clases caminos ii - 02 geotecnia

Capitulo II: Geotecnia en las carreteras. Problemas geotécnicos en las carreteras, Estudios y reconocimientos geológicos y

geotécnicos, Clasificación de los suelos y de las rocas, Compactación, Capacidad de soporte de los suelos.

Problemas geotécnicos en las carreteras

Semana 2

Geotecnia en carreteras

Introducción: La Geotecnia es una ciencia en si misma, sus técnicas y aplicaciones en carreteras está referido a los estudios geotécnicos de suelo en general de toda el área donde se pretende construir la carretera (explanación), estabilidad de taludes, compactación de suelos, etc. Objetivo: Proporcionar una superficie de apoyo adecuada para la superestructura, compuesta por el firme, la señalización y dotaciones varias. Incluye, por lo tanto, los cortes, rellenos y otras obras accesorias.

Objetivos de los estudios

1.- Aprovechar adecuadamente los materiales existentes en el trazo -en planta- de la carretera. - En los inicios del s XX, existía la tendencia de

utilizar los materiales existentes, - Antes de los 80, se utilizaban solamente los

mejores materiales, - Actualmente, la tendencia es a aprovechar los

suelos de baja calidad, para minimizar el impacto –ambiental– producido en el entorno.

2.- Determinar el emplazamiento y las especificaciones de construcción de cada tipo de material.

Explanaciones (u obras de tierras)

Son las actuaciones de remodelación del terreno natural mediante la adición o retirada de materiales, de forma que se consiga una superficie de geometría y capacidad de soporte adecuados para el apoyo del firme y del resto de la superestructura. Se clasifican en: •Cortes: si es necesario retirar material, •Rellenos: si es necesario aportar material, •Media ladera: si son necesarias ambas operaciones.

Explanaciones

Dependiendo del tamaño característico de las partículas del material de relleno, estas se clasifican en: • Terraplén de 0 a 10 cm. • Pedraplén de 10 a 60 cm. • Todo en uno de 0 a 30 cm. La parte superior del relleno se denomina coronación, cuyo espesor varía de 0.50 a 1.00 mts, requiriendo una atención especial ya que es ella quien ha de soportar las mayores cargas de los vehículos pesados.

Explanaciones

Explanaciones

Las explanaciones constituyen un porcentaje importante del costo total de la carretera, constituyendo además la de más difícil tratamiento y reparación durante la etapa de conservación (hay que efectuar desvíos); de allí que es imprescindible que su ejecución sea correcta para garantizar una adecuada explotación sin requerir mayor inversión en su reparación.

El cimiento del firme

Teniendo en cuenta que en el proyecto del firme intervienen como factores fundamentales el tráfico previsto de vehículos pesados y las características resistentes de la explanada, representado habitualmente por su capacidad de soporte o resistencia a la deformación; es de importancia el estudio de la explanada y del cimiento del firme. Explanada: alude a las características geométricas finales de las obras de tierra, que constituye el soporte directo del firme,

El cimiento del firme

Cimiento del Firme: alude a las características resistentes de los materiales que conforman la zona superior de estas obras de tierra, siendo aconsejable no considerar nunca un espesor inferior a 1.00 mt. La calidad del cimiento del firme influye directamente en las características y en los espesores de las capas del firme; y en ocasiones, la baja calidad de los suelos existentes obliga a construir cimientos mejorados, bien con la aportación de una capa de suelo seleccionado o estabilizando la coronación con adición de conglomerantes (cal o cemento).

Problemas geotécnicos de las explanaciones

Una ejecución correcta debe prever los posibles problemas geotécnicos, de forma que se evite su aparición, o al menos, que tengan un tratamiento preventivo adecuado en tiempo y recursos: Los principales problemas geotécnicos son: •Las producidas por las características del terreno

natural, •Las derivadas de un procedimiento defectuoso o

inadecuado, •Los provocados por la acción del agua sobre la

infraestructura o sobre sus inmediaciones.

La integración en el entorno

Una preocupación permanente de las obras de infraestructura debe ser conseguir la máxima integración posible con el entorno, de forma que se minimice su impacto ambiental. Las obras de infraestructura de la carretera suelen provocar tres impactos principales: • Impacto visual, •Afección a las aguas de escorrentía, •Afección a la población y fauna locales por el efecto

barrera.

Estudios y reconocimientos geológicos y geotécnicos

Introducción, La aparición de problemas relacionados con la naturaleza y características del terreno y de los materiales de él excavados para las explanaciones durante la construcción o durante la explotación de las carreteras, han llevado a que actualmente se considere imprescindible invertir los recursos suficientes en los reconocimientos del terreno previos a la construcción. Su objetivos es caracterizar los materiales que van ha ser cruzados por la traza de la manera mas precisa posible.

Objetivos de los estudios y reconocimientos

Debe permitir analizar con precisión las siguientes cuestiones: En cortes: •Excavabilidad de los materiales, •Uso de los materiales excavados y su eventual

tratamiento, •Estabilidad del desmonte e inclinación del talud, •Erosionabilidad de los materiales, •Calidad de la explanada en los fondos de corte, •Presencia de nivel freático.


En rellenos: •Asiento previsible en el cimiento y eventuales

tratamientos para reducirlo, •Estabilidad del relleno e inclinación del talud, •Erosionabilidad de los materiales, •Formación y capacidad de soporte de la explanada y

cimiento del firme.


En estructuras: •Tipo de cimentación (directa o profunda), •Asientos esperados. En canteras y préstamos: •Calidad de los materiales existentes, •Potencia del material para extracción, •Distancia media, máxima y mínima de la traza.

Fuentes de información

En el Perú se puede encontrar mucha información previa a la ejecución de los reconocimientos, en general serán mapas o planos temáticos realizados a una escala menor a la requerida por la obra. Su empleo reducirá plazos y disminuye la necesidad de reconocimientos, por lo que vale la pena realizar el esfuerzo inicial para conseguirlos. •Planos topográficos, •Planos geológicos o de yacimientos, •Estudios previos de terrenos, •Fotografías aéreas, •Estudios anteriores.

Fases de los estudios

Los estudios de geología y geotecnia viaria constan de las siguientes fases: •Recopilación de la información existente, •Definición y planificación de la campaña, •Realización de los trabajos de campo, •Realización de los ensayos de laboratorio, •Realización de la cartografía temática final, •Documento final, con las conclusiones y

recomendaciones.

Documentos que se han de elaborar y su alcance

Los estudios de geología y geotecnia viaria se incluyen como anexos del estudio de las carreteras de que se trate. En general, se distingue varios ámbitos de estudio: •Estudios previos de terrenos: estudios orientados

específicamente a la geología y la geotecnia, •Estudios informativos: refleja los trabajos realizados

en el área de GyG, así como sus conclusiones,


•Anteproyectos y proyectos de trazado: se diferencian dos documentos, el primero refleja la Geología y Geotecnia, y suele incluir los yacimientos de materiales considerados; y en el segundo se incluye la información relacionada con la obra proyectada: cortes, rellenos, explanadas y aptitud del terreno para la cimentación de estructuras.


•Proyectos de construcción: Son tres documentos: 1°. Geología y procedencia de los materiales, 2°. Geotecnia del corredor y 3°. Cimentación de estructuras.

•Ejecución de la obra: Si se realizan tareas complementarias, es frecuente que se reflejen en un documento independiente que resuma los trabajos realizados y conclusiones extraídas.

Reconocimientos

Una vez recopilada la información previa existente, esta debe analizarse para obtener los datos relevantes para el estudio que se trate. Es aconsejable realizar un reconocimiento previo de la traza, dado la diferencia de escala entre los mapas temáticos y los estudios que se van ha realizar. Los reconocimientos que se han de realizar son: •Fotogeología: (geomorfología, relieve, situación de

los contactos, presencia de agua, cultivos existentes, aprovechamiento de la superficie),

Reconocimientos

• Inventarios: relación detallada de aspectos relevantes identificables visualmente; entre las principales, taludes, laderas existentes, puntos de agua, botaderos y obras de drenaje próximos,

•Calicatas: •Ensayos de penetración: •Sondeos mecánicos: SPT, •Geofísica: G. sísmica, G. eléctrica, •Otros reconocimientos: Georradar, carga con placa.

Planificación de la campaña de reconocimientos

Es preciso conjugar la importancia de la carretera, la complejidad de los materiales que se van ha atravesar y unos gastos razonables. En condiciones normales, deben reconocerse los cortes hasta 5 m por debajo de la explanada, los rellenos entre un tercio y la mitad de su altura. En cuanto a las calicatas, la cifra de dos por km. debe considerarse como un mínimo sólo soslayable cuando se está absolutamente seguro de la uniformidad de las formaciones.

Planificación de la campaña de reconocimientos

En cuanto a apoyos de estructuras, cabe distinguir entre cimentaciones superficiales y profundas; por ello, en las campañas de reconocimiento de estructuras hay que conocer, de forma aproximada tanto la cimentación a disponer como sus dimensiones.

Ensayos y presentación de resultados

Sobre las muestras obtenidas en los reconocimientos se realizan diversos ensayos, que se clasifican en: •De identificación: 1° Básicos: granulometría,

plasticidad y composición química, 2° Complementarias: contenido de materia orgánico y equivalente de arena

•De caracterización del comportamiento: Proctor, CBR.

Los resultados de los reconocimientos debe incluirse de forma expresa en cualquier estudio separándolos claramente de las propiedades deducidas o inferidas.

Clasificación de los suelos y de las rocas

Consideraciones generales, Los suelos son el material primario para una proporción importante de las obras de carreteras. Únicamente las capas del firme, las estructuras y otras obras, como las escolleras de protección, se realizan con otros materiales. El suelo; Es un material formado predominantemente por partículas de rocas y minerales derivados de las rocas sin material cementante, pero con ciertas proporciones de aire, de agua y de materia orgánica.

Clasificación de los suelos y de las rocas

La necesidad de realizar ensayos sobre los suelos esta originado por el deseo de objetivar su caracterización cuantificando sus propiedades. Para que un ensayo de suelos sea bueno, debe cumplir con varias condiciones: •Sencillez, •Repetibilidad, •Reproducibilidad, •Bajo coste en relación con el material, •Debe referirse a una cualidad significativa,

Ensayos utilizados para clasificación de los suelos

Es más oportuno basar la medida de las propiedades de los suelos en ensayos sobre muestras alteradas. •Ensayos básicos de identificación: granulometría y

plasticidad (límites de Attemberg ), •Ensayos complementarios de identificación;

densidad natural, contenido de materia orgánica, contenido de sales, % de humedad,

•Ensayos de caracterización del comportamiento: el tratamiento más usual es la compactación, pero en ocasiones pueden hacerse otras, como la mejora de sus propiedades con adición de cemento o cal.

Propiedades de los suelos para su clasificación

Granulometría: Es la propiedad más característica de un suelo, comúnmente los identificamos como: grava, gravilla, arena, arcilla, limo, etc. En ingeniería, es necesario conocer la proporción en la que intervienen los distintos tamaños de las partículas en una porción de suelo (cuantitativo). El procedimiento consiste en determinar la proporción de masa retenido respecto al total de la muestra entre dos tamices consecutivos. Para partículas de tamaños inferiores se recurre a ensayos por sedimentación.


Granulometría: Serie ASTM: 1 1/2” – 3/4” – 3/8” – n.º 4 – n.º 8 – n.º 16 – n.º 30 – n.º 100 – n.º 200 Entre las propiedades que dependen de la granulometría se puede citar: •La porosidad. •La permeabilidad. •La resistencia a esfuerzos cortantes. Además existen dos indicadores que derivan de la curva granulométrica: •Coeficiente de uniformidad. •Coeficiente de curvatura.


Plasticidad: Posibilidad que presenta un suelo de ser moldeado sin fractura. Depende de su humedad y de la naturaleza de sus posibles componentes arcillosos. La cuantificación de la plasticidad se realiza mediante los límites de consistencia o de Attemberg, miden la plasticidad del suelo a través de las humedades que son necesarias para alcanzar dos estados de límites de consistencia: límites líquido (LL) y plástico (LP). Con ello se obtiene tres índices útiles para el estudio de los suelos: el índice de plasticidad (IP) y los de consistencia (Ic) y fluidez (If).

Suelos granulares y cohesivos

Suelos granulares: Provienen de la alteración física de las rocas. Esta alteración está en el origen de la forma de las partículas (redondeadas o angulosas). Contienen una proporción reducida de finos, por lo que la plasticidad es nula o muy baja. Dentro de los suelos granulares es posible distinguir, a su vez, entre gravas y arenas. La naturaleza de las partículas es variable; predominan las partículas de naturaleza silícea o caliza, pero también pueden ser de origen volcánico.


Suelos cohesivos: Están constituidos por minerales arcillosos constituidos por silicatos hidratados de aluminio (Al), hierro (Fe), magnesio (Mg) u otros metales con cationes metálicos: sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca). Caso particular de la Montmorillonita y caolinita. Limos: Son suelos finos formados por partículas normalmente entre 0.060 y 0.002 mm que no llegan a presentar plasticidad elevada, aunque si suelen ser algo plásticos. La erosión eólica tiene mucha importancia en su formación.


Se debe tener en cuenta, que en las explanaciones los suelos deben, proporcionar: •Una superficie de apoyo uniforme, •Capacidad de soporte suficiente, •Adecuada capacidad de drenaje, •No presente cambios de volumen por cambios de

humedad o por la helada, •Asientos nulos o muy pequeños bajo las acciones

procedentes del tráfico. Desde este punto de vista, los mejores son los suelos granulares con una baja proporción de finos.

Objetivos y características de las clasificaciones de suelos

Al abordar una obra de carreteras hay que estudiar los materiales existentes en los límites del eje probable de vía y en sus alrededores, determinando sus características y propiedades. Los diversos tipos de clasificaciones son muy útiles para evaluar de una forma aproximada, pero rápida y económica, las características y propiedades de los suelos afectados o utilizados en una obra.


Las clasificaciones mas utilizadas en la ingeniería civil, se basan principalmente en la granulometría y en la plasticidad de los suelos por haberse comprobado en la mayoría de los casos que las características que interesan en la construcción (resistencia, deformabilidad, compactibilidad, permeabilidad, etc.) están relacionados en una primera aproximación con dichas propiedades elementales.


Las características de un sistema de clasificación correcto deben ser las siguientes: •Ser claro y simple, •No tener zonas de indefinición (o un mínimo de

ellas), •Basarse en ensayos simples, •Considerar solo unos cuantos tipos distintos, •Estar basada en propiedades fundamentales.

Clasificación de los rocas para uso en carreteras

Las clasificaciones más empleadas son: la de alteración de la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas, la RMR (Bieniawski), y la SMR (Romana).

Compactación OBJETIVOS, Para que una carretera ofrezca al usuario unas condiciones de rodadura adecuada y permanente, todas las infraestructuras deben ser construidas de forma que se alcance su estabilidad volumétrica y una suficiente resistencia frente a las acciones. Estas acciones son: - Las cargas de tráfico, - El peso propio del firme y de los rellenos, que tiende a

consolidarlos, - El agua infiltrada, que a través de la variación de la

humedad a lo largo del tiempo, puede causar variaciones de resistencia y de volumen,

- Otros agentes climáticos (tales como una eventual inundación o la congelación del terreno)

Compactación Para lograr la estabilidad volumétrica pueden aplicarse diversos tratamientos, pero el que se adopta de forma generalizada, por su reducido costo y su efectividad, ES LA COMPACTACION. Su objetivo es que los materiales que forman la infraestructura no experimenten asientos irregulares por efecto de las acciones mencionadas, y resistan las solicitaciones indicadas con deformaciones permanentes admisibles. La compactación exige la aplicación de una energía mecánica a cada unidad de volumen del material; y su procedimiento constructivo sugiere que los materiales se extiendan por capas de espesor uniforme y se compacten mediante varias pasadas de máquinas pesadas (compactadores)

Compactación

Es una densificación rápida, por lo que tiene lugar únicamente una disminución de los huecos del suelo ocupados por aire; no se produce perdida de humedad. Este proceso debe resolver los problemas tecnológicos que aparecen en cada una de sus tres fases: - Materiales: basarse en la estimación de su

compactibilidad y en el establecimiento de unos criterios cuantitativos para decidir el grado de compactación.

- Maquinaria: establecer los detalles del proceso como: el espesor de las capas, el número necesario de pasadas y la humedad óptima de compactación.

- Compactación: Control para aceptar o rechazar la obra ejecutada.

Estructura del suelo

Componentes de un suelo: Los suelos están constituidos por un esqueleto de partículas sólidas con puntos de contactos entre ellas, pero también con huecos. En estos huecos o poros pueden existir aire y agua. Se trata de un sistema de tres fases: sólida, líquida y gaseosa, al que puede añadirse materia orgánica (que debe limitarse especialmente en suelos usados en carreteras). Las propiedades de los suelos dependen en gran medida de su humedad y de su contenido de huecos y porosidad. Los cambios en estas propiedades hacen variar muchas de sus características, como: resistencia a la deformación, permeabilidad y su capacidad de hinchamiento o de retracción.


El diagrama densidad – humedad: Para representar el estado del suelo se recurre a un diagrama que tiene en el eje de abscisas la humedad (tanto % en peso) y en ordenadas la densidad seca (la densidad del suelo cuando todos los huecos están ocupados por aire). Cuando el suelo se extiende, tiene una densidad y un contenido de humedad (suelo sin compactar); durante el proceso de compactación, las partículas de suelo se mueven y reorientan con una disposición cada vez más compacta, más densa, hasta alcanzar el estado final compactado (suelo compactado). En el proceso ha cambiado la densidad del material (tiene menos huecos), pero no se ha perdido ni añadido agua.


Grado de compactación: proporción alcanzada de una densidad de referencia obtenida con cada suelo en un ensayo normalizado de compactación. Se mide comparando la densidad seca alcanzada con la referencia, y el proceso se puede considerar satisfactorio cuando la densidad seca supera una cierta proporción de la referencia. La finalidad principal de la compactación no es alcanzar una densidad determinada, sino evitar asientos tras la puesta en servicio de la carretera, así como dotar al suelo de capacidad resistente e inalterabilidad

Variables en el proceso de compactación

Humedad de compactación: Curva típica humedad-densidad seca (para un suelo dado y una determinada energía de compactación). Energía de compactación: Un suelo granular alcanza mayores densidades secas con una compactación de tipo vibratorio, en tanto en un suelo fino y cohesivo se compacta mejor mediante compresión parcial con amasado (rodillos patas de cabra o neumáticos).


Tipo de suelo: Los suelos granulares bien graduados, con pocos finos de naturaleza poca plástica, presentan los mayores valores de las densidades secas máximas asociadas a humedades óptimas bajas (curva picuda). Los suelos arcillosos muy plásticos presentan valores de densidades más bajas y elevadas humedades óptimas (curva roma y tendida). Sucede lo mismo, con arenas uniformes, ciertos suelos limosos y suelos finos orgánicos, que son difíciles de compactar.


Clasificación AASHTO

Ensayo Proctor Densidad seca máx. (Kg/dm3)

Humedad óptima (%)

A-1 1.85-2.25 7-15 A-2 1.75-2.15 9-18 A-3 1.75-1.85 9-15 A-4 1.50-2.10 10-20 A-5 1.35-1.60 20-35 A-6 1.50-1.90 10-30

A-7-5 1.35-1.60 20-35 A-7-6 1.45-1.85 15-30

Tabla: Características generales de compactación de los distintos tipos de suelos

Los Ensayos Proctor

Historia: Hasta el segundo tercio del siglo XX se admitía como inevitable el asentamiento ulterior de las carreteras, ya que estas no se compactaban. En 1929, el Ingeniero R. R. Próctor inició una serie de estudios sobre la compactación de suelos y su aplicación, demostrando la relación humedad-densidad seca y también la influencia de la energía de compactación, proponiendo un ensayo normalizado de laboratorio.

Los Ensayos Proctor

En 1950, ante el aumento de las cargas por rueda de los vehículos pesados, el empleo de materiales con mayor tamaño máximo, la generalización de materiales granulares parcial o totalmente elaborados, el uso de mezclas con ligantes bituminosos y con conglomerantes hidráulicos, y el desarrollo de maquinaria pesada de compactación, el ensayo de laboratorio propuesto por R. R. Próctor se reveló como poco representativo de la situación real; por lo que el U.S. Army Corps of Ingeneers propuso un ensayo denominado próctor modificado, en el que se emplea un molde mayor y se aplica una mayor energía de compactación por unidad de volumen.

Los Ensayos Proctor

El ensayo Próctor normal: Para realizar un ensayo Próctor normal se utiliza un molde de 1,000 cm3 de capacidad con un collar y una base rígida. El molde, con el collar colocado, se llena con tres sucesivas capas de suelo y se apisona dando 26 golpes uniformemente distribuidos por cada capa con una maza de 2.5 kg y una altura de caída libre de 30.5 cm. Una vez compactada la última capa, se quita el collar y se enrasa el molde.

Los Ensayos Proctor

Un ensayo Próctor completo comprende la compactación de varias porciones de la misma muestra de suelo con diferentes humedades. De cada molde se obtiene la densidad húmeda y la humedad del suelo, con lo que puede dibujarse un punto de la curva humedad-densidad seca. Para trazar la curva y determinar la densidad máxima Próctor y la humedad óptima correspondiente son suficientes en general cuatro o cinco determinaciones. El ensayo Próctor modificado: El molde empleado tiene una capacidad de 2,320 cm3. Se llena el molde en 5 capas, con 60 golpes por capa de una mezcla de 4.54 kg y 45.7 cm de altura de caída.

Datos para el proyecto

Es importante obtener valores representativos de cada uno de los tipos de suelos empleados para cumplir los siguientes objetivos: 1.- Determinar correctamente el uso de los materiales.

Ubicar las zonas de la infraestructura donde puede ser empleado cada uno de los materiales obtenidos durante la excavación o procedentes de préstamos.

2.- Dar las especificaciones adecuadas de puesta en obra. 3.- Estimar la capacidad de soporte de cada capa. De

forma que el comportamiento estructural del conjunto, y en particular del firme y su cimiento, sea adecuado frente a las cargas de tráfico.

Datos para el proyecto

Por ello es necesario conocer para cada suelo: 1.- La densidad máxima de referencia, especificando si

esta referido al pretor normal o modificado. 2.- La humedad óptima y su relación con la humedad

natural, para saber si es necesario incrementar agua o desecar el material.

El control de obra

El control en obra debe realizarse fijándose en los valores medidos en el laboratorio de la propia obra. Los cambios que se producen debido a la variabilidad de los suelos hacen que los datos del proyecto no sean más que orientativos. Por ello, en la obra o en sus proximidades, debe disponerse de un laboratorio para realizar ensayos de compactación que permitan obtener los valores de referencia reales a cada momento. En obra no es frecuente que se compacte con la humedad óptima, sino con un valor próximo. Si este valor real es inferior al óptimo, se habla de compactar por el lado seco; y si, por el contrario, es superior, se compacta por el lado húmedo.

Capacidad de soporte de los suelos

Introducción, La superficie obtenida con las explanaciones, sobre las que se apoya la superestructura, se denomina explanada. Constituye el soporte directo del firme, por lo que debe tener una resistencia y una regularidad geométrica adecuada. En el proyecto del firme intervienen como factores fundamentales el tráfico previsto de vehículos pesados y las características resistentes del cimiento, representadas habitualmente por la capacidad de soporte de la explanada. Es aconsejable, al estudiar el cimiento del firme, centrar la atención en las últimas capas de la obra de tierra (típicamente de 0.50 a 1.00 mts superiores).


El comportamiento del firme depende en gran medida de las características de los suelos sobre los que se apoya. Por otro lado, las capas del firme deben distribuir las cargas de tráfico a fin de que las presiones que llegan a la explanada sean suficientemente reducidas para que no se produzcan deformaciones permanentes que se reflejarían inevitablemente en la superficie de rodadura. Por ello, la calidad del cimiento del firme influye directamente en las características y en los espesores de las capas del firme, cuya determinación es lo que se denomina dimensionamiento.


Se denomina capacidad de soporte del cimiento del firme a la resistencia a la deformación bajo las cargas de tráfico, que esta influenciado por los siguientes factores: - Resistencia al esfuerzo cortante de los materiales que

los constituyen, que depende de la densidad alcanzada y de su humedad de opuesta en obra.

- Humedad existente en cada momento. Por tanto, la capacidad de soporte de un determinado tramo, aun cuando el cimiento del firme este compuesto por los mismos materiales, será variable en el espacio y en el tiempo debido a la inevitable variabilidad de los suelos, de su grado de compactación y de su contenido de humedad.


En carreteras suele emplearse ensayos relativamente sencillos, como el del CBR (en laboratorio) y los ensayos de carga con placas (in situ). Las deformaciones impuestas al suelo son generalmente muy superiores a las que pueden producir las cargas de tráfico, las magnitudes de las cargas aplicadas no son iguales a las del tráfico y su velocidad de aplicación es mucho más lenta. Su utilidad reside en las correlaciones empíricas con el comportamiento del cimiento en muchas obras y por ello su empleo es prácticamente universal.


Evaluación en el laboratorio. El ensayo CBR, Porter propuso el ensayo CBR (California Bearing Ratio) en 1928 y fue puesto a punto en la División de Carreteras del Estado de California como parte de un método para el dimensionamiento de firmes flexibles. El U.S. Corps of Engineers lo adoptó durante la 2da Guerra Mundial para el proyecto de pistas de vuelo y calles de rodadura de aeropuertos. Siendo el ensayo más utilizado para estimar la capacidad de soporte de los suelos constitutivos de los cimientos de los firmes.


Se trata de un ensayo en el que el suelo se somete a la penetración de un vástago cilíndrico a una velocidad constante. El suelo compactado se sumerge en agua y en el proceso de saturación se mide, además, el eventual hinchamiento del suelo a medida que se satura. El resultado (índice CBR) es la capacidad de soporte del suelo comparado con la de una grava patrón, en porcentaje. El CBR es, pues, el porcentaje de la presión ejercida por un pistón sobre el suelo con relación a la presión ejercida por una muestra tipo cuando este pistón es introducido en la muestra de suelo con una velocidad de penetración constante.

Índice CBR del proyecto

Debe ser un valor que sea al mismo tiempo realista y conservador, de forma que el firme siempre tenga un cimiento de capacidad de soporte igual o superior a la considerada. Por ello, la determinación del índice CBR de proyecto de un suelo se realiza dibujando la curva densidad seca-CBR y representando los tres puntos correspondientes a 12, 30 y 70 golpes por capa (que aproximadamente representan aplicaciones del 20, el 50 y el 120% de la energía de ensayo de apisonado Próctor). En esta curva se entra en ordenadas con la densidad seca mínima exigida en obra para el material y se lee en abscisas el índice CBR correspondiente a esta densidad.

Índice CBR del proyecto Este CBR se considera como CBR de proyecto. A mayor índice CBR, mayor es la capacidad de soporte del suelo compactado.

Ensayo de carga con placa Los ensayos de carga con placa fueron desarrollados para evaluar la respuesta del terreno frente a las cargas en cimentaciones. Sin embargo, se extendieron a otros usos, y en particular a las carreteras, cuando se comprobó que era el único ensayo del material ya colocado (el único ensayo que valora realmente la obra realizada) y con una escala muy difícil de igualar en laboratorio. El ensayo empleado en carreteras consiste en la aplicación de unas ciertas cargas sobre una placa circular apoyada sobre la capa que se quiere evaluar, ya sea de relleno, de coronación o de firme. La relación presiones/asientos está evidentemente relacionada con la capacidad de soporte del material existente hasta una cierta profundidad (aquella afectada por el bulbo de presiones).

Deflectometro de impacto A finales del siglo XX, aparecen tres herramientas nuevas para la evaluación y el diseño de los cimientos de los firmes, que permiten: - Los programas de elementos finitos, predecir las

trayectorias de tensiones que sufren los elementos del cimiento.

- Los ensayos triaxiales cíclicos de materiales compactados, evaluar la respuesta de los materiales bajo cargas repetidas.

- Los deflectómetros de impacto, medir la respuesta de un cimiento real anta una solicitación dinámica.

La combinación de estos elementos puede modificar el diseño y evaluación de los cimientos de los firmes en el futuro próximo.

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