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UNIVER UNIVERSIDAD DE HUANUCO SIDAD E.A.P. INGENIERÍA CIVIL DE HUANU TRABAJO N°2: CO

SUELOS Y SUBRASANTES

Curso: Diseño Estructural de Pavime Docente: Ing. Selene Ericka García Eche Fecha: 26 de Setiembre del 2015.

TRABAJO N°2:

SUELOS Y SUBRASANTES

UNIVERSIDAD DE HUÁNUCO Escuela Académico Ingeniería Civil

Profesional

de

Tema: Suelos y Sub- Rasante  Curso

:Diseño Estructural de

Pavimentos.  Docente Echevarría.

 Integrantes

: Ing. Ericka García :  Chavez Ramirez, Deissy.

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 Cornejo Cervantes, Ricardo André.  Herrera Angel.  Rosales Delia.

Villavicencio,

Evaristo,

Luis

Vilma

 Tello Huerta, Rosa Fiorella Nelly.  Grupo  Ciclo

: “B”. : “IX”.

 Fecha

: 26 de Setiembre del

2015.

INDICE

1. INTRODUCCIÓN

…………………………………………………... 3

2. OBJETIVOS 2.1. 2.2.

Objetivo General ……………………………………... Objetivo Específico …………………………………...…

3. SUELOS 4. CLASIFICACION DE LOS SUELOS

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3

4 4

5. SUB RASANTE 6. CONCLUSIONES…………………………………………………

18

7. RECOMENDACIONES……………………………………………

19

8. BIBLIOGRAFIA………………………-……………………………

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OBJETIVOS

1.1. OBJETIVOS GENERAL  Ampliar nuestros conocimientos sobre la sub rasante, los suelos y su clasificación para desarrollar un adecuado diseño estructural de pavimentos.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Conocer la clasificación de los suelos según el AASHTO ya que es la fuente de información para el diseño estructural de pavimentos en nuestro país.

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 Conocer las propiedades físicas- mecánica de los suelos para la sub rasante.  Aprender los diferentes tipos de ensayos de los suelos que influenciarán en el diseño estructural del pavimento ya que de acuerdo a estos resultados sabremos la capacidad de soporte de la sub rasante.  Conocer las características del suelo para elaborar una correcta preparación de la sub rasante.  Diferenciar los tipos de suelos que existen para su adecuado manejo en el momento del diseño estructural del pavimento.  Conocer las funciones de la sub- rasante y los diversos ensayos que se realizan para conocer sus propiedades físicas, mecánicas, capacidad de soporte, etc.

INTRODUCCIÓN

Desde el principio de la existencia del ser humano se ha observado su necesidad por comunicarse, por lo cual se fueron desarrollando diversos métodos para la construcción de caminos y carretera, que van desde las conformadas manualmente de terracería, posteriormente hechos a base de piedra y aglomerantes hasta la época realizados con sistemas constructivos perfeccionados, basándose en la experiencia que el hombre ha desarrollado a través del tiempo.

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El Reglamento Nacional de Gestión de Infraestructura Vial hace mención las distintas características geográficas, hidrológicas, geológicas y geotécnicas de nuestro país dando lugar a la existencia de problemas complejos en materia de drenaje superficial y subterráneo aplicado a carreteras; siendo estas unos de los problemas más latentes en el diseño de geométrico de las carretera y pavimentos, así como el uso de los materiales para las distintas etapas de su construcción haciéndose necesario los ensayos para darle un acabado que este de acorde a las necesidades de los usuarios. Por tanto el estudio de los suelos y la clasificación de estos, se hace necesario para optar los distintos materiales que se usaran en la sub rasante, sub-base y base, de donde se optara por utilizar material de la zona o se usara material de préstamo. Al igual que el estudio de los suelos, la sub rasante también merece un estudio detallado para que junto con el estudio del suelo, podamos encontrar la relación que tienen ambos y la mejor manera de mejorarlo y/o estabilizarlo para un mejor diseño de los pavimentos. Siendo esta los motivos para la elaboración del presente trabajo que tiene por finalidad poner en alcance un trabajo sencillo y útil para todas las personas interesadas en el estudio de los suelos aplicados a las obras viales y de infraestructura. Es por ello que debe reconocerse que la utilización exitosa de los suelos como materiales para cimentar cualquier obra de ingeniería de importancia es una actividad que tiene tanto de ciencia como de arte.

1.- LOS SUELOS 1.1. DEFINICIÓN Es la capa más superficial de la corteza terrestre, que resulta de la descomposición de las rocas por los cambios bruscos de temperatura y por la acción del agua, del viento y de los seres vivos. El proceso mediante el cual los fragmentos de roca se hacen cada vez más pequeños, se disuelven o van a formar nuevos compuestos, se conoce con el nombre de meteorización.

1.2. naturaleza de los suelos El suelo es un material térmico no homogéneo y poroso cuyas propiedades son influenciadas por los cambios de humedad y densidad.Las partículas individuales de los suelos pueden ser de dos tipos:

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 Partículas Granulares: Son conjuntos de cristales minerales del cuarzo y feldespatos principalmente; se las puede observar y presentan formas redondeadas y angulares.  Partículas Arcillosas: Son partículas laminares minúsculas que se las puede ver a través de un microscopio.

1.3.- componentes del suelo Se pueden clasificar en inorgánicos, como la arena, la arcilla, el agua y el aire; y orgánicos, como los restos de plantas y animales. Uno de los componentes orgánicos de los suelos es el humus. El humus se encuentra en las capas superiores de los suelos y constituye el producto final de la descomposición de los restos de plantas y animales, junto con algunos minerales; tiene un color de amarillento a negro, y confiere un alto grado de fertilidad a los suelos.

 Fase Sólida: Comprende, principalmente, los minerales formados por compuestos relacionado con la litosfera, como sílice o arena, arcilla o greda y cal. También incluye el humus.  Fase Líquida: Comprende el agua de la hidrosfera que se filtra por entre las partículas del suelo.  Fase Gaseosa: Tiene una composición similar a la del aire que respiramos,

aunque con mayor proporción de dióxido de carbono (CO2). Además, presenta un contenido muy alto de vapor de agua. Cuando el suelo es muy húmedo, los espacios de aire disminuyen, al llenarse de agua. VOLUMENES

PESOS

Va

AIRE

O

Vw

AGUA

Ww

Vv

V

W Vs

SOLIDOS

Ws

1.4.- relaciones de importancia en la ingeniería de pavimentos

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1

Contenido de agua o humedad del suelo.

2

Relación de vacíos.

3

Porosidad:

4

Grado de saturación:

5

Contenido de Aire:

6

Peso unitario total o densidad húmeda del suelo:

7

Peso unitario seco o densidad seca del suelo

8

Peso unitario de las partículas sólidas

9

Peso específico relativo de los sólidos o gravedad específica

0, es el peso unitario o densidad del agua

1.5.- PROPIEDADES FÍSICO - MECÁNICAS DE LOS SUELOS

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Las propiedades de los suelos que constituyen la sub rasante, son las variables más importantes que se deben considerar al momento de diseñar una estructura de pavimento. Las propiedades físicas se mantienen invariables aunque se sometan a tratamientos tales como homogenización, compactación, etc., Sin embargo, ambas propiedades cambiarían cuando se realicen en ellos procedimientos de estabilización, a través de procesos de mezclas con otro materiales (cemento, cal, puzolanas, etc.) o mezclas con químicos. Las propiedades de los suelos pueden dividirse en dos categorías: 1. Propiedades físicas: Son usadas para selección de materiales, especificaciones constructivas y control de calidad.

 Granulometría  Clasificación de Suelos  Relaciones Humedad-Densidad (Proctor) 2. Propiedades ingenieriles: Dan una estimación de la calidad de los materiales para caminos. La calidad de los suelos para sub rasantes se puede relacionar:

   

Módulo resiliente Módulo de Poisson Valor soporte del suelo Módulo de reacción de la sub rasante.

Para conocer las propiedades de los suelos en un proyecto, es necesario tomar muestras en todo el desarrollo del mismo (calicatas), posteriormente en el laboratorio se determinarán sus propiedades:

    

Granulometría Límites de Atterberg (Limite líquido e índice plástico) Valor Soporte (CBR) Densidad (Proctor) Humedad

1.6.-Propiedades físicas y mecánicas: a) Granulometría.- El análisis granulométrico de un suelo tiene por finalidad determinar la proporción de sus diferentes elementos constituyentes, clasificados en función de su tamaño. De acuerdo al tamaño de las partículas de suelo, se definen los siguientes términos:

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b) La plasticidad de un suelo.A través de este método, se definen los límites correspondientes a los tres estados en los cuales puede presentarse un suelo: líquido, plástico o sólido. Estos límites, llamados límites de Atterberg, son: el límite líquido (LL), el límite plástico (LP) y el límite de contracción (LC). Además del LL y del LP, una característica a obtener es el índice de plasticidad IP que se define como la diferencia entre LL y LP: IP = LL – LP. El índice de plasticidad permite clasificar bastante bien un suelo. Un IP grande corresponde a un suelo muy arcilloso. Por el contrario, un IP pequeño es característico de un suelo poco arcilloso. Sobre todo esto se puede dar la clasificación siguiente:

Se debe tener en cuenta que, en un suelo el contenido de arcilla, es el elemento más peligroso de una carretera, debido sobre todo a su gran sensibilidad al agua. c) Equivalente de arena.Es un ensayo que da resultados parecidos a los obtenidos mediante la determinación de los límites de Atterberg, aunque menos preciso. Tiene la ventaja de ser muy rápido y fácil de efectuar. El valor de EA es un indicativo de la plasticidad del suelo:

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d) Índice de grupo.- Es un índice adoptado por AASHTO de uso corriente para clasificar suelos, está basado en gran parte en los límites de Atterberg. El índice de grupo de un suelo se define mediante la fórmula:

IG = 0.2 (a) + 0.005 (ac) + 0.01 (bd)

Donde:

     

a = F-35 (F = Fracción del porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 -74 micras). Expresado por un número entero positivo comprendido entre 1 y 40. b = F-15 (F = Fracción del porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 -74 micras). Expresado por un número entero positivo comprendido entre 1 y 40. c = LL – 40 (LL = límite líquido). Expresado por un número entero comprendido entre 0 y 20. d = IP-10 (IP = índice plástico). Expresado por un número entero comprendido entre 0 y 20 o más.

El índice de grupo es un valor entero positivo, comprendido entre 0 y 20 o más. Cuando el IG calculado es negativo, se reporta como cero. Un índice cero significa un suelo muy bueno y un índice igual o mayor a 20, un suelo no utilizable para carreteras.

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e) Humedad natural: Otra característica importante de los suelos es su humedad natural puesto que la resistencia de los suelos de sub rasante, en especial de los finos, se encuentra directamente asociada con las condiciones de humedad y densidad que estos suelos presenten. La determinación de la humedad natural permitirá comparar con la humedad óptima que se obtendrá en los ensayos Proctor para obtener el CBR del suelo. Sí la humedad natural resulta igual o inferior a la humedad óptima, el proyectista propondrá la compactación normal del suelo y el aporte de la cantidad conveniente de agua. Sí la humedad natural es superior a la humedad óptima y según la saturación del suelo, se propondrá, aumentarla energía de compactación, airear el suelo o reemplazar el material saturado.

2.- clasificación de los suelos

Es el ordenamiento de los diferentes suelos en grupos que tienen propiedades semejantes, el propósito es facilitar las actitudes de un suelo por comparación con otros de la misma clase cuyas propiedades se conocen. Existen varios sistemas de clasificación de los cuales los más utilizados en el país y los cuales haremos mención en el trabajo son: - Sistema de clasificación de los suelos según AASHTO. - Sistema de clasificación de los suelos según SUCS. Ambos métodos se basan en la determinación de la composición granulométrica del suelo y de los límites de Atterberg de la fracción fina de los mismos. -

CUADRO COMPARATIVO DE LA CLASIFICACIÓN DE SULOS SEGÚN EL AASHTO Y SUCS.

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1.1.1. SUCS (SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE

SUELOS) ORIGEN: El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) deriva de un sistema desarrollado por A. Casagrande para identificar y agrupar suelos en forma rápida en obras militares durante la guerra. DEFINICIÓN: Sistema concebido para permitir la identificación de los suelos en el terreno, los agrupa de acuerdo a su comportamiento como material para construcción en función de sus propiedades de granulometría y plasticidad. El primer paso para clasificar el suelo consiste en identificar si es altamente orgánico o no. De serlo, se anota las principales características como: textura, olor, etc., y se identifica simplemente como turba (Pt); y, si no lo es, se continúa el proceso con ayuda de pruebas de laboratorio, indicando si el suelo es grueso o fino. Este sistema divide los suelos varios grupos, de granos gruesos y de granos finos.

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•

SUELOS GRUESOS:

Son aquellos suelos que más del 50% de las partículas son retenidas en el tamiz Nº 200. Un suelo grueso será grava, si la mayor parte de la fracción gruesa queda retenida en el tamiz Nº 4 y se considera como arena en el caso contrario se representan por el símbolo G. •

SUELOS FINOS:

Son aquellos suelos que más del 50% de las partículas pasan el tamiz Nº 200. Para distinguir si la fracción fina es de carácter limoso o arcilloso, se emplea la siguiente imagen, conocida como carta de plasticidad de casa grande. CASA GRANDE

ÍNDICE PLÁSTICO

CH

CL MHuOH MLuOL LÍMITE LÍQUIDO

CLASIFICACIÓN UNIFICADA DE SUELOS (SUCS) El sistema unificado utiliza símbolos para identificar los suelos y determinar su comportamiento como material de construcción. Las letras que se emplean para distinguir los suelos son: •

G - grava

•

S - arena

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•

M - limo

•

W - bien gradada

•

P - pobremente gradada

•

C - arcilla

•

O - limos y arcillas orgánicas.

•

L - baja y media plasticidad.

•

H - alta plasticidad.

•

Pt -

turbas o fangos.

Las combinaciones de las letras antes mencionadas son las que permiten la clasificación del suelo tal y como podemos observar en el siguiente cuadro del sistema unificado de clasificación de suelos (S.U.C.S).

Simbología Referencial GW

Grava bien graduada.

GP

Grava mal graduada.

GM

Grava limosa.

GC

Grava arcillosa.

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SW

Arena bien graduada.

SP

Arena mal graduada.

SM

Arena limosa.

SC

Arena arcillosa.

ML

Limo inorgánico de plasticidad baja o media.

CL

Arcilla inorgánica de plasticidad baja o media.

OL

Limo orgánico o arcilla limosa orgánica de plasticidad baja o mediana.

MH

Limo inorgánico de plasticidad alta

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CH

Arcilla inorgánica de plasticidad alta

OH

Arcilla inorgánica de plasticidad alta.

Pt

Turba y otros suelos altamente orgánicos.

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DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA CLASIFICACION DE SUELOS ORGÁNICOS DE PARTICULAS FINAS

Grafico 3: sistema unificado de clasificación de suelos SUCS ASTM D 2487

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Otros símbolos son también usados para la clasificación:

 W: bien graduado  P: mal gradado  L: baja plasticidad (limite liquido menor que 50)  H: alta plasticidad (limite liquido mayor que 50) Para la clasificación apropiada con este sistema, debe conocerse algo o todo de la información siguiente: 1. Porcentaje de grava, es decir, la fracción que pasa la malla de 76.2 mm y es retenido en la malla No. 4 (abertura de 4.75mm) 2. Porcentaje de arena, es decir, la fracción que pasa la malla No. 4 (abertura de 4.75mm) y es retenido en la malla, No. 200 (abertura de 0.075mm) 3. Porcentaje de limo y arcilla, es decir, la fracción de finos que pasan la malla No. 200 (abertura de 0.075 mm) 4. Coeficiente de uniformidad (Cu) y coeficiente de curvatura (Cz) 5. Limite líquido e índice de plasticidad de la porción de suelo que pasa la malla No. 40. Los símbolos de grupo para suelos tipo grava de grano grueso son GW, GP, GM, GC, GC-GM, GW-GM, GW-GC, GP-GM, y GP-GC. Similarmente, los símbolos de grupos para suelos de grano fino son CL, ML, OL, CH, MH, OH, CL-ML y Pt.

1.1.2. AASHTO (ASOCIACION AMERICANA DE AUTORIDADES ESTATALES DE CARRETERAS Y TRANSPORTE) Esta clasificación se basa en los resultados obtenidos como el límite líquido, índice de plasticidad y material que pasa el tamiz No. 10, 40 y 200. De acuerdo con este sistema los suelos están clasificados en ocho grupos designados por los símbolos del A-1 al A-8. Los suelos inorgánicos se clasifican en siete grupos que van del A-1 al A-7 y los suelos con elevada proporción de materia orgánica se clasifican como A-8. -

SUELOS GRANULARES

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Son aquellos que tienen el 35% o menos, del material fino que pasa por el tamiz Nº 200, estos suelos forman los grupos A-1, A-2, A-3. a) Grupo A-1: Son mezclas de suelos bien gradados, de fragmentos de piedra, grava, arena y material ligante poco plástico. Se incluyen también en este grupo mezclas bien gradadas que no tienen material ligante. a.1.- Subgrupo A-1a: Son materiales formados por roca o grava, con o sin material ligante. a.2.- Subgrupo A-1b: Son materiales formados por arena gruesa bien gradada, con o sin ligante. b) Grupo A-2: Comprende una gran variedad de material granular que contiene menos del 35% del material fino, y que no pueden ser clasificados como A-1 y A-3. El grupo A-2 se subdividen en A-2-4, A-2-5, A-2-6 y A-2-7. Grupo A-3: En este grupo se encuentran incluidas las arenas finas de playa y aquellas con poca cantidad de limo que no tengan plasticidad. -

SUELOS FINOS: Son suelos limo-arcillosos que tienen más del 35% que pasa el tamiz Nº 200. A este tipo de suelos les corresponde los grupos A-4, A-5, A-6, A-7.

a. Grupo A-4: Son suelos limosos poco o nada plásticos, que tiene un 75% o más del material fino que pasa el tamiz Nº 200. Además se incluyen en este grupo las mezclas de limo con grava y arena en un 64%. b. Grupo A-5: Son suelos semejantes al grupo A-4, son elásticos y tienen un límite líquido elevado. c. Grupo A-6: A este grupo pertenecen las arcillas plásticas. Por lo menos el 75% de estos suelos deben pasar el tamiz Nº 200, pero se incluyen también las mezclas arcillo - arenosas, cuyo porcentaje de arena y grava sea inferior al 64%. d. Grupo A-7: Los suelos de este grupo son semejantes a los suelos A-6, pero son elásticos. Sus límites líquidos son elevados, y se subdividen en A-7-5 y A-7-6. El índice de plasticidad del subgrupo A-7-5, es igual o menor a LL-30, y el índice de plasticidad del subgrupo A-7-6, es mayor que LL-30.

 Grava: de un tamaño menor a 76.2mm (3¨) hasta tamiz No.10 (2mm)

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 Arena Gruesa: de un tamaño menor a 2 mm hasta tamiz No.40 (0.425mm)  Arena Fina: de un tamaño menor a 0.425mm hasta tamiz No. 200 (0.075mm)  Limos y Arcillas: tamaños menores de 0.075mm Conforme AASHTO, un suelo fino es el que tiene más del 35% que pasa el tamiz No.200 (0.075mm), los cuales se clasifican como A-4, A-5, A-6 o A-7. Dos suelos considerados finos que tengan granulometrías similares, pueden llegar a tener propiedades diferentes dependiendo de su plasticidad, cualidad que se analiza en el suelo que pasaeltamizNo.40; dichas propiedades de plasticidad, se analizan conforme las pruebas de límites de Atterberg, las cuales son:

 Límite Líquido o LL: Es el estado de un suelo, cuando pasa de un estado plástico a un estado semilíquido.  Límite Plástico o LP: Es la frontera entre el estado plástico y el semisólido de un suelo.  Índice Plástico o IP: Es la diferencia entre LL y LP, que nos indica la plasticidad del material. De lo descrito anteriormente, se concluye que para los suelos gruesos, la propiedad más importante es la granulometría y para los suelos finos son los límites de Atterberg. Descripción de los suelos: Los suelos encontrados serán descritos y clasificados de acuerdo a metodología para construcción de vías, las mismas que deben corresponder al siguiente cuadro:

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La evaluación de los suelos dentro de cada grupo se hace por medio del “índice de grupo”, mismo que se calcula con la siguiente fórmula empírica.

Donde: IG

=

Índice de grupo

F

=

Porcentaje del suelo que pasa por el tamiz Nº 200, expresado como número entero.

LL =

Límite líquido.

IP

Índice de plasticidad

=

Ensayos en Laboratorio para pavimentos Todas las muestras representativas obtenidas de los estratos de las calicatas del suelo de fundación deberán contar con los siguientes ensayos:

 Análisis granulométrico por tamizado.  Límites de consistencia:  Límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad.

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 Clasificación SUCS.  Clasificación AASHTO.  Humedad Natural.  Proctor Modificado.*  C.B.R.

2.- LA SUBRASANTE 2.1.- DEFINICIÓN: La sub rasante es el asiento directo de la estructura del pavimento y forma parte del prisma de la carretera que se construye entre el terreno natural allanado o explanada y la estructura del pavimento. La sub rasante es la capa superior del terraplén o el fondo de las excavaciones en terreno natural, que soportará la estructura del pavimento, y está conformada por suelos seleccionados de características aceptables y compactados por capas para constituir un cuerpo estable en óptimo estado, de tal manera que no se vea afectada por la carga de diseño que proviene del tránsito. Su capacidad de soporte en condiciones de servicio, junto con el tránsito y las características de los materiales de construcción de la superficie de rodadura, constituyen las variables básicas para el diseño de la estructura del pavimento que se colocará encima. En la etapa constructiva, los últimos 0.30m de suelo debajo del nivel superior de la sub rasante, deberán ser compactados al 95% de la máxima densidad seca obtenida del ensayo proctor modificado. Es importante 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 (hinchamiento - retracción). Los cambios de volumen de un suelo de sub rasante de tipo expansivo pueden ocasionar graves daños en las estructuras que se apoyen sobre éste, por esta razón cuando se construya un pavimento sobre este tipo de suelos deberá tomarse la precaución de impedir las variaciones de humedad del suelo para lo cual habrá que pensar en la impermeabilización de la estructura. Otra forma de enfrentar este problema es mediante la estabilización de este tipo de suelo con algún aditivo, en nuestro

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medio los mejores resultados se han logrado mediante la estabilización de suelos con cal. Se denomina explanación, al movimiento de tierras, conformado por cortes y rellenos (Terraplén), para obtener la plataforma de la carretera hasta el nivel de la sub rasante del camino.

 TERRAPLÉN El terraplén es la parte de la explanación situada sobre el terreno preparado. También se conoce como relleno. La base y cuerpo del terraplén o relleno será conformado en capas de hasta 0.30m y compactadas al 90% de la máxima densidad seca del ensayo proctor modificado. La corona es la parte superior del terraplén tendrá un espesor mínimo de 0.30m y será conformada en capas de 0.15m, compactadas al 95% de la máxima densidad seca del ensayo proctor modificado. Función: Su función principal es la de dar la altura necesaria para alojar las obras de drenaje.

 CORTE El corte es la parte de la explanación constituida por la excavación del terreno natural hasta alcanzar el nivel de la Sub rasante del Camino. El fondo de las zonas excavadas se preparará mediante escarificación en una profundidad de 0.15m, conformando y nivelando de acuerdo con las pendientes transversales especificadas en el diseño geométrico vial; y se compactará al 95% de la máxima densidad seca del ensayo proctor modificado. En zonas de corte en roca, se deberá excavar como mínimo 0.15m por debajo del nivel superior de la subrasante, la superficie final del corte en roca deberá quedar allanada, limpia y encontrarse libre de cavidades, de puntas de roca, de excesos y libre de todo material deletéreo. Las zonas profundizadas deberán ser rellenadas, hasta el nivel superior de subrasante, con material de relleno seleccionado o de subbase granular, que tenga un CBR ≥ 40%.

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2.2.- Propiedades de la Sub rasante -

Propiedades físicas:

      -

Granulometría. Clasificación de suelos. Propiedades iniciales de los suelos. Relación humedad-densidad (proctor). Propiedad vital para el desempeño. Humedad Optima - Densidad Max.

Propiedades ingenieriles:

   

Módulo resiliente. Módulo de Poisson. Valor de soporte del suelo. Módulo de reacción de la subrasante (k).

2.3.- Funciones de la Sub rasante: Las principales funciones de la capa sub rasante son:

 Evitar que se contaminen las capas del pavimento cuando el cuerpo del terraplén o el terreno natural sea de material fino o arcilloso.  Evitar que sean absorbidas las capas superiores cuando se tienen pedraplenes.  Recibir y resistir las cargas del tránsito que le son trasmitidas por el Pavimento.

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 Evitar que se reflejen las imperfecciones en los cortes hacia las capas del pavimento para lograr espesores de pavimentos constantes.  Transmitir y distribuir de modo adecuado las cargas del tránsito al cuerpo del terraplén.

Cualidades deseables en la sub rasante     

Poseer alta resistencia mecánica. Permanencia de la resistencia durante la vida útil del pavimento. Alta densidad o grado de compacidad. Baja susceptibilidad a cambios volumétricos y al agua. Buena trabajabilidad durante la compactación.

Ensayos de Resistencia Tradicionales Miden la respuesta de la sub rasante para soportar cargas.

     

CBR Relación Soporte de California Valor de resistencia HVEEM Valor - R Módulo de reacción de la subrasante (k) Ensayo de compresión triaxial Penetrómetro dinámico de cono. Módulo Resiliente.

CBR   

Mide la resistencia del suelo a la penetración Se compara carga vs. penetración con la resistencia a la penetración de una grava estandarizada bien graduada (valor 100) saturación

Valor Resistente HVEEM    

Estabilómetro HVEEM, compresión total Evalúa la habilidad relativa del suelo para soportar cargas Provee un indicador de resistencia horizontal ante las cargas verticales No es una propiedad fundamental de los suelos

Módulo de Reacción de la Subrasante

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 

Ensayo de placa: medición en sitio de las deformaciones con una serie de placas (76.2cm para pav. rigido), cargadas (69kPa) a una cierta velocidad, (0.05mm/min) y se miden las deformaciones. Depende del tamaño de la placa (30”)

Ensayo de Compresión Triaxial    

Evalúa la resistencia al corte del suelo Ensayo de varias muestras bajo diferentes presiones de confinamiento Curvas tensión-deformación Envolvente de rotura de Mohr, permite determinar cohesión y ángulo de fricción interna.

Penetrómetro Dinámico de Cono 

Tiene el objeto de medir in-situ tensiones de los materiales de pavimentación y suelos de la subrasante

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

Correlacionado CBR, permite una rápida del mismo,

con el estimación cono 60°:

Módulo Resiliente    

Rigidez Dinámica bajo cargas repetidas (varios miles de ciclos). Deformación Permanente se registra para análisis pero la probeta no falla. AASHTO TP 46-94 (SHRP – P 46). La forma más realista para caracterizar las cargas de rueda en movimiento.

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    

Determinación del Módulo Resiliente. Ensayo AASHTO T 294-921 Ahora TP-46 94. Muestras con contenidos de humedad variables en función de las condiciones a lo largo del año. Dato de diseño para el método AASHTO. Estimación mediante varios procedimientos: o Cálculo mediante deflectómetro de impacto o Propiedades de los suelos o Resistencia a la compresión no confinada o CBR - DCP

PREPARACIÓN DE LA SUB RASANTE: La subrasante es la superficie sobre la cual se apoya la estructura de un pavimento, la que normalmente se conforma con los suelos naturales disponibles en el lugar de emplazamiento del proyecto. Sin embargo, en ocasiones puede ser necesario el remplazo, mejoramiento o estabilización del suelo natural para mejorar sus propiedades y capacidad de soporte, de manera que quede en condiciones de recibir una subbase y/o base y la carpeta de pavimento flexible o rígido. Para su preparación es necesario ejecutar labores de movimiento de tierra para preparar el terreno, definir los límites del proyecto, nivelar zonas por donde se construirá los pavimentos y compactar el terreno, de manera de dejar una plataforma que sea adecuada para la circulación de los vehículos y equipos involucrados en el proyecto de pavimentación. En esta sección, en los Artículos 2.1 al 2.8, se describen las faenas de movimiento de tierra necesarias para preparar la subrasante y su eventual

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mejoramiento, de ser requerido. El artículo 2.9 se refiere a sistemas de estabilización de suelos y procedimientos para seleccionar el tipo adecuado de estabilización.

PREPARACIÓN DE LA SUBRASANTE EN SUELO NATURAL Una vez ejecutados los trabajos necesarios de movimiento de tierra para dar los niveles de subrasante de proyecto, se procede a prepararla para que pueda apoyar sobre ella la capa de suelo granular siguiente. Para tal efecto, el suelo se escarifica 0.20 m, se aplica agua en forma uniforme y controlada en todo el ancho y longitud de la zona a trabajar (el equipo de riego tiene un corte de riego controlado y absoluto. Cualquier equipo que no cumpla esta condición se retira de la obra) y se compacta a objeto de proporcionar una superficie de apoyo homogénea, con la excepción de suelos finos del tipo CH y MH, en que se cuida de no alterar la estructura original del suelo. La compactación se realiza hasta obtener una densidad mayor o igual al 95% de la D.M.C.S. del Proctor Modificado, (NCh1534/2), o al 80% de la densidad relativa, (ASTM D 4253-00, y ASTM D 4254-00), según corresponda. La empresa Contratista deberá solicitar la recepción de esta partida a la Fiscalización antes de proceder a la colocación de la capa estructural siguiente. Para este efecto se presentan los resultados obtenidos por el laboratorio de terreno. La subrasante terminada deberá cumplir, además de la compactación especificada, con las cotas, pendientes y dimensiones establecidas en el proyecto. En caso de detectar napas naturales, éstas se tratarán y se guiará su escurrimiento fuera de la plataforma, con una solución visada por el pryectista y en conocimiento de la Fiscalización. Así también, si hay otra fuente de agua o inundación se proveerán medios de canalización que aseguren su evacuación de la plataforma. PREPARACIÓN DE LA SUBRASANTE MEJORADA CON REEMPLAZO DE MATERIAL En los casos en que las Especificaciones Técnicas del Proyecto indiquen un mejoramiento del suelo natural con remplazo de material, éste se reemplazará para obtener una subrasante mejorada. El reemplazo de material consiste en una mezcla homogénea de suelo natural, preparado con una composición de partículas de acuerdo a los porcentajes indicados en la granulometría del proyecto de mejoramiento. Se colocará escarificando el terreno natural en un espesor mínimo de 0,20 m. y se repondrá en los espesores que indique el proyecto. Se comprueba que antes de proceder a la colocación de la capa estructural siguiente

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la subrasante mejorada cumpla, además de la compactación especificada, con las cotas, pendientes y espesores establecidos en el proyecto. Una vez conformada la subrasante mejorada, se procede a su compactación hasta obtener una densidad mayor o igual al 95% de la D.M.C.S., obtenida por el ensayo del Proctor Modificado, (NCh1534/2), o al 80% de la densidad relativa, (ASTM D 4253 y ASTM D 4254), según corresponda.

CON ESTABILIZACIÓN DE SUELOS En el caso de que los suelos naturales en sitio y los disponibles cercanos, no cumplan las exigencias para la preparación de la subrasante como soporte de la estructura del pavimento, se deberá considerar su estabilización de manera de mejorar sus propiedades, según se haya indicado en las Especificaciones Técnicas del Proyecto. Existen variadas alternativas para la estabilización que pueden ser aplicadas dependiendo del tipo de suelo, y la duración y el costo de la estabilización a ejecutar. Para la elección del material de estabilización de los suelos que conformarán la sub rasante, referirse a los requerimientos dados en 2.9. Para mayor información específica acerca de estabilización con cemento o cal y para estabilización química, revisar los Anexos Sección 2, Art. A.2.1 y A.2.2., respectivamente. CON GEOTEXTILES En el caso que el proyecto indique la utilización de geotextiles para el mejoramiento de la capacidad de soporte, éste deberá cumplir con las densidades, traslapos, anchos sobre la subrasante y longitudes, que especifique el proyecto, de manera que el mejoramiento cumpla con los requerimientos establecidos. CONTROLES A continuación se describen los controles que se realizan a la subrasante en suelo natural, subrasante mejorada y rellenos. GRANULOMETRÍA Se deberá verificar la graduación de la mezcla resultante de subrasante, (subrasante mejorada), según las indicaciones dadas en NCh1533. 3

Se recomienda realizar un ensayo cada 150 m ó 1 ensayo cada 300 ml de calzada. CBR Se deberá realizar el ensayo de CBR según las indicaciones de NCh1852 con una muestra por calle o pasaje como mínimo. De detectarse heterogeneidad del suelo de subrasante o de rellenos, se toman CBR complementarios en otros puntos. COMPACTACIÓN

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Se deberá realizar un ensayo de densidad “in-situ”, según las indicaciones de 2 NCh1516 cada 350 m como máximo por capa o bien como alternativa cada 50 ml de Calle o Pasaje.

CONCLUSIONES

La clasificación de suelos según la AASHTO se utiliza en vías, y la clasificación de suelos según SUCS se utiliza para cimentaciones, ambos sistemas son los más usados en nuestro país.

  El estudio de los suelos para una obra vial es de suma importancia porque depende de estos resultados lo que se decidirá sobre el uso de los distintos materiales en la ejecución del proyecto.

 La exploración e investigación del suelo es muy importante tanto para la determinación de las características del suelo, como para el correcto diseño de la estructura del pavimento. Si la información registrada y las muestras enviadas al laboratorio no son representativas, los resultados de las pruebas aun con exigencias de precisión, no tendrán mayor sentido para los fines propuestos.

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 Es necesario realizar exploraciones para determinar los cambios geológicos del suelo, tomando en consideración su ubicación y mandando al laboratorio una muestra representativa que nos de sus características, propiedades para elaborar una estrategia completa de trabajo.  Las propiedades de los suelos nos darán su comportamiento físico, químico y mecánico, tomando estos datos para la elaboración del expediente técnico y su continua construcción.  Estas muestras de suelo se obtendrán después de hacer un minucioso estudio geológico del lugar, para determinar dónde y cuánto se ha de cavar siendo un promedio usual de 1.50m de profundidad.  El comportamiento de la base, subbase rasante y subrasante estará dad de acuerdo al afirmado de la carretera, así como el uso del material de zona o material de préstamo de acuerdo a las necesidades del proyecto, para esto se deberá hacer un estudio previo sobre el tránsito de vehículos por la zona para realizar un pavimento moderno y adecuado a las necesidades de los transportistas.  El material a usarse en la base será un material granular gruesa (grava) ya que esta tendrá por función de soportar la carga de los vehículos que transitan por la zona, mientras que la rasante tendrá un acabado rugoso y un material menos granular ya que esta estará en contacto con la ruedas de los vehículos y su función principal es de transmitir la carga a base.

RECOMENDACIONES

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 Se recomienda tener en cuenta las diferentes fases del suelo a estudiar ya que existen propiedades que afectan directamente a la capacidad de soporte, lo cual influirá en el diseño del pavimento.  Se recomienda la utilizar la clasificación de los suelos según AASHTO para las obras viales.  Se recomienda la seriedad en los trabajos de diseño y ejecución de los proyectos viales, ya que en estos estarán expuestas vidas humanas.  Los estudios de laboratorio de suelos deberán de realizarse como mínimo de tres veces por prueba para asegurarse un adecuado empleo de los materiales a usarse.  En caso de ser necesario y seguro se deberá usar material de zona para evitar pérdidas ecológicas, contaminación y los altos costos de transporte.  Los estudios que se realizan deberán de tener una alta confiabilidad para evitar costos de manteniendo y operación durante la vida útil de la obra.  Se recomienda realizar estudios de investigación para mejorar y cambiar las técnicas antiguas de construcción de obras viales.  Realizar el uso de avances tecnológicos para recoger y utilizar energía a la que está en contacto la vía (energía de rozamiento y calor de la zona) para su propio alumbrado y señalización de la zona.  Evitar en lo posible el daño a los recursos naturales, pisos ecológicos, reservas naturales, patrimonios culturales si ha de ser el caso se deberá buscar alternativas para no infringir las normas ni leyes del estado.  Incentivar a los alumnos el uso de la investigación para crear obras ecológicas con menor costo y que cumpla con las necesidades de la población.  Mejorar y tecnificar las obras civiles para estar a la vanguardia de la alta tecnología mundial.

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BIBLIOGRAFIA  JUARES BADILLO-RICO RODRIGUES, VOLUMEN I. Páginas 149-166.  CLASIFICACIÓN DE SUELOS POR TERZAGHI- universidad católica del Perú.  Manual centro americano para diseño de pavimentos  http://materias.fi.uba.ar/6807/contenidos/Apunte%20Pavimentos.pdf  http://es.slideshare.net/freddyramirofloresvega/22tabla-de-clasificaion-sucs? related=1  http://es.slideshare.net/UCGcertificacionvial/estudio-de-los-suelos-para-obrasviales-semana-1-1793653?related=2  http://es.slideshare.net/LauraArroyoPajaro/clasificacion-de-suelos-28262318? related=3  Vicente Pérez Alama. Materiales y procedimientos de construcción (Mecánica de suelos y cimentaciones). 2004  Norma E-050 Suelos y Cimentaciones  Ingeniería de Pavimentos del Ingeniero Alfonso Montanejo.

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GLOSARIO  Límite Líquido(LL).- Cuando el suelo pasa de un estado líquido a un estado plástico. Para la determinación de este límite se utiliza la CUCHARA DE CASAGRANDE.  Límite Plástico(LP).- Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido y se rompe.  Índice Plástico(IP).- El Índice de plasticidad se define como la diferencia numérica entre el Limite Liquido y el Limite Plástico: Lp = LL – LP  SUCS.- El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.  AASHTO.- Asociación Americana de Autoridades Estatales de Carreteras y Transporte.  LÍMITES DE ATTERBERG.- Los límites de Atterberg o límites de consistencia se utilizan para caracterizar el comportamiento de los SUELOS finos. El nombre de estos es debido al científico sueco ALBERT MAURITZ ATTERBERG (1846-1916).  CBR.- Valor Soporte California.

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