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manual de carreteras - vol II - luis bañon

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    Tradicionalmente, el suelo ha sido definido como un agregado de partculas

    minerales, a lo sumo parcialmente cementadas. Si nos adentramos en el campo de la

    ciencia y de la tcnica esta definicin se difumina, adoptando una significacin distinta

    dependiendo de la disciplina que lo estudie. As, para un ingeniero geotcnico, el suelo

    es un material natural que, a diferencia de la roca, presenta una marcada modificacin

    de sus propiedades en presencia de agua; para el constructor, no es ms que todo aquel

    material que puede ser excavado sin emplear explosivos.

    En cualquier caso, el suelo es el soporte ltimo de todas las obras de

    infraestructura, por lo que es necesario estudiar su comportamiento ante la perturbacin

    que supone cualquier asentamiento antrpico, en nuestro caso una carretera.

    La Geotecnia ms concretamente la Mecnica de Suelos- viene a demostrarnos

    que el terreno se comporta como una estructura ms, con unas caractersticas fsicas

    propias densidad, porosidad, mdulo de balasto, talud natural, cohesin o ngulo de

    rozamiento interno- que le confieren ciertas propiedades resistentes ante diversas

    solicitaciones compresin, cizalla- reflejadas en magnitudes como la tensin admisible

    o los asientos mximo y diferencial.

    En funcin de todas estas variables pueden establecerse clasificaciones tiles

    desde el punto de vista constructivo, estableciendo una tipologa de suelos que refleje

    prbilp=

  • Luis Ban Blzquez

    15 2

    las caractersticas genricas de cada grupo y su idoneidad como soporte para los

    diferentes tipos de construcciones civiles.

    El objetivo de este captulo no es otro que conocer ms a fondo las propiedades

    ms importantes del suelo de cara a su aplicacin directa en la construccin de

    infraestructuras viarias, as como los procedimientos de ensayo empleados para

    determinarlas y las clasificaciones ms usuales en Ingeniera de Carreteras.

    1. ORIGEN DE LOS SUELOS

    Los suelos provienen de la alteracin tanto fsica como qumica- de las rocas

    ms superficiales de la corteza terrestre. Este proceso, llamado meteorizacin,

    favorece el transporte de los materiales alterados que se depositarn posteriormente

    formando alterita, a partir de la cual y mediante diversos procesos se consolidar el

    suelo propiamente dicho.

    Aunque posteriormente se establecern diversas clasificaciones especficas,

    pueden diferenciarse en una primera aproximacin, diversos tipos de suelo en funcin de

    la naturaleza de la roca madre y del tamao de las partculas que lo componen.

    Fig. 15.1 Clasificacin composicional de un suelo

  • Suelos

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    GEN

    ERA

    LIDA

    DES

    TRA

    FIC

    O

    TRA

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    IN

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    RA

    AFI

    RMA

    DOS

    AN

    ALI

    SIS

    1.1. Suelos granulares

    Este tipo de suelos est formado por partculas agregadas y sin cohesin entre

    ellas dado el gran tamao de las mismas. Su origen obedece fundamentalmente a

    procesos de meteorizacin fsica: lajamiento, termoclastia, hialoclastia o fenmenos de

    hidratacin fsica.

    El tipo de transporte condiciona en buena medida sus caractersticas

    granulomtricas. As, un suelo de origen elico presentar un tamao uniforme de sus

    partculas; si el transporte es fluvial, presentar una granulometra progresiva en

    funcin de la energa del medio; por el contrario, en medios glaciares no existe un

    patrn granulomtrico definido, dndose un amplio espectro de tamaos de grano.

    Las caractersticas principales de este tipo de suelos son su buena capacidad

    portante y su elevada permeabilidad, lo que permite una rpida evacuacin del agua

    en presencia de cargas externas. Esta capacidad de drenaje es proporcional al tamao

    de las partculas, o dicho de otro modo, al volumen de huecos o porosidad del suelo. Es

    destacable que para un determinado grado de humedad, las partculas ms finas

    presentan una cohesin aparente que desaparece al variar el contenido de agua.

    Dentro de esta clase de suelos se distinguen dos grandes grupos: el de las

    gravas y el de las arenas. El lmite entre ambos grupos viene dado por su

    granulometra, considerndose arena la fraccin de suelo de tamao inferior a 2 mm.

    Dentro de esta clasificacin pueden establecerse otras subdivisiones.

    Las caractersticas mecnicas y resistentes de los suelos granulares vienen en

    buena parte determinadas por el ngulo de rozamiento interno entre partculas, as

    como por su mdulo de compresibilidad.

    1.2. Suelos cohesivos

    A diferencia de los anteriores, esta categora de suelos se caracteriza por un

    tamao ms fino de sus partculas constituyentes (inferior a 0.08 mm.), lo que les

    confiere unas propiedades de superficie ciertamente importantes. Esto se debe a que la

    superficie especfica relacin entre la superficie y el volumen de un cuerpo- de

    dichas partculas es ms que considerable.

    La cohesin es la principal propiedad desde el punto de vista mecnico de este

    tipo de suelos; se define como la fuerza interparticular producida por el agua de

    constitucin del suelo, siempre y cuando este no est saturado. La cohesin es

    importante desde el punto de vista de la estabilidad de taludes, ya que aumenta la

    resistencia de un suelo frente a esfuerzos cortantes o de cizalla.

    Dentro de los suelos cohesivos tambin puede establecerse una subdivisin en

    dos grandes grupos: los limos de origen fsico- formados por partculas de grano muy

  • Luis Ban Blzquez

    15 4

    fino (entre 0.02 y 0.002 mm) y las arcillas, compuestas por un agregado de partculas

    microscpicas procedentes de la meteorizacin qumica de las rocas.

    Lo que realmente diferencia a los limos de las arcillas son sus propiedades

    plsticas: mientras que los primeros son arcillas finsimas de comportamiento inerte

    frente al agua, las arcillas debido a la forma lajosa de sus granos y a su reducido

    tamao- acentan los fenmenos de superficie, causa principal de su comportamiento

    plstico.

    Este tipo de suelos se caracteriza por su baja permeabilidad, al dificultar el

    paso del agua por el reducido tamao de sus poros, y su alta compresibilidad; tan es

    as que los suelos arcillosos, limosos e incluso arenosos como el loess pueden colapsar

    comprimirse de forma brusca- simplemente aumentando su grado de humedad hasta

    un valor crtico (entre el 85% para arcillas y el 40-60% para arenas y limos), al

    romperse los dbiles enlaces que unen unas partculas con otras. Esta importante

    propiedad se emplea de forma directa en la compactacin de suelos.

    1.3. Suelos orgnicos

    Dentro de esta categora se engloban aquellos suelos formados por la

    descomposicin de restos de materia orgnica de origen animal o vegetal

    Fig. 15.2 Origen de la cohesin en suelos arcillosos

    Partcula de arcilla

    +

    Molcula de agua

    Catin en suspensin

    +

  • Suelos

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    predominando esta ltima- y que generalmente cubren los primeros metros de la

    superficie.

    Se caracterizan por su baja capacidad portante, alta compresibilidad y mala

    tolerancia del agua, a lo que debe unirse la existencia de procesos orgnicos que pueden

    reducir sus propiedades resistentes. Este tipo de suelos es nefasto para la ubicacin de

    cualquier obra de infraestructura, por lo que deben eliminarse mediante operaciones

    previas de desbroce.

    En el caso de existir formaciones ms profundas de materia orgnica, como

    puede ser el caso de depsitos de turba, es preferible evitar el paso del camino por ellas.

    Cuando esto no sea posible, debern tomarse precauciones especiales que garanticen la

    estabilidad del terreno, estabilizndolo fsica o qumicamente.

    1.4. Rellenos

    Se entiende por relleno todo depsito de materiales procedentes de aportes de

    tierras procedentes de otras obras. Tambin puede entenderse por relleno todo depsito

    de escombros procedentes de demoliciones, vertederos industriales, basureros, etc.,

    aunque como es lgico jams pueden ser considerados como terrenos aptos para la

    ubicacin de cualquier tipo de construccin.

    La problemtica que presentan este tipo de suelos artificiales es su baja

    fiabilidad, ya que por lo general no suelen compactarse al ser depositados (recordemos

    que la compactacin de las tierras sobrantes supone un coste adicional innecesario

    desde el punto de vista del empresario que realiza la obra).

    El comportamiento mecnico esperable es muy malo, ya que al no estar

    compactados presentarn altos ndices de compresibilidad y la aparicin de asientos

    excesivos e impredecibles. Para mitigar este problema, debe mejorarse la compacidad

    del mismo empleando mtodos de precarga del terreno (mtodo muy lento) o

    inundarlo para provocar su colapso, en el caso de que su estructura interna sea

    inestable. Tambin puede optarse por reemplazarlo por otro tipo de terreno, opcin

    que casi nunca suele escogerse por ser antieconmica.

    2. LAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS Y SU DETERMINACIN

    Conocidos los principales tipos de suelos existentes, el siguiente paso es

    establecer una serie de procedimientos cientficos que permitan caracterizarlos en

    funcin de diferentes propiedades fsicas, qumicas o mecnicas.

    Los ensayos que definen las principales propiedades de los suelos en carreteras

    son: anlisis granulomtrico, lmites de Atterberg, equivalente de arena, Proctor Normal

    y Modificado y la determinacin de la capacidad portante mediante el ndice CBR.

  • Luis Ban Blzquez

    15 6

    2.1. Anlisis granulomtrico

    La finalidad de este ensayo (NLT-104) no es otra que determinar las proporciones

    de los distintos tamaos de grano existentes en el mismo, o dicho de otro modo, su

    granulometra.

    El tamiz es la herramienta fundamental para efectuar este ensayo; se trata de

    un instrumento compuesto por un marco rgido al que se halla sujeta una malla

    caracterizada por un espaciamiento uniforme entre hilos denominado abertura o luz de

    malla, a travs del cual se hace pasar la muestra de suelo a analizar.

    Se emplea una serie normalizada de tamices de malla cuadrada y abertura

    decreciente, a travs de los cuales se hace pasar una determinada cantidad de suelo

    seco, quedando retenida en cada tamiz la parte de suelo cuyas partculas tengan un

    tamao superior a la abertura de dicho tamiz. Existen diversas series normalizadas de

    tamices, aunque las ms empleadas son la UNE 7050 espaola y la ASTM D-2487/69

    americana.

    Para determinar la fraccin fina de suelo limos y arcillas- no es posible efectuar

    el tamizado, por lo que se emplear el mtodo de sedimentacin (densmetro) descrito

    en la correspondiente norma.

    Una vez realizado el proceso de tamizado y sedimentacin, se procede a pesar las

    cantidades retenidas en cada uno de los tamices, construyndose una grfica

    semilogartmica donde se representa el porcentaje en peso de muestra retenida (o el

    que pasa) para cada abertura de tamiz.

    Fig. 15.3 Curva granulomtrica de un suelo

    SUELOS COHESIVOS SUELOS GRANULARES 100

    80

    60

    40

    20

    0

    60

    2

    0.0

    8

    0.0

    02

    Luz de malla (mm)

    % q

    ue

    pas

    a (e

    n p

    eso)

    GRA

    VAS

    ARE

    NA

    S

    LIM

    OS

    ARC

    ILLA

    S

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    Como aplicacin directa de este ensayo, puede establecerse una clasificacin

    genrica de suelos atendiendo a su granulometra:

    T.45 Clasificacin granulomtrica de los suelos

    TIPO DENOMINACIN TAMAO (mm) Bolos y bloques > 60

    Grava Gruesa Media Fina

    60 - 20 20 - 6 2 - 6

    SUELOS GRANULARES

    Arena Gruesa Media Fina

    0.6 - 2 0.2 - 0.6 0.08 - 0.2

    Limo Grueso Medio Fino

    0.02 - 0.08 0.006 - 0.02 0.002 - 0.006 SUELOS

    COHESIVOS

    Arcilla < 0.002

    Interpretacin de los resultados

    La interpretacin de una curva granulomtrica puede proporcionarnos

    informacin acerca del comportamiento del suelo. Si estudiamos la regularidad de la

    curva podremos diferenciar dos tipos de granulometras:

    (a) Granulometra discontnua: La curva presenta picos y tramos planos, que indican que varios tamices sucesivos no retienen material, lo que evidencia

    que la variacin de tamaos es escasa. En este caso, se habla de suelos mal

    graduados. La arena de playa es un claro ejemplo de este tipo de suelos.

    (b) Granulometra contnua: La prctica totalidad de los tamices retienen materia, por lo que la curva adopta una disposicin suave y continua. A este

    tipo de suelos se les denomina bien graduados. Las zahorras se engloban

    dentro de este grupo.

    De cara a determinar numricamente la graduacin de un suelo se emplea el

    coeficiente de curvatura, definido por la siguiente expresin:

    6010

    230

    c DDD

    C =

    donde DX es la abertura del tamiz o dimetro efectivo (mm) por donde pasa el

    X% en peso de la totalidad de la muestra de suelo analizada.

  • Luis Ban Blzquez

    15 8

    En carreteras, es importante que el suelo est bien graduado para que al

    compactarlo, las partculas ms finas ocupen los huecos que dejan los ridos de mayor

    tamao, reduciendo de esta forma el nmero de huecos y alcanzando una mayor

    estabilidad y capacidad portante. Un suelo bien graduado presenta valores de Cc

    comprendidos entre 1 y 3.

    Otro parmetro muy empleado para dar idea del grado de uniformidad de un

    suelo es el llamado coeficiente de uniformidad, definido por Hazen como la relacin

    entre las aberturas de tamices por donde pasan el 60% y el 10% en peso de la totalidad

    de la muestra analizada:

    10

    60u D

    DC =

    Segn este coeficiente, un suelo que arroje valores inferiores a 2 se considera

    muy uniforme, mientras que un coeficiente inferior a 5 define un suelo uniforme.

    GRANULOMETRA CONTNUA GRANULOMETRA DISCONTNUA

    GRANULOMETRA NO UNIFORME GRANULOMETRA UNIFORME

    SUELOS BIEN GRADUADOS SUELOS MAL GRADUADOS

    Fig. 15.4 Interpretacin de la curva granulomtrica

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    2.2. Estados de consistencia

    Como se dijo en la presentacin, el comportamiento de un suelo est muy

    influenciado por la presencia de agua en su seno. Este hecho se acenta cuanto menor

    es el tamao de las partculas que componen dicho suelo, siendo especialmente

    relevante en aqullos donde predomine el componente arcilloso, ya que en ellos los

    fenmenos de interaccin superficial se imponen a los de tipo gravitatorio.

    Por ello, resulta muy til estudiar los lmites entre los diversos estados de

    consistencia que pueden darse en los suelos coherentes en funcin de su grado de

    humedad: lquido,plstico, semislido y slido.

    (a) Lquido: La presencia de una cantidad excesiva de agua anula las fuerzas de atraccin interparticular que mantenan unido al suelo la cohesin- y lo

    convierte en una papilla, un lquido viscoso sin capacidad resistente.

    (b) Plstico: El suelo es fcilmente moldeable, presentando grandes deforma-ciones con la aplicacin de esfuerzos pequeos. Su comportamiento es

    plstico, por lo que no recupera su estado inicial una vez cesado el esfuerzo.

    Mecnicamente no es apto para resistir cargas adicionales.

    (c) Semislido: El suelo deja de ser moldeable, pues se quiebra y resquebraja antes de cambiar de forma. No obstante, no es un slido puro, ya que

    disminuye de volumen si contina perdiendo agua. Su comportamiento

    mecnico es aceptable.

    (d) Slido: En este estado el suelo alcanza la estabilidad, ya que su volumen no vara con los cambios de humedad. El comportamiento mecnico es ptimo.

    Las humedades correspondientes a los puntos de transicin entre cada uno de

    estos estados definen los lmites lquido (LL), plstico (LP) y de retraccin (LR)

    respectivamente.

    Para realizar esta tarea, existen dos procedimientos de ensayo muy extendidos:

    los lmites de Atterberg (NLT-105 y NLT-106) y el equivalente de arena (NLT-113),

    si bien el primero es ms preciso que el segundo.

    Estado lquido

    Estado plstico

    Estado semislido

    Estado slido

    LMITE LQUIDO

    LMITE PLSTICO

    LMITE DE RETRACCIN

    Fig. 15.5 Estados de consistencia de un suelo

  • Luis Ban Blzquez

    15 10

    Lmites de Atterberg

    Atterberg fue el primero que relacion el grado de plasticidad de un suelo con su

    contenido en agua o humedad, expresado en funcin del peso seco de la muestra.

    Tambin fue l quien defini los cuatro estados de consistencia de los suelos vistos

    anteriormente y determin los lmites entre ellos, observando la variacin de diferentes

    propiedades fsicas y mecnicas.

    De los lmites anteriormente mencionados, interesa especialmente la determina-

    cin de los umbrales de los estados lquido (lmite lquido) y plstico (lmite plstico), ya

    que stos presentan una alta deformabilidad del suelo y una drstica reduccin de su

    capacidad portante. Afinando ms todava, el inters se centra en determinar el

    intervalo de humedad para el cual el suelo se comporta de manera plastica, es decir, su

    plasticidad.

    El lmite lquido se determina mediante el mtodo de la cuchara de Casagrande

    (NLT-105). El ensayo se basa en la determinacin de la cantidad de agua mnima que

    puede contener una pasta formada por 100 g. de suelo seco que haya pasado por el

    tamiz 0.40 UNE. Para ello, se coloca sobre el mencionado artefacto y se acciona el

    mecanismo de ste, contndose el nmero de golpes necesario para cerrar un surco

    realizado previamente con una esptula normalizada- en una longitud de 13 mm. El

    ensayo se dar por vlido cuando se obtengan dos determinaciones, una de entre 15 y

    25 golpes, y otra de entre 25 y 35. La humedad correspondiente al lmite lquido ser la

    correspondiente a 25 golpes, y se determinar interpolando en una grfica normalizada

    las dos determinaciones obtenidas experimentalmente.

    El lmite plstico se determina de una manera si cabe ms rocambolesca: se

    define como la menor humedad de un suelo que permite realizar con l cilindros de

    Fig. 15.6 Cuchara de casagrande

    CUCHARA ESPTULA

    GOMA DURA

  • Suelos

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    3 mm. de dimetro sin que se desmoronen, realizndose dos determinaciones y hallando

    la media. Este ensayo se realiza con 200 g. de muestra seca y filtrada a travs del tamiz

    0.40 UNE, como en el caso anterior.

    A la diferencia entre ambos lmites se denomina ndice de plasticidad (IP), y da

    una idea del grado de plasticidad que presenta el suelo; un suelo muy plstico tendr un

    alto ndice de plasticidad:

    LPLLIP = En la siguiente tabla se muestran los rangos de valores ms frecuentes de todos

    estos parmetros en diferentes tipos de suelos:

    T.46 Valores tpicos de consistencia del suelo

    TIPO DE SUELO PARMETRO

    Arena Limo Arcilla

    LL Lmite lquido 15 - 20 30 - 40 40 150

    LP Lmite plstico 15 - 20 20 - 25 25 50

    LR Lmite de retraccin

    12 - 18 14 - 25 8 35

    IP ndice de plasticidad

    0 - 3 10 - 15 10 - 100

    Equivalente de arena

    El ensayo del equivalente de arena (NLT-113) permite una rpida determinacin

    del contenido en finos de un suelo, dndonos adems una idea de su plasticidad.

    Para realizarlo, se separa la fraccin arenosa del suelo mediante el tamiz de

    5 mm. de la serie UNE (#4 de la serie ASTM) y se introduce un volumen de 90 cm3 de la

    misma en una probeta cilndrica de 32 mm. de dimetro y 430 mm. de longitud,

    graduada de 2 en 2 mm. A continuacin se introducir una espesa disolucin de trabajo

    formada por cloruro clcico, glicerina y formaldehdo diluidos en agua destilada, dejando

    reposar la mezcla durante 10 minutos. Seguidamente, el conjunto se agitar de forma

    normalizada 90 ciclos en 30 segundos, con un recorrido de unos 20 cm.- para

    conseguir una mezcla ntima. Posteriormente, se dejar reposar durante un tiempo de

    20 minutos.

    Una vez transcurrido este tiempo, se podr observar mediante simple contacto

    visual la existencia de dos horizontes, uno de ellos correspondiente a la fraccin arenosa

    del suelo y otro por encima del anterior, relativo a la proporcin de finos existente en la

    muestra.

  • Luis Ban Blzquez

    15 12

    El equivalente de arena del suelo vendr dado por la siguiente expresin:

    100BA

    A.A.E +=

    siendo A la lectura sobre la probeta del horizonte de arena

    B la lectura referente al horizonte de finos

    Este ensayo tiene la ventaja de que es ms rpido que el anterior y ofrece

    resultados similares aunque incomprensiblemente menos precisos, por lo menos a tenor

    del subjetivo procedimiento de ensayo empleado en aqul.

    2.3. Compacidad del suelo

    La compacidad de un suelo es una propiedad importante en carreteras, al estar

    directamente relacionada con la resistencia, deformabilidad y estabilidad de un firme;

    adquiere una importancia crucial en el caso de los terraplenes y todo tipo de relleno en

    general, en los que el suelo debe quedar lo ms consolidado posible para evitar asientos

    causantes de variaciones en la rasante y alabeo de la capa de rodadura- durante la

    posterior explotacin de la va. Una frase que resumira lo anteriormente dicho sera:

    Cuanto ms compacto est un suelo, ms difcil ser volverlo a compactar.

    Influencia de la humedad

    En la compactacin de suelos, la humedad juega un papel decisivo: mientras

    que un suelo seco necesita una determinada energa de compactacin para vencer los

    B

    A INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS

    E.A. Tipo de suelo

    > 40 Suelo nada plstico, arena

    40 20 Suelo poco plstico, finos

    < 20 Suelo plstico y arcilloso

    EQUIVALENTE DE ARENA NLT-113

    100BA

    A.A.E +=

    DETERMINACIN A = Lectura sobre probeta del horizonte de arena

    B = Lectura sobre probeta del horizonte de finos

    Fig. 15.7 Ensayo del equivalente de arena

  • Suelos

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    rozamientos internos entre sus partculas, el mismo suelo ligeramente hmedo precisar

    un menor esfuerzo, ya que el agua se comporta como un agente lubricante formando

    una pelcula alrededor de los granos y disminuyendo la friccin entre ellos.

    Si seguimos aadiendo agua al suelo, llegar un momento en el que sta haya

    ocupado la totalidad de los huecos del mismo. Este hecho acarrear un aumento de

    volumen dada la incompresibilidad del lquido elemento- y una mayor dificultad para

    evacuarlo del suelo, por lo que su compacidad disminuir.

    De la anterior explicacin, se deduce que existir una humedad ptima con la

    que se obtenga una compacidad mxima, para una misma energa de compactacin.

    Influencia de la energa de compactacin

    Si tomamos un mismo suelo y estudiamos la relacin humedad-densidad para

    distintas energas de compactacin, observaremos que el punto de humedad ptima

    vara en funcin de la energa que hayamos comunicado a la muestra.

    Un estudio ms en profundidad de las curvas obtenidas (Fig. 15.9) permite

    obtener una segunda conclusin, no menos importante: dicha variacin presenta una

    clara polaridad, obtenindose una humedad ptima menor cuanto mayor sea la energa

    de compactacin empleada.

    Otra lectura que puede realizarse de esta grfica es que para humedades

    mayores que la ptima, el aumento de densidad conseguido con un apisonado ms

    enrgico es mucho menor que el obtenido con humedades bajas. La conclusin prctica

    que se extrae es que en terrenos secos, una consolidacin enrgica puede ser ms

    eficaz.

    Humedad (%)

    Den

    sidad

    sec

    a (T

    /m3)

    HU

    MED

    AD

    PT

    IMA

    DENSIDAD MXIMA

    Fig. 15.8 Curva humedad-densidad seca

    Lnea de saturacin (aire cero)

    Rama seca

    Rama hmeda

  • Luis Ban Blzquez

    15 14

    Influencia del tipo de suelo

    La tipologa del suelo, concretamente su composicin granulomtrica, determina

    la forma de la curva de compactacin. Podra decirse aquello de que no hay dos suelos

    iguales, aunque s pueden englobarse en dos grandes grupos de comportamiento.

    As, los suelos granulares bien graduados y con bajo contenido en finos

    obtienen su densidad mxima para valores bajos de humedad. La compactacin de este

    tipo de suelos se realiza desde la rama seca de la curva, humectndolos

    progresivamente hasta llegar al grado de humedad ptimo. Adems, presentan una

    curva aguda, lo que indica su gran sensibilidad a la humedad de compactacin.

    Por el contrario, los suelos arcillosos, limosos o los formados por arenas de

    granulometra muy uniforme dan curvas tendidas, lo que indica la gran dificultad de

    compactacin que presentan. Suelen compactarse por colapso desde la rama hmeda,

    saturando el suelo en agua para debilitar los enlaces interparticulares.

    Ensayo Proctor

    Como ya se ha demostrado, la relacin existente entre la densidad seca de un

    suelo su grado de compacidad- y su contenido en agua es de gran utilidad en la

    compactacin de suelos. Su regulacin se realiza mediante el Ensayo Proctor en sus

    dos variantes, Normal (NLT-107) y Modificado (NLT-108), que seguidamente veremos.

    Humedad (%)

    Den

    sidad

    sec

    a (T

    /m3)

    1

    Fig. 15.9 Influencia de la energa de compactacin

    2

    3

    E1

    E2

    E3

    H1 H2 H3

    ENERGA DE COMPACTACIN

    E1 > E2 > E3

  • Suelos

    15 15

    GEN

    ERA

    LIDA

    DES

    TRA

    FIC

    O

    TRA

    ZADO

    IN

    FRA

    ESTR

    UCTU

    RA

    AFI

    RMA

    DOS

    AN

    ALI

    SIS

    Este ensayo, que toma el nombre de su creador el ingeniero estadounidense

    R.R. Proctor-, persigue la determinacin de la humedad ptima de compactacin de una

    muestra de suelo.

    La diferencia entre las dos variantes existentes Proctor Normal (PN) y Modifi-

    cado (PM)- radica nicamente en la energa de compactacin empleada, del orden de

    4,5 veces superior en el segundo caso que en el primero. Esta diferencia puede

    explicarse fcilmente, ya que el Proctor modificado no es ms que la lgica evolucin del

    Normal, causada por la necesidad de emplear maquinaria de compactacin ms pesada

    dado el aumento de la carga por eje experimentado por los vehculos.

    El procedimiento de ensayo consiste en apisonar en 3 tongadas consecutivas

    (5 en el caso del PM) una cantidad aproximada de 15 kg. de suelo (35 kg. si se trata del

    PM) previamente tamizada y dividida por cuarteo en 6 partes aproximadamente iguales.

    La muestra se humecta y se introduce en un molde metlico de dimensiones

    normalizadas (1.000 cm3 para el PN y 2.320 cm3 para el PM).

    Para llevar a cabo el apisonado se emplea una maza tambin normalizada, de

    forma que su peso y altura de cada no varen, lo que asegura una energa de

    compactacin constante. La normativa estipula una cantidad de 26 golpes de maza por

    tongada en el caso del Proctor Normal y de 60 golpes en el caso del Modificado. Debe

    researse que la maza empleada es distinta en uno y otro tipo de ensayo.

    Se realizan de 4 a 6 determinaciones con diferente grado de humedad,

    construyndose la curva humedad-densidad seca estudiada en este apartado.

    Humedad (%)

    Den

    sidad

    sec

    a (T

    /m3)

    Fig. 15.10 Influencia del tipo de suelo

    Suelo granular

    Suelo arcilloso

  • Luis Ban Blzquez

    15 16

    MAZA MOLDE METLICO

    Fig. 15.11 Utensilios empleados en el ensayo de Proctor Normal

    3 TONGADA

    2 TONGADA

    1 TONGADA

    ENSAYO PROCTOR NORMAL NLT-107

  • Suelos

    15 17

    GEN

    ERA

    LIDA

    DES

    TRA

    FIC

    O

    TRA

    ZADO

    IN

    FRA

    ESTR

    UCTU

    RA

    AFI

    RMA

    DOS

    AN

    ALI

    SIS

    2.4. Resistencia del suelo

    Para el ingeniero de carreteras, el comportamiento mecnico del suelo

    recordemos que el suelo es una estructura resistente- es sin duda el factor ms

    importante; de hecho, las propiedades y ensayos vistos anteriormente van encaminados

    a conseguir la mayor estabilidad mecnica posible, de forma que las tensiones se

    transmitan uniforme y progresivamente, y no se produzcan asientos excesivos o incluso

    un colapso de fatales consecuencias.

    As pues, surge la necesidad de caracterizar mecnicamente el suelo, para lo cual

    se emplean diferentes procedimientos de ensayo. En este libro, y dada la extensin de

    los distintos mtodos existentes, hablaremos nicamente de los empleados ms

    asiduamente en obras de carreteras.

    Capacidad portante

    La capacidad portante de un suelo puede definirse como la carga que ste es

    capaz de soportar sin que se produzcan asientos excesivos.

    El indicador ms empleado en carreteras para determinar la capacidad portante

    de un suelo es el ndice CBR (California Bearing Ratio), llamado as porque se emple

    por primera vez en el estado de California. Este ndice est calibrado empricamente, es

    decir, se basa en determinaciones previamente realizadas en distintos tipos de suelos y

    que han sido convenientemente tabuladas y analizadas.

    La determinacin de este parmetro se realiza mediante el correspondiente

    ensayo normalizado (NLT-111), y que consiste en un procedimiento conjunto de

    hinchamiento y penetracin.

    El hinchamiento se determina sometiendo la muestra a un proceso de inmersin

    durante 4 das, aplicando una sobrecarga equivalente a la previsible en condiciones de

    uso de la carretera. Se efectuarn dos lecturas una al inicio y otra al final del proceso-

    empleando un trpode debidamente calibrado. El hinchamiento adquiere una especial

    importancia en suelos arcillosos o con alto contenido en finos, ya que puede provocar

    asientos diferenciales, origen de diversas patologas en todo tipo de construcciones.

    El ensayo de penetracin tiene por objetivo determinar la capacidad portante

    del suelo, presentando una estructura similar al SPT (Standard Penetration Test)

    empleado en Geotecnia. Se basa en la aplicacin de una presin creciente efectuada

    mediante una prensa a la que va acoplado un pistn de seccin anular- sobre una

    muestra de suelo compactada con una humedad ptima Prctor. La velocidad de

    penetracin de la carga tambin est normalizada, debiendo ser de 1,27 mm/min.

    El ndice CBR se define como la relacin entre la presin necesaria para que el

    pistn penetre en el suelo una determinada profundidad y la necesaria para conseguir

  • Luis Ban Blzquez

    15 18

    esa misma penetracin en una muestra patrn de grava machacada, expresada en tanto

    por ciento.

    100patrn muestra en Presin

    problema muestra en PresinCBR =

    Generalmente se toman diversos pares de valores presin-penetracin, constru-

    yndose una grfica como la de la siguiente figura; en ella, se toman los valores

    correspondientes a una profundidad de 2.54 y 5.08 mm. (0.1 y 0.2 pulgadas),

    comparndose con los de la muestra patrn para dichas profundidades. El ndice CBR del

    suelo ser el mayor de los dos obtenidos.

    Existen diversas frmulas empricas que tratan de relacionar el valor del CBR con

    diversos parmetros relativos a las propiedades plsticas del suelo. De entre todas ellos,

    destacan la de Trocchi y la de Peltier, empleada en suelos plsticos o arenas limpias:

    750LPLL

    1

    45.1D

    )IG22(CBR +

    = ;

    IPLL4250

    CBR =

    donde LL es el lmite lquido, obtenido mediante el correspondiente ensayo

    IP es el ndice de plasticidad del suelo

    D es la densidad seca mxima obtenida mediante el Proctor Normal

    IG es el ndice de Grupo del suelo (ver clasificacin AASHTO)

    Fig. 15.12 Determinacin del ndice CBR

    H

    2.54 5.08 Penetracin (mm)

    NDICE CBR NLT-111

    Muestra de suelo

    Presin variable

    Pres

    in (

    kg/c

    m2)

    Muestra de suelo

    Muestra patrn

    CBR1 CBR2

  • Suelos

    15 19

    GEN

    ERA

    LIDA

    DES

    TRA

    FIC

    O

    TRA

    ZADO

    IN

    FRA

    ESTR

    UCTU

    RA

    AFI

    RMA

    DOS

    AN

    ALI

    SIS

    Resistencia a cizalla

    El valor de la resistencia a esfuerzo cortante tiene una importancia crucial en el

    clculo de muros, estabilidad de terraplenes o cimentaciones de viaductos, por lo que es

    necesario conocer cmo se va a comportar el suelo ante este tipo de solicitacin.

    En carreteras se emplean dos ensayos destinados a este fin: el triaxial y el

    ensayo de corte directo. Ambos procedimientos determinan la llamada recta de

    resistencia intrnseca del suelo, definida como la envolvente de los crculos de Mohr

    obtenidos para distintas tensiones axiales, y que relaciona las caractersticas mecnicas

    del suelo con dos de sus propiedades fsicas: la cohesin y el ngulo de rozamiento

    interno:

    += tgC

    donde es la tensin tangencial o de cizalla, aplicada de forma radial es la tensin normal o axial aplicada sobre la muestra C es la cohesin del suelo en kg/cm2

    es el ngulo de rozamiento interno del suelo

    C

    SUELO COHERENTE (Genrico)

    C

    SUELO PURAMENTE COHERENTE

    SUELO SIN COHESIN

    Fig. 15.13 Rectas de resistencia intrnseca de un suelo

  • Luis Ban Blzquez

    15 20

    3. CLASIFICACIN DE SUELOS

    La determinacin y cuantificacin de las diferentes propiedades de un suelo,

    efectuadas mediante los ensayos vistos en el anterior apartado, tienen como objetivo

    ltimo el establecimiento de una divisin sistemtica de los diferentes tipos de suelos

    existentes atendiendo a la similitud de sus caracteres fsicos y sus propiedades

    geomecnicas.

    Una adecuada y rigurosa clasificacin permite al ingeniero de carreteras tener

    una primera idea acerca del comportamiento que cabe esperar de un suelo como

    cimiento del firme, a partir de propiedades de sencilla determinacin; normalmente,

    suele ser suficiente conocer la granulometra y plasticidad de un suelo para predecir su

    comportamiento mecnico. Adems, facilita la comunicacin e intercambio de ideas

    entre profesionales del sector, dado su carcter universal.

    De las mltiples clasificaciones existentes, estudiaremos la que sin duda es la

    ms racional y completa clasificacin de Casagrande modificada- y otras de aplicacin

    ms directa en Ingeniera de Carreteras, como son la empleada por la AASHTO, la

    preconizada por el PG-3 espaol para terraplenes o la recogida en las normas francesas.

    3.1. Clasificacin general de Casagrande modificada

    Fue A. Casagrande quien en 1.942 ide este sistema genrico de clasificacin de

    suelos, que fue empleado por el Cuerpo de Ingenieros del ejrcito de los EE.UU. para la

    construccin de pistas de aterrizaje durante la II Guerra Mundial.

    Fig. 15.14 Maquinaria empleada para los ensayos triaxial y de corte directo (Laboratorios ITC)

  • Suelos

    15 21

    GEN

    ERA

    LIDA

    DES

    TRA

    FIC

    O

    TRA

    ZADO

    IN

    FRA

    ESTR

    UCTU

    RA

    AFI

    RMA

    DOS

    AN

    ALI

    SIS

    Diez aos ms tarde, y vista la gran utilidad de este sistema en Ingeniera Civil,

    fue ligeramente modificado por el Bureau of Reclamation, naciendo el Sistema Unificado

    de Clasificacin de Suelos (SUCS); este sistema fue adoptado por la ASTM (American

    Society of Testing Materials) como parte de sus mtodos normalizados.

    Dicha clasificacin se vale de unos smbolos de grupo, consistentes en un

    prefijo que designa la composicin del suelo y un sufijo que matiza sus propiedades. En

    el siguiente esquema se muestran dichos smbolos y su significacin:

    S.28 Smbolos de grupo (SUCS)

    TIPO DE SUELO PREFIJO SUBGRUPO SUFIJO

    Grava

    Arena

    Limo

    Arcilla

    Orgnico

    Turba

    G

    S

    M

    C

    O

    Pt

    Bien graduado

    Pobremente graduado

    Limoso

    Arcilloso

    Lmite lquido alto (>50)

    Lmite lquido bajo (12%) Componente arcilloso

    Bien graduadas Limpias (Finos

  • Luis Ban Blzquez

    15 22

    LMITE LQUIDO (LL)

    ND

    ICE D

    E P

    LASTIC

    IDAD

    (IP

    )

    60

    50

    40

    30

    20

    10

    0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    CL

    ML OL CL-ML

    MH OH

    CH

    Lnea

    B

    Lnea A

    Fig. 15.15 Carta de Casagrande para los suelos cohesivos

    Como puede deducirse de la anterior tabla, existe una clara distincin entre tres

    grandes grupos de suelos:

    (a) Suelos de grano grueso (G y S): Formados por gravas y arenas con menos del 50% de contenido en finos, empleando el tamiz 0.080 UNE (#200 ASTM).

    (b) Suelos de grano fino (M y C): Formados por suelos con al menos un 50% de contenido en limos y arcillas.

    (c) Suelos orgnicos (O, Pt): Constituidos fundamentalmente por materia orgnica. Son inservibles como terreno de cimentacin.

    Asimismo, dentro de la tipologa expuesta pueden existir casos intermedios,

    emplendose una doble nomenclatura; por ejemplo, una grava bien graduada que

    contenga entre un 5 y un 12% de finos se clasificar como GW-GM.

    Tras un estudio experimental de diferentes muestras de suelos de grano fino,

    Casagrande consigue ubicarlos en un diagrama que relaciona el lmite lquido (LL) con el

    ndice de plasticidad (IP). En este diagrama, conocido como la carta de Casagrande de

    los suelos cohesivos, destacan dos grandes lneas que actan a modo de lmites:

    Lnea A: IP = 0.73 (LL-20)

    Lnea B: LL = 50

    CARTA DE CASAGRANDE Suelos de grano fino y orgnicos

  • Suelos

    15 23

    GEN

    ERA

    LIDA

    DES

    TRA

    FIC

    O

    TRA

    ZADO

    IN

    FRA

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    RA

    AFI

    RMA

    DOS

    AN

    ALI

    SIS

    T.47 Caractersticas de los suelos segn el SUCS

    CBR

    In

    situ

    60 -

    80

    25 -

    60

    40 -

    80

    20 -

    40

    20 -

    40

    20 -

    40

    10 -

    25

    20 -

    40

    10 -

    20

    10 -

    20

    5 -

    15

    5 -

    15

    4 -

    8

    4 -

    8

    3 -

    5

    3 -

    5

    Den

    sidad

    ptim

    a P.

    M.

    2.0

    0 -

    2.2

    4

    1.7

    6 -

    2.0

    8

    2.0

    8 -

    2.3

    2

    1.9

    2 -

    2.2

    4

    1.9

    2 -

    2.2

    4

    1.7

    6 -

    2.0

    8

    1.6

    0 -

    1.9

    2

    1.9

    2 -

    2.1

    6

    1.6

    8 -

    2.0

    8

    1.6

    8 -

    2.0

    8

    1.6

    0 -

    2.0

    0

    1.6

    0 -

    2.0

    0

    1.4

    4 -

    1.7

    0

    1.2

    8 -

    1.6

    0

    1.4

    4 -

    1.7

    6

    1.2

    8 -

    1.6

    8

    CA

    PAC

    IDA

    D

    DE D

    REN

    AJE

    Exc

    elen

    te

    Exc

    elen

    te

    Ace

    pta

    ble

    a m

    ala

    M

    ala

    a im

    per

    mea

    ble

    M

    ala

    a im

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    mea

    ble

    Exc

    elen

    te

    Exc

    elen

    te

    Ace

    pta

    ble

    a m

    ala

    M

    ala

    a im

    per

    mea

    ble

    M

    ala

    a im

    per

    mea

    ble

    Ace

    pta

    ble

    a m

    ala

    Cas

    i im

    per

    mea

    ble

    M

    ala

    Ace

    pta

    ble

    a m

    ala

    Cas

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    per

    mea

    ble

    Cas

    i im

    per

    mea

    ble

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    ble

    a m

    ala

    CO

    MPO

    RTA

    MIE

    NTO

    M

    EC

    NIC

    O

    Exc

    elen

    te

    Buen

    o a

    exc

    elen

    te

    Buen

    o a

    exc

    elen

    te

    Buen

    o

    Buen

    o

    Buen

    o

    Ace

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    ble

    a b

    uen

    o

    Ace

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    ble

    a b

    uen

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    Ace

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    ble

    M

    alo a

    ace

    pta

    ble

    M

    alo a

    ace

    pta

    ble

    M

    alo a

    ace

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    ble

    M

    alo

    Mal

    o

    Mal

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    ble

    M

    alo a

    muy

    mal

    o

    Inac

    epta

    ble

    SM

    BOLO

    GW

    GP

    d

    u

    GC

    SW

    SP

    d

    u

    SC

    M

    L

    C

    L

    O

    L

    M

    H

    C

    H

    O

    H

    Pt

    Gra

    vas

    Are

    nas

    Lim

    os

    y ar

    cilla

    s (L

    L

    50)

    DIVI

    SIO

    NES

    PRI

    NC

    IPA

    LES

    SU

    ELO

    S D

    E

    GRAN

    O

    GRU

    ESO

    SU

    ELO

    S D

    E

    GRAN

    O

    FIN

    O

    SU

    ELO

    S O

    RG

    N

    ICO

    S

    GM{

    SM{

  • Luis Ban Blzquez

    15 24

    3.2. Clasificaciones especficas de carreteras

    La clasificacin de Casagrande tiene un carcter genrico, emplendose para todo

    tipo de obras de ingeniera dada su gran versatilidad y sencillez. Sin embargo, esta

    clasificacin puede quedarse corta a la hora de estudiar determinadas propiedades

    especficas que debe tener un suelo para ser considerado apto en carreteras.

    Por ello, existen una serie de clasificaciones especficas para suelos

    empleados en construccin de infraestructuras viarias; de hecho, la prctica totalidad de

    los pases desarrollados tienen la suya. En este apartado dedicaremos especial atencin

    a las ms empleadas en nuestro entorno: la clasificacin de la AASHTO, la empleada por

    el PG-3 para terraplenes y la utilizada en Francia.

    Clasificacin de la AASHTO

    Ha sido en Estados Unidos donde se han desarrollado la mayor parte de

    clasificaciones empricas de suelos. Una de las ms populares en carreteras es la

    empleada por la American Asociation of State Highway and Transportation Officials

    (AASHTO), y que fue originalmente desarrollada por los ilustres geotcnicos Terzaghi y

    Hogentogler para el Bureau of Public Roads norteamericano.

    Inspirada en el modelo de Casagrande, considera siete grupos bsicos de

    suelos, numerados desde el A-1 hasta el A-7. A su vez, algunos de estos grupos

    presentan subdivisiones; as, el A-1 y el A-7 tienen dos subgrupos y el A-2, cuatro.

    Los nicos ensayos necesarios para encuadrar un suelo dentro de un grupo u otro

    son el anlisis granulomtrico y los lmites de Atterberg. Si queremos determinar

    su posicin relativa dentro del grupo, es necesario introducir el concepto de ndice de

    grupo (IG), expresado como un nmero entero con un valor comprendido entre 0 y 20

    en funcin del porcentaje de suelo que pasa a travs del tamiz #200 ASTM (0.080 UNE):

    db01.0ca005.0a2.0IG ++= donde a es el porcentaje en exceso sobre 35, de suelo que pasa por dicho tamiz,

    sin pasar de 75. Se expresa como un nmero entero de valor entre 0 y 40.

    b es el porcentaje en exceso sobre 15, de suelo que atraviesa el tamiz, sin

    superar un valor de 55. Es un nmero entero que oscila entre 0 y 40.

    c es el exceso de lmite lquido (LL) sobre 40, y nunca superior a 60. Se

    expresa como un nmero entero comprendido entre 0 y 20.

    d es el exceso de ndice de plasticidad (IP) sobre 10, nunca superior a 30.

    Es tambin un nmero entero positivo comprendido entre 0 y 20.

    En la pgina siguiente se muestra la tabla de clasificacin de suelos AASHTO, en

    la que se recogen todas las caractersticas exigibles a cada grupo y subgrupo, en el

    caso de que exista- de suelo.

  • Suelos

    15 25

    GEN

    ERA

    LIDA

    DES

    TRA

    FIC

    O

    TRA

    ZADO

    IN

    FRA

    ESTR

    UCTU

    RA

    AFI

    RMA

    DOS

    AN

    ALI

    SIS

    T.48 Clasificacin de suelos AASHTO

    A-7

    -6

    > 3

    6

    >41

    (IP>

    LL-3

    0)

    > 1

    1

    A-7

    A-7

    -5

    > 3

    6

    >41

    (IP 1

    1 <

    20

    A-6

    > 3

    6

    < 4

    0

    > 1

    1

    < 20

    Suel

    os

    arci

    lloso

    s

    A-5

    > 3

    6

    > 4

    1

    < 1

    0

    < 12

    Mat

    eria

    les

    Limo-

    arci

    lloso

    s (m

    s

    del

    35%

    por

    el t

    amiz

    ASTM

    #200)

    A-4

    > 3

    6

    < 4

    0

    < 1

    0

    < 8

    Suel

    os

    limoso

    s

    A-2

    -7

    < 3

    5

    > 4

    1

    > 1

    1

    A-2

    -6

    < 3

    5

    < 4

    0

    > 1

    1 <

    4

    ACEPT

    ABLE

    A M

    ALA

    A-2

    -5

    < 3

    5

    > 4

    1

    < 1

    0 A

    -2

    A-2

    -4

    < 3

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    < 4

    0

    < 1

    0

    0 Gra

    vas

    y ar

    enas

    limosa

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    A-3

    > 5

    1

    < 1

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    NP 0

    Are

    na

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    A-1

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    < 5

    0

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    5 M

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    men

    os

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    35%

    por

    el t

    amiz

    ASTM

    #200)

    A-1

    A-1

    -a

    < 5

    0

    < 3

    0

    < 1

    5

    < 6

    0

    Frag

    men

    tos

    de

    pie

    dra

    , gra

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    are

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    EXCELE

    NTE A

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    #200

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    GEN

    ERA

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    AN

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    LO

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    (%

    que

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    ES

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    #40)

    NDI

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    TIPO

    LOG

    A

    CA

    LIDA

    D

  • Luis Ban Blzquez

    15 26

    Clasificacin espaola del PG-3

    El Pliego de Prescripciones Tcnicas Generales para Obras de Carreteras y

    Puentes (PG-3 para los amigos) establece una escueta clasificacin basada en la

    idoneidad del suelo para formar parte de las diversas zonas de un terrapln.

    Los cuatro grupos de suelos establecidos por el pliego son: seleccionados,

    adecuados, tolerables e inadecuados. La siguiente tabla muestra las caractersticas

    principales de cada uno de estos suelos, as como la equivalencia con el SUCS:

    T.49 Clasificacin espaola de suelos (PG-3)

    SUELO CARACTERSTICAS SUCS

    GW

    GP SELECCIONADO

    - Tamao mximo del rido TMA < 8 cm. - Contenido en finos menor del 25% (0.080 UNE) - Lmite lquido LL < 30 - ndice de plasticidad IP < 10 - CBR > 10, sin presentar hinchamiento - Exentos de materia orgnica GM

    GC

    SW

    SP ADECUADO

    - Tamao mximo del rido TMA < 10 cm. - Contenido en finos menor del 35% (0.080 UNE) - Lmite lquido LL < 40 - Densidad mxima Proctor Normal > 1,750 g/cm3 - CBR > 5, con un hinchamiento < 2% - Contenido de materia orgnica < 1%

    SM

    SC

    ML

    CL

    OL TOLERABLE

    - Contenido en piedras de tamao superior a 15 cm. inferior al 25%

    - Lmite lquido LL < 40, o bien simultneamente: LL < 65 IP > 0.6LL 9

    - Densidad mxima Proctor Normal > 1,450 g/cm3 - ndice CBR > 3 - Contenido de materia orgnica < 2%

    INADECUADO No cumplen las condiciones mnimas exigidas para los suelos tolerables.

    MH

    CH

    OH

    Pt

    Fuente: PG-3

    Como puede deducirse de la anterior tabla, la clasificacin espaola es

    extremadamente especfica, por lo que al compararla con una clasificacin tan genrica

    como la de Casagrande modificada (SUCS), se producen ciertas holguras a la hora de

    encuadrar los diferentes tipos de suelos definidos por esta ltima.

  • Suelos

    15 27

    GEN

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    Clasificacin francesa

    En Francia, la SETRA y el LCPC desarrollaron en 1.976 una clasificacin con

    muchos rasgos originales, en la que se introducen componentes de la consistencia del

    suelo en el momento de su utilizacin.

    Se llega as a una clasificacin de suelos y rocas distribuidos en nada menos que

    42 grupos, para cada uno de los cuales se realizan recomendaciones especficas sobre su

    utilizacin en funcin de las condiciones meteorolgicas- en el ncleo del terrapln y en

    su coronacin, as como la forma en que deben compactarse.

    Dentro de ella se incluyen tanto los suelos como las rocas empleadas en la

    construccin de terraplenes y pedraplenes, divididas en 6 grupos que abarcan letras de

    la A a la F. A su vez, las categoras A,B y C se dividen en otras tres, nombradas esta vez

    con letras minsculas que indican el contenido de humedad del suelo: hmedo (h),

    medio (m) y seco (s).

    Fig. 15.16 Clasificacin francesa de suelos (SETRA, 1.976)

  • Luis Ban Blzquez

    15 28

    Clasificacin alemana

    Esta clasificacin, debida a R. Floss (1.977), tiene la peculiaridad de basarse en la

    susceptibilidad del suelo a la accin de las heladas, fenmeno bastante frecuente en

    aquel pas. Tambin llama la atencin el empleo de una nomenclatura similar a la

    clasificacin de Casagrande modificada (SUCS), slo que los vocablos a los que hace

    referencia son de origen alemn.

    La siguiente figura muestra una reproduccin abreviada de esta clasificacin,

    contemplada por la norma DIN 18196:

    Fig. 15.17 Clasificacin alemana de suelos (Floss, 1.977)

    LEYENDA: 1) O bajo la lnea A; 2) Y sobre la lnea A; 3) Y bajo la lnea A; 4) Grado de descomposicin

    INICIALES: G Grava; S arena; E Granulometra uniforme; W Granulometra extendida; I Granulometra escalonada sin tamaos intermedios; WL Lmite lquido; IP ndice de plasticidad.

  • =

    El terreno juega un importante papel en el proyecto y construccin de cualquier

    obra de infraestructura, al servir de soporte material a la misma. Para que dicha funcin

    se realice de la manera ms eficaz posible, es necesario efectuar una serie de procesos

    de transformacin fsica denominados genricamente obras de tierra- sobre la zona

    donde va a ubicarse la carretera.

    En este captulo y en el siguiente trataremos los dos grandes grupos en que se

    dividen las obras de tierra: los desmontes y los terraplenes o rellenos, analizando sus

    similitudes y peculiaridades, haciendo especial hincapi en los procesos constructivos y

    en el control de calidad.

    Un aspecto importante a considerar en los terraplenes es su ejecucin, dada la

    doble funcin que desempean: por un lado materializan la geometra de la carretera;

    por otro, sirven de estructura sustentante del firme, canalizando en su seno las

    tensiones generadas por el trfico. Un terrapln correctamente ejecutado tendr una

    menor probabilidad de sufrir deformaciones que pongan en peligro la funcionalidad de la

    va a la que sirve de apoyo.

    Si importante es su ejecucin, el control de calidad es vital; debe garantizarse

    que las caractersticas del terrapln una vez terminado son las idneas y estn dentro de

    los lmites estipulados que aseguran su estabilidad a largo plazo; para ello se establecen

    planes de control, determinando las diversas caractersticas del suelo a pie de obra.

    qboo^mibkbp=

  • Luis Ban Blzquez

    16 2

    1. CONSIDERACIONES GENERALES

    Los terraplenes son grandes acumulaciones de tierra adecuadamente tratadas y

    compactadas para asegurar su estabilidad y servir de soporte a la va; se construyen en

    zonas de cota inferior a la prevista en proyecto mediante aportes de tierras, pudiendo

    aprovecharse las extradas en zonas de desmonte siempre que sean aptas- o emplear

    tierras de prstamo tradas de zonas cercanas.

    Es lgico pensar que en un terrapln la distribucin tensional de cada uno de sus

    puntos vara con la profundidad, debido sin duda a la progresiva disipacin de las cargas

    de trfico ocasionada por el aumento de la seccin resistente. Este hecho se traduce en

    que la calidad exigible a un suelo decrece a medida que nos alejamos del firme

    sustentador del trfico, foco generador de las tensiones.

    Sabedor de ello, el PG-3 espaol distingue diversas zonas dentro de un

    terrapln, donde el material que las integra debe cumplir una serie de requisitos que

    garanticen su correcto comportamiento mecnico. Estas tres zonas son, en orden

    decreciente de profundidad: cimiento, ncleo y coronacin.

    La idoneidad de un terreno para formar parte de cada una de estas zonas viene

    marcada por el criterio de clasificacin de suelos empleado por el PG-3 y que ya fue

    estudiado en el captulo anterior, segn el cual se establecen cuatro categoras de suelos

    en funcin de su calidad: seleccionados, adecuados, tolerables e inadecuados.

    De todo lo dicho anteriormente, puede concluirse que para la construccin de

    terraplenes se establece un criterio selectivo de distribucin, reservando los mejores

    materiales disponibles para las zonas ms exigentes y los de peor calidad para aqullas

    Fig. 16.1 Zonas distinguibles en un terrapln

    NCLEO

    CIMIENTO

    CORONACIN

    T

    1

    Suelo seleccionado, adecuado o tolerable estabilizado

    Suelo seleccionado Suelo adecuado Suelo tolerable

    (ncleo no sujeto a inundacin)

    Suelo seleccionado, adecuado o tolerable

    SUELOS PERMITIDOS Y RECOMENDADOS

    ZONAS DE UN TERRAPLN PG-3/75

  • Terraplenes

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    menos solicitadas. No obstante, el suelo siempre debe cumplir dos condiciones

    esenciales para su utilizacin:

    - Asegurar la estabilidad de la obra de tierra, de manera que las deformaciones asientos e hinchamientos- que sufra a lo largo de su construccin y funciona-

    miento resulten admisibles.

    - Permitir su puesta en obra en las debidas condiciones, de forma que la maquinaria pueda operar correctamente y se garantice su calidad.

    Un aspecto que debe cuidarse es la presencia de yeso (Ca2SO4) en los suelos

    empleados para la construccin de terraplenes; es de sobra conocida la avidez de este

    elemento por el agua y su enorme capacidad de disolucin. Por ello, en zonas donde

    existan filtraciones, frecuentes precipitaciones o un alto nivel fretico debe eludirse el

    uso de suelos con alto contenido en yeso (superior al 20%). Generalmente, este tipo de

    suelos poseen una fuerte componente arcillosa que los hace inservibles para su empleo

    en todo tipo de obras de tierra.

    1.1. Zonas de un terrapln

    A continuacin se estudiarn con ms detenimiento cada una de las zonas que

    conforman un terrapln:

    Cimiento

    El cimiento es la parte del terrapln situada por debajo de la superficie original

    del terreno, y que ha sido vaciada durante el proceso de desbroce o al hacer excavacin

    adicional por presencia de material inadecuado. Esta capa es la ms inferior de todas,

    por lo que est en contacto directo con el terreno natural.

    Generalmente, sus caractersticas mecnicas no tienen por qu ser muy elevadas,

    ya que las tensiones que llegan a ella son muy bajas al estar muy disipadas. No

    obstante, existen situaciones en las que es recomendable emplear materiales de buena

    calidad para mejorar las caractersticas resistentes del terreno:

    - En terraplenes sobre laderas y zonas donde se prevean problemas de estabilidad, para aumentar la resistencia a cizalla de la base sustentante.

    - En terraplenes de gran altura (ms de 15 m.), cuya zona inferior queda sometida a la accin de grandes tensiones.

    La normativa espaola permite el empleo de suelos tolerables, adecuados y

    seleccionados en este tipo de zonas, aunque por economa se adoptarn los primeros si

    no existen problemas de tipo estructural o constructivo.

    Tambin existen especificaciones al respecto en otros pases desarrollados, como

    Estados Unidos, Francia, Alemania o Gran Bretaa.

  • Luis Ban Blzquez

    16 4

    Ncleo

    El ncleo conforma la parte central del terrapln, acaparando la mayor parte de

    su volumen y siendo el responsable directo de su geometra; es en esta zona donde se

    materializan tanto el talud que asegure su estabilidad como la altura necesaria para

    alcanzar la cota definida en proyecto.

    Su construccin se realiza con los materiales desechados para la elaboracin de

    la coronacin, aunque deben de cumplir una serie de caractersticas que hagan

    aceptable su comportamiento mecnico.

    En este sentido, el PG-3 tipifica el empleo de suelos seleccionados y adecuados

    en esta zona del terrapln, siendo recomendables estos ltimos. Tambin permite el

    empleo de suelos tolerables en el caso de que el ncleo est sujeto a inundacin, es

    decir, si existen posibilidades de que el material que lo forma entre en contacto directo

    con el agua.

    Cabe resear en este apartado las recomendaciones francesas para la utilizacin

    de materiales en el ncleo de terraplenes, en la que se definen las condiciones de puesta

    en obra en funcin del tipo de suelo, su grado de humedad y la variabilidad de la misma.

    Coronacin

    La coronacin es la capa de terminacin del terrapln, en la que se asentar el

    firme. Esta cercana a las cargas de trfico implica que va a estar sometida a fuertes

    solicitaciones, por lo que el material que la constituya debe tener una gran capacidad

    resistente. Adems, deber ser lo ms insensible al agua posible y presentar cierta

    estabilidad para el movimiento de la maquinaria sobre l, lo que facilitar la correcta

    colocacin del firme.

    El espesor de esta capa es variable, dependiendo de la calidad del suelo y de las

    cargas de trfico que deba soportar. Un valor habitual est comprendido entre los 40 y

    los 60 cm. el equivalente a dos o tres tongadas de suelo debidamente compactadas-

    para asegurar un buen comportamiento mecnico y una adecuada transmisin de

    tensiones a las capas inferiores.

    Los suelos empleados en este tipo de zonas deben cumplir una serie de

    condiciones granulomtricas y plsticas bastante estrictas, lo que a veces obliga a

    obtenerlos de sitios muy alejados de la obra prstamos- encareciendo su coste.

    La normativa espaola recomienda el empleo de suelos seleccionados, aunque

    tambin permite el uso de suelos adecuados e incluso tolerables, siempre y cuando sean

    debidamente estabilizados con cal o cemento para mejorar sus cualidades resistentes.

    Al igual que ocurra con el ncleo, las normas francesas disponen una serie de

    especificaciones dirigidas al empleo y puesta en obra de diferentes materiales en la

    coronacin de terraplenes, en funcin de las mismas caractersticas.

  • Terraplenes

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    E.15 Idoneidad de diversos materiales en un terrapln

    Previamente a la construccin de un terrapln en un tramo de la

    carretera C-607, se han tomado diferentes muestras de suelo a lo

    largo de la traza para estudiar la posibilidad de emplearlas en el

    mismo. Los datos arrojados por los diferentes ensayos son:

    TAMICES ASTM (%) ATTERBERG MUESTRA

    TMA (mm) 4 10 40 200 LL IP

    mx (T/m3)

    CBR Mat. Org. (%)

    M/14 42 69 44 35 21 24 9 1.85 13 0.75

    M/21 74 31 12 7 3 14 5 2.13 72 0

    M/30 11 77 61 52 37 43 21 1.62 4 1.20

    M/32 0.50 - - 94 91 67 43 1.34 2 18.2

    M/33 35 44 21 18 15 31 13 1.76 10 0.87

    M/47 7 94 93 90 88 54 41 1.84 6 1.03 En funcin de estos valores, se pide:

    (a) Encuadrarlo en las clasificaciones de Casagrande modificada (SUCS), la AASHTO y el PG-3 espaol

    Para clasificar cada uno de los suelos, basta con recurrir a las distintas

    tablas de clasificacin reproducidas en el captulo anterior y, en funcin de

    las diferentes caractersticas, encuadrarlos en uno u otro grupo. Los

    grupos resultantes para cada muestra se detallan en la siguiente tabla:

    MUESTRA SUELO SUCS AASHTO PG-3 M/14 Arena limosa SM A-2-4 Adecuado M/21 Grava limpia GW A-1-a Seleccionado M/30 Arcilla arenosa SC/CL A-7-6 Tolerable M/32 Suelo orgnico OH/Pt - Inadecuado M/33 Arena arcillosa SC A-2-6 Adecuado M/47 Arcilla CH A-7-6 Tolerable

    (b) Una vez clasificados, ordenarlos de mayor a menor calidad

    El comportamiento mecnico de un suelo es definitorio de su calidad, y en

    este sentido, el orden de los suelos analizados sera el siguiente:

    M/21 M/14 M/33 M/30 M/47 M/32

    (c) Indicar la zona del terrapln ms idnea para su empleo

    Como norma general y salvo que existan peculiaridades en su construc-

    cin, el suelo seleccionado (M/21) se emplear en la coronacin, los

    suelos adecuados (M/14 y M/33) en el ncleo y los tolerables (M/30 y

    M/47) en el cimiento. El suelo M/32 no se emplear en la construccin del

    terrapln al ser inadecuado.

  • Luis Ban Blzquez

    16 6

    2. CONSTRUCCIN DE TERRAPLENES

    El proceso constructivo de un terrapln comprende diversas etapas y operaciones

    encaminadas a conseguir las caractersticas resistentes y estructurales exigidas a cada

    capa, y que aseguren un correcto funcionamiento del mismo. La calidad de un terrapln

    depende en gran medida de su correcta realizacin, es decir, de la apropiada colocacin

    y posterior tratamiento de los diferentes materiales empleados en su construccin.

    Una mala ejecucin puede ocasionar diversos problemas que afectarn a la

    funcionalidad de la carretera. As, una humectacin o compactacin deficiente provocar

    asentamientos excesivos del terrapln que fisurarn y alabearn la superficie de

    rodadura; la incorrecta ejecucin del cimiento en una ladera puede provocar problemas

    de inestabilidad, ocasionando el colapso y desmoronamiento de la obra.

    Dentro del proceso de construccin de este tipo de obras, pueden distinguirse

    diversas fases de ejecucin:

    - Operaciones previas de desbroce de la vegetacin existente, remocin de la capa superficial del terreno, escarificacin y precompactacin.

    - Construccin del terrapln propiamente dicho, compuesta por tres operaciones cclicas, aplicables a cada tongada o capa de terrapln:

    Extendido de la capa de suelo Humectacin a la humedad ptima Proctor Compactacin de la tongada

    - Terminacin del terrapln, que comprende operaciones de perfilado y acabado de taludes y de la explanada sobre la que se asentar el firme.

    EXTENDIDO

    HUMECTACIN COMPACTACIN

    Fig. 16.2 Principales fases constructivas de un terrapln

    DESBROCE Y ESCARIFICADO

  • Terraplenes

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    2.1. Operaciones previas

    Dentro de este grupo de tareas previas a la construccin del terrapln

    propiamente de dicho, se incluyen las labores de desbroce, eliminacin de la capa

    vegetal y posterior escarificado del terreno subyacente.

    Desbroce del terreno

    El desbroce consiste en extraer y retirar de la zona afectada por la traza de la

    carretera todos los rboles, tocones, plantas, maleza, broza, maderas cadas,

    escombros, basura o cualquier otro material indeseable que pueda acarrear perjuicios al

    normal desarrollo de las obras o al futuro comportamiento de la va.

    Como regla general, es recomendable extraer todos los tocones y races,

    especialmente aqullos de dimetro superior a 10 cm., que debern ser eliminados

    hasta una profundidad de al menos 50 cm. por debajo de la superficie natural del

    terreno. De esta forma se evitan heterogeneidades que pueden dar lugar a pequeos

    asientos diferenciales, causantes de baches y alabeos en la capa de rodadura del firme,

    especialmente en terraplenes de poca altura.

    Los huecos causados por la extraccin de este tipo de elementos, as como los

    pozos y agujeros existentes en la zona de explanacin, debern rellenarse y

    compactarse adecuadamente para evitar que estas zonas se comporten como puntos

    dbiles en la estructura del terreno.

    Debido al elevado coste de las operaciones de extraccin y transporte de este

    tipo de elementos, la tendencia actual es reducirlas en la medida de lo posible. En este

    sentido, el TRB norteamericano sugiere que en terraplenes cuya altura supere los 2 m.,

    los rboles pueden cortarse a unos 10 cm. de la superficie natural del terreno, mientras

    que los tocones pueden permanecer en su sitio.

    Eliminacin de la capa de tierra vegetal

    Otro aspecto a tener en cuenta es la eliminacin de la capa ms superficial de

    terreno, generalmente compuesta por un alto porcentaje de materia orgnica (humus),

    que como sabemos debe ser evitada a toda costa dada la susceptibilidad que presenta a

    procesos de oxidacin y mineralizacin. Por ello, la tierra vegetal que no haya sido

    eliminada durante el desbroce deber removerse de la zona y almacenarse

    adecuadamente para su posterior uso donde sea preciso; generalmente se emplea en la

    revegetacin de terraplenes, dado su extraordinario poder fertilizante.

    No obstante, en terraplenes de gran altura puede considerarse la posibilidad de

    no eliminar esta capa si es de pequeo espesor ya que los asientos que produzca sern

    pequeos en comparacin con el total-, siempre y cuando no suponga una potencial

    superficie de deslizamiento del talud situado sobre ella.

  • Luis Ban Blzquez

    16 8

    Si el terrapln tuviera que construirse sobre terreno inestable o formado por

    turba, arcillas expansivas, fangos o limos de mala calidad, tambin deber eliminarse

    dicha capa o procederse a su estabilizacin en el caso de tener un espesor considerable.

    Escarificado

    Posteriormente a la eliminacin de la capa vegetal es conveniente y a veces

    necesario- escarificar y recompactar el terreno en una profundidad de entre 15 y 25

    cm., dependiendo de las condiciones en que se encuentre dicho suelo, la altura del

    terrapln o el emplazamiento de la obra en zonas que comprometan su estabilidad.

    La escarificacin tambin denominada ripado- es una tarea que consiste en la

    disgregacin de la capa superficial del terreno, efectuada por medios mecnicos.

    Generalmente se emplean herramientas especiales acopladas a mquinas tractoras

    de gran potencia (bulldozers) que se encargan simultneamente de la eliminacin del

    terreno vegetal y del proceso de escarificado.

    El objetivo de este proceso es uniformizar la composicin del suelo y facilitar su

    posterior recompactacin, haciendo que este proceso sea ms efectivo. Eventualmente

    puede recurrirse al empleo de conglomerantes cal y cemento- para mejorar las

    caractersticas mecnicas del suelo.

    Por ltimo, debe recordarse que sobre esta capa de terreno se asentar el

    cimiento del terrapln, por lo que es conveniente que quede preparada para una

    correcta recepcin de esta primera capa del relleno.

    Fig. 16.3 Bulldozer efectuando labores de excavacin y escarificado

  • Terraplenes

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    2.2. Ejecucin del terrapln

    Una vez preparado el terreno sobre el que se asentar el terrapln, se proceder

    a la construccin del mismo, empleando materiales que cumplan las condiciones

    exigidas para cada zona, y que ya fueron comentadas anteriormente.

    La ejecucin del terrapln se compone de tres operaciones que se repiten

    cclicamente para cada tongada, hasta alcanzar la cota asignada en proyecto; stas son:

    extendido, humectacin y compactacin.

    Extendido

    Primeramente, se proceder al extendido del suelo en tongadas de espesor

    uniforme y sensiblemente paralelas a la explanada. El material que componga cada

    tongada deber ser homogneo y presentar caractersticas uniformes; en caso contrario,

    deber conseguirse esta uniformidad mezclndolos convenientemente.

    El espesor de estas tongadas ser lo suficientemente reducido para que, con los

    medios disponibles en obra, se obtenga en todo su espesor el grado de compactacin

    exigido. Por lo general, dicho espesor oscila entre los 15 a 20 cm. de la tongada delgada

    empleada en suelos finos o secos y los 20 a 40 cm. de la tongada media, empleada en

    suelos granulares o hmedos.

    Asimismo, durante la construccin del terrapln deber mantenerse una

    pendiente transversal que asegure una rpida evacuacin de las aguas y reduzca el

    riesgo de erosin de la obra de tierra.

    La maquinaria a emplear en el extendido es muy diversa, y la eleccin de uno u

    otro modelo depende fundamentalmente de la distancia de transporte de las tierras:

    - Para distancias de transporte inferiores a 500 m., se emplea el bulldozer o el angledozer en terraplenes a media ladera- tanto en el transporte como en el

    extendido de cada tongada.

    Fig. 16.4 Maquinaria empleada en el transporte y extendido de tierras

  • Luis Ban Blzquez

    16 10

    - Si la distancia de transporte se halla entre 1 y 5 km. suele emplearse la mototralla o scrapper para el transporte y posterior extendido.

    - Una distancia superior a los 5 km. requiere el empleo de palas cargadoras, camiones o dumpers para el transporte de las tierras y motoniveladoras para

    su extendido.

    Una prctica habitual en obra es realizar diagramas de compensacin de

    masas tambin denominados diagramas de Brudner- para planificar adecuadamente la

    maquinaria necesaria en el movimiento de tierras y coordinar sus movimientos en

    funcin de la distancia de transporte.

    Humectacin o desecacin

    Una vez ha sido extendida la tongada de terreno, se procede a acondicionar la

    humedad del suelo. Este proceso es especialmente importante, ya que cumple una doble

    funcin:

    - Por un lado, asegura una ptima compactacin del material, asegurando la suficiente resistencia y reduciendo los posteriores asentamientos del terrapln.

    - Por otro, evita que las variaciones de humedad que se produzcan despus de la construccin provoquen cambios excesivos de volumen en el suelo, ocasio-

    nando daos y deformaciones en el firme.

    DISTANCIA MXIMA BULLDOZER

    DISTANCIA MEDIA BULLDOZER

    VOLUMEN COMPENSADO CON EXPLANADORA

    (Bulldozer, angledozer)

    VOLUMEN COMPENSADO CON

    TRALLA/MOTOTRALLA

    VOLUMEN COMPENSADO CON CAMIN O DUMPER

    VO

    LM

    EN

    ES

    ACU

    MU

    LAD

    OS

    DESM

    ON

    TE

    TERRAPL

    N

    DISTANCIA MEDIA CON TRALLA DISTANCIA MXIMA CON TRALLA

    DISTANCIA AL ORIGEN

    DISTANCIA MEDIA CON DUMPER

    DISTANCIA MXIMA CON DUMPER

    Fig. 16.5 Diagrama de compensacin del movimiento de tierras (Brudner)

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    Suele tomarse como humedad de referencia la determinada en el ensayo de

    Proctor Normal o Modificado, denominada humedad ptima Proctor. Su valor es

    cercano a la humedad de equilibrio, que es la que alcanzar definitivamente el firme

    pasado un tiempo despus de su construccin.

    No obstante, existen una serie de casos particulares que es necesario tratar de

    forma especial:

    (a) Suelos secos: Un suelo con un bajo nivel de humedad puede ser compactado hasta su nivel ptimo sin necesidad de humectarlo, empleando para ello una

    mayor energa de compactacin, ya que la humedad ptima disminuye con la

    energa de compactacin. En este tipo de suelos el efecto de la compactacin

    es reducido en profundidad, por lo que es conveniente emplear tongadas

    delgadas, de entre 15 y 25 cm.

    (b) Suelos sensibles a la humedad: Este grupo de suelos presentan curvas de compactacin muy pronunciadas, lo que los hace especialmente sensibles a

    la humedad. Este hecho se traduce en que una pequea variacin en la

    humedad acarrea consigo un cambio sensible de la densidad del suelo.

    (c) Suelos expansivos: Este tipo de suelos en el que destacan las arcillas- deben compactarse con unas condiciones ptimas de humedad para evitar

    cambios de volumen importantes durante la vida til de la carretera, lo que

    podra ocasionar diversas patologas en el firme.

    (d) Suelos colapsables: Este tipo de suelos se caracterizan por su baja densidad y bajo grado de humedad, presentando un gran nmero de huecos en su

    seno. La inundacin de este tipo de suelos ocasiona un fenmeno

    denominado colapso, que se traduce en el asiento brusco del terrapln. Por

    ello, es recomendable forzar esta compactacin durante la fase de

    construccin, saturndolo en agua.

    La maquinaria empleada en esta fase de construccin es generalmente un camin

    provisto de un tanque de agua (camin cuba). La humectacin del terreno deber ser

    progresiva y uniforme hasta alcanzar el grado ptimo estipulado.

    Si la humedad del suelo es excesiva, existen diversas formas de reducirla;

    destacan el oreo del material, trabajndolo con gradas una vez extendido, o la adicin

    de materiales secos o sustancias como la cal viva, que adems mejorar las

    caractersticas resistentes del suelo.

    Compactacin

    Conseguido el grado de humedad ptimo, se proceder a la ltima fase de

    ejecucin del terrapln: la compactacin. El objetivo de este proceso aumentar la

    estabilidad y resistencia mecnica del terrapln- se consigue comunicando energa de

  • Luis Ban Blzquez

    16 12

    vibracin a las partculas que conforman el suelo, produciendo una reordenacin de

    stas, que adoptarn una configuracin energticamente ms estable.

    En trminos ms explcitos, la compactacin trata de forzar el asiento prematuro

    del terrapln para que las deformaciones durante la vida til de la carretera sean

    menores, ya que cuanto ms compacto est un suelo, ms difcil ser volverlo a

    compactar.

    La calidad de la compactacin suele referirse a la densidad mxima obtenida

    en el ensayo Proctor. En cimientos y ncleos, se exigen densidades de al menos el 95%

    del Proctor Normal, mientras que en coronacin, la densidad obtenida debe superar el

    100% de la obtenida en dicho ensayo. Posteriormente hablaremos de los diversos

    mtodos de control de densidades en obra.

    La compactacin de las tongadas siempre se efectuar desde fuera hacia el

    centro del terrapln; debe llevarse un especial cuidado en los bordes y taludes del

    mismo, debiendo emplearse una de las siguientes tcnicas constructivas:

    - Compactar una franja de por lo menos 2 m. de anchura desde el talud, en tongadas ms delgadas y mediante maquinaria ligera apropiada (rodillos

    pequeos, bandejas vibradoras, etc.)

    - Dotar de un ancho suplementario (1 m.) al terrapln sobre los valores estipulados en proyecto. Posteriormente se recortar el exceso colocado,

    pudiendo ser reutilizado.

    - El relleno se efecta sobre perfil terico de proyecto- y los taludes se compactan directamente mediante maquinaria apropiada.

    La maquinaria empleada en la compactacin de terraplenes es muy diversa,

    aunque suelen emplearse compactadores vibratorios de llanta metlica lisa, compac-

    tadores de neumticos o rodillos de pata de cabra segn el tipo de suelo; en los

    mrgenes y zonas difciles se emplean vibroapisonadores o planchas vibrantes.

    Fig. 16.6 Maquinaria de compactacin de terraplenes

  • Terraplenes

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    2.3. Terminacin del terrapln

    Una vez construido el terrapln se realizar el acabado geomtrico del mismo,

    reperfilando los taludes y la superficie donde posteriormente se asentar el firme,

    emplendose generalmente la motoniveladora. Tambin se realiza una ltima pasada

    con la compactadora sin aplicar vibracin- con el fin corregir posibles irregularidades

    producidas por el paso de la maquinaria y sellar la superficie.

    Los taludes podrn ser revegetados para aumentar su estabilidad y favorecer su

    integracin ambiental, pudindose emplear la capa de tierra vegetal anteriormente

    excavada dadas sus excelentes propiedades fertilizantes.

    3. CONTROL DE CALIDAD

    Para asegurar el correcto comportamiento del terrapln es necesario establecer

    una serie de procedimientos de control y comprobacin de diversas caractersticas del

    suelo, y que a la larga van a determinar su comportamiento mecnico.

    Actualmente se emplean dos mtodos de control de calidad: el control de

    procedimiento apenas empleado en nuestro pas- y el control del producto terminado.

    Fig. 16.7 Motoniveladora perfilando la explanada mejorada

  • Luis Ban Blzquez

    16 14

    3.1. Control de procedimiento

    Consiste en establecer la forma en que deber efectuarse la ejecucin del

    terrapln fijando, segn las caractersticas del suelo disponible y el tipo de maquinaria a

    emplear, el espesor de la tongada o el nmero de pasadas. Adems, se someter al

    contratista a una supervisin continuada que asegure la correcta ejecucin de la obra.

    Este tipo de control se lleva a cabo en diversos pases, destacando una vez ms

    el modelo francs; en nuestro pas, el control por procedimiento presenta diversas

    dificultades para su implantacin, unas de tipo tcnico y otras de tipo administrativo:

    - Dificultades tcnicas: El gran abanico climatolgico existente en nuestro pas dificulta la elaboracin de mtodos especficos de control suficientemente

    homogneos.

    - Dificultades administrativas: La escasa disponibilidad de personal especializado en realizar controles peridicos y detallados, unido al inconfundible carcter

    ibrico hacen ms prctico el efectuar ensayos sorpresa durante la ejecucin

    de la obra, manteniendo as un estado permanente de tensin y falsa vigilancia

    sobre el contratista.

    3.2. Control del producto terminado

    Este sistema de control fija las caractersticas que debe cumplir el material una

    vez colocado en obra. Para ello se miden in situ diversas caractersticas y se comparan

    con valores obtenidos sobre muestras patrn en laboratorio.

    Generalmente, las magnitudes objeto de control son la densidad y la capacidad

    portante, mediante distintos mtodos que a continuacin se enumeran.

    Control de la densidad

    La densidad del suelo, en referencia a la obtenida en el ensayo Proctor, define

    directamente su grado de compactacin. Para realizar la determinacin de la densidad

    en obra, existen diversos artefactos:

    (a) Mtodo de la arena (NLT-109): Consiste en la excavacin de un agujero en la zona a ensayar, determinando el peso del material extrado. Para determinar

    el volumen del agujero, ste se rellena de arena empleando un recipiente

    calibrado que permita conocer la cantidad introducida. Conociendo masa y

    volumen, puede hallarse la densidad del suelo.

    (b) Mtodo radioactivo: Se basa en la interaccin de la radiacin gamma con las electrones existentes en las partculas del suelo. El aparato nuclear un

    contador Geiger- mide la diferencia entre la energa emitida y la recibida,

    que es proporcional a la densidad del suelo.

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    Medicin de la capacidad portante

    Otra caracterstica que interesa controlar es la capacidad portante del terreno,

    para ver si va a ser capaz de absorber y distribuir las tensiones transmitidas por el

    trfico a travs del firme. Existen diferentes mtodos para controlar la capacidad

    portante del terreno, destacando las siguientes:

    (a) Ensayo CBR: Se trata de un ensayo normalizado de penetracin (NLT-112) que mide la presin necesaria para introducir un pisn a una cierta

    profuncidad, comparndola con la empleada en una muestra patrn. Ya fue

    visto con profundidad en el captulo anterior.

    (b) Placa de carga: Consiste esencialmente en la aplicacin escalonada de una carga variable sobre una superficie determinada generalmente circular o

    cuadrada- midiendo los asientos obtenidos a lo largo del tiempo. Este tipo de

    ensayo est en desuso ya que son bastante caros, no ofrecen una muestra

    representativa del suelo y slo son fiables en terrenos homogneos.

    (c) Ensayo de la huella: Es muy similar al anterior; se fundamenta en medir el asiento producido por el paso de un eje de 10 T. con ruedas gemelas, por lo

    que suele emplearse un camin. Deben tomarse al menos 10 puntos de

    0

    5

    10

    15

    V

    Volumen ocupado por la arena (V)

    Proteccin de plomo

    Emisor de rayos gamma

    Contador Geiger-Mller

    Zona de influencia

    Arena normalizada

    Recipiente graduado

    DETERMINACIN DE LA DENSIDAD IN SITU Mtodo de la arena (NLT-109) y aparato nuclear

    MTODO DE LA ARENA APARATO NUCLEAR

    Vlvula de apertura

    Fig. 16.8 Mtodos para la determinacin de la densidad in situ

  • Luis Ban Blzquez

    16 16

    medida. Se consideran aceptables asientos medios de 3 mm. en la

    coronacin y de 5 mm. en el ncleo del terrapln.

    (d) Compactmetros: Este tipo de aparatos van incorporados a la llanta de los compactadores vibratorios; miden la densidad y el grado de compactacin

    del terreno en funcin de la onda armnica generada sobre el propio terreno

    durante el proceso de vibrocompactacin.

    S.30 Control de calidad de terraplenes en carreteras

    MATERIA A CONTROLAR ENSAYO LOTE

    1 Proctor normal - 1.000m3 de material

    - 1 vez al da

    1 Granulomtrico 1 Lmites Atterberg

    - 5.000 m3 de material - 1 vez cada 3 das

    En el lugar de

    procedencia

    1 CBR laboratorio 1 Materia orgnica

    - 10.000 m3 de material - 1 vez a la semana

    MATERIA

    LES

    En el tajo o lugar de

    empleo

    - Examinar los montones procedentes de la descarga de camiones, desechando los que a simple vista contengan restos de tierra vegetal, materia orgnica o bolos

    - Sealar aquellos lotes que presenten alguna anomala en su aspecto

    - Tomar muestras de los lotes sealados para repetir los ensayos efectuados en el lugar de procedencia

    EXTENSIN

    - Comprobar grosso modo el espesor y anchura de las tongadas

    - Vigilar la temperatura ambiente, siempre superior a 2 C

    Centro del terrapln

    5 Det. de Humedad 5 Det. de Densidad

    - 5.000m2 de tongada - 1 vez al da

    COMPAC-TACIN Franjas

    laterales (2.00 m)

    1 Det. de Humedad 1 Det. de Densidad

    - Cada 100 metr