. En un suelo saturado, evidentemente la consolidación es función de la permeabilidad del mismo.

La consolidación en un estrato de arena se produce muy rápidamente, durante el período de aplicación de la carga. En cambio, en las calizas y otros suelos de grano fino, la deformación es muy lenta y puede prolongarse por varios años. por esta razón, la consolidación en suelos de grano fino puede ser muy peligrosa.

2.3.9 ELASTICIDAD

Es la propiedad que tiene un suelo para recuperar su dimensión original, una vez que ha cesado la aplicación de la carga. No existen suelos perfectamente elásticos, pero algunos tienen un grado tal que pueden causar problemas si es que son usados como subrasante o como base de un pavimento.

2.3.10 RESISTENCIA AL CORTE

Las fallas que ocurren en un suelo por la acción de las cargas del tráfico, son principalmente fallas por corte. La resistencia al corte de una masa de suelo, se debe a la fricción interna y a la cohesión de las partículas.

La resistencia al corte se evalúa por medio de la siguiente expresión:

s = f * tg ( fi) + c

En donde s= esfuerzo cortante, actuante, final o de falla

f = esfuerzo normal actuante en el plano de falla

c = cohesión de suelo

fi = ángulo de fricción interna del suelo

En los suelos pocos cohesivos o no cohesivos la resistencia al corte depende mayormente de la fricción interna; a su vez, el valor del ángulo fi depende de algunos factores: densidad (relación de vacíos), de la forma del grano, de la textura de la superficie y de la granulometría del suelo. A diferencia de lo que ocurre en los suelos cohesivos, el contenido de humedad no influye en el ángulo de fricción interna.

En los suelos cohesivos, la resistencia al corte depende de la fricción interna y de la cohesión. La interpretación de los factores que influyen en la resistencia al corte de los suelos cohesivos, es uno de los problemas mas complejos de la ingeniería de suelos.

La resistencia al corte puede ser medida en el laboratorio por medio de 3 pruebas: compresión simple, corte directo, y compresión triaxial. Para estos ensayos la muestra de suelo debe ser inalterada.

Para evaluar la resistencia al corte de una subrasante se han desarrollado una serie de métodos semi-empíricos, tales como el California Bearing Ratio Test (C.B.R), los cuales están más o menos relacionados con el diseño mismo de pavimentos, tanto flexibles como rígidos.

2.4 CLASIFICACION DE SUELOS PARA PROPOSITOS DE VIAS

2.4.1 GENERALIDADES

El objetivo de encontrar un sistema de clasificación de suelos con propósito de vías, es el de predecir la bondad de la subrasante de un suelo dado, basándose en pruebas simples para suelos en condiciones críticas. Tomando como base estos resultados, y relacionándolos con las experiencias de campo los suelos pueden ser identificados dentro de un grupo de suelos que posea características y propiedades similares.

El principal sistema de clasificación, usado en los Estados Unidos y en nuestro país por los ingenieros de vías es el publicado por el Bureau of Public Roads (Departamento de caminos públicos) cuadro 2.4.1 editado en 1931. Las principales pruebas utilizadas por este y otros sistemas de clasificación son los análisis mecánicos (granulometría), y otras pruebas de laboratorio que permiten obtener las llamadas constantes de suelos.

Las pruebas mas importantes son las que determinan los límites de Atterberg. El índice de plasticidad también es significativo y se calcula con los datos obtenidos al determinar los límites líquido y plástico. Esta prueba ha sido desarrollada para describir las propiedades físicas de un suelo y se la realiza bajo procedimientos normados de laboratorio.

2.4.2 GRANULOMETRIA DE LOS SUELOS

Se denomina distribución granulométrica de un suelo a la subdivisión del mismo en diferentes fracciones seleccionadas por el tamaño de sus partículas componentes. Las partículas de cada fracción se caracterizan porque su tamaño se encuentra comprendido entre un valor máximo y un valor mínimo, de forma correlativa para las diferentes fracciones.

La separación en fracciones se hace por medio de mallas de aberturas sucesivamente menores. La numeración de los tamices indica la abertura para aquellos de espacios entre mallas iguales a mayores a 3/8 de pulgada. En la numeración de los tamices menores a estos, por ejemplo tamiz #4, el número indica cuantos aberturas existen por cada pulgada lineal. Para los suelos que contienen una pequeña cantidad de partículas finas que deben ser separados de las partículas gruesas y que no pueden ser separados por un proceso mecánico de tamizado, se hace un prelavado inicial del suelo para remover las partículas finas; el material que queda retenido en el tamiz #200 durante el proceso de lavado es luego secado y tamizado. Sin embargo, la parte de suelo que pasa el tamiz en mención es analizada por la prueba del hidrómetro, la cual está basada en la ley de Stokes y corresponden básicamente a partículas arcillosas o limos finos.

Fundamentalmente, esta ley proporciona una relación entre la velocidad de sedimentación de las partículas de suelo en un fluido de viscosidad conocida, y el tamaño de esa partícula, de tal forma que, aplicada a partículas de suelo real que se sedimenten en agua, será válida para partículas con tamaños comprendidos entre 0.0002 mm y 0.2 mm

2.4.3 LIMITES DE ATTERBERG

Definen los estados de subsistencia del suelo y el paso del estado semilíquido al sólido. Los 3 límites de Atterberg son: Límite líquido, límite plástico y límite de contracción.

LIMITE LIQUIDO. Se lo puede definir como el mínimo contenido de humedad para el cual el suelo fluye bajo la aplicación de una pequeña fuerza de corte. Se asume que, con este contenido de humedad, el suelo pasa de un estado plástico al estado semilíquido. El límite líquido se lo determina generalmente en el laboratorio, utilizando un aparato mecánico normalizado (Copa de Casagrande)

LIMITE PLASTICO. En términos generales puede se definido como el mínimo contenido de humedad bajo la cual el suelo pasa del estado plástico al estado semi-sólido. Existen suelos en los cuales no puede determinarse el límite plástico, por lo tanto se los denomina " suelos no plásticos"

LIMITE DE CONTRACCION. Se lo define como el límite en el cual el suelo pasa del estado semi-sólido al sólido. puede definirse también como la humedad mínima de saturación, es decir que, con humedades menores a esta los suelos perderán peso pero no disminuirán de volumen.

INDICE DE PLASTICIDAD. El índice de plasticidad de un suelo se lo define como la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico, es decir, indica el rango dentro del cual se puede variar el contenido de humedad dentro de una condición plástica. (IP = LL-LP).

Los suelos que tiene índice de plasticidad alto son altamente compresibles. Es evidente que el índice de plasticidad es una medida de la cohesión; índices de plasticidad es una medida de la cohesión; índices de plasticidad altos denotan un alto grado de cohesión; suelos que no tienen índice de plasticidad tales como las arenas de baja cohesión, son denominados suelos no plásticos (NP)

2.4.4 SISTEMA DE CLASIFIACION AASHO

El sistema de clasificación adoptado por la AASHO y usado en general por los ingenieros de vías, es una revisión del sistema propuesto por el BRP.

La principal diferencia entre este sistema de clasificación y el propuesto por el BRP, radica en que, este último se aplica solamente a suelos finos (menores que el tamiz 10), mientras que el sistema propuesto por la AASHO se aplica a mezclas de materiales finos y gruesos, así como también a materiales compuestos únicamente de materiales de granos finos. Como la muestra el cuadro 2.2, la clasificación de materiales comienza dividiendo al material en "materiales granulares" ( cuando el 35% o menos de la muestra pasa el tamiz 200), y materiales de sedimento ( cuando mas del 35% de la muestra pasa el tamiz 200)

Los materiales granulados están divididos en 3 grupos: A1,A2 y A3; los materiales de sedimento están divididos en 4 grupos principales: A4, A5, A6, A7.

Las principales características de cada uno de estos grupos son las siguientes:

GRUPO A-1. El material típico de este grupo es el que comprende mezclas bien graduadas de piedra, fragmentos de grava, arena gruesa, arena fina y un aglutinamiento de suelo no plástico o débilmente plástico. Este grupo se subdivide en 2 grupos: A-1-a y A-1-b.

SUBGRUPO A-1-a. Incluye aquellos materiales que contienen predominantemente fragmentos de piedra o grava, con o sin aglutinamiento y bien graduados.

SUBGRUPO A-1-b. Incluye materiales que contienen predominantemente arena gruesa con o sin aglutinante y bien graduadas.

GRUPO A-3. Material típico de este grupo constituyen las arenas de playas y desiertos, sin limo ni arcilla o con muy pequeña cantidad de limo no plástico. El grupo incluye también mezclas de arena fina pobremente graduada, y pequeñas cantidades de arena gruesa y grava.

GRUPO A-2. El grupo incluye una amplia variedad de materiales granulares, que no pueden ser clasificados como A-1 ó A-3 debido a su contenido de finos o su índice de plasticidad.

SUBGRUPOS A-2-4 y A-2-5. Estos subgrupos incluyen materiales como grava y arena gruesa con contenidos de limos o índices de plasticidad que exceden las limitaciones del grupo A-1, y arena s finas que contienen limos no plásticos y que exceden las limitaciones del grupo A-3.

SUBGRUPOS A-2-6 y A-2-7 Comprenden materiales similares a los descritos bajo los subgrupos A-2-4 y A-2-5, excepto que la porción fina contenga arcillas plásticas con características de los grupos A-6 y A-7

GRUPO A-4. El material típico de este grupo es un suelo limoso no plástico o ligeramente plástico, que, usualmente tiene 75% o más que pasa el tamiz 200. El índice de grupo varía entre 1 y 8, disminuyendo su valor al aumentar el porcentaje de material grueso.

GRUPO A-5. Los materiales de este grupo son similares a los del A-4, excepto que incluyen suelos de baja graduación que contienen materiales de mica y diamotea, generadores de propiedades elásticas y de muy escasa estabilidad. El índice de grupo varía entre 1 y 12, aumentando su valor cuando se combina los efectos de aumento de límite líquido y disminución del porcentaje de materia gruesa.

GRUPO A-6. Está compuesto predominantemente de materiales arcillosos con cantidades moderadas de material grueso. Se caracterizan por los altos cambios de volumen al variar de los estados húmedo al seco. El índice de grupo varía entre 1 y 16.

GRUPO A-7. Los materiales de este grupo son similares a los del A-6, con la diferencia de que estos tienen límites muy altos, característica del grupo A-5; además pueden ser elásticos y estar sujetos a cambios volumétricos considerables. El índice de grupo varía entre 1 y 20, obteniéndose mayores valores al disminuir el porcentaje de material grueso y aumentar el límite líquido y el índice de plasticidad.

SUBGRUPO A-7-5. Incluye aquellos materiales con moderados índices de plasticidad, en relación con el límite líquido; y que están sujetos a considerables cambios de volumen.

SUBGRUPO A-7-6. Dentro de este subgrupo están los materiales con altos índices de plasticidad en relación con el límite líquido; y además están sujetos a cambios de volumen extremadamente altos.

GRUPO A-8. Este grupo no consta en la tabla, pero se lo ha usado para describir depósitos de turba, basura, etc, que se encuentran generalmente en áreas pantanosas (inestables). Se caracterizan por tener baja densidad, alto contenido de humedad, contenido orgánico, etc. Todo lo cual hace de este, un suelo muy inestable que, definitivamente no sirve como material de subrasante.

INDICE DE GRUPO.

El índice de grupo es un valor que se obtiene mediante una fórmula empírica, y se utiliza para diferenciar de los suelos de un mismo grupo.

La fórmula para calcular el índice de grupo es la siguiente:

IG = 0.2a + 0.005 ac +0.01 bd

Donde:

a = % pasa tamiz 200 - 35 ; pero siendo 0<= a <=40

por lo tanto, es la porción del porcentaje que pasa el tamiz 200, mayor que 35%, pero

menor que 75%, expresado como número entero positivo entre 0 y 40

b = % pasa tamiz 100 -15, pero siendo 0<=b<=40

por lo tanto, es la porción del porcentaje que pasa el tamiz 100, mayor que 15%, pero

menor que 55%, expresado como número entero positivo entre 0 y 20

c = Límite líquido - 40 ; pero siendo 0<= c<= 20

Es decir, es la porción del valor numérico del límite líquido, mayor que 40, que no excede

a 60, expresado como número entero positivo entre 0 y 20.

d = Indice plástico - 10; pero siendo 0<= d<= 20

Es decir, es la porción del valor numérico del índice plástico, mayor que 10, que no

exceda de 30, expresado como número entero positivo entre 0 y 30

Para todos los casos a, b,c,d, tomarán los valores de acuerdo con las siguientes consideraciones:

- Cuando los valores sean menores que el límite inferior, se tomará como valor cero (0)

- Cuando los valores sean mayores que el límite superior, se tomará el mismo valor que el límite superior

2.4.5 SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE SUELOS (S.U.C.S)

Este sistema de clasificación, se basa en: Tamaño de las partículas, forma de la curva granulométrica y características de los suelos finos (plasticidad, compresibilidad).

En este sistema se consideran los siguientes grupos, en base al tamaño del grano:

Las partículas mayores a 3 pulgadas se excluyen de la clasificación; de 3 a 12 pulgadas se llaman guijarros y mayores que 12 pulgadas, bolones.

Grava(G), de 3" hasta n.4 (0.635cm)

Grava gruesa, de 3" hasta 3/4"

GRANOS GRUESOS Grava fina, de 3/4 hasta n.4

TAMAÑO MAYOR A Arena gruesa, de n.4 hasta n.10

MALLA n.200 Arena media, de n.10 a n.40

Arena fina, de n.40 a n.200

GRANOS FINOS Limo(M) y arcilla (C). este sistema no hace diferencia TAMAÑO MENOR A de tamaño entre las dos, sino que lo identifica por el MALLA n.200 comportamiento al contacto con el agua

MATERIAL Se distingue por la composición de sus particulas, más

ORGANICO que por el tamaño de los granos

Basándose en la granulometría del suelo, se consideran dos tipos de suelo: bien graduado(W), y pobremente graduado (P). Se obtienen los coeficientes de uniformidad (Cu), para analizar la curva granulométrica.

Cu = D60/D10

Cc = (D30)^2 / (D60 * D10)

El valor numérico de Cu decrece cuando la uniformidad decrece. Se necesita valores mayores que 3 para que sean aceptables para vías.

Cuando los valores de Cc (Coeficiente de graduación) están comprendidos entre 1 y 3, el suelo esta bien graduado.

El término D10 significa el tamaño de la partícula, correspondiente a un porcentaje retenido acumulado del 10% dentro de la distribución granulométrica.

Los términos D30 y D60 tienen significados similares

Con estas consideraciones, a mas de las características de plasticidad, los suelos pueden ser clasificados dentro de 15 grupos principales establecidos en esta clasificación.

El sistema S.U.C.S alcanza mayor valor por la información contenida en el cuadro 2.4.6, donde están tabuladas las características ingenieriles para vías y aeropuertos de los diferentes grupos.

2.4.6 RELACIONES ENTRE LOS SISTEMAS AASHO Y S.U.C.S

Una relación aproximada entre los dos sistemas de clasificación de suelos, se muestra en el cuadro siguiente.2.4.7.

CUADRO 2.4.7

EQUIVALENCIAS APROXIMADAS ENTRE LOS GRUPOS

AASHO Y S.U.C.S

AASHO S.UC.S

A-1-a GW,GP,GM

A-1-b SW,SM

A-2-4 GM,SM

A-2-5 GM,SM

A-2-6 GM,SM

A-2-7 GC,SC

A-3 SP

A-4 ML,LO

A-5 MH

A-6 CL

A-7-5 CL,LO

A-7-6 CH,OH

Estas relaciones son aproximadas, pero no suficientes para propósitos de comparación.

Las siglas utilizadas por la S.U.C.S tienen el siguiente significado:

SUELOS GRUESOS. Un suelo se considera grueso cuando más del 50% del peso del material no pasa la malla 200 (0.074mm)

El símbolo de cada grupo está formado por 2 letras mayúsculas, que son las iniciales de los nombres ingleses de los suelos típicos pertenecientes a ese grupo:

a) Gravas y suelos en los que predominan estas. Símbolo genérico G (gravel)

b) Arenas y suelos arenosos. Símbolo S (sand)

Las gravas y las arenas se separan con la malla n.4, de manera que un suelo pertenece al grupo genérico G, si más del 50% de su fracción gruesa (retenida en la malla 200) no pasa la malla n.4, y es del grupo genérico S, en caso contrario.

Las gravas y arenas se subdividen en 4 tipos:

1. Material prácticamente limpio de finos, bien graduado, símbolo W (Well graded). En combinación con los símbolos genéricos se obtienen los grupos GW (Grava bien graduada), y SW (Arena bien graduada)

2. Material prácticamente limpio de finos, mal graduado, símbolo P (Poorly graded). En combinación con los símbolos genéricos, da lugar a los grupos GP y SP ( Grava ya arena mal graduadas)

3. Material con cantidad apreciables de finos no plásticos. Símbolo M (Del suelo MO y M JALA). En combinación con los símbolos genéricos da lugar a los grupos GM y SM.

4. Material con cantidad apreciable de finos plásticos. Símbolo C (Clay). En combinación con los símbolos genéricos, da lugar a los grupos GC y SC.

SUELOS FINOS. Comprenden las siguientes clases de suelos:

a) Limos inorgánicos, su símbolo genérico M ( de MO y MJALA)

b) Arcillas inorgánicas, de símbolo genérico C (Clay)

c) Limos y arcillas orgánicas, de símbolo genérico O (organic)

Cada uno de estos tres tipos de suelos se subdividen, según su límite líquido, en dos grupos:

- Si el límite líquido es menor que 50%, es decir, si son suelos de baja compresibilidad o media, se añade al símbolo genérico de letra L (low compresibility), teniéndose así los grupos ML, CL y OL

- Los suelos finos con límite líquido mayor que50%, o sea de alta compresibilidad, llevan tras el símbolo genérico la letra H (High compresibility), teniéndose entonces los grupos MH, CH, OH.

Los suelos altamente orgánicos, usualmente fibrosos, tales como turbas y suelos pantanosos, extremadamente compresibles, forman un grupo independiente de símbolo Pt (del inglés Peat = turba)

2.4.7 CLASIFICACION DE LOS SUELOS DE ACUERDO AL TAMAÑO DE LA PARTICULA

2.4.7.1 SISTEMA DE CLASIFICACION ASTM

Bajo la norma americana ASTM (American Standards for Testing and Materials) los suelos se clasifican en:

Arcillas: partículas menores a 0.005 mm

Limos: partículas mayores a 0.005 mm y menores a 0.05 mm

Arena fina: partículas mayores a 0.05 mm y menores a 0.25 mm

Arena gruesa: partículas mayores a 0.25 y menores de 2 mm

Gravas: partículas mayores a 2 mm

2.4.7.2 SISTEMA DE CLASIFICACION DIN

La norma alemana DIN clasifica a los suelos de la manera siguiente:

Arcilla: menor a 0.002 mm

Limo fino: entre 0.002 y 0.006 mm

Limo medio: entre 0.006 y 0.02 mm

Limo grueso: entre 0.02 y 0.06 mm

Arena fina: entre 0.06 y 0.2 mm

Arena media: entre 0.2 y 0.6 mm

Arena gruesa: entre 0.6 y 2 mm

Grava fina: entre 2 y 6 mm

Grava media: entre 6 y 20 mm

Grava gruesa: entre 20 y 60 mm

Piedra: mayor a 60 mm

2.4.7.3 SISTEMA DE CLASIFICACION MIT

La norma MIT (Massachussets Institute of Technology) clasifica a los suelos de acuerdo al tamaño del grano en:

Arcilla: menor a 0.002 mm

Limo fino: 0.002 a 0.006 mm

Limo medio: 0.006 a 0.02 mm

Limo grueso: 0.02 a 0.06 mm

Arena fina: 0.06 a 0.2 mm

Arena media: 0.2 a 0.6mm

Arena gruesa: 0.6 a 2 mm

Grava: mayor a 2 mm

2.5 EL SUELO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION

2.5.1 ANALISIS DE CALIDAD

Tanto la definición como la calidad de un suelo para su aplicación en un determinado objetivo, variará de acuerdo al profesional que lo analize; así pues, este concepto tendrá una diferente acepción para un agrónomo, un geólogo, un minero, un ingeniero civil, etc.

Pero, hablando en el plano de la ingeniería civil, la calidad del suelo tienen una importancia trascendente, porque de él dependerá que una estructura o una vía sean de buena calidad y a la vez económicas.

Entre los diferentes elementos que se utiliza para la construcción, están las gravas y arenas como elementos indispensables para obras estructurales de concreto. Las gravas, arenas y arenas limosas participan también como elementos en la construcción de caminos.

En lo que se refiere a vías, un suelo debe ser analizado de acuerdo con los siguientes parámetros:

GRANULOMETRIA.

Los suelos utilizados deberán cumplir cierta graduación especificada en normas, ya que de esta manera se evitará la formación de vacíos, los mismos que, con el transcurso del tiempo producirán asentamientos o hundimientos perjudiciales para la obra.

LIMITES

Es evidente que para que un suelo sea clasificado (clasificación que se basará en las propiedades mecánicas del suelo), deberá cumplir con otros requisitos, además del granulométrico, y estos son los que tienen que ver con los parámetros de plasticidad del suelo, que podemos conocer en base a los límites de Atterberg

Esto permite conocer las propiedades mecánicas e hidráulicas de los suelos, constituídos por particulas menores que la malla n.200, las mismas que pueden deducirse cualitativamente a partir de sus características de plasticidad. En cuanto a suelos formados por partículas que retienen la malla n.200, el criterio es todavía granulométrico.

DUREZA

Se define como dureza, a la resistencia que presentan los cuerpos a dejarse penetrar o rayar por otros, en virtud de la capacidad para resistir el desgaste por abrasión. Esto es muy importante para la selección de los materiales para la construcción, ya que se deberán cumplir con normas especificadas.

La dureza del material utilizado, influirá directamente en la durabilidad de la obra, ya que un material más o menos duro, podrá resistir en mayor o menor cuantía a la compresión a la que someterá, a la abrasión, a agentes atmosféricos, etc.

ACCESIBILIDAD

El fácil y cercano acceso a la materia prima, influirá notablemente en el costo de tal o cual obra. Una cantera de buena calidad y cercana a la obra, abaratará el costo de la misma, en caso contrario, los costos de transporte del material se verán reflejados en el costo de la obra.

2.5.2 FACILIDAD DE EXPLOTACION

Igual que en el caso de la accesibilidad, la facilidad de explotación de la materia prima, influirá notablemente en el costo de la obra.

La facilidad que preste una cantera para ser explotada dependerá de sus condiciones geológicas, pudiéndose explotar a cielo abierto si así lo permite, donde el costo de explotación es bajo, también la explotación puede ser subterránea, pero esta resulta un tanto cara.

El costo de explotación se verá afectado por la profundidad a la que se encuentre la materia prima, y de la calidad de la misma.

2.5.3 VOLUMEN

Previamente a la explotación de una cantera, hay que realizar sondeos, pozos de exploración, análisis de calidad, etc; para ver si la cantidad de materia prima que va a proveer la cantera es suficiente para la realización de una determinada obra.

Esto es necesario, ya que de esto dependerá la rentabilidad de la cantera y como se ha dicho anteriormente, influirá en el costo de la obra.

2.6 TIPOS DE SUELOS EN EL ECUADOR

2.6.1 GENERALIDADES

Los suelos en el Ecuador varían mucho de región a región, tanto en su composición como en sus propiedades físicas, presentándose una gran variedad de clases de suelos que se pueden zonificar de la siguiente manera:

SIERRA NORTE. Con la existencia de cordilleras de formación reciente y la actividad volcánica, hay una gran cantidad de piedra y suelos formado por cenizas volcánicas (cangahuas). Las elevaciones son altas.

SIERRA SUR. Está formada por cordilleras menos recientes, ricas en metales, con mucha transferencia de materiales meteorizados. Aproximadamente abarca desde Azuay hasta Loja. Las alturas son menores que en la sierra norte.

COSTA NORTE. Predominan las arcillas, habiendo suelos lateríticos, de comportamiento muy inestable que varía con los cambios de humedad y temperatura

COSTA CENTRO. Incluyendo Manabí y Guayas, existen arcillas expansivas. Al igual que en la costa norte, la obtención de materiales granulares es muy difícil.

COSTA SUR. Existe material sedimentario, debido a que allá concurren ríos de la sierra y depositan sedimentos que dan una gran fertilidad agrícola a los suelos.

ORIENTE NORTE. Al igual que en la costa norte, hay suelos lateríticos. Además existen arcillas y limos y arcillas arenosas con presencia de asfalto natural.

ORIENTE SUR. Predominan los limos de alta plasticidad

2.6.2 SUELOS EN LA SIERRA

CARCHI. Tiene una capa de suelo vegetal de gran espesor. Hay un recubrimiento de cangahuas en la joya y en las estribaciones a la costa y al oriente. Los espesores varían entre 10 y 70 metros . Existen limos arenosos de baja plasticidad; resistentes a la erosión por ser sobreconsolidados. Soportan taludes de hasta 15m de altura. En la superficie hay depósitos de origen volcánico.

IMBABURA. En la parte norte de la provincia hay una capa vegetal de gran espesor. En otros sectores, en la superficie existen depósitos volcánicos como piedra pómez, depósitos piroclásticos; arenas, gravas y cantos. Existe un recubrimiento de cangahuas en el valle y estribaciones, con espesores de hasta 60m.

PICHINCHA. Existen cangahuas en la hoya y en las faldas de las estribaciones a la costa y al oriente. Su espesor varía entre 5 y 50 m. Se encuentra limos arenosos de muy baja compresibilidad, muy compactos y sobre consolidados, por lo que resisten a la erosión. En la superficie existen depósitos volcánicos como pómez granular, cenizas volcánicas y tobas. Existen en las zonas de descenso a la costa y al oriente suelos residuales arcillosos. Hay también depósitos pirocásticos como gravas, cantos y arena.

COTOPAXI Y TUNGURAHUA. En zonas de descenso a la costa y al oriente existen poco los suelos residuales arcillosos. Gran cantidad de limos arenosos de baja compresibilidad y sobreconsolidados que soportan taludes de hasta 20m. En la superficie, especialmente en Cotopaxi hay una gran cantidad de depósitos de origen volcánico, especialmente cenizas y pómez granular.

CHIMBORAZO. Existen capas de suelo vegetal de gran espesor. Hay recubrimientos de cangahua de diferente espesor y en la superficie existen depósitos de origen volcánico y depósitos piroclásticos. Existen pocos suelos residuales arcillosos.

BOLIVAR. Hay un recubrimiento de cangahuas, tanto en las estribaciones como en la hoya. En las zonas bajas existen gran cantidad de suelos residuales arcillosos.

CAÑAR. Suelos provenientes de depósitos de grandes glaciares. Hay una matriz limo - arenosa que contiene gravas y boleos. Cobertura de suelos limosos negros vegetales de mediana plasticidad y muy poco arcillosos.

AZUAY Y LOJA. En los valles existen sedimentos finos y mientras tanto en las cumbres hay zonas muy erosionadas. Existen arenas, limos y arcillas orgánicas. La cobertura es de formaciones volcánicas recientes, alteradas a limos arcillosos. Existen también suelos arcillosos limosos.

2.6.3 SUELOS EN LA COSTA

ESMERALDAS. En el norte, en la zona baja (playa, costa), existen depósitos aluviales como arcillas, limos y arenas. En la zona central hay suelos residuales y lateríticos de la formación cachaví. Depósitos aluviales de cantos, gravas y arenas. Existen arcillas altamente plásticas, rojizas de espesores entre 10 y 40 m. En la zona alta hay suelos residuales de formaciones volcánicas, suelos muy plásticos. En el sur de la provincia existe un predominio de arcillas y limos CH, CL y ML.

Dado que estos suelos no son adecuados, en la mayoría de casos para soportar las capas de pavimento de una carretera, se tiene que realizar un mejoramiento de estos a base de mezclas, geotextiles y sal. Se deben construir muchos drenajes.

MANABI. Predominio de arcillas expansivas originadas en la alteración de la formación tosagua. Esta formación tiene básicamente lutitas verdes con yeso en folificación, existen también suelos areno-arcillosos (SC) y limo-arcillosos (ML). La alteración del grupo ancón da como resultado la formación de areniscas y limolitos.

Existen suelos residualesde formaciones volcánicas y sedimentarias, arcillas medianamente plásticas (CL - CH), en los valles y cuencas existen amplios depósitos aluviales finos como limos, arenas y arcillas sin material grueso.

Los suelos, debido a las arcillas expansivas son estabilizados con cal, haciendo una mezcla con la subrasante, para reducir la humedad se utiliza sal soluble, especialmente en caminos vecinales.

LOS RIOS. Suelos residuales (CH). Existen arenas, arcillas y limos, muchas de las cuales presentan procesos de alteración. Hay suelos arcillosos, en estribaciones de cordilleras existen suelos residuales.

GUAYAS. Existen sedimentos aluviales y coluviales. Hay arcillas expansivas provenientes de la formación cachaví. Existen zonas con sedimentos limo-arenosos provenientes de la formación tablazo y grupo ancón. hay arcillas residuales que provienen de la alteración de formaciones volcánicas y sedimentarias.

En estribaciones de la cordillera hay suelos arcillosos, rojizos, plásticos y sobresaturados. Materiales tales como el limo, la arcilla y la arena presentan procesos de alteración.

EL ORO. En la zona baja, suelos limosos, arcillosos, muy plásticos que provienen de la alteración de granodioritas, andesitas y basaltos. Existen también arcillas y limos plásticos con contenidos de arenas. También existen procesos de alteración en limos, arenas y arcillas.

2.6.4 SUELOS EN EL ORIENTE

Todas las provincias del oriente tienen la misma composición en el suelo. Básicamente son arcillas y limos de alteración de formaciones marinas levantadas. Actualmente son suelos residuales lateríticos. Esto significa que son muy plásticos y sobresaturados. En los ríos existe material granular grueso. Existen muy pocos suelos expansivos. El mejoramiento de suelos en el oriente se los hace a base de geotextiles, sal o cal. Se deben hacer muchos drenajes y cuneta.

NAPO Y SUCUMBIOS. Existen suelos lateríticos, arcillas y limos plásticos.

MORONA SANTIAGO. Se distinguen dos clasificaciones:

-Suelos arcillosos y minerales meteorizados ubicados principalmente en las Llanuras de Palora.

-Suelos conformados básicamente por arcillas y limos con retenciones de agua muy elevadas y adicionalmente ciertos depósitos recientes de sedimentos depositados por las aguas de los ríos. Se encuentran principalmente en las laderas montañosas de poca pendiente.

PASTAZA. Comprenden 5 zonas fundamentales:

- La cordillera con suelos rocosos y arenosos en las partes altas.

- Pie de monte, en las zonas bajas de la cordillera, donde hay suelos de ceniza andesíticas eólicas

- Corredor longitudinal Arajuao-Canelos, con suelos arcillosos de mediana profundidad

- Cuenca amazónica, la cual comprende dos subzonas: la zona colmada (suelos arcillosos en forma muy compacta); y la pantanosa, constituida por GLEIS pantanosos, suelos limos arcillosos y suelos arcillosos que descansan sobre bancos de arena.

ZAMORA CHINCHIPE. Existen suelos aluviales recientes y antiguos. Los primeros pueden clasificarse en altos, medianos y bajos, de acuerdo a su ubicación con respecto al nivel freático, los suelos aluviales recientes, por lo general tienen buen drenaje; en cambio las características de los suelos aluviales antiguos están en relación con la granulometría. En esta provincia comienza a presentarse la tendencia a suelos arenosos.

2.6.5 REGION INSULAR

PROVINCIA DE GALAPAGOS. Rocas volcánicas y suelos aluviales 10000 años.

- Capa vegetal espesores menores a 1.0 m pero con mucho humus (alta materia orgánica) y cenizas volcánicas.

- Suelos subsuperficiales, arenas tobas y cenizas, medianamente compactas y sueltas. Rocas basálticas muy abrasivas PAHOE-MOE.

VIAS. durabilidad, resistencia, triturado de materiales adecuado para bases y subbases, roca rojiza como lastre.

TALUDES

2.7 SUBRASANTE

2.7.1 DEFINICION

Se denominará subrasante, a la superficie de los terraplenes, en corte o relleno, de suelo natural o mejorado, sobre la cual se construirá un pavimento.

La subrasante debe estar de acuerdo con las gradientes, tanto longitudinales como transversales, especificadas en el diseño geométrico de la vía. El nivel especificado de la subrasante se logra con el movimiento de tierras. Una vez que se llegue al nivel de la subrasante, si ésta no tiene la firmeza requerida, se deberá estabilizar mediante procesos especiales que se detallarán posteriormente.

2.7.2 MOVIMIENTO DE TIERRAS

En términos generales, el movimiento de tierras consiste en todos los trabajos que se realizan sobre el suelo en estado natural, y que preceden a la construcción de la estructura misma del pavimento.

Básicamente consta de las siguientes etapas:

- Limpieza y desbroce

- Excavación para la plataforma del camino

- Excavación ordinaria

- Excavación a media ladera

- Rellenos compensados

- Limpieza de derrumbes

- Terraplenes con préstamo lateral

- Construcción sobre pantanos

- Excavación en roca a cielo abierto

- Excavación en túneles

- Rellenos y terraplenes

- Terminación (conformación y compactación)

El movimiento de tierras debe ser enfocado desde diferentes puntos de vista, en base a los cuales se decidirán los sistemas de trabajo, los tipos de maquinaria y los costos, lo que nos permitirá efectuar el trabajo en condiciones correctas y satisfactorias. Los puntos que deben considerarse para efectuar el movimiento de tierras son los siguientes:

1. Cálculos volumétricos

2. Distancias de acarreo

3. Conocimiento de los materiales

4. Topografía del sitio de la mina

5. Utilización que se de al material

El conocimiento de estos factores facilitará la planificación y programación de la obra, así como también permitirá escoger el equipo y maquinaria adecuados para las diferentes posibilidades de trabajo.

2.7.2.1 DISTANCIAS OPTIMAS DE ACARREO PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS

Tractor con topadora: 0 – 100 m (Distancia de eficiencia máxima: 25m)

Trailla Convencional: 100 – 300 m

Trailla Autocargable: 300 – 1200 m

Tractor con topadora + Cargadora + Volqueta: > 1200 m

2.7.3 CONSTRUCCION DE LA SUBRASANTE

2.7.3.1 Limpieza y desbroce

Consiste en la eliminación de toda capa vegetal existente sobre la plataforma del camino, incluyendo raíces, en el área del proyecto.

MAQUINARIA

Variará de acuerdo con el tipo de vegetación y suelo. A continuación se enumera la maquinaria básica:

1. Tractor de carriles con tapadora

2. Rastrillo (en el mismo tractor)

3. Taladoras

2.7.3.2 Excavación

Comprende la remoción necesaria del material para formar la obra básica del camino. Este trabajo incluye:

1. Remoción

2. Cargado

3. transporte

4 Disposición

5. Terminación (conformación y compactación)

A continuación se describen los diferentes tipos de excavación y relleno más usados.

2.7.3.3 Excavación ordinaria

Aquella que se realiza en terrenos donde existe roca pequeña o deleznable, que puede ser movida sin necesidad de explosivos.

MAQUINARIA

1. Tractor

2. Cargadora

3. Volquetas

2.7.3.4 Excavación a media ladera

En este tipo de excavación no se requiere desalojo, simplemente se empuja el material de corte para rellenar el talud (fig 2.7.3.4)

MAQUINARIA

Tractor

2.7.3.5 Rellenos compensados

El material extraído en este tipo de excavación, proveniente de los cortes, es utilizado en rellenos a corta distancia (fig 2.7.3.5)

MAQUINARIA

1. Tractor con topadora y riper

2. Mototrailla autocargada autopropulsada

3. Rodillo compactador (tanquero de agua para rellenos)

2.7.3.6 Limpieza de derrumbes

Generalmente quedan residuos de excavación o derrumbes que deben ser limpiados en este tipo de movimiento de tierras, el material es depositado a los lados de la carretera.

2.7.3.7 Terraplenes con préstamo lateral

Para este tipo de trabajos se realiza un escalón en la ladera, empujando el material lateralmente con un buldozer. (fig.2.7.3.7)

MAQUINARIA

1. Tractor

2. Rodillo compactador (tanquero de agua para rellenos)

2.7.3.8 Construcción sobre pantanos

Para este tipo de trabajos, existen varios métodos:

A) El método mas antigüo, cuando el material lo permite, es el de colocar material, generalmente pétreo, sobre el pantano y continuamente rellenarlo hasta obtener una sedimentación progresiva y un afirmado aceptable.

B) La excavación del material húmedo, que se la realiza cuando el pantano no sobrepase los 5m de profundidad

C) Cuando el pantano es muy profundo, o es imposible la excavación, se debe desplazar el material pantanoso mediante drenajes o explosivos, esto se efectúa luego de haber realizado rellenos previos, para lograr una consistencia relativa que permita desplazamientos.

D) Lo más usado, actualmente cuando se presentan problemas de pantanos, son métodos combinados de los anteriores, donde se hacen excavaciones parciales, bombeos y se usan explosivos.

E) Cuando se van a construir pavimentos rígidos se puede utilizar pilotes

MAQUINARIA

1. Palas mecánicas o grúas

2. Bombas

2.7.3.9 Excavación en roca a cielo abierto

La excavación en roca comprende la extracción de la roca en la zona de la subrasante, cantos rodados en un volumen de medio metro cúbico o más, y la excavación de todo material rocoso en lechos, estratificaciones o conglomerados que estuvieran tan firmemente cementados, que presenten características de roca sólida, y que a juicio del ingeniero, podría normalmente excavarse por los procedimientos de perforado o por explosivos, o a su vez con el uso de desgarradores.

MAQUINARIA

1. Tractor

2. Compresor

3. Track Drill con sus accesorios

2.7.3.10 Excavación en túneles

En general, se supone que hay que considerar como normas, las mismas para la excavación a cielo abierto: este tipo de trabajo incluye: excavación, entibamiento y revestimiento.

MAQUINARIA

1. Jumbo, compresores y accesorios

2. Generadores

3. Ventiladores

4. Cargadoras

5. Volquetas

6. Tubería y conexiones

7. Bombas

2.7.3.11 Rellenos y Terraplenes

Previamente a la construcción de rellenos y/o terraplenes, se hace la limpieza, desbroce y excavaciones necesarias. Cuando estos rellenos o terraplenes son de espesor menor a 2 metros, se deben remover y desechar todos los troncos y raíces y vegetación en general. Para zonas con terraplenes de altura mayores a 2 metros, se hará la tala de los árboles, la misma que no debe sobrepasar los 20 centímetros y la maleza se eliminan por completo, y el césped se deberá cortar al ras.

Para casos en los que se tenga que eliminar la capa vegetal, material inadecuado, se emparejará y se compactará la superficie una vez terminada la eliminación de tales materiales.

Luego se procede a la colocación de materiales aprobados, provenientes de los cortes, y de ser requerido, de las zonas de préstamo. Se formarán capas debidamente emparejadas, hidratadas u oreadas, y compactadas de acuerdo a las normas y requerimientos. Todo esto se realizará en forma escalonada, a manera de terrazas que tendrán una superficie terminada horizontal y compactada.

MAQUINARIA

1. Tractor escarificador

2. Mototrailla autopropulsada, autocargable

3. Compactador pata de cabra

4. Compactador de neumáticos

5. Camión cisterna

6. Motoniveladora

2.7.3.2 Terminación y compactación

Una vez hecha la excavación, de acuerdo con las normas del M.O.P llegamos a las características de la subrasante. Si tenemos una sección en corte, se debe escarificar por lo menos 15 cm del terraplén, con el objeto de proporcionar a la subrasante la humedad óptima, ya sea por secado o por adición de agua para lograr la densidad máxima de la compactación. Escarificado el suelo, se lo mezcla quitando las piedras con un diámetro mayor a 2/3 del espesor de la capa compactada, de tal manera de lograr una distribución uniforme de la humedad. en lugares en los que tenga la presencia de zonas blandas, deberá excavarse hasta llegar a un suelo estable, para luego compactar en capas no mayores que 20cm de espesor.

En los sitios donde se hace necesaria la presencia de rellenos, deberán tomarse precauciones especiales, a fin de evitar deformaciones o hundimientos posteriores. Una vez preparado el terreno de cimentación, se debe construir el relleno con capas paralelas a la superficie del mismo, o con capas horizontales de espesores menores a 20cm.

La compactación deberá hacerse con el tipo más adecuado de rodillo, de acuerdo con el tipo de suelo. La densidad del cuerpo del relleno será probada en sitio, y deberá cumplir con los grados de compactación especificados por el M.O.P

Cualquiera que sea el tipo de compactación a utilizarse y el grado de cohesión del suelo, la eficacia del procedimiento depende en gran parte del contenido de humedad del suelo. Esto es verdad, especialmente para los suelos finos, uniformes y casi no plásticos; pues, a menos que el contenido de humedad sea exactamente igual que la óptima, estos suelos no pueden comportarse de buena manera.

El contenido óptimo de humedad, según el ensayo "Proctor" normalizado, es el valor de la humedad que produce la máxima densidad seca en el material, en este caso, el suelo de relleno.

Si el contenido de humedad del suelo en el terreno es mayor que el óptimo, debe dejarse secar antes de someterlo a compactación; si es menor, se lo agrega agua en el préstamo o se riega. Comúnmente en factible mantener el contenido de humedad dentro de una aproximación de mas o menos el 2 o 3% con respecto a la humedad óptima, si se tiene un cuidado razonable. Esta aproximación es, en general suficiente; mas para suelos uniformes no plásticos y apenas cohesivos, puede resultar necesario mantener una aproximación mayor con respecto a la humedad óptima.

MAQUINARIA

1. Motoniveladoras o mototraillas

2. Cargadora

3. Volquetas

4. Rodillos (lisos, pata de cabra, vibratorios, etc)

5. Escarificadores o ripers

6. Tanqueros

2.7.4 MAQUINARIAS.

2.7.4.1 Generalidades.

En la actualidad las necesidades de la humanidad van apareciendo con mayor intensidad; en el campo de la construcción no puede ser de otra forma. La urgencia de transporte, descongestionar el trafico, llegar a los medios productivos, necesidad de vivienda, proyectos para abastecimientos de servicios básicos, etc, son importantes de llevar a cabo con la simple utilización de la mano de obra.

Se han desarrollado modelos cada vez mas potentes y veloces destinados a desarrollar diferentes trabajos en el menor tiempo posible.

2.7.4.2 Comportamiento de las máquinas pesadas.

Una maquina esta diseñada para realizar un trabajo en un determinado tiempo, esto se logra con el uso de un determinado motor que desarrolla la potencia deseada. De gran importancia es además el sistema transmisor de la potencia del motor hacia los miembros que realizan el trabajo.

Hablamos entonces de dos tipos de potencia, la potencia disponible que es la nominal dada por las especificaciones de la maquinaria y la potencia utilizable que es la que finalmente, y luego de analizar las condiciones de trabajo se transmite y se ejecuta por la maquina.

2.7.4.3 Condiciones de trabajo.

La potencia de la maquina se reduce por:

Altitud es muy importante ya que un motor necesita aspirar el aire para permitir la combustión en su interior, sino existe suficiente presión de aire como sucede a grandes alturas, perderá eficiencia la maquina en su motor utilizara menos aire del que dispone en el llano.

Para contrarrestar este efecto se han diseñado además de los motores de aspiración natural, los motores con turbo alimentadores que aspira el aire desde el exterior y recupera lo adecuado para su adecuado funcionamiento.

Estudios realizados permitir establecer que una maquina tiene una perdida de potencia del 1% por cada 100m de altitud a partir de los 1000 metros para maquinas de aspiración natural. Para los turboalimentados la misma perdida se registra a partir de la altura máxima de plena potencia.

Agarro este es un condicionamiento de trabajo que tiene que ver con la calidad y tipo de suelo sobre el cual se trabaja así como el peso de la maquina. Básicamente es una capacidad para movilizarse sobre una superficie de suelo se han determinado algunos coeficientes de agarro para determinar la perdida de potencia.

Tipo de suelo Neumático Carriles.

Hormigón hidráulico y bituminoso. 0.90 0.45

Arcilla seca 0.55 0.90

Arcilla mojada 0.45 0.70

Arena seca 0.20 0.30

Arena mojada 0.40 0.50

Canteras 0.65 0.55

Grava suelta 0.36 0.50

Tierra firme 0.55 0.90

Tierra suelta 0.45 0.60

El peso entregado por la maquina hacia sus elementos propulsores ya sean orugas o ruedas, es un factor fundamental que vemos a continuación:

Tractor de cuatro ruedas 40% a 50% del peso bruto.

Tractor de dos rueda 50% a 60% del peso bruto.

Camiones pesados 60% a 70% del peso bruto.

Tractores de oruga 100% del peso bruto.

2.7.4.4 Potencia necesaria.

Es la potencia mínima requerida por una maquina para poder desplazarse esta potencia depende de otras condiciones de trabajo que son:

Resistencia al rodado depende del tipo de camino sobre el que se opera se debe tomar en cuenta que las condiciones de funcionamiento del equipo se rodadura deben ser optimas.

A continuación vemos coeficientes de resistencia al rodado de llantas.

Tipo de camino Coeficiente (kg/T).

Pavimento de hormigón hidráulico o bituminoso 0.02

Afinado con grava o lastre 0.0325

Arcilla dura con surcos 0.05

Tierra sin estabilizar 0.075

Arena y tierra blanda, fangosa 0.10 hasta 0.20

Las maquinas de oruga no se ven afectadas por la resistencia al rodado ya que las mismas constituyen un camino firme y parejo para los rodillos que conforman el tren de rodaje.

Resistencia a las pendientes es la resistencia o ayuda que ejerce la gravedad al subir o bajar pendientes. Se han estimado que por cada 1% de pendiente la gravedad ejerce una fuerza adversa o favorable según sube o baja equivalente al 1% del peso de la maquina.

2.7.4.5 Rendimiento de los equipos.

El rendimiento de los equipos es un factor importante para decidir el plan mas adecuado para el uso del equipo; se debe lograr un rendimiento optimo que a su vez permite un consumo menor de combustible y mantenimiento ligero. El rendimiento se mide por el tiempo de ciclo que es el tiempo que emplea la maquina en hacer un viaje de ida vuelta.

2.7.4.6 Vida útil de los equipos.

El mantenimiento debe ser periódico y hecho por personal calificado. Toda maquina tienen un periodo de vida útil que es el tiempo durante el cual los servicios de la maquina son efectivos.

La vida útil depende de las condiciones de operación y clase de trabajo.

Condiciones de operación.

Maquinas Severas h Medianas h Livianas h

Tractor de orugas 8000 10000 12000

Moto traíllas 8000 10000 12000

Moto niveladora 8000 10000 15000

Cargadora de ruedas 8000 10000 12000

Palas mecánicas 10000 16000 20000

Rodillos 8000 10000 12000

Camiones pesados 8000 10000 15000

2.7.4.6 Buldózer o topadora.

Son aquellos tractores que llevan en su parte frontal una hoja de excavación y empuje.

La hoja topadora del buldózer es controlada por un sistema de cable pero hoy en día se usa el sistema hidráulico especialmente para la excavación.

Tipos de hoja topadora:

Rectas usadas para empujes frontales.

Angulables uno de sus puntos se mueve hacia delante o hacia atrás usada para cortes de media ladera y desalojos de material.

Tipo U tiene forma de u se usa para empujes frontales de distancias mayores.

Amortiguada son usadas para tractores que empujan traíllas.

La producción de las hojas topadoras es importante, en obra se puede estimar la cantidad de material excavado por la hoja en cada operación, para esto se empuja la carga a un sitio plano en donde se forma un montón de longitud l, altura h y ancho B.

Como equipo adicional se puede mencionar el uso del desgarrador que se lo usa de manera de arado para desgarrar suelo de trabajo que ofrece mucha resistencia a la topadora y traílla.

Estos desgarradores se incrustan en suelo en diferentes profundidades.

Grafico 1.

2.7.4.7 Palas cargadoras.

La pala cargadora lleva una cuchara en su parte frontal, esta se mueve por medio de brazos laterales y uno central, accionados por brazos hidráulicos. La cuchara puede efectuar un movimiento de rotación alrededor de un eje horizontal con una cierta inclinación negativa a la cuchara.

En posición baja, la cuchara al ser empujada, penetra en el material, se gira hacia arriba y se levanta un poco para el transporte.

La pala mecánica requiere de gran habilidad para su operación. Esta maquina recorre pocas distancias ya que básicamente trabaja en un solo sitio, el transporte del material es a corta distancia hasta ubicar el mismo en el dispositivo de transporte, este puede ser camiones volquetes, vagones de ferrocarril etc.

El dispositivo de propulsión de estas maquinas pueden ser de llantas o de oruga cuando las características del suelo lo hagan necesario.

También para estas maquinas se han desarrollado algunos implementos opcionales de trabajo, por ejemplo algunos reemplazan la cuchara con tenazas, estos tienen igualmente un movimiento hidráulico y sirven para trasladar elementos alargados como árboles, postes de luz, etc.

Además dispone de pequeñas cucharas excavadoras que se pueden adaptar en la parte posterior transformando a la pala en una maquina mixta de excavación y acarreo de material.

Otro dispositivo que se puede utilizar son brazos mas largos que permiten el desalojo de la cuchara a alturas mayores a las de una cargadora normal.

La altura de desalojo de las palas varia de acuerdo a los modelos y puede estar entre 3 y 5 metros la capacidad de la pala varia entre 1.43 y 3.0 metros cúbicos.

Grafico 2

2.7.4.8 Traíllas o moto traíllas.

Son maquinas que se las puede considerar como mixtas ya que son capaces de excavar, cargar y transportar materiales por sus propios medios. Son importantes además ya que a diferencia de los buldózer, estos pueden acarrear el material a mayores distancias.

La moto traílla se compone de una pala provista de una cuchilla orientada en el sentido de la marcha actuando a manera de cepillo de carpintero. La caja puede subirse o bajarse accionada por cilindros hidráulicos o cables.

Cuando la cuchilla esta en su posición baja rasca el suelo y lo obliga a entrar en la caja, una puerta cierra la caja para el transporte. En el sitio del deposito se baja la caja, se levanta la compuerta y un eyector empuja el material. La capacidad de las moto traíllas varia de 5 a 40 m cúbicos y aun mas.

Existen las traíllas remolcadas por tractores, se usan cuando las distancias de corte y transporte son cortas. En la actualidad se usan las moto traíllas que permiten el rendimiento mas favorable por la velocidad y la distancia que cubren.

La producción de las traíllas y moto traíllas esta dado igualmente por el tiempo de un ciclo que debe cubrir.

- Excavación y carga.

- Viaje de ida.

- Descarga y maniobra.

- Viaje de regreso.

Los tiempos promedios para estas operaciones varían de acuerdo al tamaño de la traílla y el tipo de material.

2.7.4.9 Retroexcavadoras.

Estas maquinas son capaces de realizar excavación y carga de material de cualquier índole sin ayuda adicional excepto en roca compacta. Son equipos estacionarios que realizan au trabajo mientras estan fijos en un sitio. Su velocidad es muy baja, presentan baja estabilidad.

Estas maquinas se asientan sobre neumáticos o cadenas, estan compuestos por una cuchara situada en la extremidad de un brazo. En las excavadoras de gran capacidad la cuchara fija al brazo tien en su parte inferior una compuerta que gira en un plano vertical.

En todas las excavadoras el conjunto cuchara, brazo, cabina y conjunto motor va sobre una plataforma orientada en un angulo variable con relacion al chasis.

Se aumenta la estabilidad de las excavadoras disponiendo a cada lado del chasis gatos estabilizadores mecánicos, hidráulicos o neumáticos.

Desde hace muchos años los constructores de excavadoras de pequeña capacidad tienden a adoptar el accionamiento totalmente hidráulico. Su excavadora puede llevar un motor unico o, sobre todo en grandes excavadoras llevan varios motores independientes. En nuestro medio se utilizan para la limpieza excavadoras con cuchara de hasta 12 m³ pero las normalmente utilizadas son las de capacidades entre 400 y 1200 litros.

El rendimiento de las excavadoras esta medido por las distancias de alcance del brazo y cuchara para la excavación.

Grafico 4

2.7.4.10 Moto niveladora.

La moto niveladora es una maquina que complementa el trabajo de movimiento de tierras del equipo anterior. Es usada especialmente en las obras viales para nivelar el suelo de la subrasante y a su tiempo hacer lo mismo con las capas de base y subbase.

Es importante dentro de estas obras que el material del pavimento quede correctamente distribuido y nivelado uniformemente para obtener una capa de pavimento adecuada.

La moto niveladora esta provista de una cuchilla ubicada en la parte inferior, esta es la encargada de distribuir adecuadamente las capas y nivelar previamente el suelo. Esta cuchilla tiene la facilidad de girar en un eje vertical hasta formar 90 grados, esto facilita la nivelación del terreno ya que el alcance de la cuchilla cubre aun sitios difíciles.

La cuchilla además cumple una función excavadora, su profundidad máxima puede estar por los 870mm para corte.

Es importante dentro de una obra vial la construcción de las cunetas, la moto niveladora complementa el trabajo de la excavadora para dejar acabada la cuneta y lista para su hormigonado.

Sin duda la moto niveladora tiene que trabajar con mucha precisión para obtener las cotas y alturas (espesor) de material para pavimentos.

Grafico 5

2.7.4.11 Rodillos.

El rodillo es una maquina básicamente destinada a la compactación de suelos.

Para obras viales es de gran importancia ya que el suelo debe estar lo suficientemente compactado para posteriormente soportar las cargas sin que se produzcan deformaciones.

Existen varios tipos de rodillos de acuerdo a la calidad del suelo que trabajan. Por ejemplo tenemos los rodillos lisos que se usan para compactar suelos de subbase, base y la compactación final de la carpeta asfáltica.

Otro tipo de rodillo denominado pata de cabra que se lo utiliza para suelos mas resistentes que presentan problemas para la tracción de estas maquinas. Suelos de este tipo son los cohesivos, semicohesivos y granulares en donde estos rodillos son mas eficaces.

Analizando la estructura de los rodillos tenemos también aquellos cuya tracción esta formada por el rodillo propiamente dicho y un sistema de llantas.

Otra variedad de rodillos son los equipado con doble rodillo dejando al sistema de llantas. Estos son mas eficaces ya que hacen un doble trabajo.

Los rodillos compactan el suelo por el peso propio del dispositivo y además tienen la propiedad de vibrar, este efecto hace que la compactación sea mas optima.

La eficiencia de los rodillos están dados por su peso, el periodo de vibración y dimensión del rodillo. Estos factores permitirán un mayor o menor numero de pasadas del rodillo por el suelo a mejorar.

2.8 MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE

En ocasiones, se hace necesario mejorar el suelo de la subrasante, porque los suelos de baja calidad pueden producir problemas de estabilidad en una carretera.

Aunque la subrasante reciba un porcentaje bastante bajo de la influencia de una carga ejercida sobre la capa de rodadura, se evitan hundimientos o fallas posteriores permitiendo que una subrasante mejorada, absorba esfuerzos mayores, de tal manera que el suelo original lleve una carga mucho más pequeña.

Básicamente podemos mejorar la calidad de una subrasante, cambiando el material de la misma por uno de mejor calidad, o recurriendo a tratamientos especiales para hacer que el mismo material de la vía tenga características especiales, que le den una mayor aceptabilidad.

2.8.1 CAMBIO DE MATERIAL

Cuando la profundidad del estrato de mala calidad no es muy grande, se lo puede cambiar por un suelo de condiciones aceptables. Se reemplaza el suelo malo con excavaciones y rellenos de materiales cuyo C.B.R. sea mayor al 9% (aceptable para caminos). Debe procurarse que las capas vayan aumentando progresivamente en su calidad, hasta llegar a un valor del C.B.R. del 9% o más en la capa superior. Es imprescindible realizar cambios de suelo cuando estos son lodosos o semisólidos; estas estabilizaciones se las puede realizar con grandes cantidades de piedra que desplacen el suelo pobre.

2.8.2 DRENAJE

Muchas veces, el alto contenido de humedad de un suelo lo vuelve deficiente para los propósitos de vías. Se puede estabilizar un suelo saturado con un drenaje adecuado que permita la salida del exceso de agua. Se realizan también obras de drenaje para acelerar la consolidación de terraplenes.

En términos generales, los materiales de granulometría gruesa, tales como grava, arena y piedra triturada deben ser compactados con rodillos vibratorios.

2.8.3 COMPACTACION

La compactación es el acercamiento de las partículas del suelo, efectuado por medios mecánicos para densificarlo, a costa de la reducción de los vacíos del mismo, logrando con ello un suelo de mejores condiciones.

La compactación mejora las características de un suelo en lo que se refiere a:

1. Resistencia mecánica

2. Resistencia a los asentamientos bajo cargas futuras

3. Permeabilidad (el suelo es impermeable)

Los factores que influyen para la obtención de una compactación económica son:

1. Contenido de humedad del material

2. Número de pasadas del equipo de compactación

3. Peso del compactador

4. Presión de contacto

5. Velocidad del equipo compactador

6. Espesor de la capa compactada

En el proceso de compactación, el agua juega un papel preponderante, por cuanto todo material tiene un contenido de humedad óptimo, con el cual se obtiene la densidad máxima del mismo. Este contenido de humedad óptimo es el obtenido en el laboratorio mediante la prueba de compactación Proctor.

La selección del compactador más adecuado depende varios factores como son: tipo de suelo, tipo de trabajo, tamaño de la obra, etc.

El proceso de compactación se lo realiza de afuera hacia adentro de la capa, o desde abajo hacia arriba en tramos con peralte, en sentido paralelo al eje del camino, y traslapando en cada pasada la mitad del ancho de la pasada anterior.

Se debe experimentar en el campo para saber el número de pasadas necesarias para la obtención de la densidad adecuada.

2.8.4 ESTABILIZACION CON CAL

Sin embargo de que solo recientemente se ha producido un creciente interés por el uso de la cal como estabilizante de suelos, su empleo como tal no es nuevo, siendo uno de los materiales más antiguamente usados por el hombre para el efecto. El interés por el empleo de la cal va cada vez más en aumento, como uno de los materiales ligantes, es un material relativamente barato y puede producir un cambio de carácter químico y una acción cementante que mejora la calidad de los suelos.

Cuando la cal es mezclada con el suelo, húmedo, ocurren diversos tipos de reacciones químicas. De manera general puede decirse que estas reacciones son de 3 tipos principalmente:

A) CAMBIO DE IONES Y FLOCULACION. Se ha demostrado que estos fenómenos se producen con un suelo cohesivo húmedo.

Dicho fenómeno se debe a las reacciones que se producen por el cambio de cationes del calcio, que posee la cal, con los iones metálicos de sodio e hidrógeno existentes en la arcilla.

En virtud de estas reacciones, las partículas de suelo se atraen íntimamente, luego de lo cual el suelo se torna mas viable, disminuyendo la plasticidad del mismo.

B) ACCION CEMENTANTE. Se produce al reaccionar el calcio de la cal con ciertos minerales del suelo para formar nuevos compuestos. Los minerales de aluminio y silicio del suelo reaccionan con la cal, produciéndose un gel de silicato de calcio y aluminatos, los que tienden a cementar las partículas de suelo.

El grado de cementación es influenciado sensiblemente por la cantidad y el tipo de cal, como por el tipo de arcilla, así también como por las condiciones climáticas. Además, la mezcla suelo-cal precisa ser rápidamente compactada, de otra manera, la cementación deseada no se producirá.

C) CARBONACION. Una tercera reacción muy importante de la cal, incluye la absorción de dióxido de carbono al aire. El dióxido de carbono reacciona con el hidróxido de calcio en la cal, formando el carbonato de calcio. Estos carbonatos no solo que forman cementos débiles, sino que impiden que la resistencia normal sea alcanzada. Por lo tanto se debe tener cuidado para evitar que la cal sea carbonatada por la reacción con el dióxido de carbono del aire.

El tratamiento de suelos con cal se justifica por el cambio de las propiedades fisico-mecánicas de los mismos. Al adicionar cal a un suelo fino, uno de los primeros cambios físicos se produce por la aglomeración o floculación de las partículas de arcilla, este cambio se refleja por la variación de la granulometría del suelo tratado.

Otro fenómeno que se presenta al estabilizar un suelo con cal es el de cambiar la plasticidad del mismo, pues tanto el límite líquido como el límite plástico son afectados. El límite plástico aumenta con el incremento de cal adicionada al suelo. El límite líquido, en cambio normalmente decrece con el incremento de cal, aunque esta disminución no ocurre en todos los suelos. Independientemente de la disminución del límite líquido, el aumento del limite plástico es tal, que el índice plástico normalmente disminuye con la adición de pequeños porcentajes de cal.

La cal tiende también a reducir la capacidad que presentan las arcillas a cambiar de volumen con los cambios de humedad aumentando el límite de contracción, mientras que la proporción de contracción disminuye.

En general existe un porcentaje óptimo de cal necesario para alcanzar la máxima resistencia de la mezcla, siempre que se hable de un tiempo fijo para el curado. Este porcentaje será determinado en el laboratorio mediante la comparación de resultados correspondientes a suelos en estado natural y a suelos tratados con diferentes porcentajes de cal. Normalmente, el porcentaje óptimo de cal fluctúa entre el 3 y 6%.

Los principales factores que afectan la resistencia de la mezcal suelo - cal son:

1. El porcentaje de cal

2. Tipo de cal

3. Tipo de suelo

4. Densidad

5. Tiempo y tipo de curado

6. Temperatura y humedad del ambiente

Hasta hoy se conocen dos tipos de estabilización con cal:

- Mezclas de suelo-cal en obra

- Método OKLAHOMA, que difiere del anterior en que la cal y el suelo no se mezclan y se compactan, pero los resultado obtenidos son similares.

Las mezclas de suelo-cal en obra pueden hacerse por dos métodos: seco y húmedo, en resumen, estos dos métodos consisten el los siguiente:

A) METODO SECO: Se colocan los sacos de cal sobre la subrasante, a distancias calculadas para dar el porcentaje especificado; se distribuye la cal y se hace un ligero riego de agua para evitar el levantamiento de polvo; luego se procede al mezclado del suelo con la cal, añadiéndose la suficiente cantidad de agua para lograr la humedad óptima de compactación. Terminado el mezclado inicial se permitirá que la mezcla se cure por un período de 48 horas o según el tipo de suelo, transcurrido el tiempo de curado se procederá a la escarificación de la capa tratada, pulverizándola y mezclándola hasta que un 100 % del material pase por el tamiz de 1" y por lo menos el 60% pase por el tamiz n

B) No.4 con excepción de las piedras que pueden existir. Cuando se haya logrado una mezcla uniforme, con el contenido de cal especificado, y la humedad óptima, se procede a la compactación en capas no mayores a 15cm.

B)METODO HUMEDO: En este caso la cal será distribuida en forma de lechada, y la proporción será de alrededor de una tonelada de cal en 2000 litros de agua; distribuida la cal se seguirá un proceso similar al descrito en el método seco:

El método OKLAHOMA es normalmente utilizado en el mantenimiento o reparación de carreteras existentes. En este método la cal se difunde atraída por el agua libre que el suelo contiene; el proceso se realiza mediante inyecciones. Indudablemente la acción de amasado y vibración del tráfico ayuda a que se produzca esta difusión. A medida que la cal se infiltra, entra en contacto con más partículas de arcilla, la acción química que se produce da lugar a una reducción de la plasticidad y a un secado, después de lo cual se produce una acción cementaste, la misma que aumenta considerablemente la estabilidad de la subrasante.

Los resultados logrados en la actualidad con este método de estabilización, indican que el mismo es un instrumento útil para la conservación u corrección de subsanares de arcillas inestables, sin recurrir a una costosa reconstrucción de la vía.

MAQUINARIA UTILIZADA

1. Motoniveladora con escarificador o arado de disco

2. Mezcladora rotatoria

3. Tanqueros o volquetas para cal, con esparcidores

4. Compactadores (pata de cabra, lisos, neumáticos)

2.8.5 ESTABILIZACION CON CEMENTO

Otro de los métodos existentes para estabilizar suelos, es mediante la utilización de cemento Portland, incorporándole al suelo en cantidades que varían del 7 al 14% del volumen de la mezcla compactada; el cemento normalmente usado es el portland tipos I y IA. La mezcla de suelo con cemento puede servir como base a una superficie de desgaste ligero, sujeta a tráfico liviano o mediano, o como soporte a pavimentos rígidos o flexibles.

La mayoría de suelos de mala calidad, con excepción de aquellos que contienen altos porcentajes de materia orgánica pueden ser estabilizados mediante el uso de cemento portland.

Los terrenos con alto porcentaje de material fino, tales como limos y arcillas, generalmente requiere, de la misma manera, altos porcentajes de cemento para lograr una exitosa estabilización. Un factor muy importante en la determinación de la conveniencia de la estabilización con cemento, es la facilidad con que el terreno pueda ser pulverizado. En muchos casos, especialmente donde al suelo existente contiene en alta cantidad limos y arcillas, el costo de la estabilización puede disminuir, si previamente al mezclado con cemento se mejoran las características de granulometría y plasticidad del terreno natural, mezclándolo con otro suelo.

El tercer ingrediente de la mezcla suelo-cemento es el agua, la cual se hace necesaria para la compactación de la mezcla y para la hidratación del cemento con la misma. Prácticamente cualquier fuente de agua puede ser usada, sin embargo ésta debe estar limpia y libre de excesiva cantidad de materia orgánica, ácidos o alcalis.

Las cantidades apropiadas de cemento y agua a ser utilizadas en un proyecto son determinadas en el laboratorio, basándose en tres parámetros; Densidad, resistencia y desgaste.

Dependiendo del tipo de suelo, los porcentajes normalmente usados son los siguientes:

TIPO DE SUELO CEMENTO POR

VOLUMEN CEMENTO POR PESO

A-1-A 5-7 3-5

A-1-B 7-9 5-8

A-2 7-10 5-9

A-3 8-12 7-11

A-4 8-12 8-13

A-5 8-12 8-13

A-6 10-14 9-15

A-7 10-14 10-16

los pasos básicos para la estabilización de subsanares con cemento, asumiendo que el terreno no requiere tratamiento especial o que no se lo ha acondicionado previamente, son:

1. Pulverización del terreno a ser procesado

2. Adición de la cantidad de cemento requerida y mezcla con la tierra

3. Adición de la cantidad de agua requerida e incorporación a la mezcla de suelo-cemento

4. Compactación total, incluyendo la fase final de acabados

5. Curado de la base suelo-cemento

En terrenos que presentan dificultad para procesar el suelo que va a ser usado, debe éste ser pulverizado antes de añadir el cemento. Generalmente el suelo debe ser escarificado hasta lograr la profundidad requerida. Cuando el suelo no tiene la humedad óptima de pulverización, debe ser sometido a procesos de aireación cuando está muy húmedo y a procesos de humedecimiento cuando está muy seco.

La cantidad de cemento apropiada, puede ser esparcida en el terreno a mano o con equipo mecánico. Luego de esto se procede al mezclado, generalmente con equipo mecánico o con una planta móvil.

Hecha la mezcla en seco se debe añadir la cantidad requerida de agua, para obtener la mezcla suelo-cemento y agua lista para ser compactada.

La compactación se la realiza con equipo mecánico y se la continúa hasta alcanzar la densidad requerida. Durante el rodillaje, es esencial que el contenido de humedad se mantenga en su nivel óptimo. Deben hacerse constantemente ensayos de humedad y densidad durante la compactación.

El agua de las mezclas de suelo-cemento es necesaria para el endurecimiento del cemento, y por lo tanto deben tomarse en cuenta las precauciones necesarias para evitar la pérdida de dicha agua por evaporación. El curado se lo hace generalmente con la aplicación de una capa ligera de material bituminoso.

Todas estas operaciones deben estar controladas y coordinadas cuidadosamente, con el fin de obtener los mejores resultados:

MAQUINARIA

1. Motoniveladora con escarificador o arado de disco

2. Distribuidores mecáncos para el cemento o para la mezcla preparada en planta

3. Mezcladores móviles o plantas mezcladoras

4. Volquetas

5. Tanqueros

6. Compactadoras

2.8.6 ESTABILIZACION CON ARENA O LIMO

Con la incorporación de limo hidratado en pequeñas cantidades a ciertos suelos arcillosos, se obtiene una reducción de la plasticidad, del hinchamiento y de la contracción que suelen presentarse en estos tipos de suelos, al mismo tiempo que aumenta la capacidad soportante.

La cantidad de limo usada en la estabilización de subsanares, sería entre el 3 y 6%. El proceso a seguirse para este tipo de estabilización es muy similar al usado en las mezclas suelo-cemento.

La arena también ha sido usada para bajar la plasticidad y mejorar la estabilidad de los suelos.

En la práctica se hace muy difícil realizar este proceso debido a que, la humedad forma en los suelos plásticos, grumos que no llegan a mezclarse con el suelo no plástico (limos y arenas) y sila mezcla no es perfecta, el tratamiento no da resultado.

MAQUINARIA

1. Motoniveladora con escarificador o arado de disco

2. Mezcladora rotatoria

3. Volquetas con esparcidores mecánicos

4. Tanqueros

5. Compactadores (pata de cabra, lisos, neumáticos)

2.8.7. ESTABILIZACION CON CLORURO DE SODIO

Frecuentemente se ha usado el cloruro de sodio como un estabilizador de acción no muy duradera, o como ayuda en la superficie de deslizamiento contra el polvo.

El cloruro de sodio es efectivo en todos los suelos, aunque en menor grado en aquellos que contienen materia orgánica. Su efecto estriba en producir reacciones coloidales, y en alterar las características del agua contenida en los suelos. normalmente actúa como floculante, y desde ese punto de vista, suelo ayudar en la compactación, manteniendo la humedad durante el proceso de rodillado.

Un resultado muy particular, aunque muy prometedor de uso de la sal común, es la disminución de la permeabilidad que produce en muchas arcillas, lo cual lo hace útil para tratar las arcillas expansivas. La sal también beneficia la resistencia del suelo, así como también el comportamiento de los suelos ante la congelación.

La principal desventaja de estos tratamientos es que la sal es muy soluble, y por lo tanto muy fácilmente lavada, por esto se lo adjudico al principio, la califación de no durable.

2.8.8. ESTABILIZACIÓN DE ARCILLAS EXPANSIVAS CON EL SISTEMA

CONSOLID.

Introducción: arcillas expansivas.

Definición.

La arcilla es el producto final de la descomposición química de las rocas ígneas y metamórficas en las que se encuentran numerosos minerales, principalmente silicatos.

Se puede definir a una arcilla exclusivamente en base del tamaño de sus partículas constitutivas, diciendo que es la fracción inorgánica del suelo de diámetro equivalente inferior a “x” micras. No existe un número fijo por no existir unidad de criterio. Se fija mayoritariamente en 2 micras, mientras que ASTM lo fija en 5 micras y a la fracción de diámetro equivalente menor a 1 micra le da el nombre de arcilla coloidal.

Las arcillas expansivas son un tipo específico de arcilla que reciben este nombre por la propiedad que tienen de cambiar su volumen ante la variación del contenido de humedad. Sus deformaciones plásticas son significativamente más grandes que las deformaciones elásticas, por lo que no pueden ser pronosticadas por las teorías elástica y plástica clásicas. Esta deformación sigue por lo general un patrón desigual y de tal magnitud como para causar daños a las estructuras que se construyan sobre estos suelos.

Es usual considerar a un suelo como expansivo cuando se registra un hinchamiento superior al 1%. La existencia de suelos potencialmente expansivos se localiza principalmente en regiones semiáridas de climas tropical y templado, donde la evapotranspiración anual supera a la precipitación.

Minerales constitutivos de las arcillas.

El comportamiento mecánico de las arcillas, a diferencia de los suelos gruesos, se ve influido decisivamente por su estructura general y constitución mineralógica en particular. Hoy nadie discute la sensatez de la idea que el comportamiento macrofísico de las arcillas, de interés ingenieril, no es más que un reflejo de la estimulación de toda una serie de fenómenos microfísicos, que ocurren en lo más íntimo de los suelos finos.

Desde el punto de vista químico es posible distinguir dos grandes grupos de sustancias entre los minerales de arcilla:

A) Los silicatos.

i) Filosilicatos o silicatos laminares

ii) Silicatos fibrosos.

iii) Silicatos amorfos.

B) Oxidos y óxidos hidratados.

i) Formas cristalinas.

ii) Formas amorfas.

Se sabe que en los suelos de regiones templadas los materiales cristalinos son más importantes, mientras que las propiedades de muchos suelos en los trópicos y en regiones volcánicas lo deciden sus componentes amorfos.

Las arcillas más comunes están constituidas básicamente por silicatos de aluminio hidratados, presentando además, en algunas ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales, también hidratados. Estos minerales tienen, casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en láminas. Existen dos variedades de tales láminas: la silícica y la alumínica.

La estructura silícica está formada por un átomo de silicio, rodeado de cuatro de oxígeno, disponiéndose el conjunto en forma de tetraedro. Estos tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, sirviendo un átomo de oxígeno de nexo entre cada dos tetraedros. Las unidades hexagonales repitiéndose indefinidamente, constituyen una retícula laminar.

Las láminas alumínicas están formadas por retículas de octaedros, dispuestos con un átomo de aluminio al centro y seis de oxígeno alrededor. También el oxígeno es el nexo entre cada dos octaedros vecinos, para constituir la retícula.

De acuerdo con su estructura reticular (filosilicatos o silicatos naturales), los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: caolinitas, montmorilonitas, e ilitas.

Las caolinitas:

Las caolinitas (Al2O3.2SiO2.2H2O) están formadas por una lámina silícica y otra alumínica, que se superponen indefinidamente. La unión entre todas las retículas es lo suficientemente firme para no permitir la penetración de moléculas de agua entre ellas (adsorción). En consecuencia, las arcillas caoliníticas serán relativamente estables en presencia de agua.

Enlace: H

La caolinita y la haloisita pertenecen al grupo de minerales caoliníticios, el cual es considerado como el más abundante en el mundo. El primero es el mineral de arcilla típico de los suelos antiguos, muy meteorizados, que constituyen los oxisoles. La haloisita es importante en los suelos derivados de ceniza volcánica y ha sido identificada en muchos de ellos.

Las montmorilonitas:

Las montmorilonitas [(OH)4Si8Al4O20.nH2O] están formadas por una lámina alumínica entre dos silícicas, que se superponen indefinidamente. En este caso la unión entre las retículas del mineral es débil, por lo que las moléculas de agua pueden introducirse en la estructura con relativa facilidad, a causa de las fuerzas eléctricas generadas por su naturaleza dipolar (la superficie de la partícula cargada negativamente atrae a las moléculas de agua que se polarizan positivamente). Lo anterior produce un incremento en el volumen de los cristales, lo que se traduce, macrofísicamente, en una expansión. Las arcillas montmoriloníticas, especialmente en presencia de agua, presentarán una fuerte tendencia a la inestabilidad. Las bentonitas son arcillas del grupo montmorilonítico, originadas por la descomposición química de las cenizas volcánicas y presentan la expansividad típica del grupo en forma particularmente aguda, lo que las hace sumamente críticas en su comportamiento mecánico.

La montmorilonita se forma en suelos bien desarrollados donde hay abundante humedad y el avenamiento (salida de agua) es deficiente, lo que garantiza una alta concentración de cationes en la disolución del suelo en el curso de su formación. Los suelos volcánicos profundos y mal avenados reúnen a veces estas condiciones y en ellos se ha encontrado montmorilonita.

Enlace débil entre Al/Mg

Las ilitas:

Las ilitas [(OH)4.Ky(Si8-y.Aly)(Al4.Fe4.Mg4.Mg6)O20, con y, por lo general, igual a 1.5] están estructuradas análogamente que las montmorilonitas, pero su constitución interna manifiesta tendencia a formar grumos de materia, que reducen el área expuesta al agua por unidad de volumen; por ello, su expansividad es menor que la de las montmorilonitas y, en general, las arcillas ilíticas, se comportan mecánicamente en forma más favorable para propósitos ingenieriles.

Enlace: K+

La ilita se deriva de las micas y es un acompañante frecuente de la vermiculita y la montmorilonita, especialmente en suelos de zonas secas de poca a moderada precipitación. En suelos fuertemente meteorizados no se encuentra la ilita.

Estabilización con el sistema consolid.

Al sistema Consolid se lo puede clasificar como un estabilizante químico, ya que mejora las propiedades mecánicas acelerando mecanismos naturales de atracción de partículas y compactación, que normalmente se producen bajo determinadas condiciones y con el paso de mucho tiempo.

El sistema Consolid no actúa como ligante entre partículas (como el cemento) ni reacciona con los elementos del suelo (como la cal), sino que promueve una atracción entre las partículas al alterar químicamente su campo electromagnético. Eventualmente podría aplicarse a todo tipo de suelos, desde los no plásticos hasta los altamente plásticos, pero existen dos casos en los que no es aplicable: arenas y suelos altamente orgánicos.

Este sistema se compone por tres productos:

Consolid 444 (C-444): se presenta como un líquido lechoso soluble en agua. Actúa sobre el agua adsorbida que lubrica las partículas de arcilla o limo fino, promoviendo una mayor capacidad de compactación del suelo, generando la atracción electromagnética entre ellas, y evitando la orientación de las mismas de manera tal de proveer al suelo de una mayor resistencia a la deformación.

El C-444 produce una reorientación de las moléculas de agua que permite formar una película más delgada de agua adsorbida, con lo que se consigue una estructura muy trabada debido a la atracción de las caras negativas con las aristas positivas de las partículas de suelo. Esto se traduce, macrofísicamente, en resistencia a la deformación y alta densidad.

Conservex (CX): es un líquido de base bituminosa, fácilmente emulsionable en agua acidulada con ácido clorhídrico. Actúa sobre el agua adsorbida impermeabilizando el suelo de manera tal que impide el ingreso de agua y controla la pérdida de humedad, controla electroquímicamente los procesos de capilaridad y permeabilidad, transformando al suelo en un material hidrófugo.

Solodry (SD): es un producto sólido que se presenta en forma de polvo. Actúa sobre el agua adsorbida produciendo efectos similares al Conservex, pero a través de un medio sólido y no bituminiso.

El sistema Consolid modifica varias propiedades del suelo como se describe a continuación:

 Modifica los límites de consistencia, aumentando la plasticidad en suelos limosos de muy baja plasticidad, y disminuyéndola en los suelos altamente plásticos.

 Mejora la compactación y la resistencia a la deformación, ya que aumenta la densidad seca máxima con una menor humedad óptima.

 Aumenta el límite de contracción a niveles superiores a los de la humedad óptima para evitar variaciones de volumen después de la compactación.

 Aumenta notablemente (25% a 100-500%) el valor del CBR.

 Impermeabiliza el suelo manteniéndolo en las mejores condiciones de humedad pese a las variaciones del medio que le rodea.

La elección de los productos del sistema Consolid a utilizar con un suelo dado, así como la dosificación de los mismos, resulta de una tarea previa de laboratorio, dependiendo fundamentalmente de dos factores:

a.- El tipo de suelo a tratar.

b.- Los requerimientos de obra, tipo de aplicación, condiciones y tipo de tránsito, escurrimiento de aguas, etc.

2.8.9. OTROS METODOS

SUMARIO DE LOS METODOS PARA MEJORAMIENTO DE SUELOS

METODO PRINCIPIO Condición mas adecuada del suelo, tipos Profundidad eficiente Materiales especiales requeridos Equipo especial requerido Propiedades del material tratado Ventajas y limitaciones especificas Costos Relativos

EXPLOSION Ondas de impregnación y vibraciones causan liquefacción y desplazamiento. Arenas saturadas total o parcialmente, limos > 30 m Explosivos, material de relleno Maquinas de perforaciones Pueden obtenerse densidades de 70-80% Rapidez, económica Bajo

SONDAS VIBRATORIAS Densificaciòn por vibración liquefacción arenas limpias, saturada o seca Sobre 3-4 m Ninguno Indicados vibratorio de pilotes Pueden obtenerse densidades de 80% Rapidez, económica simplicidad Moderado

VIBRO

COMPACTACIÒN Densificaciòn por vibración y compactación de material de relleno suelos no cohesivos con 50% de finos 30 m Material granular de relleno Vibro flotador Pueden obtenerse densidades altas Util en suelos saturados Moderado

PILOTES DE COMPACTACIÒN Densificación por desplazamiento de volumen en pilotes suelos arenosos sueltos, suelos arcillosos > 20 m Material de pilotaje Indicador de pilotes Pueden obtenerse densidades altas Util en suelos con finos Moderado alto

APISONAMIENTO PESADO Aplicación repetida de impactos de alta intensidad Suelos no cohesivos, rellenos no utilizables 30 m Ninguno Pisones de hasta 800 t Buen mejoramiento del suelo Rapidez, económica simplicidad Bajo

PRECARGA La carga es aplicada con anticipación a la construcción Arcillas blandas, limos, depósitos orgánicos ? Tierras para relleno Equipos de movimiento de tierras Reduce el contenido de agua Facilidad teoría bien aplicada Bajo

RELLENOS DE SOBRECARGA Un relleno en exceso del requerido permanentemente Arcillas blandas consolidadas, limos, depósitos orgánicos ? Tierras para relleno Equipos de movimiento de tierras Reduce el contenido de agua, la relación de vacíos Es mas rápida que la precarga Moderado

ELECTRO-OSMOSIS La corriente eléctrica continua produce un fluido del agua Limos normalmente consolidados y arcillas limosas ? Anodos usualmente de aluminio Abastecimiento de corriente eléctrica Reduce el contenido de agua y la compresibilidad No se requieren rellenos para carga Alto

IMPREGNACIÒN CON PARTICULAS La impregnación penetrante rellena los poros del suelo con suelo-cemento arena media y gruesa, gravas Sin limite Impregnantes agua Mezcladoras, tanques, bombas Impermeabiliza, resistencia de baja a alta Impregnantes son de bajo costo El más bajo de los sistemas

IMPREGNACIÒN QUIMICA Solución de productos químicos Limos medios o más gruesos Sin limite Impregnantes agua Mezcladoras, tanques, bombas Impermeabiliza, resistencia de baja a alta Baja viscosidad, tiempo real Alto a muy alto

INYECCIÒN A PRESIÒN CON CAL Lechada de cal inyectada a poca profundidad Arcillas expansivas Entre 2- 3 m Cal, agua, productos dispersos Tanques para lechada La cal encapsulada las zonas impregnadas ? Competitividad con otras soluciones

INYECCIÒN CON DESPLAZAMIENTO Impregnación de alta viscosidad Suelos blandos de grano fino Sin limite suelo, cemento, agua Equipos de mezcla de alta presión Bulbos de impregnación Eficiente para corregir asentamientos Bajo para materiales

INYECCIÒN ELECTROCINÉTICA Productos químicos estabilizase Limos saturados, arcillas limosas Desconocido Estabilizante químico, coloides Corriente eléctrica continua Se aumenta la resistencia Los suelos y estructuras están a altas presiones Caro

IMPRECNACIÒN A CHORRO Chorros de alta velocidad, profundidad Arcillas blandas o suelos orgánicos, pantanos ? Agua, productos estabilizante Pilones especializados para chorros Se solidifica paredes y columnas Util en suelos que no pueden ser impregnados Alto

RELLENOS ESTRUCTURALES Rellenos estructurales que distribuyen la carga Todos los suelos inorgánicos ? Arena , grava ,cenizas Equipos de mezcla y compactación Las subsanares blandas son protegidas Uniformidad, se controla el suelo Bajo a alto

PILOTES Y MUROS Cal, cemento, asfalto, introducido mediante taladro rotativo Suelos de grano fino ,arcillas, limos > 20 m Cemento, cal asfalto Equipos para dosificar Pilotes o muros de suelo solidificados Alta resistencia, buena distribución Moderado alto

CALENTAMIENTO Secado a baja temperatura Todos los suelos 15 m Petróleo Tanques para petróleo, quemadores Se produce contenido de agua, la plasticidad Mejoramientos irreversibles de suelo Alto

CONGELAMIENTO Se congela el terreno blando y húmedo para darle resistencia Arcillas blandas y depósitos aluviales Varios metros refrigerantes Sistema de refrigeración Se aumenta la resistencia y la rigidez No es aplicable en agua freatica Alto

REEMPLAZO POR VIBRACIÒN Perforación a chorro en suelos blandos de grano fino Todos los suelos 20 m Grava o piedra triturada Equipos de vibración, agua Se aumenta la capacidad de soporte Más rápida que el sistema de precompresión Moderado alto

PILOTES PARA FUNDACIÒN Se usan elementos para soportar la tensión, esfuerzo cortante y compresión suelos no cohesivos ? Varillas de refuerzo Equipos de perforación La zona se comporta como una masa coherente Reforzamiento insitu para suelos Moderado alto

LISTONES, MEMBRANAS Listones horizontales para tensión, membranas enterradas varias décimas de m listones metálicos o plásticos Equipos de excavación Las estructuras de tierra son autosoportantes Económica, las estructuras de suelo son coherentes Bajo a moderado

2.8.10. GEOTEXTILES

Introducción.

Para la construcción de carreteras en terrenos blandos o húmedos, se han utilizado métodos tradicionales de estabilización de suelos, algunos son muy costosos y no siempre efectivos. Existe un método menos costoso y mas eficiente, mediante la utilización de geotextiles, los mismos que han permitido la construcción de carreteras firmes sobre terrenos arcillosos o de sedimentos saturados de fallas menores.

Los geotextiles han llegado a ser crecientemente importantes en aplicaciones de la Ingeniería Civil, en recientes anos; las mayores aplicaciones comprenden desagües, control de erosión, separación y refuerzo. Los tejidos que cumplen estas funciones han sido identificados como geotextiles y definidos como: “cualquier textil permeable usado con materiales geotecnicos como una parte integral de un proyecto hecho a mano, estructura o sistema “.

Un geotextil no es un medio favorable para el desarrollo del moho, ni de otros microorganismos. El polímero es difícilmente inflamable, el frío y la helada no afectan sus características, un punto particular es la resistencia a la luz y a los rayos ultra violetas. Los geotextiles son casi insensibles a todos los productos químicos en concentración usual en la naturaleza como son: ácidos, bases, oxidantes, reductores, etc. Además son resistentes al desgaste, rasgaduras, perforación y abrasión; trabaja bajo todo tipo de condiciones de carga.

DEFINICIONES DE GEOSINTETICOS

Geotextil: Cualquier material textil permeable usado con suelos, rocas o cualquier otro material relacionado con la ingeniería geotécnica.

Geomalla: Un material polimérico tipo malla deformado o no-deformado producido por medio de varillas cruzadas, unidas en los empalmes y usadas para refuerzo con suelos, rocas o cualquier otro material relacionado con la ingeniería geotécnica.

Geomembrana: Barreras o revestimientos de membranas sintéticas de muy baja permeabilidad usadas con cualquier otro material de ingeniería geotécnica para controlar la migración de fluidos en un proyecto.

Geocompuesto: Un producto fabricado a partir de cualquier combinación de geosintéticos.

FUNCIONES DE UN GEOSINTÉTICO

Las funciones básicas del geotextil de acuerdo a sus principales características son:

DRENAJE.- debido a la permeabilidad del material, permite el drenaje en el plano perpendicular al geotextil.

FILTRACION.- debido a la permeabilidad del material, permite la filtración en el plano normal al geotextil.

SEPARACION.- debido a la textura y resistencia del material, permite la separación de dos clases diferentes de suelo.

REFORZAMIENTO.- debido a la resistencia del material permite el reforzamiento de la subrasante.

Los geosintéticos son productos poliméricos planos usados en suelos, rocas u otros materiales relacionados con la geotecnia como parte integral de un proyecto hecho por el hombre, una estructura o un sistema. Las definiciones de varios tipos de geosintéticos se muestran a continuación:

Una función de un geosintético se refiere al papel específico que realiza un en una estructura de suelo/geosintético.

La función es una tarea o capacidad específica que se espera que el producto realice durante la totalidad del proyecto o la instalación. Por ejemplo, en una aplicación de control de la erosión, las rocas o cualquier otro material de enrocamiento puede ser colocado sobre una tela a lo largo del banco de un arroyo como se muestra en la figura No.1.

El geotextil desempeña la función específica de filtración, permitiendo que el agua en el suelo pase a través de la tela mientras retiene las partículas del suelo.

Un geosintético puede desempeñar más de una función al mismo tiempo para una aplicación dada. Típicamente, se determina que una función es más importante y se considera la función primordial del geosintético, con cualquier otra función concurrente considerada como secundaria. Un ejemplo puede ser un muro de contención de suelo reforzado con un geotextil, donde la tela está envolviendo la tierra para formar la superficie del muro como se muestra en la figura No. 2.

La función primordial del geotextil es el refuerzo de la masa de suelo retenido. Al mismo tiempo, la tela en la superficie del muro puede estar actuando como un filtro al permitir la salida del agua localizada dentro del sistema. En este caso, la filtración puede ser considerada como una función secundaria.

El identificar la función que va a desempeñar el geosintético es uno de los pasos iniciales en un proceso de diseño con geosintético..

Un número de escritores recientes han usado un sistema que contiene seis funciones diferentes de los geosintéticos: separación, filtración, refuerzo, transmisión, protección y barrera. No todas las funciones son proporcionadas por cada tipo de geosintético. Los diferentes geosintéticos y las funciones que posiblemente éstos desempeñan se muestran en la tabla 2.

Tabla 2

Cada una de las funciones mencionadas en la tabla 2 se describen a continuación:

Separación

La función de separación se refiere a la separación de dos suelos diferentes. La responsabilidad primaria del geosintético es prevenir el entremezclado de los dos suelos durante la vida de diseño de la estructura.

Con el paso del tiempo, la carga aplicada por los vehículos causan que el suelo de la subrasante migre hacia el interior de la base de agregado de la sección del pavimento. La contaminación de la base de agregado por la subrasante da como resultado una reducción del espesor efectivo de la base a menos del que era parte del diseño original.

Los geotextiles son comúnmente usados cuando se constituyen debajo de una sección de pavimento del camino. Son básicamente estructuras diseñadas para absorber las altas presiones del contacto de las ruedas de los vehículos y reducir dicha presión a través del espesor del pavimento a un nivel que puede ser soportado por el suelo subyacente.

Filtración

La filtración es una de las funciones más usadas de los geosintéticos. Por siglos, los ingenieros han construido sistemas de filtración usando agregados graduados convencionales.

Un geotextil que provee la función de filtración hará el mismo papel en las estructuras le suelo que el que harían las diferentes graduaciones de agregados como se muestra en la figura 6a y 6b.

La función de filtración tiene dos objetivos concurrentes. Estos son el retener las partículas del suelo filtrado mientras permite el paso del agua a través del plano del geotextil proveniente del suelo filtrado. Estas dos funciones paralelas son la clave para el diseño de filtración. Muchos investigadores hablan de una masa filtrante que se crea en la superficie del geotextil mostrado en la figura 7.

Es probable que en la mayoría de las aplicaciones, particularmente en aquellas que involucran suelos con partículas finas, en esta masa filtrante es donde se lleve a cabo la filtración de las partículas del suelo.

En ambas funciones, filtración y separación, el agua pasa a través del geotextil. Una distinción puede ser trazada entre las dos con respecto a la cantidad de agua involucrada y al grado en el que esto influye en la selección del geotextil.

En la función de filtración, el volumen de agua que pasa a través de la tela es un elemento primordial, el geotextil debe ser capaz de transportar cierta cantidad de agua a través del plano de la tela durante la vida útil para prevenir la acumulación de presiones de agua. Esto típicamente no es el caso con un geotextil de separación. Aunque el agua puede que pase en cualquier dirección a través del plano de la tela de separación.

Refuerzo

En la función de refuerzo, el geosintético esta sometido a una carga o fuerza de tensión sostenida. Los materiales de suelo y rocas son notables por su habilidad de soportar fuerzas de compresión y su capacidad baja relativa de soportar fuerzas de tensión. En la misma forma en que esas fuerzas de tensión son absorbidas por el acero en una viga reforzada de concreto, el geosintético sostiene las fuerzas de tensión las cuales no pueden ser cargadas al suelo en un sistema suelo/geosintético.

Como se muestra en la figura 8, en un dique reforzado con geosintético construido sobre un suelo blando, las capas de geosintéticos son colocadas a través de los planos rotacionales de falla para soportar las fuerzas de tensión que una masa de suelo sin reforzar no puede.

Transmisión

En la función de transmisión, los líquidos o gases son transportados (o transmitidos) dentro del plano del geosintético.

Esto es diferente a la función de filtración que involucra el flujo a través del plano del geosintético. Esta función es comúnmente asociada con compuestos geosintéticos particularmente aquellos que incorporan una red de drenaje o un núcleo permeable unido en uno o ambos lados a un geotextil como se muestra en la figura 9.

El fluido entra a través del geotextil y es llevado en los canales del núcleo a un punto deseado en la aplicación. Como se muestra en la figura 10, un compuesto de geotextil/núcleo de drenaje puede proveer un drenaje adyacente a la superficie de un muro de contención.

Protección

La función de protección se refiere al uso de un geosintético para proteger otro componente dentro de una aplicación completa. La función de protección típicamente se refiere al uso de un geotextil para proteger una geomembrana de ser dañada por partículas de rocas, escombros u otros materiales. Esta función es comúnmente usada en las aplicaciones de rellenos sanitarios como se muestra en la figura 12.

Se podría argumentar que la tela en esta aplicación está realmente “separando” la geomembrana de un material dañino. Sin embargo, una función distinta es usada para señalar este papel del geosintético por que las dos funciones son usadas para diseñar geotextiles, separación y protección.

Barrera

La función de barrera se refiere a la prevención del movimiento de un fluido a través del plano del geosintético. Las aplicaciones típicas incluyen el uso de una geomembrana para delinear estanques y rellenos. Un geotextil no-tejido también provee la función de barrera cuando se satura con un material impermeable.

La aplicación más común de esta función es la repavimentación de caminos como se muestra en la figura 13.

En esta aplicación, el geotextil es saturado con un material basado en asfalto (capa ligante) y el nuevo pavimento es colocado directamente sobre el geotextil. La combinación de capa ligante/geotextil previene el movimiento de agua de la superficie de la carpeta hacia las capas la subrasante. El agua dentro de la sección de pavimento reduce el desempeño del camino. Usando un geotextil en esta aplicación se incrementa la vida de diseño del camino.

TIPOS DE GEOTEXTILES

TIPOS DE GEOTEXTILES

Tejido No tejido

Muy fuerte Más fuerte cuando aumenta el espesor.

"No se alarga" ni estira mucho cuando se aplica una fuerza Altamente permeable

Hecho de tela sintética tejida (generalmente polipropileno o poliéster) Capaz de estirar y de tomar la forma de la superficie adyacente

USOS DE LOS GEOTEXTILES

Tejido No tejido

Separación Separación

Filtración

Refuerzo Refuerzo

Transmisión Transmisión

Protección Protección

Barrera Barrera

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

PARA GEOTEXTIL NO TEJIDO UTILIZADO PARA FILTRACIÓN:

PROPIEDADES

NORMA UNIDAD VALOR

MECÁNICAS

Resistencia a la Tensión ASTM D-4632 N (lb) 420 (95)

Elongación ASTM D-4632 % > 50

Resistencia al Punzonamiento ASTM D-4833 N (lb) 240 (54)

Resistencia al rasgado trapezoidal ASTM D-4533 N (lb) 200 (45)

Resistencia al estallido ASTM D-3786 KPa (psi) 1205 (175)

HIDRAÚLICAS

Tamaño de abertura aparente ASTM D-4751 mm. (tamiz) 0.25 (60)

Permeabilidad ASTM D-4491 cm./s 45*10-2

Permitividad ASTM D-4491 s-1 3.20

Espesor ASTM D-5199 mm. 1.40

Retención de asfalto TEXAS DOT3099 I/m2 (Gal/yd2) NA

PRESENTACIÓN

Tipo de polímero Fabricante Polipropileno

Ancho del rollo Medido m. 3.8

Largo del rollo Medido m. 120

Área del rollo Calculado m.2 456

PARA GEOTEXTIL TEJIDO UTILIZADO PARA REFUERZO:

PROPIEDADES

NORMA UNIDAD VALOR

MECÁNICAS

Resistencia a la Tensión ASTM D-4632 N (lb) 1490 (335)

Elongación ASTM D-4632 % 18

Sentido Longitudinal ASTM D-4595 KN/m 35

Elongación sentido longitudinal ASTM D-4632 % 21

Sentido Transversal ASTM D-4595 KN/m 40

Elongación sentido transversal ASTM D-4632 % 15

Resistencia al Punzonamiento ASTM D-4833 N (lb) 810 (182)

Resistencia al rasgado trapezoidal ASTM D-4533 N (lb) 480 (108)

Resistencia al estallido ASTM D-3786 KPa (psi) 4820 (700)

HIDRAÚLICAS

Tamaño de abertura aparente ASTM D-4751 mm. (tamiz) 0.30 (50)

Permeabilidad ASTM D-4491 cm./s 1.2*10-2

Permitividad ASTM D-4491 s-1 0.70

Espesor ASTM D-5199 mm. 0.80

PRESENTACIÓN

Tipo de polímero Fabricante Polipropileno

Ancho del rollo Medido m. 3.85

Largo del rollo Medido m. 100

Área del rollo Calculado m.2 385

2.8.11. MATERIAL DE MEJORAMIENTO

Debida a la extensa gama de suelos que existen en nuestro país, que sirven de fundación para caminos y carreteras, y que no todos son de buena calidad, se ha visto la necesidad de mejorar las condiciones mecánicas y químicas de los mismos, para que, de esta manera no produzcan problemas en lo referente a estabilidad.

Con fines económicos, principalmente, en nuestro país, desde hace algunos años es práctica general en el diseño de pavimentos flexibles, el utilizar los materiales disponibles localmente o materiales relativamente baratos en la construcción de una capa que se encuentra entre la cota superior de la plataforma del camino, es decir hasta el nivel de la subrasante, ya sea en terraplén o corte y la capa de subbase. Esta capa de material así ubicado la llamaremos "capa de suelo seleccionado". Entre esta capa y la subbase se establece la distinción, limitando arbitrariamente el valor del C.B.R. ( de la capa de suelo seleccionado de diseño, a menos de 20)

2.8.11.1. Funciones

1. Aumentar el valor de C.B.R de la subrasante (generalmente el valor del C.B.R del suelo natural está comprendido entre valores de 1 y 3).

2. Servir de plataforma de trabajo para el equipo de construcción

3. Reducir al mínimo los efectos adversos de las variaciones de la subrasante

4. Reducir al mínimo los peligrosos efectos del congelamiento, para lo cual debe especificarse materiales no susceptibles de congelamiento.

5. Drenar agua libre, dentro o debajo de la estructura del pavimento proveniente, principalmente de un nivel freático cercano.

2.8.11.2. Especificaciones

El suelo seleccionado deberá ser suelo granular, material rocoso o una combinación de ambos, libre de material orgánico y escombros de cualquier naturaleza; de granulometría tal que, todas las partículas pasarán por el tamiz de 4" (100mm) de abertura cuadrada, y no mas del 20% pasará el tamiz n.200 (0.074mm). La parte del material que pase el tamiz n,.40 (0.425mm), deberá tener un índice de plasticidad no mayor a 0. El material mayor de 4" (si se presenta), deberá ser retirado antes de que se incorpore al material de la obra ( se puede permitir el empleo de material un poco mayor a 4", si se cree que esto reducirá su tamaño al exigido, durante las operaciones de conformación y compactación)

2.8.11.3. Obtención

Este suelo seleccionado se lo obtendrá de la excavación para la plataforma del camino, o cualquier otra excavación autorizada dentro de la zona del camino (canteras cercanas).

EQUIPO

1. Volqueta2. Tractor

Se trata de una capa de suelo que necesita procesos de distribución, conformación y compactación.

2.8.11 .4. Compactación

Inmediatamente después de terminar la distribución y conformación del suelo seleccionado, cada capa del mismo deberá compactarse en su ancho total, por medio de rodillos. La compactación deberá progresar gradualmente desde los costados hacia el centro de la capa, en sentido paralelo al eje del camino, traslapando en cada pasada la mitad del ancho de la inmediata anterior y deberá continuarse conjuntamente, con la conformación humedecimiento y emparejamiento necesarios hasta que toda la capa haya sido compactada a la densidad especificada y se obtenga una superficie uniforme y de conformidad con la alineación, pendiente y sección transversal típica especificadas.

La especificación de densidad máxima de la capa de suelo seleccionado, deberá ser del 95%, según la AASHO T-180, método D.

En lo que a espesores de la capa total de suelo seleccionado se refiere, este está sujeto al diseño respectivo.

EQUIPO

1. Rodillos lisos

2. Rodillos neumáticos

2.8.11.5. Mejoramiento del terraplén bajo la subrasante

Generalidades.-Cuando así se establezca en el proyecto, o lo determine el ingeniero, la capa inmediata inferior al material de mejoramiento de la subrasante en los rellenos, se formara con una capa de material de un espesor constante transversalmente, de acuerdo con los planos o instrucciones del ingeniero.

El material a utilizarse bajo el mejoramiento de la subrasante , se obtendrá de los ríos existentes cercanos al proyecto o de excavaciones de las minas existentes en la zona y que sea material similar al que a continuación se describe.

Deberá ser proveniente de material rocoso, o canto rodado, con diámetros máximos de 30 cm aproximadamente, o a combinación de ambos, libre de material orgánico y escombros, tendrá una granulometría tal que un 70% se encuentre entre los tamaños de 100 mm a 300 mm y el 30% restante sean partículas de relleno, cuyo índice de plasticidad no sea mayor a 10, tal como se determina en el ensayo AASHO T-91.

Material de tamaño mayor al máximo especificado, si se presenta, deberá ser retirado, antes de que se incorpore el material en la obra, aunque el ingeniero podrá permitir su empleo si el material es de tal naturaleza que se desmenuzara el tamaño exigido durante las operaciones de conformación o compactaron o a su vez si dicho material previa las operaciones indicadas quedaren a 20 cm de la subrasante.

La distribución, conformación y compactaron del material se efectuara de acuerdo con las especificaciones generales MOP-001-F acapite 302-6 TERRAPLENADO.

Equipo.- El contratista deberá dedicar a estos trabajos todo el equipo adecuado necesario para la debida y oportuna ejecución de los mismos. El equipo deberá ser mantenido en optimas condiciones de funcionamiento.

Como mínimo este equipo deberá constar de equipo de transporte, espaciamiento, mezclado, conformación y compactación.

Tolerancias.- Al final de estas operaciones la horizontal no deberá variar en ningún lugar, de la cota y sección transversal establecida en los planos o por el ingeniero en mas de 4 cm.

Medición.-Salvo que las especificaciones especiales y documentos contractuales se establezca de otra forma, la cantidad a pagarse por la construcción MEJORAMIENTO DE TERRAPLÉN BAJO SUBRASANTE, será el numero de metros cúbicos efectivamente ejecutados y aceptados, medidos en su lugar después de la compactación.

Con fines de computo de la cantidad de pago, deberán utilizarse las dimensiones de ancho indicadas en los planos o las que pudieran ser establecidas por escrito o por el ingeniero.

La longitud utilizada será la distancia horizontal real, medida a lo largo del eje del camino, del tramo que esta siendo medido. el espesor utilizado será el indicado en los planos u ordenado por el ingeniero, o el espesor promedio medido en obra, cualquiera que sea menos, siempre y cuando no exceda de 0.60 m.

La distancia de sobra acarreo será la determinada por el resultado de la diferencia de la distancia entre lo centros de gravedad del volumen excavado y sobreacarreado, y el volumen del terraplén ejecutado con este material, menos la distancia de libre acarreo.

La distancia de acarreo y sobre acarreo, se determinaran por medio de diagramas de masas o por métodos analíticos, utilizando mediciones efectuadas a lo largo del eje del camino o paralelo al mismo.

Pago.- Las cantidades establecidas en forma indicada en el numeral anterior se pagaran a los precios contractuales, para cada uno de los rubros mas abajo designados y que consten el en contrato.

Cuando en contrato no incluye el rubro de sobre acarreo de materiales de excavación , la compensación total por todo el trabajo de acarreo de materiales de excavación será considerada como incluida en los pagos efectuados por los varios rubros de excavación.

La unidad de medida de sobreacarreo de material es m3/Km.

2.9 DRENAJE

2.9.1 GENERALIDADES

Uno de los mas importantes aspectos para la localización y diseño de una vía, es la capacidad de proveerla de un adecuado drenaje. Un drenaje adecuado y económico es necesario para proteger la inversión hecha en la estructura misma de la vía y para salvaguardar la vida de las personas que la usan. El agua merece un estudio muy serio y profundo, su acción, si no es controlada tiene efectos fatales en las carreteras, debido a que la carretera altera los cauces o drenajes naturales del sector.

El drenaje de vías, generalmente puede ser definido como los procesos de control y transporte del exceso de agua superficial y del agua subterránea localizada dentro de los límites de la vía y sus terrenos adyacentes.

En una vía se debe considerar el agua de:

1. Uso doméstico

2. Uso industrial

3. Precipitaciones

4. Subterránea, producto de la filtración de las precipitaciones, de flujos subterráneos o de la existencia de subpresiones o materiales que acumulan agua en su interior.

Las medidas tomadas para controlar el flujo de agua superficial son generalmente llamadas drenaje superficial y aquellas destinadas al control del agua subterránea se conocen como subdrenajes.

2.9.2 DRENAJE SUPERFICIAL

En términos generales, las medidas que deben adaptarse para dotar a una vía de drenajes superficiales son:

1. inclinación de la vía

2. Cunetas de coronación

3. Cunetas laterales

4. Canales

5. Alcantarillas

6. Puentes

7. Túneles

2.9.2.1 Inclinación de la vía

Toda carretera debe estar provista de una pendiente transversal con el objeto de facilitar el flujo hacia los lados, del agua que cae sobre el camino mismo. La pendiente transversal a usarse varía con el tipo de superficie, siendo pequeña para superficies impermeables, tales como pavimentos de concreto u hormigón asfáltico y relativamente grandes para superficies permeables tales como la grava y la tierra. Indudablemente en los caminos de grava o tierra, parte de las precipitaciones penetran en el suelo; igualmente, en los pavimentos bituminosos o de concreto el agua puede ingresar en el suelo a través de las juntas o fisuras, pero esta cantidad de agua que ingresa es relativamente pequeña si la vía tiene una inclinación transversal adecuada, regularmente el 2%.

Los espaldones que se construyen a lo largo de la vía deben ser provistos de una pendiente transversal mayor que la de la vía misma, por cuanto, generalmente el material de que se construyen los mismos tiene mayor permeabilidad que el utilizado en las superficies de rodadura, utilizándose una pendiente de 2% mínima y del 4% máxima.

2.9.2.2 Cunetas de Coronación

Para evitar la erosión de los taludes de corte, y para evitar que a las cunetas laterales llegue más agua que aquella para la cual fueron proyectadas, se construyen en el inicio de los cortes, vale decir en la parte superior, zanjas recubiertas de materiales suficientemente resistentes que se conocen como cunetas de coronación. (fig.2.9.2.2).

Se construyen en la parte superior de los taludes de los cortes y su área necesaria se calcula basándose en el área a drenar, la precipitación pluvial, etc.

Desde el punto superior de partida, la zanja deberá tener una pendiente uniforme, más o menos, hasta el lugar de desfogue; se debe cuidar de que la pendiente no pase de cierto valor máximo limitado por la velocidad de socavación en el material de que se trata.

El agua que llega a estas cunetas se descarga hacia abajo del talud mediante acequias longitudinales cubiertas de piedra, concreto o de algún otro material, o en su defecto se la distribuye en los terrenos adyacentes. Debe tener un mantenimiento constante para que cumpla su función y su taponamiento no se convierta en elemento causante de deslaves ( deben ser siempre revestidas). Todas las obras de drenaje, si son realizadas con hormigón, este debe ser de 210 Kg/cm² de resistencia a los 28 días.

2.9.2.3 Cunetas laterales

Son zanjas que se hacen a ambos lados del camino para recoger el agua de la vía, la que se desliza por los taludes de la misma y a veces también la que escurre en pequeñas áreas adyacentes.

Puesto que el área cuya agua va a dar a las cunetas es relativamente pequeña, generalmente se proyectan para que den capacidad a precipitaciones fuertes de 10 a 20 minutos de duración. Especialmente en caminos de grava o escurrimiento y combinar estos datos con la pendiente y forma de la cuenca para definir el área hidráulica necesaria para la cuneta.

La forma y dimensión de la cuneta se la determina de acuerdo a las condiciones climáticas, topográficas y geológicas del lugar (fig.2.9.2.3)

La sección de las cunetas puede ser en V o trapezoidal. No se acostumbra usar secciones rectangulares, por que muy raras veces conservan los taludes verticales, sino que, por el contrario se derrumban pronto. Las zanjas de sección trapezoidal tienen mayor capacidad de transporte de agua en una misma área transversal, pero a menos que rápidamente que las cunetas en V. La sección trapezoidal se adapta a lugares en que la pendiente es relativamente grande. La desventaja de las cunetas en V es que deben hacerse muy anchas en pendientes suaves, y en algunos casos puede resultar poco económico dar el ancho necesario.

Es conveniente usar una sección de cuneta constante, no solo por la seguridad, sino también para contribuir a la fácil construcción y conservación.

Las cunetas ordinarias pueden hacerse con pendientes desde el 0.5%, ya que son fácilmente accesibles para su limpieza. Las pendiente máximas están limitadas por la velocidad. Cuando son necesarios cambios de pendiente o de alineamiento, debe procurarse que la velocidad se conserve, lo cual se logra mediante cambios de sección y transiciones adecuadas.

Una cuneta, por lo general puede servir en longitudes de hasta 600 ó 700 metros de terreno plano y 300 a 400 metros en terreno de cierta pendiente. Estas longitudes se contarán desde una cresta hasta el desfogue o desde una alcantarilla de alivio a otra.

Para que se conserven con facilidad las secciones dadas a las cunetas, es necesario que la velocidad no pase de ciertos valores críticos. Estos valores críticos sirven de guía para decidir si una cuneta se mantiene con sus dimensiones preestablecidas zampeándolas o recubriéndolas con algún material, o si bien se hacen cunetas de mayor amplitud para llevar el mismo caudal, pero con un tirante menor, con lo cual se obtiene mayor seguridad para el tránsito y no se requieren zampeados ni protecciones.

Ordinariamente no se necesita recubrir la cuneta cuando la velocidad no pasa de 2.0m/s. Cuando hay peligro de que la velocidad crezca demasiado, se pueden poner muros interceptores, recubrir la cuneta con concreto o bien entubar el agua en los tramos especialmente difíciles. El césped es un preventivo eficaz de la erosión en cunetas que ocasionalmente llevan agua, o llevan poca agua.

2.9.2.4 Canales

Llamamos también canales interceptores, estos funcionan de forma análoga a la de una cuneta de coronación, pero su construcción se la realiza a distancias relativamente grandes de la vía terrestre, y no están específicamente ligados a un corte en particular, sino que defienden un tramo mas o menos largo de la vía, especialmente en laderas naturales con pendientes hacia la vía, con la finalidad de encauzar las aguas superficiales que escurrirán hacia la corona de una vía terrestre, causando en ellas erosiones o depósitos inconvenientes.

Las dimensiones del canal deberán seleccionarse como conclusión de un estudio hidráulico que podrá llegar a ser de importancia en los casos en los caudales que hayan que manejarse sean considerables.

Estos canales podrán o no ser revestidos y su elección se la realizará considerando con cuidado el riesgo de permitir las infiltraciones que inevitablemente ocurrirán a través del canal no revestido, optando por la protección en todos los casos necesarios.

Cuando las circunstancias obliguen a que el canal sea revestido, se utilizará generalmente la mampostería, y en los casos mas importantes el concreto. Es conveniente que la superficie recubierta, y que va a estar en contacto con el agua quede lo más lisa posible, para que se facilite el escurrimiento del agua y aumente la eficiencia de la obra.

En muchas ocasiones, los canales desembocan en los cauces que son drenados por alcantarillas.

2.9.2.5 Alcantarillas

Estas obras, que se las llama también de drenaje transversal son las que tienen por objeto dar paso expedito al agua que, por no poder desviarse en otra forma, tenga que cruzar de un lado a otro del camino.

Las alcantarillas se las puede usar para desaguar arroyos, cañadas, puntos bajos del perfil, drenaje artificial, zanjas de riego y para desaguar el agua de cunetas demasiado largas, intersecciones de caminos, etc.

Se colocan generalmente en el fondo del arroyo, canal o cauce que desaguan. En la localización de alcantarillas debe evitarse los cambios fuertes de dirección del curso del agua, por cuanto se disminuye la capacidad de la alcantarilla y se producen erosiones.

El área hidráulica de una alcantarilla debe ser tal que permita el paso del máximo caudal de agua que haya en cada caso, sin causar trastornos al camino ni a la estructura misma, ni que se requieran excesivos cuidados de conservación.

Es conveniente que la alcantarilla tenga la misma pendiente que el lecho de la corriente. Deben también evitarse los cambios de pendiente, para no causar erosiones.

Se recomienda una pendiente mínima de 0.5%, si puede obtenerse sin cambiar la velocidad de la corriente. Cuando las condiciones lo permitan es aconsejable una pendiente de 2 a 4%. La longitud que debe tener una alcantarilla depende del ancho del camino, de la altura del terraplén, del talud del mismo y de la pendiente e inclinación de la alcantarilla.

Una alcantarilla consiste en 2 partes, 1 cañón y los muros de cabezal (fig.2.9.2.5). El cañón forma el canal de la alcantarilla y es la parte esencial de la estructura. Los muros de cabezal sirven para impedir la erosión alrededor del canal, para guiar la corriente, y para evitar que el terraplén invada el canal. No obstante, los muros de cabezal se pueden omitir alargando el cañón.

A pesar de que es preferible que los drenajes siempre bajen recubiertos hasta el sitio de descarga muchas veces no se fabrican de esta manera. Adicionalmente, se tienen que colocar anclajes y disipadores de energía para su mejor funcionamiento.

Según la forma del cañón, las alcantarillas se pueden dividir en: alcantarillas de tubo, alcantarillas de cajón y alcantarillas de bóveda. También se puede clasificar de acuerdo al material con que están hechas: hormigón armado, tubo de metal corrugado, tubo de acero corrugado, tubo de aluminio corrugado, lámina de acero estructural y hormigón centrifugado.

El tipo de material a usarse en las alcantarillas depende de los requerimientos hidráulicos y de los requisitos de resistencia para soportar el terraplén y los esfuerzos producidos por las cargas de tráfico.

2.9.3 BREVES NOCIONES PARA DISEÑAR DRENAJES SUPERIFICALES

Los procedimientos de diseño pueden ser divididos en 3 fases principales:

1. Estimación de la cantidad de agua que llegará a cada uno de los elementos del sistema.

2. Diseño hidráulico de cada elemento.

3. Comparación de sistema de drenaje alternativos, de materiales alternativos y otras variables para encontrar el sistema más económico.

En el caso de algunas alcantarillas y la mayoría de puentes, es necesario conocer el caudal máximo de arroyo o río sobre el cual se van a construir. Este dato se lo obtiene de los reportes proporcionados por las estaciones fluviométricas. En caso donde los reportes existentes son inadecuados, o donde la finalidad del drenaje no es canalizar el agua existente en un arroyo, la apreciación del caudal puede hacerse por otros métodos que consideran principalmente los siguientes factores: Intensidad de precipitaciones, coeficientes de escurrimiento y tiempo de concentración en los puntos críticos del sistema de drenaje. Uno de los más comunes métodos para determinar el escurrimiento de un área de drenaje, es el llamado método racional. Este método se basa directamente en la relación entre la lluvia caída y el escurrimiento y se expresa por la siguiente ecuación:

Q = C * I * A

Donde:

Q = Escurrimiento (ft3/s ; m3/s)

C = Coeficiente que representa la relación de escurrimiento y la lluvia caída (cuadro 2.9.3.a)

I = Intensidad de precipitación (mm/hora ; plg/hora)

A = Area de drenaje (hectáreas ; km2)

Conocido el caudal de diseño se procede al dimensionamiento de cada uno de los elementos del drenaje superficial.

En el caso de cunetas laterales y otros drenajes abiertos, generalmente se usa la fórmula de Manning - Stricker.

V = Kst * R^(2/3) * J ^(1/2)

Donde:

V = velocidad (m/s ; ft/s)

Kst = Coeficiente de Stricker (cuadro 2.9.3.b), Kst=1/n

R = Radio hidráulico; que el cociente entre el área y el perímetro mojado (m ; ft)

J = Gradiente

Además se usa la ecuación de continuidad:

Q = V * A

Cuadro 2.9.3.a

COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA PARA LA ECUACION RACIONAL

Tipo de área de drenaje o superficie Coeficiente de escorrentía "C"

Mínimo Maximo

Pavimentos de hormigón u hormigón asfáltico 0.75 0.95

Pavimentos de macadam asfáltico o superficies de grava tratada

0.65

0.8

Pavimentos de grava, macadám,etc 0.25 0.6

Suelo arenoso, cultivado o con escasa vegetación 0.15 0.3

Suelo arenoso, bosques o matorrales espesos 0.15 0.3

Grava, ninguna o escasa vegetación 0.20 0.4

Grava, bosques o matorrales espesos 0.15 0.35

Suelo arcilloso, ninguna o escasa vegetación 0.35 0.75

Suelo arcilloso, bosques o vegetación abundante 0.25 0.60

Zonas comerciales de la ciudad 0.60 0.80

Secciones residenciales densamente pobladas 0.50 0.70

Areas de residencia normal 0.35 0.60

Areas rurales, parques, canchas de golf 0.15 0.30

Nota: Los valores más altos son aplicables sólo a suelos más compactados y a taludes inclinados

Cuadro 2.9.3.b

COEFICIENTES DE STRICKLER "K.S.T" PARA LA ECUACION

DE MANING - STRICKER

K.S.T = 1/n

Descripción n

Tubos de hormigón 0.012

Tubos de metal corrugado o tubos de arco:

a) simple o revestido

b) solera pavimentada

0.024

0.019

Tubo de arcilla vitrificada 0.012

Tubo de hierro fundido 0.013

Alcantarilla de ladrillo 0.015

Pavimento asfáltico 0.015

Pavimento de hormigón 0.014

Parterre de césped 0.015

Tierra 0.02

Grava 0.02

Roca 0.035

Areas cultivadas 0.03-0.05

Matorrales espesos 0.07-0.014

Bosques espesos-poca maleza 0.10-0.15

Cursos de agua

a) Algo de hierba y maleza - poco o nada de matorrales

b) Maleza densa

c) Algo de maleza - matorrales espesos a los costados

0.03-0.035

0.035-0.05

0.05-0.07

Nota: Al considerar cada factor se empleará un criterio más estricto si se considera que cualquier condición que cauce turbulencia y retarde el flujo conduce a un mayor valor de "Kst"

Q= caudal (m3/s , ft3/s)

A = Area transversal del canal

Conocida el área transversal del canal deberá diseñarse la forma de la sección y la protección requerida para prevenir la erosión.

Para el diseño de alcantarillas deben seguirse los principios de hidráulica para obtener el tamaño y forma más adecuados, tomándose siempre en consideración algunos valores, predeterminados, que no deben ser excedidos.

2.9.4 SUBDRENAJE

Parte del agua atmosférica que se precipita sobre la tierra se infiltra a través de las capas superficiales del terreno, para formar parte de la provisión subterránea de agua, ya sea estancada o corriente.

Es conocido que la resistencia de los suelos disminuye gradualmente por causa de un exceso de humedad. En los caminos, el exceso de agua subterránea origina baches, lodazales, grietas, ondulaciones del pavimento, deslaves, desprendimientos de tierras y otros trastornos.

El subdrenaje tiene por objeto liberar y dar salida a las presiones de agua subterránea para evitar que estas salgan a la superficie.

Cuando la subrasante del camino está sobre una capa de arena y grava, cuya inclinación le permita dar fácil salida al agua de infiltración, no es necesario hacer obras especiales de subdrenaje. En cambio, si la subrasante está sobre un suelo arcilloso, es muy probable que se requiera alguna obra especial; por cuanto estos suelos absorben mucha agua y se contraen al secarse, produciendo deformaciones en el camino.

Los métodos de drenaje más comunes son :

1. Zanjas abiertas (fig 2.9.4.a)

2. Drenes ciegos (fig 2.9.4.b)

3. Drenes en tubo (fig 2.9.4.c)

Las zanjas se han usado frecuentemente para hacer el subdrenaje de los caminos en zonas bajas y planas, aunque su empleo natural es para drenaje superficial. Para que sean efectivas como subdrenes, las zanjas deben ser lo suficientemente profundas para llegar más abajo de la máxima altura deseable del nivel freático. Con el fin de reducir el peligro a los vehículos, hay que alejarlas suficientemente de los caminos, y hacerlas bastante profundas para que presten un buen trabajo; en general este método da buenos resultados durante un corto tiempo, siempre y cuando la zanja tenga una pendiente uniforme y disponga de un punto de descarga conveniente. El problema principal de este tipo de drenaje radica en las obstrucciones que sufren las zanjas por derrumbes de paredes y por crecimiento de plantas. Además es casi imposible localizar estas zanjas de forma que no hagan también el papel de drén superficial, por lo cual deben considerarse las dos posibilidades.

Se conocen como "drenes ciegos" a aquellas zanjas rellenas de piedra triturada o grava. Para ser efectivos, estos drenes ciegos deben tener una pendiente uniforme, y se deben descargar hacia una salida adecuada. Además, debe tenerse cuidado al graduar el material con que se llena la zanja. La piedra o grava que se usa para rellenar las zanjas, de preferencia debe ser de tamaño uniforme, para que el porcentaje de vacios sea elevado. Si los drenes ciegos se colocan debajo de las cunetas laterales, el relleno de piedra o grava debe graduarse más fino en los 5 a 25 cm más cercanos a la superficie hasta terminar en los últimos 6 a 8 cm con arena, sobre la cual el suelo natural y el lodo, tenderán a formar una cubierta y a retardar así la obstrucción de las piedras inferiores. Esta graduación de material es necesaria si la zanja se localiza bajo una zona revestida.

Los drenes de tubo, que actualmente son los más usados, se componen de una zanja, en cuyo fondo van colocados tubos circulares de barro, concreto, lámina metálica corrugado y plástico . La zanja es llenada de material granular. En general, los drenes con tubo son muy superiores a las zanjas abiertas o a los drenes ciegos. El espesor del relleno de grava o piedra colocado arriba y alrededor del tubo varía de acuerdo con las condiciones del suelo y el nivel freático. La localización de estos drenes se la hace generalmente debajo de una de las cunetas laterales o a lo largo del eje de la vía; esta última no es muy conveniente, por cuanto en caso de daño las reparaciones son difíciles y además causan problemas en la circulación. Los tubos utilizados en este drenaje tienen perforaciones para permitir la entrada del agua en toda su longitud. Es más conveniente colocar los tubos con las perforaciones hacia abajo para evitar la entrada de sólidos y para que el nivel freático descienda más. (fig 2.9.4.d). La desembocadura de los tubos debe hacerse de modo que hayan reducidas posibilidades de que se atasque; esto se consigue con una salida suficientemente alta sobre su alrededor o prolongando el tubo hacia afuera del terraplén.

Cuando el subdrén está localizado bajo una cuneta sin revestir es importante que sea recubierto con un material impermeable tal como la arcilla, para de esta forma evitar que se tapone el subdrén.

TUBERÍA CORRUGADA PLÁSTICA (disposición de los orificios)

2.9.5 DRENES HORIZONTALES

Una de las causas de que se produzca la inestabilidad de taludes en un proyecto vial es el elevado nivel freático. Para evitar los derrumbes y desprendimientos de tierra consecuentes, es aconsejable la colocación en los taludes de drenes horizontales que provocan un abatimiento del nivel de aguas subterráneo y una disminución del contenido de humedad del material.

En general se utilizan tuberías perforadas de metal, las cuales se hincan en los taludes. Sin embargo también se pueden realizar primero una perforación y luego colocar una tubería de PVC perforada para drenaje.

Los tubos de drenaje pueden alcanzar longitudes de 100m y más, los diámetros son variables y están en función del caudal que se desee extraer, del número y separación de los drenes y del diámetro de la máquina perforadora. El agua extraída es encausada hacia las cunetas para su posterior evacuación.

Cuando se construyen muros de contención, para estabilizar los taludes, es necesario permitir la evacuación del agua mediante los denominados “michinales”, estos son tuberías horizontales de corta longitud y pequeño diámetro, por lo general de plástico, que drenan el agua hacia el exterior y disminuyen la presión hidrostática sobre el muro.

2.9.6 DRENAJE DE CIUDADES

El drenaje del agua superficial en las áreas urbanas, se lo hace por métodos similares a aquellos empleados en el drenaje de vías. Los elementos básicos de un sistema de drenaje de áreas urbanas son :

1. Inclinación de la vía

2. Canales o unión de bordillo lateral y calle

3. Sumideros

4. Badenes

5. Subdrenes

El agua que cae sobre la superficie misma del pavimento es desalojada hacia los lados, cuando la calle tiene una adecuada pendiente transversal. La pendiente de las calles es menor que la de las carreteras, por seguridad y estética.

Los canales, o la intersección del bordillo lateral con la calle, realizan la función de las cunetas laterales de las carreteras. Deben ser de material especial para evitar la erosión.

Los sumideros, que son generalmente colocados en las intersecciones, sirven para recoger el agua que corre por los canales laterales y desalojarla en el alcantarillado central.

Los badenes, son "canales" transversales al eje de la vía, y se los utiliza en zonas urbanas. Dichos canales son depresiones tenues, pero que facilitan el transporte del agua de un extremo al otro; su utilización es limitada y únicamente para casos especiales de drenaje.

Los subdrenes, son desagües subterráneos de tubería perforada de hormigón u otro material o filtros de suelo natural granular, cuya función básica es la de eliminar, o por lo menos disminuir las presiones internas; a su vez este sistema de desalojo de aguas se halla conectado a un sistema central de canalización o alcantarillado.

El drenaje es importante para que un diseño sea efectivo; ningún diseño será suficiente sin drenaje.

Cuando en una vía se detectan afloraciones de agua, ya sean estas causada por filtraciones de las tuberías enterradas, en cuyo caso se utilizarán subdrenes, o por subpresiones del nivel freático muy alto, se usan los "drenes de peine" (fig 2.9.4.e), dependiendo del caso, se utilizarán una o algunas de sus ramificaciones, que serán zanjas rellenas de material filtrante y provistas de tubería perforada; generalmente este tipo de subdren es utilizado para superficies pequeñas.

En ocasiones se ha preferido cortar la ascensión del agua a los terraplenes, construyendo en la base de estos una altura suficiente de enrocamiento muy permeable, suficiente como para eliminar el agua; sobre este habrá una sección con granulometría de transición, sobre la que podrá construirse un terraplén convencional. Esta solución puede ser económica en grandes extensiones, siempre y cuando el terraplén tenga la altura suficiente para alojarla.

Cuando se realizan aperturas de zanjas, sean estas para alcantarillas o subdrenes, es de mucha importancia que la compactación sea correctamente realizada, ya que una compactación defectuosa ocasiona hundimientos de las capas superiores, y por lo tanto reduce el soporte de la capa de rodadura, que bajo el intenso tráfico fallará y hará que pierda su uniformidad, transformándose por el contrario en una trampa para los vehículos que transitan por ella.

El relleno de estas zanjas deberá ser compactado con una compactadora vibratoria y otro equipo aprobado, y en capas cuyo espesor máximo sea de 20cm , hasta alcanzar una compactación relativa, no menor de 95% de la densidad máxima de laboratorio.

2.9.7 OBRAS ESPECIALES

2.9.7.1 Puentes

Son estructuras relativamente grandes que se usan para salvar un obstáculo natural o artificial; conjuntamente con las alcantarillas forman parte del llamado "drenaje transversal". Se distinguen de las alcantarillas por cuanto estas van asentadas directamente sobre un colchón de tierra, en cambio los puentes no. También se diferencian por el tamaño, siendo las alcantarillas, por lo general, estructuras más pequeñas. Otra diferencia, quizá la más importante es que la parte superior de la alcantarilla no forma parte de la vía misma.

Generalmente, los puentes son estructuras que requieren de una inversión muy alta para su realización, por tanto para la localización del sitio más conveniente se debe hacer un estudio minucioso y detallado de todos los factores: calidad del suelo, longitud y altura del puente, facilidad de construcción, etc.

Los materiales más comúnmente utilizados para puentes son el concreto y el acero. Puentes de diferentes tipos pueden ser construidos con estos materiales, usados solo o en combinación. Ocasionalmente se usa la madera para algunos elementos de puentes muy cortos.

2.9.7.2 Túneles

Llamados también galerías filtrantes, se recurre a su utilización cuando el agua subterránea se encuentra a una profundidad tal que sea imposible pensar en llegar a eslla por métodos de excavación a cielo abierto y prevalezcan condiciones topográficas que han difícil el empleo de drenes transversales. Generalmente este es un subdrenaje raramente utilizado como método preventivo.

El túnel debe tener una sección adecuada para permitir su propia excavación, localizado en donde se juzgue más eficiente para captar y eliminar las aguas que perjudiquen la estabilidad de un talud o de una ladera natural que se use como terreno de cimentación.

El revestimiento del túnel, si es que resulta necesario, deberá permitir la filtración del agua para que el túnel sea efectivo como dren. Este revestimiento puede ser de distintos materiales:

a) Tubo de metal perforado y embebido en material de filtro

b) De concreto

c) De mampostería

d) Mixto: Bóveda de concreto y paredes de mampostería

Se deberá dejar abundantes huecos, para propiciar la función drenante, pero cuidando de no perjudicar la estructura.

Se acostumbra colocar en los últimos metros de túnel, regularmente bajo el área que se desa drenar, abanicos de drenes de penetración frontales y por tubería drenante, para agilitar el desarrollo del agua.

2.10. EROSIÓN

Esta acción destructora por gotas de lluvia al caer sobre el suelo , del que hacen saltar las particulas, arrastradas despues por las aguas de arroyada. La combinación de diversos procesos de fragmentación que permiten la abrasión de la roca debido a la erosión es un efecto importante producido por este fenómeno.

Uno de los factores mas importantes en las obras de ingenieria y que causan daños en las obras es el mal manejo de las aguas.

Para que un talud este estable es necesario drenes transversales y cunetas de coronación para es correcto desfogue de las aguas

*Para diseño de drenajes:

Calcular caudal a circular, por medio de la precipitación.

Calle canal vereda tauld

Datos:

-canal de pavimento de hormigón (c=0.85), vereda de hormigón (c=0.95), talud recubierto de cesped (c=0.225)

-Intensidad del sector (I=0.04m/h)

Resolución del problema:

A=Ai

Pavim. Vereda talud

A=500m2+150m2+10000m2

A=10650

Q=C*I*A

Q=0.85*0.04*500 + 0.225*0.04*10000 + 0.95*0.04*150

Q=112.7 m3/h =0.0313 m3/s

Canal: prediseño:

Me impongo b=0.5m, h=0.25m

A=Q/V

V=1/0.012*R2/3*J1/2

R=0.125/1=0.125

J=0.05

A=0.0067m2= 8cm*8cm (absurdo recalcular iterativamente)

Me impongo b=0.13m. h=0.13m

J=0.05

R=0.0169/0.39

R=0.0433

V=(1/0.012)*(0.04332/3)*(0.051/2)=2.297m/s

A=(0.0313m3/s)/2.297m/s

A=0.0136m2

2.11. LATERIZACIÓN DE SUELOS

1.- DEFINICIÓN

Todos los suelos están formados por materiales que han sufrido un proceso metereológico químico y físico muy complejo ya que el mismo ha tomado millones de años y es así como suelos que se han formado a poca distancia el uno del otro, pueden tener diferentes propiedades entre si y en cambio ser similares a otros localizados a miles de kilómetros de distancia. Estas similitudes o diferencias entre los suelos se las puede medir en términos de sus propiedades químicas, físicas y mineralógicas.

El término laterita proviene del Latín later que fue usado inicialmente por Buchanan en 1807 para describir un material natural sin estratificación y con una gran cantidad de hierro que podía ser cortado en estado húmedo pero cuando se secaba al aíre se volvía duro como ladrillo.

Hoy en día, el suelo laterítico o simplemente laterita es considerado el

suelotropical rojo y amarillo, pero desde el punto de vista de la Ingeniería

incluye todas las regiones tropicales superficiales con toda sus formaciones y

tipos. El término laterita ha sido usado para diferentes materiales lo cual afecta

directamente en su identificación.

Algunos ingenieros han usado el (Kr) radio molecular de sílice/aluminio, hierro para la determinación del grado de laterización. Por otro lado, autores como Autret 1983 y Barata 1981 han usado clasificaciones basadas en las características granulométricas, lo cual deja ver la diversidad de criterios existentes para su clasificación e identificación.

De acuerdo a la definición usual (Buchanan 1807 y Schellman 1983); las lateritas son producto de intensos procesos (tísicos y químIcos) de alteración de a roca por los cuales el contenido de hierro y/o aluminio es elevado. Entre los minerales predominantes tenemos la caolinita, goethita, hemalita, gibbsita y cuarzo.

2.- CARACTERíSTICAS DE LOS SUELOS LATERITICOS

Existen algunos factores que afectan el proceso de desarrollo de los suelos lateríticos entre los que se puede enumerar la topografía, el clima, la pluviosidad, la geología durante las etapas iniciales así como también la cantidad de vegeta¬ción incide en la formación de ácidos y asimilación de sílice lo cual determina ciertas propiedades que caracterizan a estos suelos.

3.- FORMACION DE LOS SUELOS LATERITICOS

Debido a que las rocas están expuestas a factores como los mencionados anteriormente- que cambian sus características iniciales, se producen otros materiales con propiedades diferentes que dan origen a los suelos residuales.

La formación de los suelos lateríticos se produce a partir de las rocas ingnea básicas y en general de rocas con alto contenido de minerales como aluminio, hierro y sílice.

El clima es quizá el elemento más importante dentro del proceso de formación de los suelos, factores climáticos como pluviosidad y temperatura son determinantes Así pues, se ha establecido que los suelos lateríticos se desarrollan en zonas cuyas temperaturas oscilen entre los 250 C y valores de precipitación

entre 750 mm y 1200 mm por año que son más que suficientes para movilizar las concentraciones de hierro y magneso.

La topogafía es otro factor que juega un papel importante debido a que esta facilita o dificulta el traslado de material soluble por medio de las aguas de lluvia, así pues en terrenos con fuerte pendiente se produce la erosión de los materiales más facilmente que en terreno planos, en donde el drenaje pasa a ser el factor preponderante.

La vegetación también influye ya que según el tipo y la cantidad puede o no producirse erosión, en vista de que una vegetación espesa impide el arrastre de material a causa de las aguas superficiales, en cambio con una vegetación tipo sabana permite una mayor llixivación dando facilidad para la movilización del hierro.

Finalmente el tiempo es un factor de control, así por ejemplo en climas tropi¬cales húmedos del trópico, el tiempo requerido para la alteración química de la roca es considerablemente menor que en climas templados.

De lo dicho anteriormente se deduce que las lateritas se desarrollan preferi-blemente en terrenos planos y suaves o levemente irregulares que impliquen ser estables por largos períodos de tiempo.

4.- PROCESOS DE METEORIZACION

Meteorización es el proceso de alteración de las rocas hasta su transformación en suelos. básicamente existen dos tipos de meteorización que son:

Meteorización Física y Meteorización Química.

La meteorización física se presenta como resuttado de la constante de abrasión que ha sufrido la roca desde cuando se formó originalmente, es así como ahora se encuentra en un nuevo medio ambiente más cerca de la superficie de la tierra, que lo convierte en un material residual de apariencia mas terrosa que rocosa y que se presenta como arenas, sedimentos, cascajos y hasta como arcillas. Lo interesante de este proceso es que a pesar de los cambios físicos, los componentes minerales de estos elementos se mantienen igual al de la roca original.

La meteorización químIca consiste en diversos procesos de alteracón mineralógica producto de reacciones químicas con minerales primarios que dan origen a otros minerales.

Así por ejemplo tenemos la Ferralizaclon, que no es otra cosa que el conjunto de cambios químicos por los cuales el hierro llega a mineralizarne y a enriquecer el suelo; se deriva de una Intensa y continua acción de factores atmosféricos así como por la hidrólisis de silicatos. Este proceso consiste en que las bases de sílice son disueltas y dan como resultado los sesquióxidos. Los cambios químicos se suscitan activos y vigorosos a través del año y la materia orgánica es rapidamente minealizada.

Otros procesos de meteorización vienen dados por hidratación, hidrolisis, oxidación y carbonatación química de tal modo que las regiones tropicales con abundante precipitación y alta temperatura son las más susceptibles a las alteraciones químicas. Perfiles profundos que presentan coloraciones rocas marrones y amarillas son prueba de una meteorización química severa.

A continuación se muestran varios casos de horizontes de meteorización asociados a eventos geológicos.

5.- LATERIZAClON

El proceso de laterización viene como consecuencia de la meteorización es decir es la evolución de los minerales primarios de la roca y es así como Robinson (1949) asevera lo siguiente:

1. La alteración de los minerales primarios presenta una total desalcalinización a lo largo de la evolución, con una acumulación de hierro (in situ) y aluminio.

2. El hierro liberado es separado de los constituyentes arcillosos (caolinita).

Por otro lado, el grado de laterización de un suelo residual puede medirse por la proporción de sílice que queda en el suelo.

Se debe distinguir entre laterización que es un fenómeno de intemperizaclón que corresponde a una concentración relativa de hierro y sesquióxidos de aluminio y ferralización que es una concentración absoluta.

Se han establecido varias secuencias estratigráficas que tratan de mostrar el perfil característico y es así como Deere y Patton (1971) describen este perfil para suelos residuales en donde se distinguen tres horizontes:

l Suelo residual propiamente dicho

II Roca Meteorizada

III Roca fresca y relativamente no meteorizada.

El horizonte l a su vez se subdivide en otros tres:

Horizonte 1-A Zona de lixiviación, empobrecida por la infiltración de agua muchas veces arenosa y con materia orgánica.

Horizonte I-B Zona de deposiclón, a veces cementada.

Horizonte 1-C Se lo identifica ya que a pesar de que a roca se encuentra

totalmente meteroizada, se pueden ver en él las estructuras heredadas o relictas de la roca, que suelen constituirse en planos de debilidad. Este material en el que la roca tiene todavía aspecto de tal; pero es totalmente meterizada, se o conoce como saprolito. Dentro del horizonte I-C se encuentran ademas bloques residuales redondeados que han resistido a la erosión.

En la Zona II, se encuentran dos horizontes:

Il-A que es una transición del saprolito a la roca meteorizada; se caracteriza por su gran heterogeneidad, ya que se encuentran trozos de roca sana y otras transformadas. El suelo que los rodea es a menudo arenoso y permeable.

ll-B, que presenta roca con signos de meteorización, en particular a lo largo de las litoclasas.

En la zona III encontramos generalmente roca sana o con algo de alteración ¬en la parte superior. Este horizonte a menudo es impermeable. A continuación se presenta el perfil de suelos residuales sobre rocas de origen volcánico, según Deere y Patton.

b. Zona del Oriente

En esta zona los niveles de precipitación varían entre 4200 a 6500 mm por año que conjuntamente con el clima tropical y subtropical han meteorizado a las rocas de una manera tan fuerte que los conglomerados han dejado de ser tales por cuanto al tocarlos se desintegran.

C. Zona de Santo Domingo – Quinindé

La precipitación está alrededor de 3300mm por año, con una temperatura de 28C y humedad relativa de 90%, factores que producen la meteorización de la roca original dando origen a suelos residuales del tipo laterítico.

D.- Zona de Nor-Occidente (Puerto Quito – La independencia)

Al igual que en las zonas anteriores, la alta precipitación , las altas temperaturas y las condiciones topográficas que presenta la zona es decir relieve moderado, con superficies planas y poco onduladas ha dado lugar a que se produzcan unos avanzados procesos de meteorización, físisca y química en los depósitos volcánicos cuaternarios que son parte de la formación San Tadeo.

Las tobas y cenizas tobáceas producto de los eventos volcánicos, en el Cuaternario, se han meteorizado y han dado lugar a la formación de suelos residuales lateríticos.

Existen además otras zonas que no se han estudiado en mayor detalle pero que sus antecedentes indican que se tratan de suelos residualesy que para el efecto cabe enunciarlas para en el futuro establecer una zonificaciónmás elaborada de este tipo de suelos. Dichas zonas son las siguientes:

Zona del Paute (Guarumales)

Cuenca del río Daule

Islas Galápagos.

ESTABILIDAD DE TALUDES EN EL PAIS

• En el país existen grandes mantos rocosos. Sobre conglomerados de arcilla que hacen complicado el trabajo de los taludes.

• El costo influye en el diseño complicado de un talud.

• Los frecuente desmontes calculados en 10 % y que en casos superan el costo inicial, indican que existe deficiencia en el estudio de taludes.

• En el Oriente, planos ondulados con terrones de arcilla con alto contenido de humedad. Se presentan problemas con los terraplenes. No aceptan compactación y obligan a una consolidación. Y el talud natural dejando que el material se fragüe. En costos no presentan problemas mayores pero se recomienda la limpieza de la capa vegetal hasta 15 m fuera de la lateral para evitar corrimientos superficiales.

• En la Estribación, Hay materiales heterogéneos de roca fracturada que presente continuos deslizamientos y que en ciertos casos no presentan el uso de explosivos. Se pueden utilizar terrazas y permanentemente sacar el material suelto para evitar desmontes sorpresivos. Se recomienda no usar equipo pesado que desequilibre la estabilidad de los taludes al cortar. Se recomienda el peinado del talud a manos.

Las terrazas sin embargo resultan muy costosas y requieren de contra-taludes y revestimientos. Implican grandes volúmenes y cuando no se realizan adecuadamente son peligrosos y colaboran con deslizamientos.

Con material fluido y muy húmedo se supone la construcción de muros de pie con orificios.

Estos muros se utilizan también cuando se presentan asentamientos.

Para la estabilidad del talud se requiere una voladura controlada y siempre desalojar el material suelto y peligroso.

En sitios de lluvias permanentes se recomiendan taludes verticales o contra-taludes para evitar la acción del agua.

En la Costa, el cambio constante de humedad produce grietas longitudinales en los taludes que obligan a duplicar las inclinaciones de los taludes (1:2) a (1:4). Hay que tratar de evitar préstamos laterales y seleccionar el suelo de terraplén a fin de implementar un adecuado drenaje que mantenga cierta regularidad en la humedad.

La humedad se puede controlar con pozos de arena que drenan, o sacar agua de los terraplenes.

Se recomienda la colocación de material granular con imprimación superficial para mantener la estabilidad de taludes de terraplenes.

El corrimiento de terraplenes por humedad puede ser controlado por drenes horizontales o tableros, cuando falla la base se debe a la mala compactación del suelo que siempre debe ser lavado, repuesto y recompactado.

El trabajo de mototraillas debe ser alterno para préstamos laterales para terraplenes.

En fallas geológicas activas o zonas con problemas deben evitarse las terrazas.

Las rocas en estratos son difíciles de controlar, se recomienda anclar los estratos con hierros y columnas.

En rocas sin fracturas serias se debe perforar en la lateral pero no se debe cargar para señalar el sitio del límite de corte (precorte).

Los corrimientos deben controlarse con pilotes o elementos en diferentes sitios sin que sean rígidos completamente sino que se apliquen puntualmente.

Los diseños deben ser más reales y casi siempre se requieren provisionalmente caminos pilotos construidos con equipo liviano que no desequilibren grandes masas del suelo.

Taludes considerados en el país (%):

Roca 10%

Conglomerado 25%

Granular 50%

Arcilla 1-1 (100%)

Se debe tratar de no cambiar la estabilidad natural de los suelos y más bien usar obras civiles que puedan pasar obstáculos, no eliminarlos.

TALUDES

1. INTRODUCCION

El problema de la estabilidad de taludes aparece como uno de los más complejos dentro de la Mecánica de Suelos y Rocas.

En primer término es preciso definir criterios de estabilidad de taludes, entendiéndose por tales algo tan simple como poder determinar la inclinación apropiada en un corte o terraplén; siendo casi siempre la más escarpada que se pueda sostener el tiempo necesario sin caerse.

Aquí es donde radica la esencia del problema, a diferentes inclinaciones del talud corresponden diferentes masa de tierra a moverse y, por lo tanto, diferentes costos.

De una manera LOS TALUDES SON ESTRUCTURAS QUE EN GENERAL SE DEBEN PROYECTAR Y CONSTRUIR CON UN CRITERIO ESENCIALMENTE ECONOMICO.

En el Ecuador donde la mayor parte de las carreteras se hace en terrenos francamente montañosos y ondulados, un alto porcentaje del costo depende del movimiento de tierras que, a su vez consistirá fundamentalmente en la formación de cortes y terraplenes, en los que cualquier cambio en la inclinación afectará en forma importante en el costo total. Por esta razón -razón de costo-, el MOP en cuanto a taludes en corte especifica ciertas inclinaciones para tierra y roca, inclinaciones que por lo general originan problemas del tipo geotécnico, y, aún más si existe humedad o constante lluvia e la zona. Es por esto que cuando se proyectan taludes se debe tomar extremas precauciones en lo que a drenaje se refiere.

A continuación e presentan, en breve, los mecanismos -tratando de que sena económicos- que se deben aplicar para realizar la cobertura de la superficie de los taludes (tanto en relleno como en corte) por medio de vegetación, métodos mecánicos u otros, a fin de evitar que la erosión hídrica y/o eólica actúen sobre dicha superficie ocasionando el arrastre de material hacia las cunetas y plataforma de la vía.

2. METODOS DE ESTABILIZACION

A más de evitar la erosión hídrica y eólica de los taludes, la estabilización neutraliza los efectos visuales de abandono de ambos tipos de erosión. DE igual manera los diferentes métodos impiden en cierto grado la erosión geológica y regulan los efectos directos de meteorización por los agentes atmosféricos, que en ocasiones motivan las alteraciones del terreno, trayendo como consecuencia los deslizamientos y caídas de los materiales que constituyen el talud.

Para la elección del método de estabilización, debemos tomar en cuenta una serie de factores, los cuales emanan de los estudios previos, mencionándose a continuación los siguientes:

• Pendiente del talud

• Tipo del talud (corte o relleno)

• Grado de cohesión y de compactación del material

• Textura y estructura del material

• Intensidad de lluvias, velocidad y dirección del viento

• Vegetación circundante

• Disponibilidad de material vegetal

• Posibilidad de mantenimiento

• Aspecto económico

• Aspecto ornamental

• Estudio edafológico

• Consulta de estudios geológicos (de haberlos)

2.1 METODOS VEGETATIVOS

Los métodos vegetativos para la estabilización de taludes consisten en la utilización de diferentes especies de plantas de porte bajo, las cuales cubren la superficie del talud disminuyendo la acción de los agentes erosivos, lo que contribuye a dar mayor estabilidad al talud tratado.

2.1.1 Método de enfajinado

Para llevar a cabo el siguiente método es conveniente seguir como se indica:

a. Conformación del talud.- Es muy importante una buena preparación de la superficie del talud, esforzándose en evitar todo rasgo de erosión superficial poniendo especial cuidado en un buen control de las pequeñas zanjas, que pueden abrirse y dejar las fajinas al aire.

El éxito de este método depende de la eficiente ejecución de este aparte, por tratarse la fajina de una estructura rígida que requiere una base firme.

b. Trazado de las curvas de nivel.- Se lo hará con nivel o con algún otro procedimiento sencillo. La distancia estará determinada principalmente por la pendiente, tranzándose a 2 metros cuando la pendiente sea menor al 30%, a 1.5 metros en pendientes de 50 a 80%, y a 0.80 -1 metro , en pendientes mayores.

c. Zanjas de asentamiento.- Por las líneas de un mismo nivel se colocarán estacas de madera dura de 3 cm. de diámetro y del largo suficiente para que quede 15 cm. por encima del suelo, con la estaca bien firme en el talud (la estaca no debe tener menos de 70 cm. de largo) y a una distancia de 50cm entre ellas. De no disponer de estacas duras se usará pequeños troncos de madera de ½” de diámetro. Las estacas deben mantener un ángulo de 45o con la superficie del talud. Siguiendo las curvas de nivel y por el suelo inmediatamente superior a las estacas, se construirán zanjas de 20 cm. de ancho por 10 cm. de profundidad, donde se colocará la tierra y el material vegetal.

d. Colocación de las fajinas.- VEGETALES: consiste en preparar haces compactos de material semileñoso de 15 a 20 cm. de diámetro, con amarres cada 40 cm. y de un largo no mayor a 2.50cm.

Estas fajinas se colocarán una al lado de otra, atándolas por sus extremos y a las estacas, con alambre galvanizado No. 18, preferiblemente.

METALICAS: Las fajinas metálicas se preparan con malla metálica desplegable, cortando fajas de 20 cm. de ancho, las cuales se atan a las estacas mediante alambre.

e. Acondicionamiento de las terrazas y siembra: En la parte comprendida entre el talud y la fajina, se vertirá suelo rico en materia orgánica y de ser posible abono químico de fórmula variable de acuerdo con las características químicas del suelo y ls exigencias de las plantas, compactando luego para que queden bien conformadas las pequeñas terrazas.

Una vez conformadas las terrazas, se procede a la siembra, la cual estar constituida por una gramínea rastrera rústica. Para ello se tomas las gramíneas y se cubren con la tierra vegetal mezclada con el abono. También y según las especificaciones que se establezcan, la siembra puede hacerse con semillas.

De acuerdo a las condiciones edafológicas del terreno, se sembrarán en el espacio comprendido entre las terrazas, semillas de vegetación típica del lugar.

f. Conservación.- Consiste en las reparaciones, riego en la primera etapa de arreglo del material vegetal de cobertura y la resiembra, hasta lograr que se cubra toda la zona donde se encuentra el enfajinado, además de la reposición de las fajinas dañadas y de los amarres.

2.1.2 Método de cobertura

Consiste en hacer una especie de techo al talud, utilizando una planta apropiada de acuerdo a la vegetación existente en la zona. Da buenos resultados en taludes de rellenos y aquellos formados por el bote de material (sin compactar) porque se adapta muy bien a los posibles movimientos de la superficie del suelo, a la vez que constituye una excelente protección contra el agua de escorrentía. En resumen el método se desarrolla así:

a. Se trazan las curvas de nivel cada metro, se procede al riego de un abono adecuado y a la siembra de no menos de 30 Kg/Ha. De semillas de arbustos de la zona.

b. El arbusto a utilizarse se saca con raíces (en su época de prefloración y floración) y se corta su tercio superior, se dispone el arbusto de tal manera que forme esteras de 20 cm. de largo.

c. Por las curvas trazadas, se comienza a abrir una zanja en la parte inferior del talud, esparciendo primero el material sobrante de la elaboración de las esteras, en la parte inferior de cada zanja. A lo largo de cada zanja y cada 2 metros, se clavan estacas de 3 cm. de diámetro y de largo suficiente para obtener una buena fijación, dejando 10 cm. sobre la superficie.

Se colocan las esteras con las raíces en las zanjas, sembrándose entre una y otra, cepas del mismo arbusto. Se cubren las raíces con suelo de la parte superior de la zanja. Manteniéndose el mismo proceso hasta alcanzar la parte superior del talud.

2.1.3. Método de siembra directa (semillas)

Se recomienda para taludes de corte y de relleno de consolidación apropiada y textura media para terrenos planos. No es apropiada para zonas afectadas por la erosión eólica. Consiste en:

a. Conformación del terreno: debe hacerse de la mejor forma posible, eliminando todo rasgo de erosión hídrica y/o eólica.

b. Trazado de curvas de nivel: por las curvas de nivel se harán terrazas de unos 20 cm. de ancho, dándoles pendiente hacia la superficie del talud.

c. Adición al talud de abono y semillas: se añadirá una capa de 1 cm. de espesor de abono, y añadiendo semilla de la vegetación circundante, a razón de 50 a 60 Kg/Ha.

Luego se añadirá una capa de suelo que no tenga un espesor excesivo, con la finalidad de inocular el material y de crear condiciones apropiadas para el desarrollo de la futura vegetación.

2.1.3 Método de malla

Este método consiste en la utilización de malla metálica, la cual se coloca sobre la superficie del talud, una vez que este haya sido tratado por algún método de cobertura, o siembra directa con semillas.

Una vez efectuada la siembra del talud, se coloca encima una franja de malla fijándola al talud en su parte superior, media e inferior con estacas de diámetro de ¼”.

Este método se utiliza en zonas donde la precipitación es bastante alta y el tipo de suelo que constituye el talud sea esquistoso o arenoso y fácilmente erosionable.

2.2 METODOS MECANICOS

Se ha designado con el nombre de métodos mecánicos aquellos en que se utiliza ciertos materiales, los cuales son aplicados a los taludes o suelos que presentan movilización, debido a los agentes eólicos e hídricos, o bien mediante equipos de aspersión con presiones apropiadas que permiten la penetración de dichos materiales entre las partículas del suelo.

2.2.1 Método de emulsiones asfálticas

Las emulsiones asfálticas se pueden definir como una suspensión en agua de glóbulos de asfalto finamente divididos, agregándose además agente emulsificantes que impidan la unión de las partículas de asfalto, antes de hacer uso de la emulsión.

De los tipos de emulsiones asfálticas se utilizan las de desintegración lenta o rotura lenta para estabilizar taludes, siendo aquellas las de mayor estabilidad, con un contenido bituminoso del 50%.

Este método tiene la ventaja de poderse aplicar junto con semillas de plantas tales como Mermuda (Cynodon Dactilon), Capin Melao (Melinis Minnuflora) u otras, a razón de 60 a 70 Kg/Ha., arena blanca de río a razón de 1000 m3/Ha., tierra vegetal a razón de 100m3/Ha.

Estos elementos se mezclan previamente, luego se aplican a la superficie del talud mediante aspersión mecánica o manual, luego se cubren con una capa de cáscara de coco para retener la humedad y, luego, se hace la aplicación de la emulsión asfáltica a razón de 0.6 L/m2.

2.2.2 Método del concreto proyectado

Este método consiste en la proyección sobre la superficie del talud de un mortero de concreto, mediante máquinas a presión que permitan la penetración a las partículas del suelo.

Este método requiere hacer estudios referentes a la humedad del suelo, la cual determina la cantidad de drenes horizontales necesarios. Si la humedad que presenta el suelo es mínima, se utilizarán siempre en la parte inferior del talud drenes horizontales, pero en menor cantidad.

Una vez que se haya conformado el talud, se procederá a la colocación de una malla de temperatura, la cual se fijará mediante anclajes, aplicando después de esta operación el concreto proyectado, que consiste en una mezcla de cemento, arena y grava y agua.

El grosor de la grava debe estar comprendido entre 8 y 25 mm., para evitar que haya obstrucción en la máquina y en la manguera de aplicación.

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