Estudio de Suelos Para Edificaciones y Carreteras

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras

ESTUDIO DE SUELOS PARA EDIFICACIONES Y CARRETERAS CARRETERAS Hoy en día es cada vez más concluyente el hecho de que ningún ingeniero que sienta la responsabilidad técnica y moral de su profesión deja de efectuar un estudio de las condiciones del subsuelo cuando diseñan estructuras de cierta importancia. Ya que ello conlleva dos características que se conjugan: seguridad y economía. No olvidemos: “Quien solo conoce la teoría de la Mecánica de Suelos y carece de práctica, puede ser un peligro público”, Dr. Karl V. Terzaghi.

Es por eso que en los proyectos de construcción se desprende la necesidad de contar, tanto en la etapa de proyecto, como durante la ejecución de la obra, con datos firmes, seguros y abundantes respecto al suelo que se está tratando. El conjunto de estos datos debe llevar al proyectista a adquirir una concepción razonablemente exacta de las propiedades físicas del suelo que hayan de ser consideradas en sus análisis. En realidad es en el laboratorio de Mecánica de Suelos en donde el proyectista ha de obtener los datos definitivos para su trabajo; Primero al realizar las pruebas de Clasificación ubicará en forma correcta la ubicación del problema que se le presenta y de esta ubicación podrá decidir como segunda fase de un trabajo, las pruebas más adecuadas que requiere su problema en particular, para definir las características de deformación y resistencia a los esfuerzos en el suelo con que haya de laborar. Pero para llegar en el laboratorio a unos resultados razonablemente dignos de crédito es preciso cubrir en forma adecuada una etapa previa e imprescindible: la obtención de muestras de suelo apropiadas para la realización de las correspondientes pruebas.

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Resultan así estrechamente ligados las dos importantes actividades, el muestreo de los suelos y la realización de las pruebas necesarias de laboratorio. El muestreo debe estar regido ya anticipadamente por los requerimientos impuestos a las muestras obtenidas por el programa de pruebas de laboratorio y, a su vez, el programa de pruebas debe estar definido en términos de la naturaleza de los problemas que se suponga puedan resultar del suelo presente en cada obra, el cual no puede conocerse sin efectuar previamente el correspondiente muestreo. En este punto se recurre a programas preliminares de exploración y muestreo. Por procedimientos simples y económicos, debe procurar adquirirse una información preliminar suficiente respecto al suelo, información que, con ayuda de pruebas de clasificación, tales como granulometría y límites de plasticidad, permita formarse una idea clara de los problemas que sean de esperar en cada caso particular. El conocimiento apriorístico de tales problemas permite, a su vez, programar en forma completa las pruebas necesarias para la obtención del cuadro completo de datos de proyecto, investigando todas aquellas propiedades físicas del suelo de las que se pueda sospechar que lleguen a plantear en la obra una condición crítica. La realización de esta nueva serie de pruebas definitivas suele presentar nuevas exigencias respecto a las muestras de suelo de que haya de disponerse y ello obligará, en general, a efectuar nuevas operaciones de sondeo y muestreo, a fin de obtener las muestras definitivas. Así pues, en general, se tendrán dos tipos de sondeos: preliminares y definitivos, cada uno con sus métodos propios de muestreo. Uno de los aspectos más importantes de los de esta última categoría es una correcta evaluación de la importancia de la obra por ejecutar, en relación con el costo de su correspondiente programa de exploración y muestreo. Una obra de importancia grande ameritará un programa de una envergadura totalmente inadecuada para una obra menor. Y no sólo la importancia de la obra juega papel como norma de criterio del proyectista, sino también el tipo de obra, en relación, por ejemplo, con las consecuencias de su falla respecto a pérdidas en bienes o vidas; puede haber obras de poco costo cuyos requerimientos de seguridad y, por lo tanto, de previsión en el proyecto, sean mucho mayores que en otras obras de mayor inversión presupuestal. Un aspecto importante será siempre que la magnitud, tanto en tiempo como en costo, del programa de exploración y muestreo esté acorde con el tipo de obra por ejecutar. Otro aspecto de importancia fundamental en los problemas aquí tratados es el buscar la colaboración de ciencias que, como la Geología, pueden dar en ocasiones información de carácter general muy importante. Puede decirse que, sobre todo en obras de importancia, un reconocimiento serio y eficaz, desde un punto de vista geológico, resulta imprescindible. Este reconocimiento será, Página 95


Resultan así estrechamente ligados las dos importantes actividades, el muestreo de los suelos y la realización de las pruebas necesarias de laboratorio. El muestreo debe estar regido ya anticipadamente por los requerimientos impuestos a las muestras obtenidas por el programa de pruebas de laboratorio y, a su vez, el programa de pruebas debe estar definido en términos de la naturaleza de los problemas que se suponga puedan resultar del suelo presente en cada obra, el cual no puede conocerse sin efectuar previamente el correspondiente muestreo. En este punto se recurre a programas preliminares de exploración y muestreo. Por procedimientos simples y económicos, debe procurar adquirirse una información preliminar suficiente respecto al suelo, información que, con ayuda de pruebas de clasificación, tales como granulometría y límites de plasticidad, permita formarse una idea clara de los problemas que sean de esperar en cada caso particular. El conocimiento apriorístico de tales problemas permite, a su vez, programar en forma completa las pruebas necesarias para la obtención del cuadro completo de datos de proyecto, investigando todas aquellas propiedades físicas del suelo de las que se pueda sospechar que lleguen a plantear en la obra una condición crítica. La realización de esta nueva serie de pruebas definitivas suele presentar nuevas exigencias respecto a las muestras de suelo de que haya de disponerse y ello obligará, en general, a efectuar nuevas operaciones de sondeo y muestreo, a fin de obtener las muestras definitivas. Así pues, en general, se tendrán dos tipos de sondeos: preliminares y definitivos, cada uno con sus métodos propios de muestreo. Uno de los aspectos más importantes de los de esta última categoría es una correcta evaluación de la importancia de la obra por ejecutar, en relación con el costo de su correspondiente programa de exploración y muestreo. Una obra de importancia grande ameritará un programa de una envergadura totalmente inadecuada para una obra menor. Y no sólo la importancia de la obra juega papel como norma de criterio del proyectista, sino también el tipo de obra, en relación, por ejemplo, con las consecuencias de su falla respecto a pérdidas en bienes o vidas; puede haber obras de poco costo cuyos requerimientos de seguridad y, por lo tanto, de previsión en el proyecto, sean mucho mayores que en otras obras de mayor inversión presupuestal. Un aspecto importante será siempre que la magnitud, tanto en tiempo como en costo, del programa de exploración y muestreo esté acorde con el tipo de obra por ejecutar. Otro aspecto de importancia fundamental en los problemas aquí tratados es el buscar la colaboración de ciencias que, como la Geología, pueden dar en ocasiones información de carácter general muy importante. Puede decirse que, sobre todo en obras de importancia, un reconocimiento serio y eficaz, desde un punto de vista geológico, resulta imprescindible. Este reconocimiento será, Página 95

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras naturalmente, previo a cualquier otra actividad realizada por el especialista de Mecánica de Suelos. Del tipo de sedimentos, existencia de fallas, plegamientos, etcétera, configuración geológica, tipos y carácter de rocas y demás datos de la zona, resultan, por lo general, informaciones vitales para el ingeniero civil, que norman su criterio de antemano en forma útil.

IDENTIFICACIÓN DE LOS SUELOS EN EL CAMPO Para un control adecuado de los suelos se necesita su perfecta identificación. La falta de tiempos o de medios hace que frecuentemente sea imposible el realizar detenidos ensayos para poderlos clasificar. Así pues la habilidad de identificarlos en el campo por simple inspección visual y su examen al tacto son: Principales tipos de suelos para su identificación, todos los suelos pueden agrupar se en 5 tipos t ipos básicos:

a) La grava.- Esta formada por grandes granos minerales con diámetros mayores de ¼ de pulgada. Las piezas grandes se llaman piedras, cuando son mayores a 10 pulgadas se llaman morrillos.

b) La arena.- Se componen de partículas minerales que varían aproximadamente desde ¼ de pulgada a 0.002 pulgadas en diámetros.

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c) El limo.Consiste en partículas minerales naturales, más pequeñas de 0.02 pulgadas de diámetro, las cuales carecen de plasticidad y tienen poca o ninguna resistencia en seco.

d) La arcilla.Contienen partículas de tamaño coloidal que producen su plasticidad. La plasticidad y resistencia en seco están afectadas por la forma y la composición mineral de las partículas.

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e) La materia orgánica.- Consiste en vegetales parcialmente descompuesto como sucede en la turba o en materia vegetal finalmente dividida, como sucede en los limos orgánicos y en las arcillas.

TOMA DE MUESTRAS Lo primero que hay que consignar en la obtención de una muestra es que ésta sea representativa del terreno. Un muestreo adecuado y representativo es de primordial importancia, pues tiene el mismo valor que el de los ensayes en sí. A menos que la muestra obtenida sea verdaderamente representativa de los materiales que se pretende usar, cualquier análisis de la muestra solo será aplicable a la propia muestra y no al material del cual procede, de ahí la necesidad de que el muestreo sea efectuado por personal conocedor de su trabajo. Las muestras pueden ser de dos tipos: alteradas o inalteradas. Se dice que una muestra es alterada cuando no guarda las mismas condiciones que cuando se encontraba en el terreno de donde procede, e inalterada en caso contrario.

Analizando las muestras de un suelo.

La muestra deberá ser identificada fácilmente en laboratorio, por este motivo deberá indicar: nombre del proyecto, ubicación, N° de pozo, horizonte, Página 98

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras profundidad, N° de muestra, fecha de obtención, ítem a que pertenece, nombre de la persona que la tomó y si está contenida en uno o más envases. La profundidad de este tipo de reconocimiento no suele pasar de los 5 metros, aunque en casos extremos puede alcanzar los 10 metros de profundidad. La dimensión mínima en planta, indicada por la norma N.T.E., es de 75 milímetros.

OBTENCION DE MUESTRAS Todo estudio geotécnico debe iniciarse con un reconocimiento detallado del terreno a cargo de personal experimentado. El objetivo de este reconocimiento es contar con antecedentes geotécnicos previos para programar la exploración. Mediante la observación de cortes naturales y/o artificiales producto de la erosión o deslizamiento será posible, en general, definir las principales unidades o estratos de suelos superficiales. Especial importancia debe darse en esta etapa a la delimitación de zonas en las cuales los suelos presentan características similares y a la identificación de zonas vedadas o poco recomendables para emplazar construcciones, tales como zonas de deslizamiento activo, laderas rocosas con fracturamiento según planos paralelos a la superficie de los cortes, zonas pantanosas difíciles de drenar, etc. Este reconocimiento se puede efectuar por vía terrestre o por vía aérea dependiendo de la transitividad del terreno.

El programa de exploración que se elija debe tener suficiente flexibilidad para adaptarse a los imprevistos geotécnicos que se presenten. No existen un método de reconocimiento o exploración que sea de uso universal, para todos los tipos de suelos existentes y para todas las estructuras u obras que se estudian. En todo caso, al programar una exploración se deben considerar las siguientes pautas generales:

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras 1.

Ubicar puntos de prospección a distancias aproximadamente iguales, para luego densificar la exploración si se estima pertinente.

2.

Prospectar aquellos sectores que soportarán rellenos o terraplenes de importancia y aquellos en que la rasante se ubica muy próxima al terreno natural (h < 0.6 m).

3.

Inspeccionar aquellas zonas en que se tienen cortes de importancia, ubicando los puntos de cambio de cortes a terraplén para conocer el material al nivel de la subrasante.

4.

Inspeccionar el subsuelo en aquellos puntos en que se ubican obras de arte y estructuras importantes.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras Los métodos más usados para los estudios de superficie que conducen al reconocimiento del perfil estratigráfico son: 

CALICATAS I)

DEFINICIÓN

Las calicatas o catas son una de las técnicas de prospección empleadas para facilitar el reconocimiento geotécnico, estudios edafológicos o pedológicos de un terreno. Son excavaciones de profundidad pequeña a media, realizadas normalmente con pala retroexcavadora. Las calicatas permiten la inspección directa del suelo que se desea estudiar y, por lo tanto, es el método de exploración que normalmente entrega la información más confiable y completa. En suelos con grava, la calicata es el único medio de exploración que puede entregar información confiable, y es un medio muy efectivo para exploración y muestreo de suelos de fundación y materiales de construcción a un costo relativamente bajo.

Es necesario registrar la ubicación y elevación de cada pozo, los que son numerados según la ubicación. Si un pozo programado no se ejecuta, es preferible mantener el número del pozo en el registro como "no realizado" en vez de volver a usar el número en otro lugar, para eliminar confusiones.

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II)

DISTANCIA Y UBICACIÓN

Generalmente se ejecutan pozos distanciados entre 300 a 600 metros, aparte de los que deban ejecutarse en puntos singulares. Pueden realizarse pozos más próximos si lo exige la topografía del área. Asimismo deben delimitarse las zonas en que se detecten suelos que se consideren inadecuados.

La sección mínima recomendada es de 0,80 m por 1,00 m, a fin de permitir una adecuada inspección de las paredes. El material excavado deberá depositarse en la superficie en forma ordenada separado de acuerdo a la profundidad y horizonte correspondiente. Debe desecharse todo el material contaminado con suelos de estratos diferentes. Se dejarán plataformas o escalones de 0,30 a 0,40 metros al cambio de estrato, reduciéndose la excavación. Esto permite una superficie para efectuar la determinación de la densidad del terreno. Se deberá dejar al menos una de las paredes lo menos re moldeada y contaminada posible, de modo que representen fielmente el perfil estratigráfico Página 102

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras del pozo. En cada calicata se deberá realizar una descripción visual o registro de estratigrafía comprometida.

III)

PROFUNDIDAD

Las calicatas son uno de los métodos más empleados en el reconocimiento superficial del terreno, y dado su bajo coste y rapidez de realización, constituyen un elemento habitual en cualquier tipo de investigación en el terreno. Sin embargo, cuentan con las siguientes limitaciones: - La profundidad no suele exceder de 4m - La presencia de agua limita su utilidad. - El terreno debe poderse excavar con medios mecánicos. - Para su ejecución es imprescindible cumplir las normas de seguridad frente a derrumbes de las paredes, así como cerciorarse de la ausencia de instalaciones, conclusiones, cables, etc.

Un calicata con una profundidad aprox. de 2m

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras La profundidad está determinada por las exigencias de la investigación pero es dada, generalmente, por el nivel freático. Para el caso de carreteras será de 1.5 metros y se ubicarán por lo general cada 500 o 1000 metros, según el tipo de material que hay en dicha zona.

IV)

APLICACIONES

Los casos, situaciones, o tipos de terrenos, en los que se pueden realizar calicatas: En terrenos cohesivos principalmente. También puede realizarse en terrenos granulares, pero si se requiere un conocimiento de los parámetros resistentes, la práctica imposibilidad de toma de muestras para ensayo en laboratorio, exige la utilización de otras técnicas de reconocimiento, como la penetración estándar (SPT), sólo viables en sondeos. En terrenos heterogéneos, con muchos gruesos, en los que un sondeo, además de ser costoso, daría una información parcial. En terrenos en los que el nivel freático se encuentre por debajo del plano de investigación, o en los que sus condiciones de impermeabilidad sean suficientes para que el afloramiento de agua sea pequeño, y permita la investigación en el interior de la cata, salvo aquellas situaciones en las que se quiera conocer principalmente la cota de nivel freático. En situaciones en las que se presuma que se pueden alcanzar, en todos los puntos, el substrato rocoso, o terreno más firme. En obras lineales, como en el proyecto de obras viarias o en el de obras de saneamiento.

V)

ESTATIGRAFIA

La estratigrafía gráfica debe presentarse mediante la simbología que se muestra en la FIGURA:

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Presentación de la estratigrafía según descripción visual en pozos de reconocimiento. VI)

CARACTERISTICAS DE SUELOS

La principal distinción se hace sobre la base del tamaño. Las partículas individuales visibles forman la fracción gruesa y demasiadas pequeñas para ser individualizadas componen la fracción fina. Los componentes orgánicos del suelo consisten en materia vegetal descompuesta o en proceso de descomposición, lo que le impone al suelo una estructura fibrosa. Pueden ser identificados por sus colores oscuros y el olor distintivo. Página 105

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras 

Tamaño: Los suelos gruesos son aquellos en que más de la mitad de las partículas son visibles. En esta estimación se excluyen las partículas gruesas mayores a 80 mm (3"); sin embargo, tal fracción debe ser estimada visualmente y el porcentaje indicado independientemente del material inferior a 80 mm. La fracción gruesa comprende los tamaños de gravas y arenas, y la fracción fina los limos y arcillas.

En caso de suelos mixtos, la muestra se identificará sobre la base de la fracción predominante usando los siguientes adjetivos, según la proporción de la fracción menos representativa; indicios: 0-10%, poco: 10-20%, algo: 20-35%; y abundante: 35-50%. 

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Color: Se debe indicar el color predominante. Olor: Las muestras recientes de suelos orgánicos tienen un olor distintivo que ayuda a su identificación. El olor puede hacerse manifiesto calentando una muestra húmeda.

Humedad: En las muestras recientes deberá registrarse la humedad. Los materiales secos necesitan una cantidad considerable de agua para obtener un óptimo de compactación. Los materiales húmedos están cerca del contenido óptimo. Los mojados necesitan secarse para llegar al óptimo, y los saturados son los suelos ubicados bajo un nivel freático.

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Estructura: Si los materiales presentan capas alternadas de varios tipos o colores se denominará estratificado; si las capas o colores son delgados, inferior a 6 mm, será descrito como laminado; fisurado si presenta grietas definidas; lenticular si presenta inclusión de suelos de textura diferente.

Cementación: Algunos suelos muestran definida evidencia de cementación en estado inalterado. Esto debe destacarse e indicar el grado de cementación, descrito como débil o fuerte. Verificando con ácido clorhídrico si es debida a carbonatos y su intensidad como ninguna, débil o fuerte.

Densificación: La compacidad o densidad relativa de suelos sin cohesión puede ser descrita como suelta o densa, dependiendo de la dificultad que oponga a la penetración de una cuña de madera.

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La consistencia de suelos cohesivos puede ser determinada en sitio o sobre muestras inalteradas de acuerdo con el criterio indicado en Tabla Los valores de resistencia al corte están basados en correlaciones con penetró metro de bolsillo usado frecuentemente para estimar la consistencia.

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Clasificación: Se debe indicar además la clasificación probable. Pueden usarse clasificaciones dobles cuando un suelo no pertenece claramente a uno de los grupos, pero tiene fuertes características de ambos grupos. Deben colocarse entre paréntesis para indicar que han sido estimadas. Nombre local: El uso de nombres típicos tales como caliche, maicillo, pumicita, cancagua, etc., además de su designación según el sistema de clasificación de suelo, ayuda a identificar sus condiciones naturales.

CRITERIO DE MUESTREO DE SUELOS Todas las muestras que se obtengan deberán ser perfectamente identificadas, incluyendo a lo menos los siguientes tópicos: Identificación de la calicata; profundidad a la que fue tomada; nombre de la persona que la tomo y fecha de obtención. Se distinguen dos tipos de muestras que se pueden obtener: 

Muestra perturbadas.

Se obtienen en general de las paredes de los pozos y comprometen estratos determinados o bien la suma de algunos de ellos, como es el caso de la investigación de yacimientos. Estas muestras deben guardarse en bolsas impermeables y de resistencia adecuada. Cada bolsa debe identificarse clara y endeblemente. Página 108

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras Las muestras en bolsas se toman con pala, barreta o cualquier otra herramienta de mano conveniente y se colocan en bolsas sin tratar de mantener al suelo en forma inalterada, estas muestras se usan para:    



Análisis granulométrico. Ensayos de plasticidad. Ensayos de compactación – humedad óptima. Ensayos de compactación CBR en laboratorio.

Muestra sin perturbar.

Este tipo de muestra se recorta de las paredes de los pozos y compromete estratos bien definidos. Después de cortadas deben revestirse con una capa de parafina solida aplicada con brocha. Es conveniente agregar alrededor de un 30% de cera virgen a la parafina sólida con el fin de que la capa protectora sea menos rígida. Si la consistencia de la muestra es relativamente blanda, debe rodearse de grasa y recubrir una vez más con parafina sólida y cera. Una vez dado el tratamiento anterior, debe colocarse en cajas de madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de golpes. Las muestras sin perturbar deberán tomarse apenas excavadas las calicatas, en especial cuando se trate de suelos cuya estructura se ve afectada por los cambios de humedad. En todo caso, al tomar una muestra no perturbada, debe elegirse la pared de la calicata menos expuesta al sol y debe excavarse el espesor superficial que haya sido afectado por los cambios de humedad. No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje adecuado de las muestras, ya que el grado de perturbación que se le ocasione a una muestra no perturbada es Página 109

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras irrecuperable y lleva a resultados erróneos. En las calicatas, es posible realizar ensayes en sitio tales como las pruebas de carga con placas, CBR, permeabilidades, medidas de densidad, etc. Las pruebas de carga pueden realizarse contra el fondo de la perforación o las paredes de la misma. Cada vez que sea necesario realizar un ensayo en sitio en una calicata, la excavación deberá realizarse considerando este hecho, dado que este tipo de prueba obliga a tomar medidas especiales que determinan la forma de excavación. Es así como la toma de densidades obliga a realizar éstas a medida que la excavación se realiza, o bien es necesario dejar bancos intermedios. El muestreo es tan importante como el ensaye y se deben tomar las precauciones para obtener muestras que exhiban la naturaleza real y condiciones de los suelos que se representan. Salvo situaciones que exijan determinación de resistencia o consolidación, las muestras necesarias para diseño de superestructura de obras viales serán perturbadas.

Obtención de muestras inalteradas Página 110


La cantidad de muestras necesarias para análisis Básicos será la indicada en la siguiente tabla.

ENSAYO

Peso de Muestra Kg

- Granulometría Dmax. Menor que el tamiz 80 mm Dmax. Menor que tamiz 25 mm Dmax. Menor que tamiz 10 mm - Limites de Consistencia - Densidad de Partículas Sólidas Fracción mayor que tamiz 5 mm Fracción menor que tamiz 5 mm - Proctor Modificado

32 10 4 0.15 4 8 20 0.03 15 30

- CBR

50

Observación

Fracción menor que tamiz 0.5 mm Tamaño máximo = 40 mm Tamaño máximo = 50 mm Tamaño máximo = 80 mm Métodos A y C Métodos B y D En suelo con tamaño max.< tamiz 20 mm

Cantidad de muestra según tipo de ensayo

Etapa de exploración Reconocimiento exploratorio

Exploración detallada (pruebas menores)

Exploración detallada (pruebas mayores)

Tipo de prueba que se puede realizar Clasificación visual Contenido de agua Límites de plasticidad Límites de plasticidad Análisis granulométrico Peso específico relativo Contenido de agua Peso específico Compresión simple Prueba directa de esfuerzo cortante. Permeabilidad Consolidación Compresión triaxial Compresión múltiple

Tipo de muestra Representativa

Representativa

Representativa, bien sellada

Cantidad de muestra Muestras de posteadora, barrenos o de penetrómetros. Alrededor de 1dm3 Alrededor de 50 Kg Alrededor de 1dm3 5cm de diámetro En calicatas muestras de 30 cm de lado.

Inalterada

10cm de diámetro

Inalterada

10 – 15 cm de diámetro

Inalterada

Mín 10cm de diámetro En calicatas, 30 a 40cm de lado

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras A cada calicata se le deberá realizar un registro adecuado que pasara a formar parte del análisis respectivo. La descripción visual de los diferentes estratos deberá contener, como mínimo:        

Nombre del proyecto Sector/tramo Nº de pozo Ubicación respecto a un eje de referencia Cota Fecha de la inspección Inspector Descripción del suelo, etc.

Las muestras se someterán a los análisis de clasificación:   

Granulometría. Límites de consistencia: Límite líquido y Límite Plástico. Constantes físicas: Densidad de partículas sólidas y Densidad neta.

Granulometría y Límite de consistencia.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras Para definir el tamaño de la muestra de suelo que se deberá tomar en terreno destinada a ser ensayada en laboratorio, se deberá tener en cuenta lo que se indica a continuación.   

Ensayos que se han programado ejecutar. Tamaño máximo de las partículas. Reutilización de las muestras en ensayes de compactación.

A manera de información se anotan a continuación los tamaños de muestra requerido para diferentes casos:

Tamaños de muestra requerida.

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ENSAYOS DE SUELO PARA EDIFICACIONES De acuerdo a norma E.050

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ENSAYOS DE LABORATORIO DEL SUELO:         

  

Granulometría Limites de consistencia Humedad natural Clasificación de suelos (sucs/aashto) Pesos específicos Clasificación de suelos (sucs) Limite de contracción Ensayo de compactación de proctor modificado Relaciones volumétricas Relación de vacíos Porosidad Grado de saturación Corte directo Triaxiales Contenido de sulfatos solubles en suelos y aguas subterráneas

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HUMEDAD NATURAL NTP 339.127(ASTM D2216)

No es más que la relación entre el peso de agua de una partícula de suelo y el peso solido de esta partícula, sirve para determinar las relaciones volumétricas de la muestra de arcilla ensayadas en laboratorio para así saber las condiciones en la cual se encuentra nuestra muestra.

EQUIPO

PROCEDIMIENTO

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Se pesa una tara vacía. Se coge una muestra de suelo húmedo en el recipiente. Se coloca la muestra en la tara y se mide su masa con ayuda de una balanza. Se lleva la tara a un horno durante 24 hrs. Se saca la muestra del horno y se vuelve a medir su masa. Con los datos obtenidos se halla el contenido de agua que contenía la muestra. Por último se halla el contenido de humedad del suelo.

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PESO ESPECÍFICO RELATIVO NTP 339.131(ASTM D854)

Peso específico de sólidos es la relación del peso de la fase sólida entre el volumen de la fase sólida. Expresado como :

La gravedad específ ica se define como la relación entre el peso específico de los sólidos y el peso específico del agua destilada a 4°C. Se expresa como:

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras OBJETIVO: a. Determinar la densidad de una arena y/o un suelo fino (dado que es el mismo procedimiento para ambos suelos) b. Determinar la densidad y la absorción en una grava de río y en una caliza triturada.

APLICACIÓN: El Peso específico relativo de los sólidos es una propiedad índice que debe determinarse a todos los suelos, debido a que este valor interviene en la mayor parte de los cálculos relacionados con la Mecánica de suelos, en forma relativa, con los diversos valores determinados en el laboratorio pueden clasificarse algunos materiales. Una de las aplicaciones más comunes de la densidad (Ss), es en la obtención del volumen de sólidos, cuando se calculan las relaciones gravimétricas y volumétricas de un suelo.

EQUIPO Y MATERIAL QUE SE UTILIZA: • Frascos volumétricos o picnómetros • Balanza con sensibilidad de 0.01g • Horno de secado. • Bomba de vacío o estufa para eliminar el aire del suelo. • Suministro de agua desaireada • Utensilios: pipeta, termómetro graduado, embudo y espátulas.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras PROCEDIMIENTO: Para la determinación de la densidad de arena y finos; 1. Se seca el suelo en estudio al horno, se deja enfriar y se pesa una cantidad de material entre 50 y 100 grs. .2. Se vierte agua al matraz hasta la mitad de la parte curva, se vacían los sólidos empleando para esto un embudo y en la parte inferior del matraz se coloca un fólder, por si se cae algo de material pueda ser recogido posteriormente y vaciado al matraz. 3. Se extrae el aire atrapado en el suelo, empleado la bomba de vacíos; el material con el agua se agita sobre su eje longitudinal, se conecta a la bomba de vacíos por 30seg. 4. Se repite el paso anterior unas 5 veces. 5. Se completa la capacidad del matraz con agua hasta la marca de aforo, de tal manera que la parte inferior del menisco coincida con la marca (500 ml).6. Se pesa el matraz + agua + sólidos. 7. Se toma la temperatura de la suspensión, con esta, se entra a la curva de calibración del matraz y se obtiene el peso del matraz + agua hasta la marca de aforo (Wmw ). 8.) Se sustituyen los valores obtenidos en la fórmula siguiente y se obtiene la densidad.

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CLASIFICACIÓN UNIFICADAS DE SUELOS (SUCS) NTP 339.134(ASTM D2487)

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LÍMITES DE CONTRACCIÓN NTP 339.140 (ASTM D427)

Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo. Los cambios en el volumen de un suelo fino se producirán por encima de la humedad correspondiente al límite de contracción. Obtendremos información del cambio de volumen que puede experimentar una masa de suelo ante variaciones de temperatura. 

EQUIPO Y MATERIALES

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Cápsula de contracción Plato de evaporación Recipiente volumétrico de vidrio para medir la cantidad de volumen que ocupa el suelo Espátula Placa plástica con tres apoyos. Probeta graduada de 25 ml. y graduada cada 0.2 ml. Balanza con sensibilidad de 0.1 gr. Tamiz N°40 Mercurio. Grasa lubricante

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MUESTRA:

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Se utiliza suelo pasad por la malla No.40, se amasa y se lleva a un contenido de humedad similar o algo superior al límite líquido.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras GRIETAS DE CONTRACCION POR SECADO

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ENSAYO DE COMPACTACIÓN DE PROCTOR MODICADO NTP 339.141(ASTM D1557)

COMPACTACIÓN La compactación es un proceso de estabilización mecánica del suelo que mejora sus propiedades como son: o o o o o

Aumento de densidad Disminución de la relación de vacíos. Disminución de la deformabilidad. Disminución de permeabilidad Aumento de resistencia al corte

La compactación depende de varios factores como por ejemplo: o o o o o

Tipo de suelo Distribución granulométrica Forma de partículas Energía de compactación contenido de humedad

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras OBJETIVO: 



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Desarrollar un método de ensayo para determinar la relación entre el contenido de humedad y el peso unitario seco compactado con una energía de compactación determinada. El objetivo de la prueba es determinar el contenido de humedad para el cual el suelo alcanza su máxima densidad seca. Este ensayo trata de simular las condiciones a las que el material está sometido en la vida real, bajo una carga estática y el desarrollo de estos cálculos proveen información valiosa para que el ingeniero disponga cuales son las condiciones ideales de compactación del material y cual su humedad optima

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras EQUIPO:

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Molde cilíndrico de material rígido con base de apoyo y collarín. Probeta graduada de 500 cm3. Pisón de 10 lb. de peso con 18 pulgadas de caída libre. Balanza de 0.1 gr. De precisión Horno de secado Regla recta de metal rígido de 10 pulgadas.

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Tamices de 2”, ¾", 3/8", y Nº4.

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Herramientas diversas como, bandeja, taras, cucharas, paleta, espátula, etc.

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PROCEDIMIENTO:        

Secar el material si este estuviera húmedo, puede ser al aire libre o al horno. Tamizar a través de las mallas 2”, ¾”, 3/8” y N°4 para determinar el método de prueba. Preparar 4 ó 5 muestras de 6kg. para el método C y de 3 Kg. si se emplea el método A o B. Agregar agua y mezclar uniformemente. Cada punto de prueba debe tener un incremento de humedad constante. Colocar la primera capa en el molde y aplicarle 25 ó 56 golpes según el método de ensayo Los golpes deben ser aplicados en toda el área, girando el pisón adecuadamente. Cada golpe debe ser aplicado en caída libre, soltar el pisón en el tope. De igual forma completar las cinco capas.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras    

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La última capa debe quedar en el collarín de tal forma que luego pueda enrasarse. Enrasar el molde con una regla metálica quitando previamente el collarín. Retirar la base y registrar el peso del suelo + molde Luego de pesado, extraer el suelo y tomar una muestra para el contenido de humedad, como mínimo 500 gr. para material granular tomada de la parte central del molde. Llevar las muestras al horno para determinar la humedad. Repetir el procedimiento para un mínimo de 4 puntos compactados a diferentes contenidos de humedad, dos de los cuales quedan en el lado seco de la curva y los otros dos en el lado húmedo.

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RELACIONES VOLUMÉTRICAS

La determinación de las relaciones volumétricas de los suelos son importantísimas, para el manejo compresible de las propiedades mecánicas de los suelos y un completo dominio de su significado y sentido físico; es imprescindible para poder expresar en forma sencilla y asequible los datos y conclusiones de la mecánica de suelos obtenidos a través de los ensayos de laboratorios en materiales y ensayos. Su determinación es en principio muy sencilla pero se experimenta considerable dificultad cuando se requiere a absoluta exactitud, es necesario un estudio cuidadoso de todos los aspectos y observaciones. Se entiende por relaciones volumétricas, las relaciones de volúmenes como:

a) Relación de vacío: Se llama relación de vacíos a la relación entre los volúmenes de vacíos y el de los sólidos de un suelo. Página 126


b) Porosidad: Relación entre su volumen de vacíos y el volumen de su masa.se expresa en porcentaje.

c) Grados de saturación: Es la relación entre su volumen de agua y el volumen de sus vacíos, se expresa en porcentajes.

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ENSAYO DE CORTE DIRECTO NTP 339.171(ASTM D3080)

La finalidad de los ensayos de corte, es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. Para conocer una de estas resistencias en laboratorio se usa el aparato de corte directo, siendo el más típico una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades. Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (Pv) y luego una carga horizontal (Ph) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras EQUIPO A UTILIZAR 

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Aparato de prueba directa. Pisón para compactación de suelos.

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Balanza.

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Espátulas, regla de metal, cápsulas, entre otros.

Preparación de la muestra. Al igual que en cualquier prueba de laboratorio de suelos, las muestras de material deben ser tratadas previo al estudio. En el caso de la prueba de corte directo se trabaja dependiendo que suelo tratemos.

Muestra inalterada: Se corta una muestra un poco mayor al tamaño del tallador. Se coloca el tallador en la parte superior. Se corta poco a poco en los bordes, Luego que el tallador pasa en su totalidad, se debe cortar por los extremos. Pesar la cantidad de muestra de acuerdo al peso específico y contenido de humedad proporcionado por el solicitante. Dividir el peso total en tres partes.

Procedimiento. Al igual que las pruebas de compresión simple, las de corte directo varían según el tipo de aparato que se utilice, de todos modos existen un conjunto de pasos esenciales indiferentemente del aparato. Estos pasos son:  Medir las dimensiones de la caja del aparato en que se alojará el suelo.  Obtener la carga muerta propia del aparato (peso del mecanismo de carga al no aplicar carga normal)  Colocar la muestra en la caja, si es arena se deberá colocar un espesor de 1 a 1.5 cm  Colocar la placa sobre el espécimen y sobre esta placa se colocará el transmisor de presión normal. Página 128

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras 

Colocar los micrómetros o extensómetros para poder medir las deformaciones tangenciales y normales, anotando sus lecturas iniciales.

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No debe de haber contacto entre los marcos fijos y móviles de la caja que contiene la muestra de suelo. Luego de estas pautas procedemos a hacer las pruebas de dos modos; con esfuerzos controlados o con deformación controlada. Si es con esfuerzo controlado se toman las lecturas antes de aplicar cada nueva carga y se carga hasta el fallo de la muestra. Si es de deformación controlada las lecturas se hacen cada 15 segundos durante dos minutos y luego cada milímetro de deformación. Se termina la prueba cuando el suelo se ha deformado en un 15% de la longitud inicial a menos que se obtenga antes una fuerza tangencial constante.

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ENSAYO TRIAXIAL

El ensayo de compresión triaxial es el más usado para determinar las características de esfuerzo-deformación y de resistencia al esfuerzo cortante de los suelos. El ensayo consiste en aplicar esfuerzos laterales y verticales diferentes, a probetas cilíndricas de suelo y estudiar su comportamiento. El ensayo se divide en dos etapas: 

La primera, en la que la probeta de suelo es sometida a una presión hidrostática de fluido, con esfuerzos verticales iguales a los horizontales. Durante esta etapa, se dice que la probeta es "consolidada" si se permite el drenaje del fluido de los poros. Alternativamente, si el drenaje no puede ocurrir se dice que la probeta es "no consolidada“.



En la segunda etapa, llamada de aplicación del Esfuerzo Desviador, se incrementan los esfuerzos verticales (desviadores) a través del pistón vertical de carga, hasta la falla. En esta etapa el operador tiene también la opción de permitir el drenaje y por lo tanto eliminar la presión neutra o mantener la válvula correspondiente cerrada sin drenaje. Si la presión neutra es disipada Página 129

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras se dice que el ensayo es "drenado", en caso contrario se dice que el ensayo es "no drenado“.

Así los ensayos puedes ser clasificados en: 

No consolidados-no drenados (UU) o rápidos (Q).NTP 339.164(ASTM D2850)

Se impide el drenaje durante las dos etapas del ensayo.

Consolidados-no drenados (CU) o consolidados-rápidos (RC) NTP 339.166(ASTM D4767). 

Se permite el drenaje durante la primera etapa solamente. 

Consolidados-drenados (CD) o lentos (S). Se permite el drenaje durante todo el ensayo, y no se dejan generar presiones neutras aplicando los incrementos de carga en forma pausada durante le segunda etapa y esperando que el suelo se consolide con cada incremento.

Equipo      

Cámara Triaxial Máquina de compresión triaxial Membrana de caucho Molde metálico Compresor de aire Bomba de vacío Página 130

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras     

Balanza de precisión, aproximación 0,1 gr Calibrador Aro-sello de caucho Tallador de muestras, cuchillas y sierras Equipo para determinar el contenido de humedad

Procedimiento 

El suelo a utilizarse se prefiere que sea inalterado, en cuyo caso se debe tallar por lo menos tres especímenes cilíndricos, teniendo muy en cuenta su estratificación y evitando destruir la estructura original del suelo. Si la muestra es alterada, se procede a preparar los especímenes compactándose la muestra con una determinada energía, de acuerdo con las condiciones técnicas impartidas. Las dimensiones de los especímenes dependen del tamaño de la máquina triaxial a emplearse; debiendo tomar en cuenta que la altura de la muestra debe ser el doble del diámetro, (Se toman las medidas de los especímenes preparados).



El momento de preparar los especímenes se debe tomar muestra para determinar el contenido de humedad. Pesamos el primer espécimen y lo colocamos en la base de la cámara triaxial, utilizando una piedra porosa entre la muestra y dicha base. Colocamos la membrana de caucho en el espécimen, utilizando un aparato especial para ello. Colocamos la cabeza de plástico usando una piedra porosa entre la cabeza y el espécimen. Aseguramos la membrana con ligas tanto en la parte superior como en la inferior. Colocamos la cámara con su tapa, asegurándonos que estén bien colocados los empaques y seguidamente apretamos los tornillos que sujetan la cámara uniformemente. Introducimos el pistón en el hueco de la cabeza de plástico. Centramos el brazo de carga con el pistón y colocamos el dial de las deformaciones en cero. Si la muestra no se encuentra saturada, será necesario saturarla, salvo introducciones contrarias al respecto, para lo cual abrimos las válvulas de saturación permitiendo que el agua fluya desde la base a través de la muestra. Aplicamos presión al tanque de almacenamiento de la glicerina o agua y luego abrimos las válvulas que permiten el paso de la glicerina o agua a la cámara; la presión lateral introducida serán las indicadas anteriormente.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras 

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En estas condiciones aplicamos el tipo de triaxial solicitado; llegando en cualquier caso a aplicar la carga hasta romper la muestra; anotándose las lecturas de las deformaciones axiales y de la carga aplicada. Una vez terminado el ensayo se reduce la presión y se devuelve la glicerina o agua al tanque de almacenamiento, se seca la cámara y luego a la muestra con mucho cuidado con el objeto de graficar la fractura y además determinar la humedad. Todo este proceso lo repetimos con los demás especímenes, utilizando presiones laterales diferentes.

CONTENIDO DE SULFATOS SOLUBLES EN SUELOS Y AGUAS SUBTERRÁNEAS - NTP 339.178(AASTHO T290) El ataque de sulfatos se produce donde hay concentraciones relativamente altas de sulfatos de sodio, potasio, calcio o magnesio, ya sea en suelos con aguas subterráneas, superficiales o en aguas de mar. Puede deberse también por la presencia de desechos industriales, fecales o subproductos químicos de cualquier naturaleza. Los sulfatos son de alta solubilidad en agua penetrando fácilmente en estructuras de concreto expuestas a los mismos. Para determinar la existencia de sulfatos en el suelo, se efectúan ensayos de laboratorio evaluando cantidad y tipo. Además, para analizar la composición química, se toman muestras de agua de la zona o de los sondeos realizados.

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ENSAYOS DE SUELO PARA CARRETERAS Ensayos necesarios para el afirmado       

Granulometría Limites de consistencia Equivalente de arena Abrasión Los Ángeles CBR Densidad-Humedad Compactación

Ensayos necesarios para la sub-base  

Abrasión CBR (referido al 100% de la máxima densidad seca y una penetración de carga de 0.1” (2.5mm)

    

Limite liquido Índice de plasticidad Equivalente de arena Sales solubles Partículas chatas y alargadas

Ensayos necesarios para la base         

Granulometría Limite liquido Índice de plasticidad Desgaste Los Ángeles Equivalente de arena Sales solubles CBR Partículas fracturadas Partículas chatas y alargadas

Siendo todos descritos y desarrollados anteriormente.

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MEJORAMIENTO DE SUELOS Una vez que se ha llevado a cabo la limpieza y desmonte del terreno es muy importante asegurarse de que el terreno sobre el que se va a edificar tenga el soporte necesario para la estructura. La mejora o el refuerzo del terreno podrán hacerse mediante su mezcla con aglomerantes hidráulicos, sustitución, precarga, compactación dinámica, vibro flotación, inyección, inyección de alta presión u otros procedimientos que garanticen un incremento adecuado de sus propiedades. Los siguientes factores, según proceda, deben tomarse en cuenta para elegir el proceso más adecuado de mejora o refuerzo del terreno.      

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Espesor y propiedades del relleno a mejorar Presiones intersticiales en los diferentes estratos Naturaleza, tamaño y posición de la estructura a apoyarse en el terreno Prevención de daños a las estructuras adyacentes Mejorar provisional o permanentemente el terreno Entérminos de las deformaciones previsibles, relación entre el método de mejoradel terreno y la secuencia constructiva Los efectos en el entorno, incluso la posible contaminación por substancias toxicas (en el caso que estas se introduzca en terreno en el proceso de mejora)o las mejoras en el nivel freático. La degradación de los materiales a largo plazo ( por ejemplo en la inyección de materiales inestables).

Las técnicas de mejoramiento de suelos van a lograr alcanzar los siguientes objetivos:    



Aumentar la resistencia Disminuir la permeabilidad Disminuir la deformabilidad Mitigar el potencial de colapso

ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA

Modificar la arcilla expansiva a través de medios químicos o térmicos como: aceites sulfonados, ácidos fosfóricos, cloruros de sodio, etc; con el fin de conseguir una masa rígida o granular cuyas partículas estén suficientemente ligadas para resistir la presión interna de la arcilla.

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RESISTENCIA

Casi todos los métodos de estabilización producen grandes aumentos en la resistencia de los suelos. Se exceptúan, quizás, los suelos con materia orgánica, por cuanto la mayor parte de los problemas de resistencia ocurren precisamente en esos suelos. 

COMPRESIBILIDAD

Prácticamente todos los métodos de estabilización disminuyen la compresibilidad de los suelos. 

DURABILIDAD

Para obtener una buena durabilidad, la capa estabilizada debe presentar una adecuada resistencia a los agentes atmosféricos y al tránsito que deba soportar durante el período de diseño.

TIPO DE SUELO

ARENAS

LIMOS

ARCILLAS

SISTEMA DE ESTABILIZACIÓN DE SUELO

- La adición de cemento aumenta la resistencia. - La adición de asfalto les brinda cohesión. - Si tienen algo de arcilla responde económicamente sólo a la compactación. - Los limos puros no responden económicamente a métodos de estabilización usuales. - La cal mejora su trabajabilidad y resistencia. - El cemento produce aumentos de resistencia.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras ESTABILIZACIÓN CON CAL La cal es un producto de la cocción de la piedra caliza, para constituir un material ligante al combinarse con agua y suelo. Este material mejora las características naturales, de modo que aumenta su capacidad para resistir los efectos inducidos por el tránsito y disminuye los cambios volumétricos.

REQUISITOS DE LA CAL: Las cantidades de cal pueden variar entre el 2 y 6% en peso, del material estabilizado. MATERIALES: 

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Los suelos que se utilicen no deben tener partículas de tamaño superior a 80 mm. La cal debe estar seca al momento de su incorporación al suelo, para que fluya, debe estar protegida de la humedad hasta su utilización. El agua que se utilice para el mezclado y el curado de la mezcla deberá estar en óptimas condiciones.

ENSAYOS Y TOLERANCIAS: 

Para controlar el contenido de cal en la mezcla y su homogeneidad se debe realizar el ensayo para determinar el PH, cuyo valor mínimo será de 11. Página 136




La granulometría se debe realizar para comprobar que el 100% de la mezcla pasa el tamiz de 1 in (25.4 mm) y no menos del 60% pasa el tamiz No 4 (4.75 mm). El espesor de la capa no puede variar en más de 2 cm del espesor estipulado en el contrato.

COMPACTACIÓN: 

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Para la compactación se deberá usar rodillos pata de cabra, y luego rodillos lisos de tres ruedas de acero o rodillos neumáticos. El espesor de cada capa compactada no deberá ser mayor a 15 cm. La compactación se iniciará a los costados de la vía e irá progresando hacia el centro hasta lograr un 95% de la densidad máxima obtenida en el laboratorio, ( AASHTO T- 147).

CURADO: 



La capa mezclada y compactada debe ser curada por un lapso de 3 a 7 días. El curado de todas las capas estabilizadas podrá efectuarse mediante riegos ligeros de agua, que mantengan la superficie húmeda mientras se rodilla con compactadores neumáticos hasta su curado completo.

ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO PORTLAND El cemento es el producto de la mezcla de diferentes materiales que se someten a un proceso de cocción y molido, para construir un material ligante al combinarse con agua y suelo. Su utilización se considera cuando es necesario cambiar algunas características físicas y mejorar sus condiciones mecánicas.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras REQUISITOS DEL CEMENTO: La cantidad aproximada de cemento debe estar comprendida entre un 3% mínimo a un 8% máximo en peso, respecto al del material a estabilizar. MATERIALES: 

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Los materiales por emplear serán los especificados para bases clase 3 o clase 4 (Sección 404-01.2 / MOP – 001 – F - 2002), y deberán cumplir los requisitos de granulometría correspondientes. Los materiales bien gradados contendrán entre un 55 a 65% de agregado grueso retenido en el tamiz No 4. El aglutinante para la mezcla estará constituido por cemento Portland tipo I o tipo II. El agua para la hidratación de la mezcla debe cumplir con las siguientes exigencias: Limitación

Determinación PH

Mayor ó igual a 5

Sustancias disueltas

Menor ó igual 15 gr/lt

Sulfatos


Sustancias orgánicas solubles en éter


Ión cloro


Hidratos de carbono

No debe contener Sustancias nocivas del agua

ENSAYOS Y TOLERANCIAS: 

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La granulometría de la mezcla debe ser comprobada (AASHTO T 11 y T 27). La densidad de campo no debe ser menor al 100% de la densidad máxima seca establecida en laboratorio, (AASHTO T 180). El contenido de cemento en la mezcla (AASHTO T 211), y se debe efectuar ensayos de compresión simple para comprobar que la resistencia no sea inferior a 25 Kg /cm2.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras ESTABILIZACIÓN CON MATERIAL PÉTREO La estabilización con material pétreo se realiza con el objeto de dar un reforzamiento a la obra básica a construirse.

MATERIALES: Deberán estar constituidos por material pétreo o pedazos de rocas de un tamaño de 10 a 30 cm, exento de materiales arcillosos, con un contenido no mayor de 20% de partículas que pase el tamiz de 2 in y el 5% que pasen por el tamiz N o 4. COMPACTACIÓN: La compactación se hace hasta obtener la suficiente consolidación, que se verificará por la ausencia de hundimientos y desplazamientos de los materiales al paso de los tractores.

COMPACTACION DEL SUELO La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del suelo.

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras VENTAJAS DE LA COMPACTACIÓN: 

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La compactación permite la mejora de las siguientes propiedades: Aumente la capacidad del soporte del suelo. Reduce los asentamientos del terreno Reduce la permeabilidad del suelo, el escurrimiento y la penetración del agua. Elagua fluye y el drenaje puede regularse.

METODO PARA COMPACTAR EL SUELO: Se emplean cuatro métodos principalmente: 

COMPACTACION ESTATICA O POR PRESIÓN:

La compactación se logra utilizando una máquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Por ejemplo: Rodillo Estático o Rodillo Liso:

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COMPACTACION POR IMPACTO:

La compactación es producida por una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo: Un apisonador

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COMPACTACIÓN POR VIBRACIÓN:

La compactación se logra aplicando asuelo vibraciones de alta frecuencia. Por ejemplo: Placa o rodillos vibratorios.

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COMPACTACIÓN POR AMASADO:

La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Por ejemplo: Un rodillo “Pata de Cabra”

ELECCIÓN DEL MÉTODO DE COMPACTACIÓN: 

SUELOS GRANULARES:

Se compactan mejor por vibración. La vibración reduce las fuerzas de fricción, dejando que las partículas caigan libremente por su propiopeso. - Pisones - Rodillo Pata de Cabra y Neumático - Circulación adecuada del equipo de transporte

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras SUELOS COHESIVOS:

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Se compactan mejor por amasado e impacto. La tendencia de los suelos es combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas, impidiendo que caigan partículas en los vacíos con la vibración. La fuerza de impacto produce un esfuerzo de cizalle que junta las laminaciones, oprimiendo las bolsas de aire hacia la superficie. - Placas y rodillos vibratorios - Masas desde altura (comp. dinámica).

COLUMNAS DE GRAVA Las columnas de grava como sistema de mejora de suelos son una técnica utilizada desde los años 30 en que se inventara el primer vibrador. En un principio se ejecutaban mediante la aportación de agua como apoyo para la penetración del vibrador en el terreno en lo que se denominaba vía húmeda. Con el tiempo se ha impuesto la ejecución de estos trabajos mediante la vía seca que no necesita el empleo de agua debido a la mejora de los equipos que han permitido que tanto la capacidad de penetración como de rendimientos sean equiparables a la vía húmeda. La última generación de vibradores además de ser más potentes incorporan la descarga inferior e interior de la grava, lo que asegura una continuidad en las columnas que antes no existía, a la vez que permite una adecuada compactación de la misma dentro de la perforación. ÁMBITO DE APLICACIÓN (TIPO DE OBRA): 

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Terraplenes, carreteras, ferrocarriles Obras hidráulicas estancas (depuradoras) Silos y depósitos de cualquier tipo Refuerzos de fondos marinos, lacustres o fluviales Naves industriales y comerciales Almacenes Oficinas, residencial colectivo e individual

PROCEDIMIENTO DE EJECUCIÓN DE COLUMNAS DE GRAVA MEDIANTE VÍA SECA CON DESCARGA INFERIOR: El procedimiento de ejecución de columnas de grava mediante la vía seca no se diferencia en mucho de la vía húmeda salvo que no es necesaria la utilización de agua durante la perforación. Esto implica un ahorro tanto en el coste propio del agua empleada y de su traída, como en un laborioso sistema para su gestión una vez utilizada, sistema que necesita la construcción y utilización de balsas de decantación antes de su vertido, el tratamiento de los lodos decantados y la restitución de toda la zona de decantación una vez terminados los trabajos. Página 142

Estudio de suelos para edificaciones y carreteras La ejecución de las columnas de grava tiene las siguientes fases: 1. El vibrador se sujeta mediante el vibrocat o la máquina de orugas. El vibrador se posiciona sobre el punto de hinca y se introduce en el terreno gracias al peso propio del vibrador, a las vibraciones, y al aire comprimido que es el fluido empleado. La hinca se lleva hasta la profundidad de diseño o hasta rechazo si éste se produce antes. Relleno de la perforación mediante grava. Por medio de la tolva que se carga a nivel del suelo con la pala cargadora, que se eleva por el mástil hasta alcanzar una trampilla superior del vibrador por el que se descarga la grava y a través del tubo alimentador interior llega hasta la punta inferior del vibrador donde se encuentra el orificio de salida. 2. Alcanzada la profundidad de hinca, el vibrador se eleva ligeramente a la vez que la grava aportada a través del orificio de salida inferior ocupa el espacio que queda libre. El vibrador vuelva a bajar sobre el material aportado que es compactado por medio de la presión ejercida por el útil así como por la vibración que éste transmite. Mediante pasadas sucesivas de poca amplitud (generalmente 30-50 cm) se consigue rellenar toda la perforación hasta alcanzar la superficie. 3. Con esta sistemática se consigue: - Asegurar la continuidad de la columna en todo su desarrollo - Asegurar una adecuada compactación que permita a la columna desarrollar la capacidad de carga para la que ha sido dimensionada

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras VIBROCOMPACTACIÓN La Vibro-Compactación es usada para densificar suelos limpios y sin cohesión. La acción del vibrador, usualmente acompañada por la inyección de agua a chorros, reduce las fuerzas inter-granulares entre las partículas del suelo, permitiéndoles moverse en una configuración más gruesa, logrando típicamente una densidad relativa de 70 a 85 por ciento. La compactación es lograda por encima y debajo de la capa freática. El Proceso de Vibro-Compactación nos va a ayudar a:    

Incrementar la capacidad de soporte y reduce el tamaño del cimiento Reducir el asentamiento del cimiento Mitigar el potencial de licuefacción Permitir la construcción sobre rellenos granulares

Parámetros Importantes de la Vibro-Compactación:  

Tipo y gradación del suelo Densidad relativa

Control de Calidad para Vibro-Compactación:  

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Ubicaciones de puntos de compactación Nivel de resistencia en relación a la medida por el amperímetro (El vibrador atrae más corriente en suelos más densos.) Cantidad de relleno agregado o reducción en el nivel del sitio

Ensayos de Aceptación de Vibro-Compresión:     

Ensayo de Penetración Estándar (SPT) Ensayo de Penetrómetro de Cono (CPT) Ensayo de Medidor de Presión (PMT) Ensayo de Medidor de Dilatación (DMT) Ensayo de Carga

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Estudio de suelos para edificaciones y carreteras Existen otros tipos de estabilizaciones (MOP – 001 – F - 2002, Tomo I, Sección 402-5 y 402-8) como: 

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

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Empalizada Geotextil Geomalla biaxial Membranas sintéticas

Para ejercer el control de calidad en las construcciones, las especificaciones suelen fijar un número mínimo de pruebas por lote de materiales o carretera construida. La siguiente tabla indica una guía para la selección de muestras (MOP – 001 – F – 2002), la cual ha sido fijada en base a experiencias y a consideraciones de tiempo y de dinero.

ITEM A R S A E P N S E E L L P A I A R R E R T E A T M

S E R A L U N A R G S E S A B Y S E S A B B U S

TIPO DE PRUEBA Granulometría, contenido de humedad, compactación, índice de plasticidad y valor soporte california CBR.

Densidad en el terreno

FRECUENCIA DE LAS PRUEBAS Tantas como sea necesarios para asegurarse que los materiales resultantes de las excavaciones sean adecuadas. Mínimo una prueba por corte, ó una por cada ó por cada tipo de suelo. Una por cada relleno o terraplén colocado, o una por cada 100m lineales en cada capa colocada.

Determinación de la calidad de la fuente de materiales a emplear: ensayo de abrasión, índice de plasticidad, compactación, valor soporte california CBR y equivalente de arena.

Deben hacerse antes de comenzar la explotación y durante esta cuando se advierta variación de calidad de los materiales.

Granulometría.

Una prueba cada de material.

Densidad en el terreno.

Seis pruebas cada de material compactado.

Espesor de la capa compactada.

Estos espesores serán medidos luego de la compactación final, cada 100 m de longitud en puntos alternados al eje y a los costados del camino tanto en bases como en subbases.

El número de ensayos dependerá de la constitución geológica de la fuente y su magnitud.

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ESPESOR DEL PAVIMENTO Para el cálculo del espesor de pavimentos de concreto, debe utilizarse “Método AASTHO” y verificarse a través del “Método PCA”, siendo necesario conocer

algunos aspectos del proyecto como los indicados a continuación: a. Periodo de diseño (vida útil) b. Resistencia a la tensión por flexión del concreto a utilizar c. Modulo de reacción (k) del terreno natural d. Información del tráfico

Se debe considerar en el diseño, el efecto de reducción de espesor del pavimento con la utilización de elementos confinantes y de transferencia de carga, tales como guarniciones integrales o ligadas mediante varillas de sujeción, así como camellones o acotamientos ligados a los carriles Al tener mecanismos de transferencia de cargas en los bordes, el pavimento tendrá menos posibilidad de fallar en esas zonas, ya que se evitara por un lado el efecto de bombeo y por el otro el efecto flexiónate en caso de presentarse erosión de la capa de apoyo en las zonas perimetral De acuerdo con el método de AASHTO, la colocación de acotamientos pavimentados, los cuales actúan como elementos confinantes y de transferencia de carga, tiende a reducir espesores del orden de 2.5 cm. Ello se debe a que en esas zonas al aplicar una carga en acotamientos pavimentados, se produce una transmisión de esfuerzos del orden del 85% del total que resultaría de no contar con los citados acotamientos. El efecto reductor de espesores de los acotamientos pavimentados debe considerarse en el desarrollo de los dos métodos de diseño ASSHTO y PCA. Por lo general los acotamientos deben diseñarse con espesores no menores a los 15 cm.

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ESPESORES MÍNIMOS DE CADA CAPA El espesor obtenido para cada capa se compara con el espesor mínimo especificado para el nivel de tránsito de proyecto establecido. Si el espesor calculado es menor al mínimo especificado, se toma dicho espesor mínimo como espesor de proyecto, y se disminuyen los espesores de las capas inferiores, de acuerdo con los coeficientes estructurales de esas capas. Los espesores mínimos especificados para las capas de base y sub-base se fijan por consideraciones constructivas, fundamentados en el comportamiento de carreteras en condiciones reales de servicio.

Espesores mínimos de las capas de pavimento, en cm Capa Carpeta Base Sub-base Subrasante Subrasante

* * * ** ***

I 0 15 15 20 30

Tránsito II III 5 5 15 15 15 15 30 30 40 40

IV 5 15 15 30 40

Notas. Aplicable a caminos normales y carreteras de altas especificaciones (*) Aplicable a caminos normales (**) Aplicable a carreteras de altas especificaciones (***)

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Estudio de Suelos Para Edificaciones y Carreteras

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