Mejoramiento de suelos

Estabilización Electroquimica 

El aceite sulfonado es un producto derivado de la fracción naftaleno del petróleo, sulfonado; ácido de acción moderada que tiene fuertes material corrosivos en materiales orgánicos muertos y suaves en los vivos. Es un líquido espeso de color negro con una gravedad específica de 1.15, el PH es alrededor de 1.25; su viscosidad es ligeramente menor a la del agua y de alta conductividad en soluciones acuosas, soluble en agua, a la cual se ioniza con extrema rapidez. 

El aceite sulfonado ioniza el agua de compactación la cual intercambia vigorosamente sus cargas eléctricas con las partículas del suelo, haciendo que el agua pelicular se desprenda convirtiéndose en agua libre, y las partículas se aglomeran por atracción electroquímica y precipitan sellando así la estructura porosa capilar del suelo, aumentando su densidad, resistencia y capacidad portante.

EFECTOS Y CONSECUENCIAS:

• Reduce la porosidad y capilaridad al mínimo.
• Elimina masas saturadas (bombas).
• Aumenta la densidad y la capacidad portante.
• Disminuye la energía y el tiempo de compactación.
• Reduce el espesor de la sub-base, base y carpeta asfáltica.
• Disminuye el mantenimiento.

El aceite sulfonado trabaja en suelos con clasificación de A-4 hasta A-7 (suelos limosos – suelos arcillosos). En mezclas de grava y finos que contengan, en volumen por lo menos 20 % del material fino que pasa el tamiz N° 200 y en mezclas de arena y finos. No trabaja en suelos de pura arena o de materiales granulares lavados.

PARA CARRETERAS DE BAJA FRECUENCIA DE TRÁNSITO PUEDEN SEGUIRSE LAS SIGUIENTES INDICACIONES:

•  Inyección. 
• Terraplenes Construidos.
• Terraplenes en construcción.
• Riego Superficial.

  INYECCION: Se realiza para incrementar la capacidad portante del terraplén hasta un metro de profundidad, reducir su capilaridad, destruir los materiales orgánicos que puedan estar en la masa de suelo y eliminar bombas, mediante el drenaje que produce el agua pelicular y la saturación. El rápido drenaje de las aguas desplazadas por la acción electroquímica, se logra por las perforaciones en el terraplén, que actúan como ductos de ventilación.

 TERRAPLENES CONSTRUIDOS: Para carreteras se perforan cada 4 metros, en tres bolillos, a ambos lados del eje de la vía. Para áreas extensas que están confinadas deberán colocarse sub-drenes para permitir la salida del agua que se desprende de la masa de finos por efecto de la inyección. Las perforaciones se hacen de 15 centímetros (6”) de diámetro y 80 centímetros (30”) de profundidad. Para eliminar bombas.

• DOSIS: 0.1 litro de aceite sulfonado por inyección.
• DILUCION: 1 litro de aceite sulfonado en 300 litros de agua. 

TERRAPLENES EN CONSTRUCCIÓN:

En terraplenes que se vayan a construir puede sustituirse la inyección por el riego de las primeras capas del mismo, lo cual será más eficiente que la propia inyección, para ello se colocará el químico como aditivo del agua de compactación. Como consecuencia de la reacción electroquímica debida al aceite sulfonado, ocurrirá un ahorro en la energía de compactación total y los resultados esperados se lograran más rápido. DOSIS: 0.015 litros de aceite sulfonado por M2 de superficie de cada capa de 30 centímetros. (Aplicar a las capas en – 60 cms y – 30 cms.). DILUCION: 1 litro de aceite sulfonado en 400 litros de agua.

• DOSIS: 0.015 litros de aceite sulfonado por M2 de superficie de cada capa de 30 centímetros. (Aplicar a las capas en – 60 cms y – 30 cms.). 
•  DILUCION: 1 litro de aceite sulfonado en 400 litros de agua.

 RIEGO SUPERFICIAL: 

Se aplica en la ultima capa del terraplén, construido o en construcción, para estabilizar hasta un espesor de 30 centímetros.

• DOSIS: 0.03 litros de aceite sulfonado por M2.
• DILUCIÓN: La dilución del producto en agua depende del grado de humedad del suelo en relación a su humedad óptima. 

Estados de Equilibrio Plástico

Una masa de suelo se encuentra en estado de equilibrio plástico cuando cada punto de la misma se encuentra al borde de la rotura, es decir que en todos los puntos del material los esfuerzos tangenciales actuantes igualan a la resistencia al corte del material.

 

Estados de Equilibrio Plástico de Rankine

Rankine (1857) estudió el estado de equilibrio plástico que puede alcanzar una masa de suelo cuando permanece constante el esfuerzo vertical.

Hipótesis de la teoría de Rankine

 1. Suelo homogéneo e isotrópico 

 2. Muro vertical y liso

 3. Superficie del material de relleno horizontal

 4. Material con una resistencia al esfuerzo cortante dada por la ecuación Coulomb-Terzaghi

 5. El material se encuentra en un estado de equilibrio plástico

NOTA: EL estado de equilibrio plástico activo para el caso activo y estado de equilibrio plástico pasivo para el caso pasivo.

 

Empuje Activo De las hipótesis 2 y 3 anteriores, en el caso activo, implica que el esfuerzo principal menor actúa en dirección horizontal; y el esfuerzo principal mayor en el eje vertical, con lo que de la ecuación 3.2 se obtiene:

 sz = sh Nj       (3.4)

 Despejando sh de la ecuación anterior, se obtiene:

sh = Ka sz        (3.5)

 Ka = 1 / Nj      (3.6)

 Ka = coeficiente activo del empuje de tierras

    Empuje Pasivo De las hipótesis 2 y 3 anteriores, en el caso pasivo, implica que el esfuerzo principal mayor actúa en dirección horizontal; y el esfuerzo principal menor en el eje vertical, con lo que de la ecuación 3.2 se obtiene:

 

sh = sz Nj      (3.7)

sh = Kp sz      (3.8)

 Kp = Nj          (3.9)

 Kp = coeficiente pasivo del empuje de tierras

Cálculo de la presión de tierras en suelos cohesivos

•  Empuje Activo Con un procedimiento similar al empleado al caso activo en suelo granular se obtiene:

 sh = Ka sz – 2 C / (Nj) 1 / 2         (3.10)

Para un suelo seco se obtiene:

sh = Ka gm z – 2 C / (Nj) 1 / 2      (3.11)

De la ecuación 3.11 se obtiene que a una profundidad: z0 = 2 C (Nj) 1 / 2 / gm (3.12)

La presión horizontal de tierra es nula.

De acuerdo con la teoría de Rankine para profundidades menores a z0 se tiene tensión entre muro y suelo, lo que en la realidad no se da, debido a que el suelo no soporta esfuerzos de tensión, por lo que para profundidades menores a z0 se considera la presión horizontal de tierra nula.

Según Rankine, si el muro tiene una altura de:

 H = Hc = 2 z0 = 4 C (Nj) 1 / 2 / gm      (3.15)

 El empuje total es cero y no se requiere muro de contención por lo que el material es estable.

 

Multiplicando la ecuación anterior por un factor de reducción de 2/3 se obtiene la altura máxima recomendada a la que se efectúe un corte o talud vertical sin el empleo de una estructura de retención, donde se obtiene:

 Hr = (8/3) C (Nj) 1 / 2 / gm      (3.16)

Siendo Hr la altura recomendada máxima a la que se efectúe una excavación o un corte vertical sin el empleo de una estructura de retención de tierra.

Se puede demostrar que cuando se tiene una sobrecarga de magnitud q por unidad de área, actuando en la superficie del relleno activo, la profundidad, z0, de las grietas de tensión vale:

z0 = [ 2 C (Nj) 1 / 2 – q ] / gm     (3.17)

 

En un muro de contención con agua en condición hidrostática, la profundidad, z0, de las grietas de tensión vale:

z0 = [ 2 C (Nj) 1 / 2 – q ] / g’m (3.18) g’m

Es el peso unitario del material sumergido

 

• Empuje Pasivo

 De las hipótesis 2 y 3 anteriores, en el caso pasivo, implica que el esfuerzo principal menor actúa en dirección vertical; y el esfuerzo principal mayor en el eje horizontal, con lo que de la ecuación 3.2 se obtiene:

sh = sz Nj + 2 C (Nj) 1 / 2    (3.19)

 Para un suelo seco se obtiene:

 sh = Kp gm z + 2 C (Nj) 1 / 2

Estado Activo de Rankine.

 Una masa de suelo entra en un estado de equilibrio plástico activo cuando el material experimenta una expansión en dirección horizontal, disminuyendo el esfuerzo horizontal y permaneciendo constante el esfuerzo vertical. La disminución en la presión horizontal es tal que se plastifica la masa de suelo. Estado Pasivo de Rankine. Una masa de suelo entra en un estado de equilibrio plástico pasivo cuando el material experimenta una compresión en dirección horizontal, aumentando el esfuerzo horizontal y permaneciendo constante el esfuerzo vertical. El aumento en la presión horizontal es tal que se plastifica la masa de suelo.  

Relación entre esfuerzos principales y los parámetros de resistencia al corte de un suelo La siguiente ecuación relaciona los esfuerzos principales con los parámetros de resistencia al corte de un suelo:

 s1= s3 Nj + 2 C (Nj) 1 / 2         (3.2)

 

Nj = tan^2 (45 + j/2)           (3.3)

 Donde s1 es el esfuerzo principal mayor, s3 es el esfuerzo principal menor, C es la cohesión del material y j es el ángulo de fricción interna del material. Mediante la ecuación 3.2 se calculará la distribución del empuje de tierra contra una estructura de contención utilizando la teoría de Rankine. Esta ecuación se aplicará tanto en suelos granulares como en suelos cohesivos.

 Diseño de pavimento rijido

. Diseño de Pavimentos Rígidos Las capas que conforman el pavimento rígido son: subrasante, subbase, y losa o superficie de rodadura como se muestra en la Figura.

Los elementos y funciones de un pavimento rígido son:

•  Subrasante: Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno y una vez compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos finales de diseño.

 El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la subrasante, por lo que ésta debe cumplir con los requisitos de resistencia, incompresibilidad e inmunidad a la expansión y contracción por efectos de la humedad, por consiguiente, el diseño de un pavimento es esencialmente el ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la subrasante. Se debe recordar que se considera, como la cimentación del pavimento y una de sus funciones principales es la de soportar las cargas que transmite el pavimento y darle sustentación, así como evitar que el terraplén contamine al pavimento y que sea absorbido por las terracerías. 

• Subbase: Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento, de tal manera que la capa de subrasante la pueda soportar absorbiendo las variaciones inherentes a dicho suelo que puedan afectar a la subbase. La subbase debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento.

Se utiliza además como capa de drenaje y contralor de ascensión capilar de agua, protegiendo así a la estructura de pavimento, por lo que generalmente se usan materiales granulares. Al haber capilaridad en época de heladas, se produce un hinchamiento del agua, causado por el congelamiento, lo que produce fallas en el pavimento, si éste no dispone de una subrasante o subbase adecuada. 

• Losa (superficie de rodadura): Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, más que en la capacidad de la subrasante, dado que no usan capa de base.

 Diseño de suelo asfaltico

CRITERIO DE DISEÑO VIAL

Criterios de diseño     

   Supervisor: ing Keisy Duran                                           Autor: ing Alejandro Molina

                                 Diseño Carga

El pavimento

Tiene por objetivo dotar al camino de un sistema estructuralmente resistente a las solicitaciones que impone el tránsito, proporcionando una superficie que permita una circulación cómoda y segura a la velocidad especificada, bajo las variadas condiciones climáticas y por un periodo determinado. Diseñar consiste en determinar los tipos y espesores de las capas que resultan más económicas para lograr los propósitos enunciados.”

“Las cargas que impone el tránsito son traspasadas por el pavimento hacia la Subrasante mediante mecanismos que dependen de las características de los materiales que conforman las diferentes capas; dependiendo de la mecánica por la cual esas cargas alcanzan la Subrasante, los pavimentos se clasifican en flexibles y rígidos (existen también los semi-rígidos de uso poco frecuente y que se diseñan con procedimientos diferentes a los que aquí se incluyen).”

DISEÑO DE PAVIMENTOS

                                 

Los principios de diseño utilizados buscan obtener estructuras lo más racionales posibles desde el punto de vista estructural y constructivo. Para esto se consideraron los siguientes principios de diseño:

·         Producir un balance estructural entre las diferentes capas de la estructura, de modo que las propiedades de cada capa tengan relación con las tensiones específicas a las cuales están sometidas según la profundidad de cada una.

·         Balancear la vida útil de las diferentes capas estructurales, otorgándole mayor vida útil a las capas inferiores, considerando que con posterioridad las acciones de conservación, rehabilitación o mejoramiento de estándar, son siempre más fáciles de realizar en las capas superiores. Diseñar con un buen comportamiento ante eventuales sobrecargas, es decir, que cada capa resiste las tensiones máximas generadas por las sobrecargas. Diseñar con una resistencia a la fatiga para un período medio entre 5 y 10 años.

VARIABLES DE UN PAVIMENTO

VARIABLES REGIONALES 

 Las variables regionales son aquellos aspectos característicos de cada región en particular que delimitan la manera en que las carreteras y el tipo de asfalto sean colocados. Y aunque a nivel nacional puede existir un lineamiento que rige el cómo se van a establecer las construcciones y vertido de pavimento regionalmente debe existir algo llamado ordenamientos urbanos que especifican las normativas estructurales de construcción en cada región determinada.

 CLIMA Y CONDICIONES REGIONALES

- Lluvias, precipitaciones para calcular drenaje y subdrenaje

- Cambios de temperatura, ya que en pavimentos rígidos se pueden presentar los
fenómenos de expansión, contracción y alabeo, y en pavimentos flexibles afectan la
resistencia disminuyéndola.

- Topográfico

- Índice regionales (Humedad, presión atmosférica)

VARIABLES ESTRUCTURALES

 El dimensionamiento de un pavimento en general, se puede abordar desde dos puntos de vista diferentes:

- Analítico o Racional, el cual considera los factores básicos de diseño como estructural, tráfico, variables climáticas, costos y factores intrínsecos de manera explícita, para determinar el estado de esfuerzos deformaciones y desplazamientos.

- Empírico, considerando los anteriores factores de manera global en forma implícita, mediante un procesó basado en la experiencia sobre el comportamiento de los pavimentos ya construidos.

Los diferentes métodos de diseño, como AASHTO 93, 98 y PCA 84, consideran al menos las siguientes capas para el diseño estructural de los pavimentos de concreto:

Subrasante

Es el suelo de cimentación del pavimento, pudiendo ser suelo natural, debidamente perfilado y compactado; o material de préstamo, cuando el suelo natural es deficiente o por requerimiento del diseño geométrico de la vía a proyectar.
Los materiales que pueden ser empleados como subrasante serán de preferencia materiales de tipo granular.

Subbase

Es la capa que está apoyada sobre la subrasante, compuesta por materiales granulares de buena gradación. Deberá ser perfilada y compactada  entre el 95% y 100% de su máxima densidad seca mediante el ensayo proctor estándar. El empleo de una subbase implica mejorar la capacidad de soporte de suelo que se traduce en una reducción del espesor de carpeta de rodadura. Sin embargo, el impacto no es significativo.

Base

Para el pavimento de concreto no es común pero podría darse el caso en situaciones extremas. En ese caso la base constituye la capa intermedia entre la subbase y la carpeta de rodadura y utiliza materiales granulares de excelente gradación.

Bases estabilizadas con cemento

Las bases estabilizadas permiten el empleo de materiales locales y reciclados, teniendo como ventajas: subbases menos erosionables, reducción de esfuerzos de tensiones y de flexiones, mejoramiento de la transferencia de carga entre paños, entre otras.
Se podrá estabilizar con cemento siempre y cuando el material a estabilizar sea libre de partículas orgánicas, con equivalentes de arena superiores a veinte.

Carpeta de rodadura

Está conformada por mezcla de concreto hidráulico. Los métodos de diseño especifican diseños de mezcla con Módulo de Rotura a la Flexión (MR) superiores a 42 Kg/cm2, o su equivalente a f´c = 280 Kg./cm2.

Juntas transversales y longitudinales

Es necesario para controlar la fisuración en la losa y permitir el movimiento relativo entre paños adyacentes.
Las juntas son longitudinales y transversales y tienen el rol de inducir fisuras por contracción del concreto, aislar el movimiento de los paños de elementos ajenos al pavimento, como buzones por ejemplo, y siendo  incluso parte del procedimiento constructivo.

Texturizado
El objetivo de texturizar la superficie del concreto es entregarle al pavimento las cualidades necesarias para el contacto pavimento – neumático que permita el tránsito de los vehículos en condiciones seguras. Pueden ser de dos tipos: micro y macro texturizado.

• El micro texturizado es el que se logra aplicando una llana húmeda sobre la superficie del pavimento.
• El macro texturizado se logra mediante herramientas mecánicas, como peines con cerdas metálicas o aparatos más sofísticados que pueden ser incorporados en el tren de pavimentado.

Barras de amarre

Son barras de acero corrugadas que controlan el movimiento lateral de los carriles, las mismas que sirven de anclaje.

Barras pasajuntas
Se pueden dar mediante la trabazón de los agregados o mediante el empleo de pasadores en las juntas de contracción transversal. Los pasadores son barras de acero lisas y con los bordes redondeados que se colocan en el plano perpendicular al corte de la junta transversal. Deben estar centrados con respecto al espesor de la losa  y permitir el movimiento entre paños adyacentes, no deben restringir su movimiento.

Tipos de pavimento

Existen tres tipos de pavimentos de concreto:

• Pavimento de concreto simple con juntas.
• Pavimento de concreto armado con barras transversales.
• Pavimento de concreto continuamente reforzados.

Pavimento de concreto simple con juntas

En este tipo de pavimentos se requiere realizar juntas de contracción transversal cada 3.5 y 6.0 metros. La transferencia de carga entre paños adyacentes se puede dar mediante trabazón de agregados o mediante el empleo de pasajuntas. Las juntas inducen el agrietamiento propio del comportamiento del concreto por las tensiones originadas debido a los cambios de temperatura y humedad.

Pavimento de concreto armado con barras transversales

La carpeta de rodadura es de concreto reforzado con mallas de acero, las que permiten ampliar las distancias entre las juntas entre 7.5 y 9.0 metros. Aunque tiene refuerzo moderado de acero siempre se espera que se produzcan fisuras controladas dentro de los paños. El refuerzo controla parte de las tensiones y permite tener espaciamientos mayores entre las juntas. La transferencia de carga entre paños adyacentes se realiza mediante el empleo de pasajuntas.


Pavimento de concreto continuamente reforzados

Las tensiones son controladas por una armadura de acero. Se espera la aparición de fisuras controladas a lo largo de todo el pavimento, con distancias entre 0.6 y 2.0 metros.

PAVIMENTO

COMPONENTE DEL PAVIMENTO

         

07S-1303-D1

ASIGNATURA: PAVIMENTO

AUTOR: ALEJANDRO MOLINA CI 26.468.890

TUTOR : ING KEISI DURÁN 

                       PAVIMENTO

EL PAVIMENTO

Una de las primeras formas de pavimentación fue la calzada romana (Figura 1.1), construida en varias camadas. Esta gran obra de ingeniería logró que varios tramos hayan resistido durante siglos y se puedan encontrar inclusive hoy.

El pavimento tiene muchas funcionabilidades, las cuales depende de las cualidades que sé que quiera obtener a la hora de un proyecto de pavimentación. También existen varios tipos de pavimentos los cuales tienen distintos usos, también hay diferencias entre estos tipos de pavimentos.

Para resumir el pavimento es la base principal de las vías de comunicación, y depende de un buen mantenimiento para su duración.

Figura 1.1 Calzada romana de pavimento

     

COMPONENTES

En la Figura 1.2 se muestra esquemáticamente, los componentes principales de un pavimento asfáltico. Se puede considerar que la estructura de un pavimento está formada por una superestructura encima de una fundación, esta última debe ser el resultado de un estudio geotécnico adecuado. En los pavimentos camineros, la superestructura está constituida por la capa de revestimiento y la capa base; la fundación está formada por las capas de sub-base y suelo compactado.

 Clasificación de la secciones del pavimento:  

                          

Figura 1.2 Sección típica de un pavimento.

1. Capa de Rodadura
2. Capa Base
3. Capa Sub-base
4. Suelo Compactado
5. Subrasante
6. Sub-drenaje longitudinal
7. Revestimiento de Hombreras
8. Sub-base de Hombreras

Las funciones del pavimento 

 Es la de proveer una superficie de rodamiento, al tránsito y distribuir las cargas aplicadas por el mismo, sin que se sobrepasen las tensiones admisibles de las distintas capas del pavimento y de los suelos de fundación.

Las principales funciones que tiene la capa de rodadura o revestimiento asfáltico son:

• Impermeabilizar el pavimento, para que las capas subyacente puedan mantener su capacidad de soporte.

• Proveer una superficie resistente al deslizamiento, incluso en una pista húmeda.

•  Reducir las tensiones verticales que la carga por eje ejerce sobre la capa base, para poder controlar la acumulación de deformaciones plásticas en dicha capa.

Figura 1.3 Capas de rodadura

La capa base tiene las siguientes funciones:

•  Reducir las tensiones verticales que las cargas por eje ejercen sobre las capas sub-base y suelo natural. 

•  Reducir las deformaciones de tracción que las cargas por eje ejercen a la capa de revestimiento asfáltico.

• Permitir el drenaje del agua que se infiltra en el pavimento, a través de drenajes laterales longitudinales (Figura 1.2).

      La capa sub-base está constituida por un material de capacidad de soporte superior a la del suelo compactado y se utiliza para permitir la reducción del espesor de la capa base.

     La capa de suelo reforzado, puede estar presente en una estructura de pavimento, para poder reducir el espesor de la capa subbase.

     El suelo compactado, es el mismo suelo del terraplén, que esta escarificado y compactado una cierta profundidad dependiendo de su naturaleza o de las especificaciones del proyecto. 

Figura 1.4 Pavimento rígido y flexible

LOS TIPOS DE PAVIMENTOS 

    Se clasifican en:

• ·        Pavimentos flexibles  
• ·        Pavimentos rígidos
• ·        Pavimentos semirrígidos

El pavimento flexible y rígido se puede observar el la (Figura 1.4), mientras el pavimento semirrígido es una combinación del pavimento rígido y flexible.

      Dentro de los pavimentos flexibles se pueden distinguir los siguientes sub-tipos:

• Convencionales de base granular.
• Deep-Strength de base asfáltica.
• Pavimentos full-depth.
• Pavimentos con tratamiento superficial (pueden ser semirrígidos también).

                                       NORMA COVENIN 

Norma Venezolana COVENIN 1716-92 Asfaltos

LINK: https://drive.google.com/file/d/0B0G-9shtdrCUcjBSaGdHb0h4VTQ/edit?usp=sharing

CLASIFICACIÓN DE SUELOS

  El suelo es cualquier material no consolidado formado por partículas sólidas discretas con líquidos y gases que ocupan los espacios entre ellas. El suelo es el material de construcción más abundante dentro de las prácticas de la ingeniería civil, y constituye el soporte de las estructuras como edificaciones, vías, puentes, canales, torres, entre otros, además se utiliza como el material de terraplenes viales, muros de tierra reforzada con geotextil, diques, rellenos de adecuación de terrenos en relieves, pendientes para áreas urbanas.

TIPOS DE SUELOS

       Existen diversos tipos de suelo, como se puede observar algunos en la (Figuras), más adelante cada uno con un proceso distinto de formación y de sedimentación. Existen dos clasificaciones para los tipos de suelo, una según su estructura y otra de acuerdo a sus formas físicas.

       Según su estructura  podemos hablar de:

•         Suelos arenosos. Incapaces de retener el agua, son escasos en materia orgánica y por lo tanto poco fértiles.

•   Suelos calizos. Abundan en minerales calcáreos y por lo tanto en sales, lo cual les confiere dureza, aridez y color blanquecino.

•  Suelos humíferos. De tierra negra, en ellos abunda la materia orgánica en descomposición y retienen muy bien el agua, siendo muy fértiles.

•  Suelos arcillosos. Compuestos por finos granos amarillentos que retienen muy bien el agua, por lo que suelen inundarse con facilidad.

·         Suelos pedregosos. Compuestos por rocas de distintos tamaños, son muy porosos y no retienen en nada el agua.
·         Suelos mixtos. Suelos mezclados, por lo general entre arenosos y arcillosos.

      Se clasifica por su forma física en:

•         Litosoles. Capas delgadas de suelo de hasta 10cm de profundidad, con vegetación muy baja y también llamado “leptosoles”.

•        Cambisoles. Suelos jóvenes con acumulación inicial de arcillas.

•        Luvisoles. Suelos arcillosos con una saturación de bases del 50% o superior.

•         Acrisoles. Otro tipo de suelo arcilloso, con saturación de bases inferior al 50%.

•         Gleysoles. Suelos de presencia de agua constante o casi constante.

•        Fluvisoles. Suelos jóvenes de depósitos fluviales, por lo general ricos en calcios.
•         Rendzina. Suelos ricos en materia orgánica sobre piedra caliz.

•       Vertisoles. Suelos arcillosos y negros, ubicados cerca de escurrimientos y pendientes rocosas.

     Quedad mencionar que en la ingeniería civil existen varios métodos para clasificar el suelo ya sean métodos en campo o de laboratorio que llegan hacer más exacto, como lo es el método de clasificación AASHTO.

  AASHTO

      El sistema de clasificación AASHTO (American Asotiation of State Highway and Transportación Officials) (Designación ASTM D-3282; método AASHTO M145) es uno de los primeros sistemas de clasificación de suelos, y se podría decir que unos los más completo se utiliza para clasificar y determinar el perfil granulométrico y el nivel de húmeda de los suelos, fue desarrollado por Terzaghi y Hogentogler en 1928. Este sistema pasó por varias revisiones y actualmente es usado, en la rama de la ingeniería civil enfocados más en el campo de las carreteras, como la construcción de los terraplenes, subrasantes, subbases y bases de las carreteras. Sin embargo es necesario recordar, que un suelo que es bueno para el uso de subrasantes en una carretera puede ser muy pobre para otros propósitos.

        Se podría decir que este sistema de clasificación está basado en los resultados de la  determinación en laboratorio de la distribución del tamaño de partículas, el límite líquido y el límite plástico.

       La evaluación de los suelos dentro de cada grupo se realiza por medio de un índice de grupo, que es un valor calculado a partir de una ecuación empírica. El comportamiento geotécnico de un suelo varía inversamente con su índice de grupo, es decir que un suelo con índice de grupo igual a cero indica que es material “bueno” para la construcción de carreteras, y un índice de grupo igual a 20 o mayor, indica un material “muy malo” para la construcción de carreteras.

                         CLASIFICACIÓN AASHTO

          Clasifica a los suelos en tres principales categorías:

·        Suelos granulares. Son suelos cuyo porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 es menor o igual al 35% del total de la muestra. Estos suelos constituyen los grupos A-1, A-2 y A-3.  

·        Suelos limo-arcilla o material fino. Son suelos cuyo porcentaje que pasa el tamiz Nº 200 es mayor al 35% del total de la muestra. Estos suelos constituyen los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7. 

    Suelos orgánicos. Son los suelos que están constituidos principalmente por materia orgánica. Este tipo de suelos constituye el grupo A-8.

    

       2. Adopta el siguiente rango de tamaño de partículas:

• ·        Cantos rodados. Son fragmentos de roca, usualmente redondeados por abrasión, que son retenidos en el tamiz de 3” (75 mm).Grava.
• ·         Es la fracción que pasa el tamiz de 3” (75 mm) y es retenido en el tamiz Nº 10 (2 mm).Arena.
• ·         Es la fracción que pasa el tamiz Nº 10 (2 mm) y es retenido en el tamiz Nº 200 (0.075 mm).
• ·        El limo y la arcilla. Son partículas que pasan el tamiz Nº 200 (0.075 mm). 

     3. Establece un rango del índice de plasticidad que diferencia a los suelos limosos de los suelos arcillosos.

•          El término limoso es aplicado a la fracción fina del suelo que tiene un índice de plasticidad de 10 o menos.
•          El término arcilloso es aplicado cuando la fracción fina tiene un índice de plasticidad de 11 o más.

       4.      Considera solo la porción de suelo que pasa a través del tamiz de 75mm. Si existieran partículas mayores (guijarros y cantos rodados), estas son excluidas de la muestra de suelo que será clasificado, sin embargo el porcentaje de ese material debe ser medido y anotado junto con el resultado de la clasificación.

Tabla 1.2 Clasificacion AASTHO

                                   

                                     DENSIDAD Y HUMEDAD 

La nomas AASHTO también  hace relación de la densidad y humedad del suelo la cual se realiza en el laboratorio, la densidad del suelo debe ser trazado como ordenadas y el contenido de humedad como abscisas. 

                         LIMITE LÍQUIDO Y LIMITE PLASTICO

    Los límites de Atterberg, límites de plasticidad o límites de consistencia, se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos,aunque su comportamiento varía a lo largo del tiempo. El nombre de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916).Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir cuatro estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco, va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico y, finalmente, líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg.

Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de espesor con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites:

Límite líquido: cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado líquido. Para la determinación de este límite se utiliza la copa de Casagrande.

Límite plástico: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado plástico.

Límite de retracción o contracción: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y se contrae al perder humedad.

Grafica 1.4 Clasificación de materiales en función de los límites de Atterberg

                                                      

INDICE DE PLASTICIDAD 

El índice de plasticidad de un suelo es el tamaño del intervalo de contenido de agua, expresado como un porcentaje de la masa seca de suelo, dentro del cual el material está en un estado plástico. Este índice corresponde a la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico del suelo.

Grafica 1.5 Indice de plasticidad 

INDICE DE GRUPO AASHTO

Para evaluar la calidad de un suelo como material para terraplenes, subrasantes, sub-bases y bases de las carreteras, se debe añadir índices de grupo (IG). Este índice es escrito entre paréntesis después de la designación del grupo o subgrupo, como por ejemplo A-2-6 (3), A-4 (5), A-6 (12), A-7-5 (17), etc. A continuación se detalla la forma de cálculo del índice de grupo y de las consideraciones que se deben tomar en cuenta

 Figura 2.3.  Ábaco para el calculo del índice de grupo (Norma ASTM, 2003).

1. El índice de grupo es calculado a partir de la siguiente ecuación empírica:

El primer término de la ecuación:

es el índice parcial de grupo determinado con el límite líquido. El segundo término:

es el índice parcial de grupo determinado con el índice de plasticidad. Determinando los índices de grupo parciales debidos al LL y al IP.

3. Si el resultado del índice de grupo calculado es un valor negativo, entonces el índice de grupo (IG) será: IG = 0.

4. Si el suelo no es plástico y no se puede determinar el Límite líquido, entonces el índice de grupo (IG) será: IG = 0. Este es el caso de los de los suelos A-1-a, A-1-b, A-2-4,  A-2-5 y A-3, en donde su índice de grupo siempre es cero.

5. Si el valor del índice de grupo calculado resulta ser un número decimal, se redondea al número entero más cercano según los siguientes criterios matemáticos.

•  Si la parte decimal es menor que 0.5 entonces se elimina, e.g. si IG = 3.4 se redondea a 3.
• 
  

     Si la parte decimal es mayor que 0.5 entonces se aumenta en una unidad al número entero, e.g. si IG = 3.6 se redondea a 4.
• 
  

      Si la parte decimal es igual a 0.5 entonces se redondea al número entero par más próximo, e.g. si IG = 3.6 se redondea a 4 y si IG = 4.5 se redondea a 4

6. El índice de grupo de los suelos A-2-6 y A-2-7 debe calcularse utilizando solo la porción del IP: 

En el caso de usarse el ábaco, observe que en la parte superior de la medida derecha se encuentra un rango para los suelos A-2-6 y A-2-7, cuando trabaje con estos subgrupos el índice de grupo (IG) resultara ser el valor del índice parcial de grupo para IP.

• Los materiales que se encuentran en los grupos A-1-a, A-1-b, A-2-4, A-2-5 y A-3 son adecuadas como subrasantes cuando están adecuadamente drenados y compactados bajo un espesor moderado de pavimento (base y carpeta de rodadura) de un tipo adecuado para el tráfico que soportará, o que puede adecuarse por adiciones de pequeñas cantidades de ligantes naturales o artificiales.

• Los materiales granulares arcillosos de los grupos A-2-6 y A-2-7 y los materiales limosos y arcillosos de los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7, pueden clasificarse para su utilización en subrasantes desde adecuadas como materiales de subbase equivalentes a las categorías A-2-4 y A-2-5, hasta regulares e inadecuadas hasta el punto de requerir una capa de subbase o una capa mayor de subbase que la requerida en el anterior caso (1), para proporcionar un adecuado soporte a las cargas de tráfico.

• Se supone que un 35% o más de material que pasa el tamiz Nº 200 (0.0075mm.) es crítico si se omite la plasticidad, pero el mínimo crítico es solo el 15% cuando se ve afectado por IP mayor que 10.

• Se supone que el LL igual o mayor que 40% es crítico.

• Se supone que el IP igual o mayor que 10% es crítico.

El ábaco de la Figura 2.3 ha sido elaborado en 1978 por la AASHTO. Para utilizarlo, nótese que en el extremo derecho se encuentra una medida que corresponde al porcentaje de material que pasa a través del tamiz Nº 200 de la muestra de suelo. Se parte de un punto de esa medida trazando una línea recta que intercepte a un punto de la medida del límite líquido que a su vez esta misma línea interceptará a un punto de la medida del índice parcial de grupo. De igual manera se realizada pero para el índice de plasticidad, obteniendo así dos valores de índice parcial de grupo (uno para LL y otro para IP). Finalmente el índice de grupo será la suma de los dos índices parciales de grupo. 

                  COMPACTACION DE EL SUELO 

La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos (aire), empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles.

       ¿Por qué se Debe Compactar el Suelo?

Se debe compactar el suelo para lograr el aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc.

Propósito y Método de la Compactación de Suelos

La compactación es un proceso fundamental a la hora de iniciar cualquier trabajo

ingenieril basado en la construcción, pues no es más que preparar el terreno para realizar las bases de nuestra edificación, vialidad o drenaje, este proceso nos permite obtener ciertos beneficios como lo son:

Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores; debidas a que las partículas mismas que soportan mejor.

Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme produciendo grietas o un derrumbe total.

Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.

Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.

Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra. Pero en general, emplean cuatro métodos principales de compactación:

    ·         Compactación estática por presión: La compactación se logra utilizando una maquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Rodillo estático.

·         Compactación por impacto: La compactación es producida por una placa apisonadora con golpes y se separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo un apisonador (impacto).

 

·         Compactación por vibración: La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia por ejemplo placa o rodillos vibratorios.

Compactación por amasado: La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Ejemplo rodillo pata de cabra.

 Objetivos de la compactación

·         Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas.

·         No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta.

·         No debe ni retraerse ni expandirse excesivamente

·         Debe conservar siempre su resistencia e incompresibilidad

·         Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función.

·         Compactación de suelos Cohesivos

Suelos Cohesivos: son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino,

y la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas.

·         Compactación de Suelos No Cohesivos:

Son suelos compuestos de rocas, piedras, Gravas y arenas, o sea suelos de granos gruesos. En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibración, pero debe tenerse en cuenta, como ya se sabe, que el comportamiento de los suelos gruesos depende mucho de la granulometría. Se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es crítico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso específico y la resistencia aumentan.