• Author / Uploaded
• Dante Castillo Pérez

• Categories
• Suelo
• La carretera
• Física
• Ciencia
• Ingeniería

Citation preview

ESTUDIO DE LA SUBRASANTE PARA PAVIMENTOS Completada la exploración y clasificados los suelos por un sistema convencional con el apoyo de la clasificación visual, se deberá elaborar un perfil para cada unidad, con base en el cual se determinan los suelos que controlarán el diseño y se establecerá el programa de ensayos para establecer su resistencia. Si en un determinado tramo se presenta una gran heterogeneidad en los suelos de subrasante que no permita definir uno como predominante, el diseño se basará en el más débil que se encuentre. Dada la variabilidad que presentan los suelos (aún dentro de un mismo grupo), así como los resultados de los ensayos de resistencia, el Instituto de Asfalto recomienda la ejecución de 6 a 8 ensayos por suelo, con el fin de aplicar un criterio estadístico para la selección de un valor inicio de resistencia del 5uelo. Teniendo en cuenta los volúmenes de tránsito de las carreteras de que trata el método de variabilidad de las condiciones y los resultados de los ensayos, así como algunos conceptos de tipo económico parece recomendable la elección de un valor de diseño tal, que el 75% de los valores de resistencia sean inferiores a él, lo que implica que es de esperar un deterioro prematuro hasta en el 25% del pavimento que se construya. Es necesario tener en cuenta la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se refiere a la resistencia como a las eventuales variaciones de volumen. Los cambios de volumen en un suelo expansivo, pueden ocasionar graves daños a las estructuras que se apoyan sobre éste, por esta razón, al construir un pavimento hay que intentar al máximo controlar las variaciones volumétricas del mismo a causa de la humedad. Los suelos son altamente variables y sus propiedades cambian a lo largo del proyecto, en medida de que existan cambios en la humedad, en la densidad o se establezcan influencias ambientales, es decir, que las propiedades de la subrasante cambian con el tiempo. Recopilación y análisis de información Informes previos de estudios de suelos y pavimentos en el área proyecto. Estudios agrícolas de suelos. Interpretación de fotografías aéreas. Estudios geológicos. Información climática.

Caracterización física Granulometría

Límites de Aterberg.

Ensayos para determinar las propiedades físicas de los suelos: a) Determinación del contenido de humedad: Este ensayo consiste en determinar la cantidad de agua presente en una cantidad dada de suelo en términos de su peso en seco. (ASTM D 2216, AASHTO T 265). b) Determinación del límite líquido: El límite líquido (LL) es el contenido de humedad que tiene un suelo al momento de pasar de estado plástico a un estado semilíquido. (ASTM D 4318, AASHTO T 89). El estado líquido se define como la condición en la que la resistencia al corte del suelo es tan baja que un ligero esfuerzo lo hace fluir. c) Análisis granulométrico: La granulometría de partículas se determina por un análisis de tamices efectuado sobre las muestras de agregado. (ASTM D 422, AASHTO T 88). Consiste en hacer pasar la muestra por una serie de tamices de diferentes aberturas, (MOP-001-F-2002). La granulometría se determina al calcular el peso retenido en cada tamiz, después de haber efectuado el análisis de tamices. Luego se resta el peso retenido en cada tamiz del peso total de la muestra. Un suelo conforme su granulometría se clasifica así:    

Agregado grueso: Material retenido en el tamiz de 4.75 mm (N° 4). Agregado fino: Material que pasa por el tamiz de 4.75 mm (N° 4). Relleno mineral: Fracciones de agregado fino que pasa el tamiz de 0.60 mm (N° 30). Polvo mineral: Fracciones de agregado fino que pasa el tamiz de 0.075 mm (N° 200).

d) Determinación del límite plástico: El límite plástico (LP) es la frontera entre el estado plástico y el semisólido de un suelo. En este estado el suelo puede ser deformado rápidamente o moldeado sin recuperación elástica, existen cambios de volumen, agrietamiento o desmoronamiento. (ASTM D 4318, AASHTO T 90). Con los valores de LL y LP determinamos el índice de plasticidad (IP) que se define como la diferencia entre estos dos límites.

e) Ensayos de compactación: Se llama compactación al proceso de aplicación de carga sobre una mezcla de suelo con su consecuente reducción de volumen y aumento de densidad, es conveniente la compactación de un suelo ya que reduce su compresibilidad, incrementa su resistencia al esfuerzo cortante y lo hace más impermeable. -

Para suelos gruesos ASTM D 1557, AASHTO T 180. Para suelos finos ASTM D 698, AASHTO T99.

Ensayos para determinar las propiedades mecánicas de los suelos: a) Relación de valor soporte California (CBR): El índice de California es una media de la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, bajo condiciones de densidad y humedad cuidadosamente controladas. Su objetivo es simular las condiciones de saturación a las cuales van a estar sometidos los suelos como la subrasante de una carretera, obteniendo de esta forma las condiciones más críticas a las que va a estar sometido el suelo por acción de cargas vehiculares. El equipo y procedimiento para la realización de este ensayo se describen en las siguientes normas: -

CBR de campo ASTM D 4429. CBR de laboratorio ASTM D 1883, AASHTO T 193.

b) Ensayo de plato de carga, Valor K: Esta prueba es generalmente aplicada para el diseño de pavimentos rígidos, pero en la actualidad también se lo usa para pavimentos flexibles, (AASHTO T 222). Se lo utiliza para evaluar la capacidad portante de la subrasante, las bases y en ocasiones los pavimentos completos. c) Módulo de resiliencia: El objetivo de este ensayo es analizar las propiedades que tienen los materiales de comportarse bajo cargas dinámicas como las ruedas de tránsito, (AASHTO T 294). Este ensayo no es destructivo de la muestra ya que estos no fallan durante el análisis. Dichas muestras son de forma cilíndrica y se colocan en una cámara triaxial, la cual permite ejercer presiones de confinamiento a la muestra. El comportamiento esfuerzo – deformación de un suelo puede ser de dos tipos: resiliente y plástico. Las deformaciones resilientes o elásticas son de recuperación instantánea, y las deformaciones plásticas son aquellas que permanecen en el pavimento después de cesar la causa deformadora.

MATERIALES PARA EL MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE Requisitos de los materiales: Todos los materiales que se empleen en los mejoramientos deben cumplir para su uso y según corresponda, con las especificaciones técnicas de los materiales para la conformación del cuerpo y corona de terraplenes. Adicionalmente a lo indicado los materiales deben tener un CBR mayor a 30%, al 100% de la Máxima Densidad Seca (MDS) del Próctor Modificado (MTC E 115-ASTM D 1557). El material para la conformación de rellenos en banquetas, debe provenir prioritariamente del material de corte de banquetas y de los excedentes de excavaciones de explanaciones, en caso que no puedan usarse los excedentes de corte se podrá usar material de cantera, siempre que resulte más económico para el proyecto. En caso que el material de excedente de corte no cumpla las especificaciones de terraplenes o tengan un rendimiento bajo y no pueda ser usado para la conformación de terraplenes en banquetas de relleno, el Contratista conjuntamente con el Supervisor realizarán los sustentos del caso, mediante ensayos de laboratorio, en caso corresponda. Para el caso de mejoramientos profundos, con suelos de fundación con altos contenidos de humedad por encima del límite líquido, el material de base del mejoramiento estará constituido por arenas no plásticas (pasante malla 3/8”) que se colocarán en el fondo como material separador, en un espesor de 0.30m, y bolonería (TM10”) en matriz granular que cumpla lo establecido, para material de cuerpo de terraplenes, con una capa nivelante al final, para llenar los vacíos que se presenten. Equipo: El equipo empleado para la construcción de terraplenes deberá ser compatible con los procedimientos de ejecución adoptados y requiere aprobación previa del Supervisor, teniendo en cuenta que su capacidad y eficiencia se ajusten al programa de ejecución de los trabajos y al cumplimiento de las exigencias de la presente especificación. Los equipos deberán cumplir las exigencias técnicas ambientales tanto para la emisión de gases contaminantes como de ruidos.

Requerimientos de Construcción: Los trabajos de mejoramiento deberán efectuarse según los procedimientos descritos en ésta sección. Los espesores de compactación serán los mismos que los establecidos para la conformación de terraplenes. Para el caso de mejoramientos profundos los espesores de compactación deberán decrecer de 0.30m desde la parte inferior hasta la superior, con el fin de establecer un paso gradual. Para todos los trabajos de mejoramiento deben habilitarse ventanas de drenaje en la parte más baja, a fin de evitar el entrampamiento de agua en los mismos, que puedan saturar los suelos y que puedan significar mayores volúmenes de mejoramiento, en caso se presenten dichas situaciones, los mayores costos que signifique éstos serán asumidos por el Contratista. El mejoramiento terminado deberá exponerse al tráfico al menos durante una semana, previo a la colocación de las capas granulares del pavimento. En caso que durante la ejecución de la obra, el Contratista identifique sectores adicionales que requieran mejoramiento, el mismo indicará a la Supervisión el hecho, con el debido sustento técnico. 

Trabajos Previos Teniendo en cuenta que la ubicación y magnitud de los mejoramientos indicados en el proyecto son referenciales y se basan en generalizaciones de los resultados encontrados en calicatas aisladas, inspecciones visuales y presunciones durante del desarrollo del proyecto, sumadas a la naturaleza heterogénea de los suelos, resulta necesario que antes del inicio de los trabajos de mejoramientos el Contratista efectúe calicatas en los sectores identificados en el proyecto, para que el Supervisor conjuntamente con el Contratista determinen la ubicación y magnitud de los mejoramientos, especialmente las profundidades de los mismos. No estará permitido el inicio de los trabajos de mejoramiento de ningún sector, sin la aprobación escrita del Supervisor. Previo al inicio de excavación se deberá contar con el material de relleno habilitado.



Ejecución de Mejoramiento Superficiales Estos tipos de mejoramientos presentan profundidades menores a 0.90m. El procedimiento constructivo de los trabajos de mejoramiento será el siguiente:        



Realizar el corte en la plataforma. Habilitar ventanas de drenaje Eliminar el material de corte Perfilar y compactar el fondo del mejoramiento (suelo de fundación) Colocar material seleccionado con su humedad óptima Extender el material seleccionado sobre el terreno de fundación Compactar la capa de mejoramiento, empleando rodillos lisos. Ejecutar la corona del mejoramiento de los 0.30m superiores.

Ejecución de Mejoramiento Profundos Estos tipos de mejoramientos presentan profundidades mayores o iguales a 0.90m, y se caracterizan por presentar suelos de fundación con altos contenidos de humedad mayores al límite líquido, que representan problemas de trabajabilidad para el perfilado y compactado del fondo del mejoramiento y consecuentemente para su estabilización. El procedimiento constructivo de los trabajos de mejoramiento será el siguiente:      

 



Realizar el corte hasta 30cm antes de la profundidad autorizada. Evaluar el suelo encontrado, a fin que el Supervisor verifique la profundidad final de mejoramiento. De contar con aprobación continuar con los trabajos de corte hasta la profundidad autorizada. Habilitar ventanas de drenaje. Eliminar el material de corte. Colocar el material de base de mejoramiento o de ser el caso la arena recomendada, extendiéndola sobre el terreno de fundación, en una capa de 0.30m de altura promedio. Compactar la primera capa, usando un rodillo liso o en su defecto mediante cinco pasadas de tractor. Repetir la colocación de las demás capas de material seleccionado para base, en espesores de 30cm como máximo, seguidos de material seleccionado para cuerpo en espesores de 25cm como máximo, hasta alcanzar un nivel 0.30m por debajo de la subrasante. Ejecutar la corona del mejoramiento de los 0.30m superiores.



Excavación para Mejoramientos. Las excavaciones para mejoramientos se realizarán en los sectores autorizados por el Supervisor, la geometría de los mismos, incluida la profundidad será la indicada por el Supervisor. El material de corte de los mejoramientos será eliminado a los DME’s. El Contratista tiene la obligación de ejecutar los trabajos de drenaje necesarios para el control y eliminación de aguas durante y después de los trabajos de construcción del mejoramiento, a fin de evitar la saturación del suelo de fundación. Las excavaciones para mejoramientos no deberán permanecer abiertas por más de 48 horas en condiciones normales y 24 horas en épocas de lluvia. La ejecución de mejoramientos por debajo de la profundidad autorizada, para reemplazar suelos saturados por lluvia debido a la falta de un adecuado drenaje o por abandono de los trabajos, NO serán motivo de reconocimiento, al igual que los rellenos de las mismas, Tampoco será motivo de reconocimiento los mayores volúmenes producto de incremento en las dimensiones autorizadas de los mejoramientos, que realice el contratista por error o conveniencia, ni la ejecución de rampas que habilite el mismo para la conformación de los mejoramientos ni el relleno de dichas rampas.



Base del Mejoramiento La base será considerada únicamente para el caso de mejoramientos profundos, con suelos de fundación con altos contenidos de humedad por encima del límite líquido. El material de base del mejoramiento estará constituido por arenas no plásticas que se colocarán en el fondo en contacto con el suelo de fundación como material separador, y bolonería (TM10”) en matriz granular seguido de una capa nivelante al final, para llenar los vacíos que se presenten. Los espesores de la capa de arena serán de 0.30m, al igual que los espesores de la bolonería.

MEJORAMIENTO DE LA SUBRASANTE Las vías terrestres de carretera como cualquier otra estructura necesitan soportar el deterioro de sus componentes y la garantía de su funcionamiento durante su lapso de vida útil. Para ampliar este lapso de vida útil y mejorar su uso debemos enfatizarnos en lograr una excelente selección de los componentes que van a ser parte de dicha estructura, en nuestro caso, parte de la constitución de una vía terrestre de carreteras. Este tipo de estructura al igual que todas necesita de unas excelentes bases, para luego seguir agregando sus capas restantes, hasta lograr el asfalto ideal para una vía terrestre de carretera, esto depende mucho del suelo del terreno en el que se quiera desarrollar la vía, y cuando este no posee las características ideales para su construcción, debemos mejorar la respuesta mecánica de dicho suelo, y es aquí cuando entramos a solucionar este problema por medio de métodos alternativos. o Utilización de reactivos químicos: Consiste en la utilización de químicos para aumentar la resistencia del suelo en el que vayamos a trabajar y así disminuir su actividad entre sus partículas, para así obtener una capa subrasante óptima para trabajar sobre ella. El químico más utilizado para la elaboración de este procedimiento es la CAL, ya que gracias a sus propiedades físicas y químicas, actúa con los suelos finos, ya sean arcillas o limos actuando como un elemento de adherencia entre los componentes físicos de dicho suelo otorgándole una mayor fuerza de cohesión entre sus componentes. o Realización de empalizadas: Este método consiste en la creación de una estructura de maderas seleccionadas y su montaje dentro del suelo que va a ser operado por este método (esta estructura de madera debe ser totalmente tupida), luego de esto tomamos una materia adherente previamente seleccionada para este terreno, es vertida sobre la estructura de madera provocando una cohesión, tanto los tramos de madera, como la de la estructura con relación al suelo, la materia que se utiliza en este método para la cohesión de los elementos depende de las características físicas del suelo sobre el que se está trabajando.

o Selección de escoria de hidrocarburos: Consiste en la selección y reemplazo total de los hidrocarburos, que pudiesen afectar el rendimiento de esta capa, para aumentar su rendimiento y contribuir a su extensión de periodo de utilidad, sin mantenimiento previo. o Reemplazo de material: Este es el método más drástico de mejoramiento de esta capa, y consiste en el reemplazo total de una gran parte del suelo en donde vamos a trabajar, para mejorar su rendimiento. Este procedimiento se lleva a cabo en terrenos que carecen de la mayoría de propiedades óptimas para el desarrollo de una vía de transporte terrestre. En conclusión, para brindarle un mejoramiento a la capa subrasante del pavimento con relación a la respuesta mecánica de la misma debemos aplicar el método alternativo correspondiente a la mejor aplicación dependiendo de las condiciones del tipo de suelo en el que se está trabajando y su mejor aplicación para así mejorar y optimizar el pavimento que va a ser parte de la vía terrestre de carretera.