Estudios geológicos y geotécnicos aplicados a carreteras.

Los estudios geológicos y geotécnicos son de suma importancia para el diseño de carreteras, estos nos brindan las condiciones y restricciones que puede tener el terreno en estudio y permiten adoptar los parámetros adecuados para el diseño correcto de la vía.

Generalidades.

La ingeniería geológica es la aplicación de los conocimientos y métodos derivados de las diferentes ramas de la geología los problemas y procesos de la ingeniería civil. Obras humanas tales como presas, embalses, túneles, carreteras, aeropuertos, minas, y edificios altos o pesados se construyen en la forma mas satisfactoria cuando previamente se determinan las condiciones geológicas del terreno y se toman en consideración en el diseño y la construcción de estructuras. En la actualidad, más que en ningún tiempo pasado, se construyen mayores túneles, presas, aeropuertos para grandes aviones, cortes más profundos para autopistas y terraplenes de mayor altura. Para la seguridad en el diseño de estas obras gigantescas y para asegurar su estabilidad y mantenimiento, los ingenieros necesitan el consejo de geólogos competentes en rocas y suelos, propiedades físicas y químicas de las rocas, los minerales y los procesos geológicos que pueden afectarlas.

Los geólogos especialistas en ingeniería civil son consultados sobre la erosión producida por cambios en el curso de ríos que pueden socavar los estribos y pilares de puentes; los posibles daños por desprendimientos de rocas y deslizamientos de tierra en grandes cortes de carreteras; las fundaciones defectuosas en rocas o fallas activas en sitios de presas.

Una tarea importante de la geología es la interpretación de los mapas geológicos y topográficos y de las fotografías aéreas para suministrar información clave sobre zonas inaccesibles teniendo en cuenta los problemas que pueden presentarse si se emprende un determinado proyecto.

Hacer un estudio geológico para realizar el diseño de una carretera es muy importante por diferentes aspectos, por ejemplo nos indican la existencia de materiales que podemos utilizar, su distribución y accesibilidad, las propiedades de los suelos respecto del transito, características de los materiales en la superficie para estribos de puentes, etc.

Aspectos geológicos y geotécnicos a considerar.

Los estudios geológicos y geotécnicos deben considerar los siguientes aspectos para el diseño adecuado y construcción eficiente de carreteras:

a) En la conformación de terraplenes:

  • Conformación con suelos apropiados.
  • El material de los terraplenes tiende a consolidarse.
  • Es necesaria la compactación enérgica y sistemática.
  • Propiedades del terreno natural de cimentación.
  • Estabilidad de taludes.
  • Problemas de corrimientos o deslizamientos rotacionales.
  • Zonas de capa freática somera.

b) En cortes o desmontes:

  • Reconocimiento geotécnico adecuado.
  • Estabilidad de taludes.
  • Naturaleza de los materiales.

c) En explanadas:

  • Es apoyo para el firme.
  • El comportamiento del firme está ligado a las características resistentes de los suelos de la explanada.
  • El firme protege a la explanada de los agentes atmosféricos.
  • Capacidad soporte de la explanada adecuada.
  • Los suelos de la explanada deben seleccionarse con criterios más estrictos que para el resto del terraplén.


 

d) Otros problemas geotécnicos:

  • Zonas de turbas o de arcillas muy compresibles.
  • Zonas de nivel freático muy superficial.
  • Zonas de rocas alteradas.
  • Erosiones y arrastres de materiales en laderas.
  • Vados o zonas inundables.
  • Carreteras en la proximidad de ríos y arroyos.
  • Zonas de gran penetración de la helada.
  • Fallas geológicas.

Estudios a realizar.

Los estudios geológicos y geotécnicos se realizan para identificar las propiedades de:

  • El terreno como cimiento de la carretera y de sus estructuras.
  • La naturaleza de los materiales a excavar.
  • La incidencia sobre la estabilidad del terreno natural.
  • Las condiciones hidrológicas y de drenaje.
  • Los materiales a utilizar en las distintas capas del firme.

Los estudios geológicos y geotécnicos siguen una metodología que se detalla a continuación.

Estudios previos o informativos.

Los estudios previos permiten realizar una evaluación económica preliminar, comprobar la viabilidad técnica, y también generan la discusión de posibles soluciones a problemas estructurales. Se analizan los siguientes aspectos:

a) Geología de la zona.

  • Morfología.
  • Estratigrafía y Litología.
  • Tectónica.
  • Hidrología.

b) Características geotécnicas generales.

  • Clasificación cualitativa de los suelos.
  • Evaluación del terreno como cimiento.
  • Problemas geotécnicos de la zona.

e) Estudio de materiales.

  • Descripción geológica general.
  • Localización, descripción y características de los grupos litológicos.
  • Descripción y cortes de canteras y yacimientos granulares.

Anteproyecto

Permite hacer una descripción funcional, técnica y económica de la obra, además, identificar las zonas con problemas.

Se realiza el estudio geológico y geotécnico, definiendo las zonas homogéneas y diferenciando las zonas singulares como:

  • Terrenos peligrosos.
  • Importancia de las obras.
  • Escasez o dificultades de material de préstamo, yacimientos y canteras.

Proyecto.

En la etapa de proyecto, se determinan:

  • La sección tipo de explanaciones.
  • Desagües superficiales y drenajes subterráneos.
  • Prescripciones técnicas particulares relativas al empleo y puesta en obra de los materiales en terraplén y capas del firme.
  • Cimentación de las obras de fábrica.
  • Muros, obras de defensa, tuneles, etc.
  • En el proyecto, también se elaboración e identifican:
  • Planos, mapas y cortes geológicos y geotécnicos detallados.
  • Memoria de cálculo.
  • Reconocimiento geológico y geotécnico detallado.
  • Yacimientos y canteras.
  • Resistencia y deformabilidad de los suelos.
  • Estudio hidrológico detallado.
  • Planes de control de calidad, seguridad, higiene y medidas de protección ambiental.

Geología.

La geología es la ciencia que trata de la estructura del globo terráqueo, de la formación de las rocas y suelos y de la evolución de los mismos desde sus orígenes.

Los estudios geológicos determinan la geología superficial y de subsuelo de cualquier terreno. Mediante este análisis se obtiene la disposición de las capas geológicas, así como su litología, siendo posible obtener la siguiente información:

1. Estimación del porcentaje y clasificación de los materiales presentes en el subsuelo de una parcela pequeña o de grandes extensiones.

2. Información de la permeabilidad del terreno y circulación de aguas subterráneas que puedan afectar a Obras Civiles.

3. Obtención del grado de dificultad que se tendrá al ejecutar desmontes, y así garantizar la viabilidad de un proyecto futuro.

4. Información general del subsuelo y estructura del mismo.

Rocas.

Las rocas se clasifican en tres grandes grupos:

a) Rocas ígneas, son aquellas que se forman a partir de la solidificación del magma

b) Rocas sedimentarias, Son las que se originan por procesos posteriores de desintegración, producto de la erosión, depositadas en capas (sedimentos) al ser transportadas por agua o viento.

c) Rocas metamórficas, son aquellas que por procesos de recristalización, magmatismo, etc., se transforman en rocas de características diferentes.

La capacidad de carga (calidad) asignada a la roca, para el diseño o el análisis, debe reflejar el grado de alteración de los minerales debido al interperismo, la frecuencia de discontinuidades dentro de la masa rocosa y la susceptibilidad de deterioro cuando la roca es expuesta a la intemperie.

Uso de roca en carreteras.

La roca constituye un importante material de construcción en carreteras y es el material base para obras como:

  • Escolleras (puentes, accesos).
  • Revestimientos (muros de mampostería, pantallas, etc.).
  • Gaviones (canales, muros, pantallas).
  • Como material seleccionado natural o triturado para hormigones.
  • Para la conformación de Pavimentos flexibles: capa de rodadura, carpeta de mezcla asfáltica en caliente o frío, bermas, capa base conformada por suelos granulares triturados o semi triturados, y
    capa sub base constituida por suelos granulares seleccionados.

Estratigrafía.

Es la rama de la geología que trata del estudio de la secuencia en que se han depositado los estratos.

Tipos de estratificación:

  • Regular.
  • Lenticular.
  • Oblicua.
  • Ondulada.
  • Imbricada o torrencial.
  • Entrecruzada.
  • Zonada.
  • Caótica.
  • Concordante.
  • Discordante

Geología estructural.

Estudia la arquitectura de la tierra, tal como ha quedado conformada después de los movimientos de distinta magnitud a la que ha sido sometida.

Análisis e interpretación de las estructuras tectónicas en la corteza terrestre. Conocimiento de las fuerzas en la corteza que producen fracturamiento, plegamiento y
montañas. (Fallas-Pliegues-Orogénesis).

Se divide en tres grandes grupos:

  • El estudio de las unidades estructurales, locales y regionales.
  • El estudio de las unidades estructurales continentales o de amplitud mundial.
  • Los estudios de gabinete o laboratorio.

Fallas estructurales.

Son roturas de los estratos de roca a lo largo de las cuales las paredes opuestas se han movido entre ellas relativamente. Este movimiento se llama desplazamiento. El origen de estos movimientos son fuerzas tectónicas en la corteza terrestre, las cuales provocan roturas en la litosfera. Las fuerzas tectónicas tienen su origen en el movimiento de los continentes. Existen varios tipos de fallas, se presentan dos tipos principales: fallas con desplazamiento vertical y fallas con desplazamiento horizontal.

Geomorfología.

La geomorfología es la descripción e interpretación de las características del relieve terrestre.

A medida que los diferentes agentes erosivos actúan sobre la superficie terrestre, se produce una secuencia en las formaciones del relieve con características distintivas en los sucesivos estados de su desarrollo.

Geotecnia.

En términos generales, la ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que utiliza métodos científicos para determinar, evaluar y aplicar las relaciones entre el entorno geológico y las obras de ingeniería.

En un contexto práctico, la ingeniería geotécnica comprende la evaluación, diseño y construcción de obras donde se utilizan el suelo y los materiales de tierra.

A diferencia de otras disciplinas de ingeniería civil, que típicamente se ocupan de materiales cuyas propiedades están bien definidas, la ingeniería geotécnica se ocupa de materiales sub-superficiales cuyas propiedades, en general, no se pueden especificar.

Los pioneros de la ingeniería geotécnica se apoyaron en el "método de observación", para comprender la mecánica de suelos y rocas y el comportamiento de materiales de tierra bajo cargas. Este método fue mejorado con el advenimiento de instrumentación electrónica de campo, amplia disponibilidad de poderosas computadoras personales, y desarrollo de refinadas técnicas numéricas. Estas técnicas hacen ahora posible determinar con mayor precisión la naturaleza y comportamiento no homogéneo, no lineal y anisotrópico de materiales de tierra para su aplicación a obras de ingeniería.

El investigador geotécnico Terzaghi sostenía que: "La magnitud de la diferencia entre el comportamiento de suelos reales bajo condiciones de campo, y el comportamiento pronosticado con base en la teoría, solo puede conocerse mediante la experiencia en el campo".

Mediante la geotecnia se podrán identificar riesgos naturales, como son suelos y minerales de roca expansivos, taludes naturales y artificiales inestables, antiguos depósitos de relleno y posibles fallas que tenga el terreno.

Las fallas se relacionan con la licuación de los suelos durante los terremotos, presión hidrostática baja, daños en estructuras causados por el, agua debido a la elevación del nivel freático, desestabilización de las cimentaciones por socavación o desbordamientos y erosión por oleaje en diques y presas de tierra.

Riesgo de deslizamientos.

Los deslizamientos se producen casi siempre en áreas con relieves topográficos grandes, que se caracterizan por tener rocas sedimentarias relativamente débiles (pizarras, lutitas y otras) o depósitos de suelo hasta cierto punto impermeables que contienen estratos portadores de agua intercalados. En estas circunstancias los deslizamientos que ocurrieron en el pasado geológico, sean o no activos en la actualidad, representan un riesgo importante para proyectos ubicados al pie o en las faldas de montes y colinas. En general, es muy peligroso construir en áreas de deslizamientos potenciales y, si existen alternativas de reubicación o de estabilización, se debe adoptar alguna de estas.

Se requieren estudios geológicos detallados para evaluar el potencial de deslizamientos y se debe remarcar la detección de las áreas de antiguos deslizamientos.

Entre los procedimientos que tienden a estabilizar un deslizamiento activo, o a proveer una estabilidad continua a una zona de deslizamientos antiguos, se encuentran:

1. Excavar en el origen de la masa deslizante, para disminuir la fuerza de empuje.

2. Drenar el subsuelo con el objeto de deprimir los niveles piezométricos a lo largo de la superficie del deslizamiento potencial.

3. Construir muros de contención al pie de la masa del deslizamiento potencial que impida su movimiento.

Dentro del campo de la factibilidad económica, por lo general es muy baja la confiabilidad de estos o de cualquier otro procedimiento para estabilizar zonas de deslizamientos activos u antiguos cuando la masa es muy grande.

En terrenos inclinados donde no se hayan detectado deslizamientos previos, se debe tener cuidado de reducir la posibilidad de deslizamiento de los rellenos superpuestos al remover el material débil o potencialmente inestable, al formar terrazas y enclavar los rellenos en materiales firmes y (lo más importante) al instalar sistemas efectivos de drenaje del subsuelo. Las excavaciones que resultan en un incremento en la inclinación de las pendientes naturales son potencialmente dañinas y no se deben realizar. Se recomienda encauzar y colectar el agua superficial con el fin de evitar la erosión y la infiltración.

Reconocimiento geotécnico.

Todo estudio geotécnico debe iniciarse con un reconocimiento detallado del terreno a cargo de personal experimentado. El objetivo de este reconocimiento es contar con antecedentes geotécnicos previos para programar la exploración.

Mediante la observación de cortes naturales y/o artificiales producto de la erosión o deslizamiento será posible, en general, definir las principales unidades o estratos de suelos superficiales.

Especial importancia debe darse en esta etapa a la delimitación de zonas en las cuales los suelos presentan características similares y a la identificación de zonas vedadas o poco recomendables para emplazar construcciones, tales como zonas de deslizamiento activo, laderas rocosas con fracturamiento según planos paralelos a la superficie de los cortes, zonas pantanosas difíciles de drenar, etc.

Este reconocimiento se puede efectuar por vía terrestre o por vía aérea dependiendo de la transitividad del terreno.

El programa de exploración que se elija debe tener suficiente flexibilidad para adaptarse a los imprevistos geotécnicos que se presenten. No existe un método de reconocimiento o exploración que sea de uso universal, para todos los tipos de suelos existentes y para todas las estructuras u obras que se estudian.

Generalmente se ejecutan pozos distanciados entre 250 a 600 metros, aparte de los que deban ejecutarse en puntos singulares. Pueden realizarse pozos más próximos si lo exige la topografía del área, naturaleza de la deposición o cuando los suelos se presentan en forma errática. Así mismo deben delimitarse las zonas en que se detecten suelos que se consideren inadecuados.

Programa de prospección geotécnica.

Se debe realizar un programa de prospección geotécnica que sigue la siguiente secuencia:

a) Exploración de suelos.

  • Mediante sondeos.
  • Mediante pozos a cielo abierto para: Estudio de la subrasante, estudio de yacimientos, estudio de canteras, estudio de puentes, prestamos laterales, fundaciones de obras de arte, etc. La distancia entre pozo y pozo estará de acuerdo a las características observadas del suelo.
  • Las muestras serán tomadas desde 0,40 cm, hasta 2,00 mts de profundidad, habiendo quitado previamente una capa de 20 cm, de espesor o de acuerdo al espesor de la capa vegetal.

b) Ensayos de laboratorio.

  • Ensayos de humedad.
  • Análisis granulométrico.
  • Ensayos de plasticidad.
  • Ensayos de densidad.
  • Ensayos de corte.
  • Ensayos de compactación.
  • Ensayo C. B. R.

Suelos.

Son un conjunto de partículas que en su origen producto de la alteración química o de la desintegración mecánica de un macizo rocoso, el cual ha sido expuesto a los procesos de interperismo. Posteriormente, los componentes del suelo pueden ser modificados por los medios de transporte, como el agua, el viento y el hielo, también por la inclusión y descomposición de materia orgánica. En consecuencia, los depósitos de suelo pueden ser conferidos a una clasificación geológica, al igual que una clasificación de sus elementos constitutivos.

Tipos de suelo.

La clasificación de un depósito de suelo, con respecto a la forma de deposición y su historia geológica, es un paso importante para entender la variación en el tipo de suelo y de esfuerzos máximos impuestos sobre el depósito desde su formación.

La historia geológica de un depósito de suelo puede también ofrecer valiosa información sobre la rapidez de deposición, la cantidad de erosión y las fuerzas tectónicas que pueden haber actuado en el depósito después de la deposición.

Los diferentes tipos de suelo existentes son:

  • Aluviales: los que se encuentran en ríos, quebradas.
  • Coluviales: se encuentran en las laderas de los cerros.
  • Morrénicos: resultados de procesos glaciales.
  • Orgánicos: bofedales, turbas

Identificación de suelos.

El problema de la identificación de los suelos es de importancia fundamental; identificar un suelo es, en rigor, encasillarlo en un sistema previo de clasificación.

La identificación permite conocer las propiedades mecánicas e hidráulicas del suelo, atribuyéndole las del grupo en que se sitúe, además nos permite conocer las características del suelo en conjunto y en estado natural ya que la identificación es en campo.

Para identificar los suelos en campo existen diferentes factores, de los cuales podemos mencionar:

a) Dilatáncia.

En esta prueba, una pastilla en el contenido de agua necesario para que el suelo adquiera una consistencia suave, pero no pegajosa, se agita alternativamente en la palma de la mano, golpeándola contra la otra mano, manteniéndola apretada entre los dedos.

Un suelo fino, no plástico, adquiere con el anterior tratamiento, una apariencia de hígado, mostrando agua libre en su superficie, mientras se le agita, en tanto que al ser apretado entre los dedos, el agua superficial desaparece y la muestra se endurece, hasta que, finalmente empieza a desmoronarse como un material frágil, al aumentar la presión. Si el contenido de agua de la pastilla es el adecuado, un nuevo agitado hará que los fragmentos, producto del desmoronamiento vuelvan a constituirse. Cambia su consistencia, con lo que el agua aparece y desaparece se define la intensidad de la reacción que indica el carácter de los finos del suelo.

b) Tenacidad.

La prueba se realiza sobre un espécimen de consistencia suave, similar a la masilla. Este espécimen sé rola hasta formar un rollito de unos 3 mm. de diámetro aproximado, que se amasa y vuelve a rolar varias veces. Se observa como aumenta la rigidez del rollito a medida que el suelo se acerca al límite plástico.

Sobrepasado el límite plástico, los fragmentos en que se parte el rollito se juntan de nuevo y amasan ligeramente entre los dedos, hasta el desmoronamiento final.

e) Resistencia en estado seco.

La resistencia de una muestra de suelo, previamente secado, al romperse bajo presiones ejercidas por los dedos, es un índice del carácter de su fracción coloidal.

Los limas exentos de plasticidad, no presentan ninguna resistencia en estado seco y sus muestras se desmoronan con muy poca presión digital. Las arcillas tienen mediana y alta resistencia al desmoronamiento por presión digital.

d) Color.

En exploraciones de campo el color es un dato útil para diferenciar diferentes estratos y para identificar tipos de suelo, cuando se posee la experiencia necesaria. Como datos se tiene que por ejemplo: el color negro indica la presencia de materia orgánica, los colores claros y brillosos son propios de suelos inorgánicos.

e) Olor.

Los suelos orgánicos tienen por lo general un olor distintivo, que puede usarse para identificación; el olor es particularmente intenso si el suelo esta húmedo, y disminuye con la exposición al aire, aumentando por el contrario, con el calentamiento de la muestra húmeda.

Clasificación de suelos.

La clasificación de los suelos, basada en las pruebas físicas u otras informaciones, representan grupos en los que todos los suelos de características similares pueden ser clasificados.

Una vez que un suelo ha sido clasificado, sus propiedades mecánicas podrán ser predichas a partir del comportamiento conocido de otros suelos del mismo grupo; muchos sistemas de clasificación han sido propuestos y han sido muy útiles para sus propósitos. La granulometría ofrece un estudio sencillo para clasificar suelos. El sistema más efectivo de clasificación de suelos es el propuesto por Casa Grande y conocido con el nombre de "Sistema Unificado de Clasificación de suelos".

Para la clasificación de suelos, se pueden indicar las siguientes recomendaciones:

  • Los sistemas de clasificación, son principalmente medios convencionales para designar en rango de suelos, cuyas principales características (Plasticidad y Granulometría) son semejantes.
  • Los sistemas de clasificación, dan buen resultado cuando están apoyados, sobre todo, en la experiencia local, es decir, que para cada región o zona geográfica, se han fijado limitaciones para cada tipo de suelo.
  • Independientemente de clasificar un determinado tipo de suelo, es más importante someter al suelo a ensayos que representan su funcionamiento en las condiciones más rigurosas posibles.
  • Para la clasificación de suelos a emplearse en terraplenes o a utilizarse como sub-rasantes de caminos, aeropuertos y presas de tierra, en los Estados Unidos, se ha generalizado el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.
  • También tiene mucha utilización el sistema de clasificación de suelos de la AASHTO, para caminos y el de la F.F.A.A., para aeropuertos.

a) Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS).

El sistema clasifica a los suelos finos principalmente con base en sus características de plasticidad cuya correlación con las propiedades mecánicas básicas es confiable y consistente.

b) Sistema de clasificación AASHTO.

En este sistema de clasificación se consideran en general suelos de tipo granulares y limosos-arcillosos, dentro de los cuales existen subdivisiones que están relacionadas con el tamaño de las partículas del suelo, el límite líquido, índice de plasticidad e índice de grupo.

La AASHTO clasifica a los suelos de la siguiente manera:

Materiales granulares
(35 % o menos pasa el tamiz N°200)

A – 1, A – 2, A - 3

Materiales Limo - Arcillosos
(mas del 35% pasa el tamiz N°200)

A – 4, A – 5, A – 6, A - 7

Índice de grupo.


 

Donde se toman en cuenta los siguientes parámetros:

a, Si % que pasa el tamiz N°200 es 75% ó mas se anota: a = 75 - 35 = 40

a, Si % que pasa el tamiz N°200 es 35% ó menos se anota: a = 35 - 35 = 0

b, Si % que pasa el tamiz N°200 es 55% ó mas se anota: b = 55 - 15 = 40

b, Si % que pasa el tamiz N°200 es 15% ó menos se anota: b = 15 - 15 = 0

C, Si LL
es 60 ó mas, se anota: c = 60 - 40 = 20

C, Si LL
es 40 ó menos se anota: c
= 40 - 40 = 0

d, Si el lP es 30 ó mas se anota: d = 30 - 10 = 20

Ensayos de suelos.

Existe una amplia variación en las características de los diferentes suelos y las propiedades mecánicas de cada suelo individual se ven afectadas por su contenido de humedad y su densidad. Un número de pruebas físicas ha sido desarrollado para medir las condiciones mecánicas de los suelos, describiéndose brevemente a continuación las más comunes de ellas.

Granulometría.

Los ensayos de granulometría tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño. La distribución de las partículas con tamaño superior a 0.075 se determina mediante tamizado, con una serie de mallas normalizadas.

Para partículas menores que 0.075mm, su tamaño se determina observando la velocidad de sedimentación de las partículas en una suspensión de densidad y viscosidad conocidas. El análisis granulométrico es necesario para la identificación de un suelo y permite establecer una clasificación primaria dentro de unos grupos amplios, con propiedades generales análogas. En la denominación de un suelo intervienen en primer lugar el nombre de la fracción predominante, según el tamaño de las partículas gruesas, o las propiedades físicas de las partículas finas.

Limites de Atterberg o de consistencia.

Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido.

El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse.

Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo. El contenido de agua, en porcentaje, en el que la transición de estado sólido a semisólido tiene lugar, se define como el Límite de Contracción. El contenido de agua en el punto de transición de estado semisólido a plástico es el Limite Plástico, y de estado plástico a líquido es el Límite Líquido. Estos límites se conocen también como Limites de Atterberg.

Ensayo de compactación.

La compactación es la densificación del suelo por remoción de aire, lo que requiere energía mecánica. El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso específico seco. Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación, esta actúa como un agente ablandador de las partículas del suelo, que hace que se deslicen entre si y se muevan a una posición de empaque más denso. El peso específico seco después de la compactación se incrementa primero conforme aumenta el contenido de agua.

Más allá de un cierto contenido de agua, cualquier incremento en el contenido de agua tiende a reducir el peso específico seco, debido a que el agua toma los espacios que podrían haber sido ocupados por las partículas sólidas. El
contenido de agua bajo el cual se alcanza el máximo peso específico seco se llama contenido de agua óptimo.

Si se dibuja un grafico con las humedades como abscisas y los pesos específicos secos como ordenadas, se identificara que hay una determinada humedad, llamada humedad optima, para la cual el peso específico seco es máximo, para el método particular de compactación que se haya usado. En un suelo determinado, cuanto mayor es el peso específico seco, menor es la relación de vacíos, cualquiera sea la humedad; así pues, el peso específico seco máximo es justamente otra manera de expresar la relación de vacíos mínima o la porosidad mínima.

Para una humedad determinada, la compactación perfecta eliminaría todo el aire del suelo y produciría saturación. Si los pesos específicos secos correspondientes a la saturación con diferentes humedad es, resultara en una curva que cae completamente sobre la primera; esta curva se conoce con el nombre de curva de saturación total y representa los pesos específicos teóricos que se obtienen por una compactación perfecta con diferentes humedades.

Para las pruebas de compactación se han establecido un número de normas arbitrarias para determinar las humedades óptimas y los pesos específicos máximos, que representan las diferentes energías de compactación, tal como se aplican con el equipo mecánico empleado en la construcción con suelo. La prueba de laboratorio usada generalmente para obtener el peso específico seco máximo de compactación y el contenido de agua optimo es la prueba Proctor de compactación, ya sea esta la Proctor Estándar (ASTM 0-698, AASHTO T-99 British Standard 1377); o la Proctor Modificada (ASTM 0-1557, AASHTO modificada).

Ensayo C.B.R. (California Bearing Ratio).

El ensayo se debe a Porter (1928) y fue puesto a punto en la división de carreteras del Estado de California para el dimensionamiento de paquetes estructurales flexibles.

El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo, simplemente como "Relación de soporte" y esta normado con la sigla ASTM-D. Es un ensayo de penetración o punzonamiento, midiéndose adicionalmente el eventual hinchamiento del suelo al sumergirlo durante 4 días en agua.

Se aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos materiales de sub - bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que la fracción no exceda del 20%.

Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este último no es muy practicado. El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kg./cm2 ( o libras por pulgadas cuadrada psi), necesarios para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros cuadrados), dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado, en ecuación, esto se expresa como:


 

     Valores de carga unitaria

Penetración 

Carga unitaria patrón 

mm. 

Pulgada

MPa.

Kg. /cm2

Psi.

2.54

5.08

7.62

10.62

12.7 

0.1

0.2

0.3

0.5

0.6 

6.90

10.30

13.10

15.80

17.90 

70.00

105.00

133.00

162.00

183.00 

1000

1500

1900

2300

2600 

El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente tabla muestra una clasificación típica:

Tipo de suelo en función al CBR


 

CBR 


 

Clasificación General 


 

Usos 

Sistema de Clasificación

Unificado 

AASTHO 

0 – 3 

Muy pobre 

Subrasante

OH, CH, MH, OL.

A5, A6, A7.

3 – 7 

Pobre

Subrasante

OH, CH, MH, OL.

A4, A5, A6, A7.

7 – 20 

Regular

Sub base

OL, CL, ML, SC.

A2, A4, A6, A7.

20 – 50 

Bueno 

Base, Sub base 

GM, GC, W, SM 

A1b, A2-5, A3 

   

SP, GP 

A2-6 

>50 

Excelente 

Base 

GW, GM 

A1-a, A2-4, A3 

Existen algunos métodos de diseño de pavimentos en los cuales se emplean tablas utilizando directamente el número CBR y se obtiene el espesor de las capas del paquete estructural.

Con el valor del CBR se puede clasificar el suelo usando la tabla siguiente:

Clasificación de la subrasante

CBR

Clasificación

0 – 5  

Subrasante muy mala

5 – 10  

Subrasante mala

10 – 20

Subrasante regular a buena

20 – 30

Subrasante muy buena

30 – 50

Sub base buena

50 – 80

Base Buena

80 – 100

Base muy Buena

El informe final del ensayo deberá incluir además del CBR determinado, la curva de presión-penetración, la humedad, peso específico y densidad natural del suelo ensayado, antecedentes que pueden obtenerse del suelo inmediatamente vecino al que afectó el ensayo del CBR.

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