Geotecnia en Carreteras
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Estudios geotcnicos aplicados a aeropuertosQu es un Estudio
Geotcnico?El estudio geotcnico es el conjunto de actividades que
permiten obtener la informacin geolgica y geotcnica del terreno,
necesaria para la redaccin de un proyecto de construccin.Aspectos
Geolgicos y Geotcnicos a ConsiderarLos estudios geolgicos y
geotcnicos deben considerar los siguientes aspectos para el diseo
adecuado y construccin eficiente de aeropuertos:a) En la
conformacin con suelos apropiados Conformacin con suelos
apropiados. Es necesaria la compactacin enrgica y sistemtica.
Propiedades del terreno natural de cimentacin. Estabilidad de
taludes. Problemas de corrimientos o deslizamientos rotacionales.
Zonas de capa fretica somera.b) En cortes o desmontes:
Reconocimiento geotcnico adecuado. Estabilidad de taludes.
Naturaleza de materiales.c) En explanadas: Es apoyo para el firme.
El comportamiento del firme est ligado a las caractersticas
resistentes de los suelos de la explanada. El firme protege a la
explanada de los agentes atmosfricos. Capacidad soporte de la
explanada adecuada.
d) otros problemas geotcnicos Zonas de turbas o de arcillas muy
compresibles. Zonas de nivel fretico muy superficial. Zonas de
rocas alteradas. Erosiones y arrastres de materiales en laderas.
Vados o zonas inundables. Carreteras en la proximidad de ros y
arroyos. Zonas de gran penetracin de la ladera. Fallas geolgicas.
Estudios previos o informativosLos estudios previos permiten
realizar unaevaluacineconmica preliminar, comprobar la viabilidad
tcnica, y tambin generan la discusin de posibles soluciones
aproblemasestructurales. Se analizan los siguientes aspectos:a)
Geologa de la zona. Morfologa. Estratigrafa y Litologa. Tectnica.
Hidrologa.b) Caractersticas geotcnicas generales. Clasificacin
cualitativa de los suelos. Evaluacindel terreno como cimiento.
Problemasgeotcnicos de la zona.e) Estudio de materiales. Descripcin
geolgica general. Localizacin, descripcin y caractersticas de los
grupos litolgicos. Descripcin y cortes de canteras y yacimientos
granulares.
AnteproyectoPermite hacer una descripcin funcional, tcnica y
econmica de la obra, adems, identificar las zonas conproblemas.Se
realiza el estudio geolgico y geotcnico, definiendo las zonas
homogneas y diferenciando las zonas singulares como: Terrenos
peligrosos. Importancia de las obras. Escasez o dificultades de
material de prstamo, yacimientos y canteras.ProyectoEn la etapa de
proyecto, se determinan: La seccin tipo de explanaciones. Desages
superficiales y drenajes subterrneos. Prescripciones tcnicas
particulares relativas al empleo y puesta en obra de los materiales
en terrapln y capas del firme. Cimentacin de las obras de fbrica.
Muros, obras de defensa, tneles, etc. En el proyecto, tambin se
elaboracin e identifican: Planos, mapas y cortes geolgicos y
geotcnicos detallados. Memoria de clculo. Reconocimiento geolgico y
geotcnico detallado. Yacimientos y canteras. Resistencia y
deformabilidad de los suelos. Estudio hidrolgico detallado. Planes
de control de calidad, seguridad, higiene y medidas de proteccin
ambiental.Uso de roca en aeropuertosLa roca constituye un
importante material de construccin encarreterasy es el material
base para obras como: Escolleras Gaviones (canales,
muros,pantallas). Como material seleccionado natural o triturado
para hormigones. Para la conformacin de Pavimentos flexibles: capa
de rodadura,carpetade mezcla asfltica en caliente o fro, bermas,
capa base conformada por suelos granulares triturados o semi
triturados, ycapa sub base constituida por suelos granulares
seleccionados.EstratigrafaEs la rama de la geologa que trata del
estudio de la secuencia en que se han depositado los estratos.Tipos
de estratificacin: Regular. Lenticular. Oblicua. Ondulada.
Imbricada o torrencial. Entrecruzada. Zonada. Catica. Concordante.
DiscordantePrograma de prospeccin geotcnicaSe debe realizar un
programa de prospeccin geotcnica que sigue la siguiente
secuencia:a) Exploracin de suelos Mediante sondeos. Mediante pozos
a cielo abierto para: Estudio de la subrasante, estudio de
yacimientos, estudio de canteras, estudio de puentes, prestamos
laterales, fundaciones de obras de arte, etc. La distancia entre
pozo y pozo estar de acuerdo a las caractersticas observadas del
suelo. Las muestras sern tomadas desde 0,40 cm, hasta 2,00 mts de
profundidad, habiendo quitado previamente una capa de 20 cm, de
espesor o de acuerdo al espesor de la capa vegetal.b) Ensayos de
laboratorio Ensayos de humedad. Anlisis granulomtrico. Ensayos de
plasticidad. Ensayos de densidad. Ensayos de corte. Ensayos de
compactacin.
Clasificacin de suelosLa clasificacin de los suelos, basada en
las pruebas fsicas u otras informaciones, representan grupos en los
que todos los suelos de caractersticas similares pueden ser
clasificados.Una vez que un suelo ha sido clasificado, sus
propiedades mecnicas podrn ser predichas a partir del
comportamiento conocido de otros suelos del mismo grupo; muchos
sistemas de clasificacin han sido propuestos y han sido muy tiles
para sus propsitos. La granulometra ofrece un estudio sencillo para
clasificar suelos. El sistema ms efectivo de clasificacin de suelos
es el propuesto por Casa Grande y conocido con el nombre de
"Sistema Unificado de Clasificacin de suelos".Para la clasificacin
de suelos, se pueden indicar las siguientes recomendaciones: Los
sistemas de clasificacin, son principalmente medios convencionales
para designar en rango de suelos, cuyas principales caractersticas
(Plasticidad y Granulometra) son semejantes. Los sistemas de
clasificacin, dan buen resultado cuando estn apoyados, sobre todo,
en la experiencia local, es decir, que para cada regin o zona
geogrfica, se han fijado limitaciones para cada tipo de suelo.
Independientemente de clasificar un determinado tipo de suelo, es
ms importante someter al suelo a ensayos que representan su
funcionamiento en las condiciones ms rigurosas posibles. Para la
clasificacin de suelos a emplearse en terraplenes o a utilizarse
como sub-rasantes de caminos, aeropuertos y presas de tierra, en
los Estados Unidos, se ha generalizado el Sistema Unificado de
Clasificacin de Suelos. Tambin tiene mucha utilizacin el sistema de
clasificacin de suelos de la AASHTO, para caminos y el de la
F.F.A.A., para aeropuertos.a) Sistema Unificado de Clasificacin de
Suelos(SUCS).El sistema clasifica a los suelos finos principalmente
con base en sus caractersticas de plasticidad cuya correlacin con
las propiedades mecnicas bsicas es confiable y consistente.b)
Sistema de clasificacinAASHTO.En este sistema de clasificacin se
consideran en general suelos de tipo granulares y
limosos-arcillosos, dentro de los cuales existen subdivisiones que
estn relacionadas con el tamao de las partculas del suelo, el lmite
lquido, ndice de plasticidad e ndice de grupo.La AASHTO clasifica a
los suelos de la siguiente manera:Materiales granulares(35 % o
menos pasa el tamiz N200)A 1, A 2, A - 3Materiales Limo -
Arcillosos(mas del 35% pasa el tamiz N200)A 4, A 5, A 6, A - 7ndice
de grupoDonde se toman en cuenta los siguientes parmetros:1. Si %
que pasa el tamiz N200 es 75% ms se anota: a=75 - 35=402. Si % que
pasa el tamiz N200 es 35% menos se anota: a=35 - 35=03. Si % que
pasa el tamiz N200 es 55% ms se anota: b=55 - 15=404. Si % que pasa
el tamiz N200 es 15% menos se anota: b=15 - 15=05. Si es 60 ms, se
anota: c = 60 - 40 = 206. Si es 40 menos se anota: c=40 - 40 = 07.
Si el lP es 30 ms se anota: d=30 - 10=20Ensayos de suelosExiste una
amplia variacin en las caractersticas de los diferentes suelos y
las propiedades mecnicas de cada suelo individual se ven afectadas
por su contenido de humedad y su densidad. Un nmero de pruebas
fsicas ha sido desarrollado para medir las condiciones mecnicas de
los suelos, describindose brevemente a continuacin las ms comunes
de ellas.
GranulometraLos ensayos de granulometra tienen por finalidad
determinar en forma cuantitativa la distribucin de las partculas
del suelo de acuerdo a su tamao. La distribucin de las partculas
con tamao superior a 0.075 se determina mediante tamizado, con una
serie de mallas normalizadas.Para partculas menores que 0.075mm, su
tamao se determina observando la velocidad de sedimentacin de las
partculas en una suspensin de densidad y viscosidad conocidas. El
anlisis granulomtrico es necesario para la identificacin de un
suelo y permite establecer una clasificacin primaria dentro de unos
grupos amplios, con propiedades generales anlogas. En la
denominacin de un suelo intervienen en primer lugar el nombre de la
fraccin predominante, segn el tamao de las partculas gruesas, o las
propiedades fsicas de las partculas finas.Limites de Atterberg o de
consistenciaLos lmites de Atterberg o lmites de consistencia se
basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la
naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo
del contenido de agua. As un suelo se puede encontrar en un estado
slido, semislido, plstico, semilquido y lquido. La arcilla, por
ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado slido al
estado plstico y finalmente al estado lquido.El contenido de agua
con que se produce el cambio de estado vara de un suelo a otro y en
mecnica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de
humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento
plstico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad),
es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto lmite
sin romperse.Los lmites de Atterberg son propiedades ndices de los
suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la
identificacin y clasificacin de un suelo. El contenido de agua, en
porcentaje, en el que la transicin de estado slido a semislido
tiene lugar, se define como elLmite de Contraccin.El contenido de
agua en el punto de transicin de estado semislido a plstico es
elLimite Plstico,y de estado plstico a lquido esel Lmite
Lquido.Estos lmites se conocen tambin como Limites de
Atterberg.Ensayo de compactacinLa compactacin es la densificacin
del suelo por remocin de aire, lo que requiere energa mecnica. El
grado de compactacin de un suelo se mide en trminos de su peso
especfico seco. Cuando se agrega agua al suelo durante la
compactacin, esta acta como un agente ablandador de las partculas
del suelo, que hace que se deslicen entre si y se muevan a una
posicin de empaque ms denso. El peso especfico seco despus de la
compactacin se incrementa primero conforme aumenta el contenido de
agua.Ms all de un cierto contenido de agua, cualquier incremento en
el contenido de agua tiende a reducir el peso especfico seco,
debido a que el agua toma los espacios que podran haber sido
ocupados por las partculas slidas. Elcontenido de agua bajo el cual
se alcanza el mximo peso especfico seco se llama contenido de agua
ptimo.Si se dibuja un grafico con las humedades como abscisas y los
pesos especficos secos como ordenadas, se identificara que hay una
determinada humedad, llamada humedad optima, para la cual el peso
especfico seco es mximo, para el mtodo particular de compactacin
que se haya usado. En un suelo determinado, cuanto mayor es el peso
especfico seco, menor es la relacin de vacos, cualquiera sea la
humedad; as pues, el peso especfico seco mximo es justamente otra
manera de expresar la relacin de vacos mnima o la porosidad
mnima.Para una humedad determinada, la compactacin perfecta
eliminara todo el aire del suelo y producira saturacin. Si los
pesos especficos secos correspondientes a la saturacin con
diferentes humedad es, resultara en una curva que cae completamente
sobre la primera; esta curva se conoce con el nombre de curva de
saturacin total y representa los pesos especficos tericos que se
obtienen por una compactacin perfecta con diferentes humedades.Para
las pruebas de compactacin se han establecido un nmero de normas
arbitrarias para determinar las humedades ptimas y los pesos
especficos mximos, que representan las diferentes energas de
compactacin, tal como se aplican con el equipo mecnico empleado en
la construccin con suelo. La prueba de laboratorio usada
generalmente para obtener el peso especfico seco mximo de
compactacin y el contenido de agua optimo es la prueba Proctor de
compactacin, ya sea esta la Proctor Estndar (ASTM 0-698, AASHTO
T-99 British Standard 1377); o la Proctor Modificada (ASTM 0-1557,
AASHTO modificada).Ensayo C.B.R. (California Bearing Ratio)El
ensayo se debe a Porter (1928) y fue puesto a punto en la divisin
de carreteras del Estado de California para el dimensionamiento de
paquetes estructurales flexibles.El ensayo de C.B.R. mide la
resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo
condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a
este ensayo, simplemente como "Relacin de soporte" y esta normado
con la sigla ASTM-D. Es un ensayo de penetracin o punzonamiento,
midindose adicionalmente el eventual hinchamiento del suelo al
sumergirlo durante 4 das en agua.Se aplica para evaluacin de la
calidad relativa de suelos de subrasante, algunos materiales de sub
- bases y bases granulares, que contengan solamente una pequea
cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es
retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que la fraccin no
exceda del 20%.Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio
como en terreno, aunque este ltimo no es muy practicado. El nmero
CBR se obtiene como la relacin de la carga unitaria en Kg./cm2 ( o
libras por pulgadas cuadrada psi), necesarios para lograr una
cierta profundidad de penetracin del pistn (con un rea de 19.4
centmetros cuadrados), dentro de la muestra compactada de suelo a
un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga
unitaria patrn requerida para obtener la misma profundidad de
penetracin en una muestra estndar de material triturado, en
ecuacin, esto se expresa como:
Valores de carga unitaria
PenetracinCarga unitaria patrn
mm.PulgadaMPa.Kg. /cm2Psi.
2.545.087.6210.6212.70.10.20.30.50.66.9010.3013.1015.8017.9070.00105.00133.00162.00183.0010001500190023002600
El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relacin entre el
comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y
subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la
siguiente tabla muestra una clasificacin tpica:Tipo de suelo en
funcin al CBR
CBR
Clasificacin General
UsosSistema de Clasificacin
UnificadoAASTHO
0 3Muy pobreSubrasanteOH, CH, MH, OL.A5, A6, A7.
3 7PobreSubrasanteOH, CH, MH, OL.A4, A5, A6, A7.
7 20RegularSub baseOL, CL, ML, SC.A2, A4, A6, A7.
20 50BuenoBase, Sub baseGM, GC, W, SMA1b, A2-5, A3
SP, GPA2-6
>50ExcelenteBaseGW, GMA1-a, A2-4, A3
Existen algunos mtodos de diseo de pavimentos en los cuales se
emplean tablas utilizando directamente el nmero CBR y se obtiene el
espesor de las capas del paquete estructural.Con el valor del CBR
se puede clasificar el suelo usando la tabla siguiente:Clasificacin
de la subrasante
CBRClasificacin
0 5Subrasante muy mala
5 10Subrasante mala
10 20Subrasante regular a buena
20 30Subrasante muy buena
30 50Sub base buena
50 80Base Buena
80 100Base muy Buena
El informe final del ensayo deber incluir adems del CBR
determinado, la curva de presin-penetracin, la humedad, peso
especfico y densidad natural del suelo ensayado, antecedentes que
pueden obtenerse del suelo inmediatamente vecino al que afect el
ensayo del
CBR.BIBLIOGRAFIAhttp://www.ingenieria.unam.mx/haaz/geologia/presentaciones/08_aplicaciones_de_la_gGeologia_en_la_ing_civil.pdfhttp://www.fcnym.unlp.edu.ar/uploads/docs/programa_geologiaaplicada_20
