analisis y exploracion geotecnica para carreteras

ANLISIS Y EXPLORACIN GEOTECNICA PARA CARRETERA ULADECH-EFP.IC

ANLISIS Y EXPLORACIN GEOTECNICA PARA CARRETERA ULADECH-EFP.ICESCUELA DE FORMACINPROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

TEMA:

anlisis y exploracin geotcnica para carreteras

PROFESOR: ING. MOROTE ARIAS, Maxwil Anthony

ASIGNATURA: MECNICA DE SUELOS IICICLO: VIALUMNO: - CHIPANA CUETO, Elder

AYACUCHO PER2014 DEDICATORIA

A Dios por darme la vida y el valorNecesario en los momentos ms Difciles.A mi madre y abuelos: Raquel, Mximo y Gregoria por darme su apoyo incondicional en todo momento para la culminacin de mis estudios.

1. INTRODUCCIN

Todo proyecto de ingeniera, apertura mejoramiento de carreteras incluidas las acciones y obras de estabilizacin de laderas y taludes, debe contar con una evaluacin geotcnica del terreno donde se ha propuesto su ejecucin. El alcance de dicha evaluacin depende de las condiciones del terreno como tal y de las caractersticas del proyecto, y de la etapa de desarrollo que se trate. En cada caso deber combinarse en diferente medida la informacin general y de conjunto, donde puede jugar un papel importante la experiencia y el conocimiento previo del rea por parte del especialista, con la informacin puntual generada en los sondeos y ensayos de campo y de laboratorio. El resultado final de la evaluacin geotcnica integral de un terreno permite hacer una apreciacin general sobre su aptitud y limitaciones para el desarrollo de un proyecto en particular y presentar la caracterizacin geotcnica del terreno. Aunque la caracterizacin geotcnica de un terreno forma parte de todo estudio geotcnico, sea ste preliminar o definitivo, debe diferenciarse, en todo caso, entre la caracterizacin geotcnica y las recomendaciones de diseo. La prctica aceptada de la consultora geotcnica, es una gua para la seleccin y uso de las normas y prcticas aplicables a la investigacin de suelos, rocas y aguas subterrneas en proyectos de construccin, sean ellos superficiales o subterrneos, o de recuperacin de terrenos degradados por la erosin en masa. Los ensayos de laboratorio pertinentes son objeto de normas propias que estn enunciadas en el manual de carreteras suelos, geologa, geotecnia y pavimentos.

Las condiciones del subsuelo en un terreno dado son el resultado de una combinacin de procesos naturales en los que intervienen factores topogrficos, geolgicos, climticos y antrpicos. Un programa de investigacin geotcnica, adecuado y consistente, permitir la evaluacin de los resultados de estos procesos y la determinacin de los valores de las propiedades de los suelos y de las rocas requeridos para la evaluacin de las condiciones generales del terreno y para la preparacin de los diseos geotcnicos. El objetivo de la investigacin del subsuelo es identificar, localizar y delimitar, tanto horizontal como verticalmente, los diferentes tipos de suelos y rocas en un rea dada, relevantes para un proyecto determinado, y caracterizar sus condiciones de ocurrencia, con el objeto de definir las propiedades geotcnicas de los materiales en el subsuelo por muestreo y ensayos de campo y de laboratorio.

Un estudio adecuado del subsuelo debe generar la informacin pertinente sobre los siguientes puntos. Localizacin tanto vertical como horizontal de la obra propuesta. Localizacin y evaluacin de canteras y zonas de prstamo, o para la proteccin de taludes. Propuestas de tratamiento o drenaje de la subrasante o de la fundacin de estructuras. Propuestas de investigaciones detalladas del subsuelo para el diseo y construccin de estructuras particulares. Investigaciones de estabilidad de laderas y taludes en cortes y terraplenes. Identificacin de reas que requieren tratamientos y precauciones especiales de proteccin del medio ambiente. Identificacin de problemas de diseo y construccin que requieran de soluciones geotcnicas especiales. Propuestas de tcnicas especiales para las excavaciones y los drenajes requeridos en el proyecto.

Desde las primeras etapas de investigacin se har todos los esfuerzos por generar informacin cuantitativa y cuantificable, y, en la medida de lo posible, se evitar el uso de estimaciones cuando se pueda contar con mediciones. En la descripcin del terreno y de los materiales se debe privilegiar el uso de elementos cuantitativos sobre los cualitativos.

La exploracin e investigacin del suelo es muy importante tanto para la determinacin de las caractersticas del suelo, como para el correcto diseo de la estructura del pavimento. S la informacin registrada y las muestras enviadas al laboratorio no son representativas, los resultados de las pruebas an con exigencias de precisin, no tendrn mayor sentido para los fines propuestos.

2. OBJETIVOS:

Reconocimiento de campo; anlisis exploracin y recoleccin de datos de campo. Extraccin de muestras para ensayos sencillos y especiales. Ensayos de laboratorio Determinar los parmetros de suelo a utilizar en el diseo del proyecto.

3. FUNDAMENTO TEORICO

3.1 Reconocimiento del rea del proyecto

1. 2. 3. 3.1.1. Antes de iniciar cualquier programa de campo, se debe recopilar y evaluar toda la documentacin tcnica disponible: mapas topogrficos, fotografas areas, mapas geolgicos, fuentes de minerales, generales o locales, mapas geotcnicos, e informes que cubran el rea del proyecto. Igualmente deben estudiarse, cuando los haya, informes de investigaciones del subsuelo de proyectos adyacentes o cercanos. Es necesario tener en cuenta que aun cuando los mapas e informes anteriores sean obsoletos y de valor limitado a la luz del conocimiento presente, una comparacin de lo viejo con lo nuevo, a menudo revela informacin valiosa e inesperada. En esta etapa de reconocimiento es necesario hacer nfasis en la descripcin de los rasgos y procesos que se observan ms que en su interpretacin.

3.1.2. Los mapas agrolgicos y edafolgicos, y los informes edafolgicos de fecha reciente, pueden ayudar al ingeniero para establecer de manera general las caractersticas geotcnicas del suelo hasta 1.5 m de profundidad.

3.1.3. Los mapas geomorfolgicos son de gran ayuda en la delimitacin de los diferentes tipos de suelos. Las unidades geomorfolgicas usualmente estn asociadas con formaciones superficiales que corresponden a tipos particulares de suelos. Cada formacin superficial est asociada a una unidad geomorfolgica y tiene un perfil de suelo que lo distingue debido al material de origen, al relieve, a las condiciones climticas y a la vegetacin. Estas variables pueden ayudar a identificar y correlacionar los diferentes tipos de suelos, cada uno de los cuales pueden requerir anlisis y tratamiento especfico. A menudo se encuentran propiedades geotcnicas similares para determinadas unidades geomorfolgicas y las correspondientes formaciones superficiales y perfiles de suelos. Los cambios en el material de origen o en el relieve, normalmente estn asociados a cambios en las propiedades del suelo, y estos pueden ocurrir en distancias cortas.

3.1.4. En reas donde la informacin descriptiva sea insuficiente debido a la escasez de mapas geolgicos, geomorfolgicos o edafolgicos, deber estudiarse los suelos y rocas en cortes abiertos en la vecindad de la obra, y anotar los diferentes perfiles de suelos y rocas. Las correspondientes notas de campo debern incluir los MANUAL DE CARRETERAS SUELOS, GEOLOGIA, GEOTECNIA Y PAVIMENTOS; SECCIN SUELOS Y PAVIMENTOS 2013. 3.1.5. Durante la etapa de reconocimiento en la evaluacin de zonas degradadas por movimientos de masa deben identificarse y registrarse en un plano o, al menos en un diagrama a escala, todos los rasgos asociados a los movimientos de masa: grietas y deformaciones en el terreno y en las estructuras, incluidos los pavimentos, manantiales y cuerpos de agua, redes de servicios pblicos, estado de los cercos, de los postes de energa y de la vegetacin.

3.2. EXPLORACIN DE SUELOS Y ROCAS

Para la exploracin de suelos y rocas primero deber efectuarse un reconocimiento del terreno y como resultado de ello un programa de exploracin e investigacin de campo a lo largo de la va y en las zonas de prstamo, para de esta manera identificar los diferentes tipos de suelo que puedan presentarse.

El reconocimiento del terreno permitir identificar los cortes naturales y/o artificiales, definir los principales estratos de suelos superficiales, delimitar las zonas en las cuales los suelos presentan caractersticas similares, asimismo identificar las zonas de riesgo o poco recomendables para emplazar el trazo de la va. El programa de exploracin e investigacin de campo incluir la ejecucin de calicatas o pozos exploratorios, cuyo espaciamiento depender fundamentalmente de las caractersticas de los materiales subyacentes en el trazo de la va. Generalmente estn espaciadas entre 250 m y 2,000 m, pero pueden estar ms prximas dependiendo de puntos singulares, como en los casos de:

Cambio en la topografa de la zona en estudio; Por la naturaleza de los suelos o cuando los suelos se presentan en forma errtica o irregular. delimitar las zonas en que se detecten suelos que se consideren pobres o inadecuados; Zonas que soportarn terraplenes o rellenos de altura mayor a 5.0m; Zonas donde la rasante se ubica muy prxima al terreno natural (h < 0.6 m); En zonas de corte, se ubicarn los puntos de cambio de corte a terrapln o de terrapln a corte, para conocer el material a nivel de subrasante.

De las calicatas o pozos exploratorios debern obtenerse de cada estrato muestras representativas en nmero y cantidades suficientes de suelo o de roca, o de ambos, de cada material que sea importante para el diseo y la construccin. El tamao y tipo de la muestra requerida depende de los ensayos que se vayan a efectuar y del porcentaje de partculas gruesas en la muestra, y del equipo de ensayo a ser usado. Con las muestras obtenidas en la forma descrita, se efectuarn ensayos en laboratorio y finalmente con los datos obtenidos se pasar a la fase de gabinete, para consignar en forma grfica y escrita los resultados obtenidos, asimismo se determinar un perfil estratigrfico de los suelos (eje y bordes), debidamente acotado en un espesor no menor a 1.50 m, teniendo como nivel superior la lnea de subrasante del diseo geomtrico vial y debajo de ella, espesores y tipos de suelos del terrapln y los del terreno natural, con indicacin de sus propiedades o caractersticas y los parmetros bsicos para el diseo de pavimentos. Para obtener el perfil estratigrfico en zonas donde existirn cortes cerrados, se efectuarn mtodos geofsicos de prospeccin que permitan determinar la naturaleza y caractersticas de los suelos y/o roca subyacente.

3.3. CARACTERIZACIN DE LA SUBRASANTECon el objeto de determinar las caractersticas fsico-mecnicas de los materiales de la subrasante se llevarn a cabo investigaciones mediante la ejecucin de pozos exploratorios calicatas de 1.5 m de profundidad mnima; el nmero mnimo de calicatas por kilmetro, estar de acuerdo al cuadro 1.1.

Las calicatas se ubicarn longitudinalmente y en forma alternada, dentro de la faja que cubre el ancho de la calzada, a distancias aproximadamente iguales; para luego, s se considera necesario, densificar la exploracin en puntos singulares del trazo de la va.

Cuadro 1.1Nmero de Calicatas para Exploracin de Suelos

Fuente: MANUAL DE CARRETERAS SUELOS, GEOLOGIA, GEOTECNIA Y PAVIMENTOS; SECCIN SUELOS Y PAVIMENTOS 2013.

Profundidad

(m)

Tipo de CarreteraNmero mnimo de CalicatasObservacin

Autopistas: carreteras de IMDA mayor de 6000 veh/da, de calzadas separadas, cada una con dos o ms carriles1.50m respecto al nivel de subrasante del proyecto Calzada 2 carriles por sentido:4 calicatas x km x sentido Calzada 3 carriles por sentido:4 calicatas x km x sentido Calzada 4 carriles por sentido:6 calicatas x km x sentido

Las calicatas se ubicarn longitudinalmente y en forma alternada

Carreteras Duales o Multicarril: carreteras de IMDA entre 6000 y 4001 veh/dia, de calzadas separadas, cada una con dos o ms carriles1.50m respecto al nivel de subrasante del proyecto Calzada 2 carriles por sentido:4 calicatas x km x sentido Calzada 3 carriles por sentido:4 calicatas x km x sentido Calzada 4 carriles por sentido:6 calicatas x km x sentido

Carreteras de Primera Clase:carreteras con un IMDA entre 4000-2001 veh/da, de una calzada de dos carriles.1.50m respecto al nivel de subrasante del proyecto

4 calicatas x km

Las calicatas se ubicarn longitudinalmente y en forma alternada

Carreteras de Segunda Clase:carreteras con un IMDA entre 2000-401 veh/da, de una calzada de dos carriles.1.50m respecto al nivelde subrasante del proyecto

3 calicatas x km

Carreteras de Tercera Clase: carreterascon un IMDA entre 400-201 veh/da, de una calzada de dos carriles.1.50m respecto al nivelde subrasante del proyecto

2 calicatas x km

Carreteras de Bajo Volumen deTrnsito: carreteras con un IMDA 200veh/da, de una calzada.1.50m respecto al nivelde subrasante del proyecto

1 calicata x km

El nmero de calicatas indicado en el cuadro 1.1, se aplica para pavimentos nuevos, reconstruccin y mejoramiento. En caso, de estudios de factibilidad o prefactibilidad se efectuar el nmero de calicatas indicadas en el referido cuadro espaciadas cada 2.0 km en vez de cada km. En caso de estudios a nivel de perfil se utilizar informacin secundaria existente en el tramo del proyecto, de no existir informacin secundaria se efectuar el nmero de calicatas del cuadro 1.1 espaciadas cada 4.0 km en vez de cada km. En el caso de refuerzo o rehabilitacin de pavimentos se tendr en cuenta los resultados de las mediciones deflectomtricas (deflectograma) y la sectorizacin de comportamiento homogneo, efectuando por cada sector homogneo (mnimo 4 calicatas) en correspondencia con los puntos de ensayo, una calicata donde la deflexin es mxima, una segunda calicata donde la deflexin es cercana a la deflexin caracterstica, una tercera calicata donde la deflexin es cercana a la deflexin promedio y una cuarta calicata donde la deflexin ha sido mnima.

Las calicatas y ensayos efectuados en los estudios de preinversin (factibilidad, prefactibilidad o perfil), formarn parte del estudio definitivo, resultando que para el definitivo ser slo necesario efectuar calicatas y ensayos complementarios a los de estudios de preinversin, los mismos que sirven eventualmente, adems como comprobatorios.

En caso el tramo tenga una longitud entre 500 m y 1,000 m el nmero de calicatas a realizar ser la cantidad de calicatas para un kilmetro indicada en el cuadro 1.1. Si el tramo tiene una longitud menor a 500 m, el nmero de calicatas a realizar ser la mitad de calicatas indicada en el cuadro 1.1.

S a lo largo del avance del estacado las condiciones topogrficas o de trazo, muestran por ejemplo cambios en el perfil de corte a terrapln; o la naturaleza de los suelos del terreno evidencia un cambio significativo de sus caractersticas o se presentan suelos errticos o irregulares, se deben ejecutar ms calicatas por kilmetro en puntos singulares, que verifiquen el cambio.

Tambin se determinar la presencia o no de suelos orgnicos, suelos expansivos, napa fretica, rellenos sanitarios, de basura, etc., en cuyo caso las calicatas deben ser ms profundas, delimitando los sectores con subrasante pobre o inadecuada que requerir, para determinar el tipo de estabilizacin o mejoramiento de suelos de la subrasante, de estudios geotcnicos de estabilidad y de asentamientos donde el Ingeniero Responsable sustente en su Informe Tcnico que la solucin adoptada segn la naturaleza del suelo, alcanzar estabilidad volumtrica, adecuada resistencia, permeablidad, compresibilidad y durabilidad. Este tipo de estudios tambin se realizarn en caso de terraplenes con altura mayor a 5.0 m. En este caso, los valores representativos resultado de los ensayos ser slo vlida para el respectivo sector.

3.4. REGISTROS DE EXCAVACIN

De los estratos encontrados en cada una de las calicatas se obtendrn muestras representativas, las que deben ser descritas e identificadas mediante una tarjeta con la ubicacin de la calicata (con coordenadas UTM - WGS84), nmero de muestra y profundidad y luego colocadas en bolsas de polietileno para su traslado al laboratorio. As mismo, durante la ejecucin de las investigaciones de campo se llevar un registro en el que se anotar el espesor de cada una de los estratos del sub-suelo, sus caractersticas de gradacin y el estado de compacidad de cada uno de los materiales. As mismo se extraern muestras representativas de la subrasante para realizar ensayos de Mdulos de Resiliencia (Mr) o ensayos de CBR para correlacionarlos con ecuaciones de Mr, la cantidad de ensayos depender del tipo de carretera (ver cuadro 1.2).

Cuadro 1.2Nmero de Ensayos Mr y CBR

Tipo de CarreteraN Mr y CBR

Autopistas: carreteras de IMDA mayor de 6000 veh/da, de calzadas separadas, cada una con dos o ms carriles Calzada 2 carriles por sentido: 1 Mr cada 3 km x sentido y 1 CBR cada 1 km x sentido Calzada 3 carriles por sentido: 1 Mr cada 2 km x sentido y 1 CBR cada 1 km x sentido Calzada 4 carriles por sentido: 1 Mr cada 1 km y 1 CBR cada 1 km x sentido

Carreteras Duales o Multicarril: carreteras de IMDA entre6000 y 4001 veh/dia, de calzadas separadas, cada una con dos o ms carriles Calzada 2 carriles por sentido: 1 Mr cada 3 km x sentido y 1 CBR cada 1 km x sentido Calzada 3 carriles por sentido: 1 Mr cada 2 km x sentido y 1 CBR cada 1 km x sentido Calzada 4 carriles por sentido: 1 Mr cada 1 km y 1 CBR cada 1 km x sentido

Carreteras de Primera Clase: carreteras con un IMDA entre4000 - 2001 veh/da, de una calzada de dos carriles. Cada 1 km se realizar un CBR

Carreteras de Segunda Clase: carreteras con un IMDAentre 2000 - 401 veh/da, de una calzada de dos carriles. Cada 1.5 km se realizar un CBR

Carreteras de Tercera Clase: carreteras con un IMDA entre400 - 201 veh/da, de una calzada de dos carriles. Cada 2 km se realizar un CBR

Carreteras de Bajo Volumen de Trnsito: carreteras con unIMDA 200 veh/da, de una calzada. Cada 3 km se realizar un CBR


El nmero de ensayos indicado en el cuadro 1.2, se aplica para pavimentos nuevos, reconstruccin y mejoramiento. En caso, de estudios de factibilidad o prefactibilidad se efectuar el nmero de ensayos indicados en el referido cuadro, por 2 veces la longitud indicada (ejemplo, para Carreteras de Tercera Clase Cada 4.0 km se realizar un CBR en lugar de un CBR cada 2.0 km. En caso de estudios a nivel de perfil se utilizar informacin secundaria existente en el tramo del proyecto, de no existir informacin secundaria se efectuar el nmero de ensayos del cuadro 1.2, por 3 veces la longitud indicada (ejemplo, para Carreteras de Segunda Clase Cada 4.5 km se realizar un CBR en lugar de un CBR cada 1.5 km). Para el caso de refuerzo o rehabilitacin de pavimentos, se tendr en cuenta las mediciones deflectomtricas (deflectograma) y la sectorizacin de comportamiento homogneo, efectuando por cada sector homogneo (mnimo dos CBR) en correspondencia con los puntos de ensayo, un CBR donde la deflexin ha sido mxima y el segundo CBR donde la deflexin es cercana a la deflexin caracterstica.

Los ensayos de Mr o de CBR efectuados en los estudios de preinversin (factibilidad, prefactibilidad o perfil), formarn parte del estudio definitivo, resultando que para el definitivo ser slo necesario efectuar ensayos complementarios a los de estudios de preinversin, los mismos que sirven eventualmente, adems como comprobatorios.

En caso el tramo tenga una longitud menor a la indicada, en el cuadro 1.2, para el nmero de Mr o de CBR a realizar, la cantidad de ensayos indicada en el cuadro debe ser tomada como mnima.

Se podrn realizar ensayos in situ, como el CBR en el terreno segn ensayo MTC E 133-2000 y el ensayo mediante Penetrmetro Dinmico de Cono (PDC), este ensayo su principal limitacin se presenta en las mediciones de suelos con bolonera, pero resulta muy til en suelos de mala calidad, donde precisamente se requiere de mayores evaluaciones del suelo y sus estratos, por lo que en este caso debe efectuarse este tipo de ensayos que permitir tramificar mejor la capacidad soporte de la subrasante. Las correlaciones para determinar el CBR deben contar con la aprobacin de la Direccin de Normatividad Vial del MTC. La cantidad de ensayos mnimo ser igual al nmero de calicatas indicado en el cuadro 1.1.

Los ensayos in situ autorizados por el MTC, utilizando el LWD (deflectmetro de impacto liviano) o el SPT (ensayo de penetracin estndar), se efectuarn de acuerdo al Manual de Ensayos de Materiales del MTC vigente o en base a normas internacionales ASTM o AASHTO, cuyos procedimientos y correlaciones para determinar los mdulos del suelo de la subrasante y las caractersticas de los suelos deben contar con la aprobacin de la Direccin de Normatividad Vial del MTC.

3.5. DESCRIPCIN DE LOS SUELOS

Los suelos encontrados sern descritos y clasificados de acuerdo a metodologa para construccin de vas, la clasificacin se efectuar obligatoriamente por AASHTO y SUCS, se utilizarn los signos convencionales de los cuadros 1.3 y 1.4:

Cuadro 1.3Signos Convencionales para Perfil de Calicatas Clasificacin AASHTO

Fuente: Simbologa AASHTO

Cuadro 1.4Signos Convencionales para Perfil de Calicatas Clasificacin SUCS

Fuente: Manual de Ensayos de Materiales Norma MTC E101, Smbolos grficos para suelos

Las propiedades fundamentales a tomar en cuenta son:

a. Granulometra: representa la distribucin de los tamaos que posee el agregado mediante el tamizado segn especificaciones tcnicas (Ensayo MTC EM 107). A partir de la cual se puede estimar, con mayor o menor aproximacin, las dems propiedades que pudieran interesar.

El anlisis granulomtrico de un suelo tiene por finalidad determinar la proporcin de sus diferentes elementos constituyentes, clasificados en funcin de su tamao.

De acuerdo al tamao de las partculas de suelo, se definen los siguientes trminos:

Cuadro 1.5Clasificacin de suelos segn Tamao de partculas


b. La Plasticidad: es la propiedad de estabilidad que representa los suelos hasta cierto lmite de humedad sin disgregarse, por tanto la plasticidad de un suelo depende, no de los elementos gruesos que contiene, sino nicamente de sus elementos finos. El anlisis granulomtrico no permite apreciar esta caracterstica, por lo que es necesario determinar los Lmites de Atterberg.

Los Lmites de Atterberg establecen cuan sensible es el comportamiento de un suelo en relacin con su contenido de humedad (agua), definindose los lmites correspondientes a los tres estados de consistencia segn su humedad y de acuerdo a ello puede presentarse un suelo: lquido, plstico o slido. Estos lmites de Atterberg que miden la cohesin del suelo son: el lmite lquido (LL, segn ensayo MTC EM110), el lmite plstico (LP, segn ensayo MTC EM 111) y el lmite de contraccin (LC,segn ensayo MTC EM 112).

Lmite Lquido (LL), cuando el suelo pasa del estado semilquido a un estado plstico y puede moldearse.

Lmite Plstico (LP), cuando el suelo pasa de un estado plstico a un estado semislido y se rompe.

Lmite de Contraccin (retraccin), cuando el suelo pasa de un estado semislido a un estado slido y deja de contraerse al perder humedad.

Adems del LL y del LP, una caracterstica a obtener es el ndice de plasticidad IP (ensayo MTC EM 111) que se define como la diferencia entre LL y LP:

IP = LL LP

El ndice de plasticidad indica la magnitud del intervalo de humedades en el cual el suelo posee consistencia plstica y permite clasificar bastante bien un suelo. Un IP grande corresponde a un suelo muy arcilloso; por el contrario, un IP pequeo es caracterstico de un suelo poco arcilloso. En tal sentido, el suelo en relacin a su ndice de plasticidad puede clasificarse segn lo siguiente:Cuadro 1.6Clasificacin de suelos segn ndice de Plasticidad


Se debe tener en cuenta que, en un suelo el contenido de arcilla, de acuerdo a su magnitud puede ser un elemento riesgoso en un suelo de subrasante y en una estructura de pavimento, debido sobre todo a su gran sensibilidad al agua.

c. Equivalente de Arena: Es la proporcin relativa del contenido de polvo fino nocivo material arcilloso en los suelos o agregados finos (ensayo MTC EM 114). Es el ensayo que da resultados parecidos a los obtenidos mediante la determinacin de los lmites de Atterberg, aunque menos preciso. Tiene la ventaja de ser muy rpido y fcil de efectuar.

El valor de Equivalente de Arena (EA) es un indicativo de la plasticidad del suelo:

Cuadro 1.7Clasificacin de suelos segn Equivalente de Arena


d. ndice de Grupo: es un ndice normado por AASHTO de uso corriente para clasificar suelos, est basado en gran parte en los lmites de Atterberg. El ndice de grupo de un suelo se define mediante la formula:

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

Donde:

a = F-35 (F = Fraccin del porcentaje que pasa el tamiz N 200 -74 micras).

Expresado por un nmero entero positivo comprendido entre 1 y 40.

b = F-15 (F = Fraccin del porcentaje que pasa el tamiz N 200 -74 micras).

Expresado por un nmero entero positivo comprendido entre 1 y 40.

c = LL 40 (LL = lmite lquido). Expresado por un nmero entero comprendido entre 0 y 20.

d = IP-10 (IP = ndice plstico). Expresado por un nmero entero comprendido entre 0 y 20 o ms.

El ndice de Grupo es un valor entero positivo, comprendido entre 0 y 20 o ms. Cuando el IG calculado es negativo, se reporta como cero. Un ndice cero significa un suelo muy bueno y un ndice a 20, un suelo no utilizable para caminos.

Cuadro 1.8Clasificacin de suelos segn ndice de Grupo


e. Humedad Natural: Otra caracterstica importante de los suelos es su humedad natural; puesto que la resistencia de los suelos de subrasante, en especial de los finos, se encuentra directamente asociada con las condiciones de humedad y densidad que estos suelos presenten.

La determinacin de la humedad natural (ensayo MTC EM 108) permitir comparar con la humedad ptima que se obtendr en los ensayos Proctor para obtener el CBR del suelo (ensayo MTC EM 132). S la humedad natural resulta igual o inferior a la humedad ptima, el Proyectista propondr la compactacin normal del suelo y el aporte de la cantidad conveniente de agua. S la humedad natural es superior a la humedad ptima y segn la saturacin del suelo, se propondr, aumentar la energa de compactacin, airear el suelo, o reemplazar el material saturado.

f. Clasificacin de los suelos: Determinadas las caractersticas de los suelos, segn los acpites anteriores, se podr estimar con suficiente aproximacin el comportamiento de los suelos, especialmente con el conocimiento de la granulometra, plasticidad e ndice de grupo; y, luego clasificar los suelos.

La clasificacin de los suelos se efectuar bajo el sistema mostrado en el cuadro 1.9. Esta clasificacin permite predecir el comportamiento aproximado de los suelos, que contribuir a delimitar los sectores homogneos desde el punto de vista geotcnico.

A continuacin se presenta una correlacin de los dos sistemas de clasificacin ms difundidos, AASHTO y ASTM (SUCS):

Cuadro 1.9Correlacin de Tipos de suelos AASHTO SUCS

g. Ensayos CBR: (ensayo MTC EM 132), una vez que se haya clasificado los suelos por el sistema AASHTO y SUCS, para caminos contemplados en este manual, se elaborar un perfil estratigrfico para cada sector homogneo o tramo en estudio, a partir del cual se determinar el programa de ensayos para establecer el CBR que es el valor soporte o resistencia del suelo, que estar referido al 95% de la MDS (Mxima Densidad Seca) y a una penetracin de carga de 2.54 mm.

Para la obtencin del valor CBR de diseo de la subrasante, se debe considerar lo siguiente:

1. En los sectores con 6 o ms valores de CBR realizados por tipo de suelo representativo o por seccin de caractersticas homogneas de suelos, se determinar el valor de CBR de diseo de la subrasante considerando el promedio del total de los valores analizados por sector de caractersticas homogneas.

2. En los sectores con menos de 6 valores de CBR realizados por tipo de suelo representativo o por seccin de caractersticas homogneas de suelos, se determinar el valor de CBR de diseo de la subrasante en funcin a los siguientes criterios:

Si los valores son parecidos o similares, tomar el valor promedio. Si los valores no son parecidos o no son similares, tomar el valor crtico (el ms bajo) o en todo caso subdividir la seccin a fin de agrupar subsectores con valores de CBR parecidos o similares y definir el valor promedio. La longitud de los subsectores no ser menor a 100 m.

Son valores de CBR parecidos o similares los que se encuentran dentro de un determinado rango de categora de subrasante, segn Cuadro 1.10.

3. Una vez definido el valor del CBR de diseo, para cada sector de caractersticas homogneas, se clasificar a que categora de subrasante pertenece el sector o subtramo, segn lo siguiente:Cuadro 1.10Categoras de Subrasante


Para obtener el Mdulo Resiliente a partir del CBR, se emplear la siguiente ecuacin que correlaciona el Mr CBR, obtenida del Appendix CC-1 Correlation of CBR values with soil index properties preparado el 2001 por NCHRP Project 1- 37A (National Cooperative Highway Research Program), documento que forma parte de MEPDG Mechanistic - Empirical Pavement Design Guide AASHTO interim 2008):

Mr (psi) = 2555 x CBR 0.64

A manera referencial se presenta la Figura 1.1 de correlaciones tpicas entre las clasificaciones y caractersticas de los suelos y el mdulo de Resiliencia, preparado por la NAPA Information Series 117 Guidelines for Use of HMA Overlays to Rehabilitate PCC Pavements, 1994 y que est incluida en el documento indicado anteriormente Appendix CC-1 Correlation of CBR values with soil index properties:

Figura 1.11Correlaciones Tpicas entre las Clasificaciones yPropiedades de los Suelos con el Mdulo de Resiliencia

h. Ensayo de Modulo ResilientePara ejecutar el ensayo de mdulo resiliente se utilizar la norma MTC E 128 (AASHTO T274), el Mdulo de Resiliencia es una medida de la propiedad elstica de suelos, reconocindole ciertas caractersticas no lineales. El mdulo de resiliencia se puede usar directamente en el diseo de pavimentos flexibles; y, para el diseo de pavimentos rgidos o de concreto, debe convertirse a mdulo de reaccin de la subrasante (valor k).

Cuadro 1.11Clasificacin de los Suelos Mtodo AASHTO


3.6. ENSAYOS DE LABORATORIO

Con las muestras extradas de las calicatas efectuadas, se realizarn los siguientes ensayos de laboratorio:

Anlisis Granulomtrico por Tamizado ASTM D-422, MTC E107 Lmite Lquido ASTM D-4318, MTC E110 Lmite Plstico ASTM D-4318, MTC E111 Contenido de humedad ASTM D-2216, MTC E108 Clasificacin SUCS ASTM D-2487 Contenido Sulfatos ASTM D-516 Contenido Cloruros ASTM D-512 Contenido Sales Solubles Totales MTC - E219 Clasificacin AASHTO M-145

Ensayos Especiales

California Bearing Ratio ASTM D-1883, MTC E132, Mdulo resiliente de suelos de subrasante AASHTO T 274, MTC E128 Proctor Modificado ASTM D-1557, MTC E115 Equivalente de Arena ASTM D-2419, MTC-E114 Ensayo de Expansin Libre ASTM D-4546 Colapsabilidad Potencial ASTM D-5333 Consolidacin Uniaxial ASTM D-2435

Los ensayos deben ser ejecutados en laboratorios competentes que cuenten con:

Personal calificado Instalaciones que faciliten la correcta ejecucin de los ensayos Mtodos y procedimientos apropiados para la realizacin de los ensayos, siguiendo las Normas de Ensayos del MTC o normas internacionales como ASTM o AASHTO, incluyendo tcnicas estadsticas para el anlisis de los datos de ensayo. Equipos debidamente calibrados, que garanticen la exactitud o validez de los resultados de los ensayos. Antes del inicio de los ensayos o de la puesta en servicio el proveedor debe presentar los respectivos certificados de calibracin de sus equipos, emitidos por Laboratorios de Calibracin acreditados. Aseguramiento de calidad de los resultados de los ensayos. Informe de resultados de cada ensayo, presentado en forma de informe de ensayo o certificado de ensayo, que exprese el resultado de manera exacta, clara, sin ambigedades y objetivamente, de acuerdo con las instrucciones especficas de los mtodos de ensayo.

3.7. INFORME DE EXPLORACIN

3.7.1 PERFIL ESTRATIGRFICO

En base a la informacin obtenida de los trabajos de campo y ensayos de laboratorio se realizar una descripcin de los diferentes tipos de suelos encontrados en las calicatas o pozos. Una vez que se haya clasificado los suelos por el sistema AASHTO, se elaborar un perfil estratigrfico para cada sector homogneo o tramo en estudio, a partir del cual se determinar los suelos que controlarn el diseo y se establecer el programa de ensayos para definir el CBR de diseo para cada sector homogneo.

3.7.2 SECTORIZACIN

Para efectos del diseo de la estructura del pavimento se definirn sectores homogneos donde, a lo largo de cada uno de ellos, las caractersticas del material del suelo de fundacin o de la capa de subrasante se identifican como uniforme. Dicha uniformidad se establecer sobre la base de las caractersticas fsico-mecnicas de los suelos (Clasificacin, plasticidad). El proceso de sectorizacin requiere de anlisis y criterio del proyectista, teniendo en cuenta las caractersticas del material de suelo de la subrasante, el trfico vial, el drenaje y/o subdrenaje, microclimas y otros aspectos que considere el Ingeniero Responsable.

Para la identificacin de los sectores de caractersticas homogneas, se tendr en cuenta los resultados de las prospecciones y ensayos, previamente a ello se deber establecer una estrategia para efectuar el programa exploratorio y, a partir de ello, se ordenar la toma de las muestras necesarias de cada perforacin, de manera de poder evaluar aquellas caractersticas que siendo determinantes en su comportamiento, resulten de sencilla e indiscutible determinacin.

3.7.3 CORTES Y TERRAPLENES

Los taludes de corte dependern de la naturaleza del terreno y de su anlisis de estabilidad (Estudio Geotcnico), pudiendo utilizarse (a modo referencial) las siguientes relaciones de corte en talud (V:H), que son apropiados para los tipos de materiales (rocas y suelos) indicados en el cuadro 1.13.

Cuadro 1.13Taludes de Corte


Los taludes de relleno igualmente estarn en funcin de los materiales empleados, pudiendo utilizarse (a modo de taludes de relleno referenciales) los siguientes que son apropiados para los tipos de material incluidos en el siguiente cuadro:

Cuadro 1.14Taludes de Relleno


3.7.4 SUBRASANTE

Se considerarn como materiales aptos para las capas de la subrasante suelos con CBR 6%. En caso de ser menor (subrasante pobre o subrasante inadecuada), se proceder a la estabilizacin de los suelos, para lo cual se analizarn alternativas de solucin, de acuerdo a la naturaleza del suelo, como la estabilizacin mecnica, el reemplazo del suelo de cimentacin, estabilizacin qumica de suelos, estabilizacin con geosintticos, elevacin de la rasante, cambiar el trazo vial, eligindose la mas conveniente tcnica y econmica. En el Captulo 9 Estabilizacin de Suelos, se describen diversos tipos de estabilizacin de suelos.

Para poder asignar la categora de subrasante indicada en el cuadro 4.10, los suelos de la explanacin debajo del nivel superior de la subrasante, debern tener un espesor mnimo de 0.60 m del material correspondiente a la categora asignada, caso contrario se asignar a la categora inmediata de calidad inferior.

El nivel superior de la subrasante debe quedar encima del nivel de la napa fretica como mnimo a 0.60 m cuando se trate de una subrasante excelente - muy buena (CBR 30%); a 0.80 m cuando se trate de una subrasante buena - regular (6% CBR < 20%); a 1.00 m cuando se trate de una subrasante pobre (3% CBR < 6%); y, a 1.20 m cuando se trate de una subrasante inadecuada (CBR < 3%). En caso necesario, se colocarn subdrenes o capas anticontaminantes y/o drenantes o se elevar la rasante hasta el nivel necesario.

Cuando la capa de subrasante sea arcillosa o limosa y, al humedecerse, partculas de estos materiales puedan penetrar en las capas granulares del pavimento contaminndolas, deber proyectarse una capa de material separador de 10 cm. de espesor como mnimo o un geosinttico, segn lo justifique el Ingeniero Responsable.

Se estabilizarn las zonas hmedas locales o reas blandas o subrasantes inadecuadas, cuyo estabilizacin o mejoramiento ser materia de un estudio geotcnico de estabilidad y de asentamientos donde el Ingeniero Responsable analizar segn la naturaleza del suelo diversas alternativas como estabilizacin con cal o cemento, estabilizacin qumica de suelos, geosintticos, pedraplenes, enrocados, capas de arena, reemplazo, etc; definiendo y justificando en su Informe Tcnico la solucin adoptada, donde se indicar que con la solucin adoptada el suelo alcanzar estabilidad volumtrica, adecuada resistencia, permeablidad, compresibilidad y durabilidad.

En zonas sobre los 4,000 msnm, se evaluar la accin de los friajes o las heladas en los suelos. En general, la accin de congelamiento est asociada con la profundidad de la napa fretica y la susceptibilidad del suelo al congelamiento. En el caso de presentarse en los ltimos 0.60 m de la subrasante, suelos susceptibles al congelamiento por accin climtica, se reemplazar este suelo en el espesor comprometido o se levantar la rasante con un relleno granular adecuado, hasta el nivel necesario. Son suelos susceptibles al congelamiento, por accin climtica rigurosa, los suelos limosos, igualmente los suelos que contienen ms del 3% de su peso de un material de tamao inferior a 0.02 mm; con excepcin de las arenas finas uniformes que aunque contienen hasta el 10% de materiales de tamao inferior a los 0.02 mm, no son susceptibles al congelamiento. En general, son suelos no susceptibles los que contienen menos del 3% de su peso de un material de tamao inferior a 0.02 mm.

La curva granulomtrica de la fraccin de tamao menor que el tamiz de 0.074 mm (N200) se determinar por sedimentacin, utilizando el hidrmetro para obtener los datos necesarios (segn Norma MTC E109).

4. BIBLIOGRAFIA.https://www.academia.edu/1313043/EXPLORACION_DEL_SUBSUELO_Y_CARACTERIZACION_GEOTECNICA_DEL_TERRENOCURSO TALLER DE MECANICA DE SUELOS UNI 2006MANUAL DE CARRETERAS SUELOS, GEOLOGA, GEOTECNIA Y PAVIMENTOS 2013

ESTUDIANTE: CHIPANA CUETO, ElderPgina 22

analisis y exploracion geotecnica para carreteras

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