Exploracion de Campo

DISEÑO MODERNO DEPAVIMENTOS

SUELO DE FUNDACION

Definición de suelo y roca• En Ingeniería de pavimentos se considera como

roca a un agregado natural de granos minerales,unidos por grandes y permanentes fuerzas decohesión. Por otra parte, se considera que suelo esun agregado natural de granos minerales, con o sincomponentes orgánicos, que pueden separarse pormedios mecánicos comunes, tales, como laagitación en agua. Al igual que en la casi totalidadde aplicaciones de la Mecánica de Suelos, losmateriales que se eligen para la fundación depavimentos, son de dos tipos claramentediferenciados.

Pavimentos y suelos de fundaciónLos que se denominan materiales gruesos(arenas, gravas, fragmentos de roca, etc.)constituyen el primer grupo, el segundo grupoestá formado por los suelos finos, cuyoarquetipo son los materiales arcillosos. Esconocida la gran diferencia de comportamientoque tienen ambos grupos de suelos, respecto asus características de resistencia y deformación,estas diferencias ocurren por la naturaleza y laestructura intima que adoptan las partículas

Pavimentos y suelos de fundaciónindividuales o sus grumos, los suelos finos formanagrupaciones compactas y bien familiares, encambio los suelos gruesos adoptan formasvaporosas con grandes volúmenes de vacíos y ligaspoco familiares en el caso de los finos. En lossuelos gruesos tales como las arenas y las gravas, ladeformación del conjunto por efecto de cargasexternas, sólo puede tener lugar, por acomodobrusco de partículas menores en los huecos quedejan entre sí las mayores, , o por ruptura ymolienda de sus partículas. La expansión de suelosgruesos, es un fenómeno que para efectos

Pavimentos y suelos de fundaciónprácticos no se considera en el diseño de

carreteras. La estabilidad de los suelos gruesosante la presencia del agua es grande, si seprescinde de la posibilidad de arrastres internos departículas menores por efecto de la circulación decorrientes de agua interiores, efecto querelativamente es poco común en las carreteras. Portanto, si el suelo grueso está constituido porpartículas mineralógicamente sanas, su resistenciaal esfuerzo cortante es grande, y está basada enmecanismos de fricción interna de sus partículas, oen la resistencia que oponen esas partículas adeslizarse unas con respecto a otras, dependiendopor tanto de la fricción interna y de su dureza.

Pavimentos y suelos de fundaciónPara cualquier solicitación se cumple que a mayorpresión ejercida sobre el conjunto de partículas por lascargas exteriores, la resistencia del conjunto crece, talcomo establecen las leyes de fricción. Evidentemente,cualquier aumento en la compacidad del conjunto traeconsigo un aumento en su resistencia intrínseca y alreacomodo. En caso de producirse algún deslizamiento oreacomodo entre partículas, debido a elevadosesfuerzos, la deformación ocasionada es de magnitudrelativamente pequeña. Un material de esta naturalezabien compactado, adquiere características de resistenciay difícil deformabilidad, permanentes en el tiempo y muypoco dependientes del contenido de agua que elmaterial adquiera con el transcurso del tiempo. Estascaracterísticas son favorables para el desempeñoestructural de las carreteras.

Pavimentos y suelos de fundaciónEl caso de los suelos finos arcillosos, su tendencia aadoptar estructuras internas abiertas, con alto volumende vacíos, hace que estos suelos tengan una capacidad dedeformación mucho más alta. Si se ejerce presión sobresuelos finos saturados se puede ocasionar un fenómenode consolidación, que induce al agua acumulada entresus partículas a salir del conjunto, produciendo unareducción del volumen que originará deformaciones delconjunto, las que afectarán la estabilidad del pavimento.En los suelos finos parcialmente saturados, la presiónexterna produce deformaciones que disminuyen losvacíos, comunican presión al agua interior, que sedesplazará hacia el exterior, ocasionando deformacionesvolumétricas grandes.

Método de exploración de campo• El estudio de la naturaleza y propiedades de los suelos

es muy interesante, pues constituyen una proporciónimportantísima del terreno en el cual ha de trabajar elingeniero al construir los caminos.

• Considerando que se debe de realizar un trabajo serioy técnico, es necesario realizar la exploración del lugar,como parte de las investigaciones geotécnicas, elmismo que involucra aspectos de geología y mecánicade suelos.

• Del tamaño y tipo del proyecto, dependerán lasconsideraciones del programa de exploración,tomando en cuenta en la evaluación las condiciones deejecutabilidad del mismo.

Etapas de exploración de campoEtapas de exploración de campo• Trabajos preliminares de gabinete: Es la recopilación de la

información del lugar como mapas, fotografías, estudiosanteriores, etc.

• Exploración detallada del sitio y muestreo: Levantamientoestratigráfico y mineralogía de los estratos rocosos ycondiciones del subsuelo, mediante la ejecución de calicatas,se identifican los estratos que conforman la subrasante.

• Pruebas de laboratorio con las muestras: Ensayos conmuestras alteradas y no alteradas representativas de laestatigrafia.

• Ensayos in situ: Ensayos llevados a cabo en el propio lugar, yasea antes o durante el proceso de construcción.

• Reporte de resultados: Detalle de estudio geológico, perfilestratigráfico, resultados de las pruebas de laboratorio coninterpretaciones.

Análisis mecánico del suelo• Es la determinación del rango del tamaño de partículas presentes

en un suelo expresado como un porcentaje de peso (o masa) secototal. Se usan dos métodos para encontrar la distribución detamaño de las partículas de suelo:1) Análisis por cribado2) Análisis hidrométrico

Análisis por cribado.• Consiste en sacudir la muestra de suelo a través de un conjunto de mallas

que tienen aberturas progresivamente mas pequeñas.• Este método permite separar las partículas mayores de 0.075mm.Análisis hidrométricoSe basa en los principios de la sedimentación de granos de suelo en el agua.

Cuando un espécimen de suelo se dispersa en agua, las partículas seasientan a diversas velocidades, dependiendo de sus formas, tamaños ypesos.

Tamaño de las mallas

Exploración y muestreo de suelos y rocasEtapas de los trabajos de campo:

• Exploración y muestreo preliminar.- su objetivo es obtener en elcampo la información que permita determinar las característicasgeotécnicas de las rocas o suelos que constituyen el sitio explorado;tales características son:

Origen y clasificación geológicas de rocas y suelos Secuencia de los estratos o capas de suelos o rocas (estratigrafía). Clasificación geotécnica de los materiales de cada estrato. Estructura y consistencia natural de los materiales de cada estrato. Estructura y consistencia natural de los materiales de cada estrato. Posición del nivel freático.

Calicatas

CalicatasConsisten en excavaciones realizadas mediantemedios mecánicos convencionales, permiten lainspección directa del suelo que se desea estudiary, por lo tanto, es el método de exploración quenormalmente entrega la información másconfiable y completa, así como la toma demuestras y la realización de ensayos.Permiten acceder directamente al terreno,pudiéndose observar y tomar muestrasrepresentativas para la realización de ensayos yanálisis. Las calicatas son uno de los métodos masempleado en el reconocimiento de los terrenos,cuenta con las siguientes limitaciones:

CalicatasLa profundidad no suele exceder los 4m.La presencia de agua limita su utilidad.El terreno debe poderse excavar con mediosmecánicos.Para su ejecución es imprescindible cumplir lasnormas de seguridad.Los resultados del reconocimiento se registran enestadillos en los que se indica la profundidad,continuidad de los diferentes niveles, descripciónlitológica, discontinuidades, presencia defiltraciones, situación de las muestras tomadas yfotografías.

CalicatasLos elementos y propiedades mas característicos adefinir en el estudio de los distintos horizontes queforman un suelo son los siguientes:Espesor del horizonteLimites entre horizontescolor predominanteDrenaje y condiciones de humedadFragmentos rocosos; contenido, tamaño y forma de lapedregosidadRaíces: contenido, tamaño, forma y profundidadPresencia de salesTextura, estructuraConsistencia: compacidad, plasticidad, adherencia,friabilidad y dureza.

Exploración y muestreo de suelos y rocasEtapas de los trabajos de campo:

• Muestreo final y prueba de campo.- Para verificar ycomplementar los resultados de la etapa preliminar delestudio geotécnico es necesario obtener muestrasrepresentativas de cada estrato de roca o suelo, con las cualesse pueda definir la textura, la estructura y la consistencia ocompacidad naturales de sus materiales constitutivos.

Estratigrafía del sitio Clasificación geotécnica de los suelos que forman cada

estrato. Compacidad relativa o consistencia de cada tipo de suelo

identificado en el perfil estratigráfico. Resistencia al esfuerzo cortante, compresibilidad y

permeabilidad de los suelos de cada estrato.

Obtención de muestras

• La toma u obtención de muestras es el procedimiento queconsiste en recoger partes, porciones o elementosrepresentativos de un terreno, a partir de las cuales serealizará un reconocimiento geotécnico del mismo.Las muestras son porciones representativas del terrenoque se extraen para la realización de ensayos delaboratorio. Según la forma de obtención, puedenclasificarse de forma general en dos tipos:

• Muestras alteradas: conservan sólo algunas de laspropiedades del terreno en su estado natural.

• Muestras inalteradas: conservan, al menos teóricamente,las mismas propiedades que tiene el terreno "in situ".

Muestras obtenidas en Calicatas• Muestras alteradas:

Se toman de trozos de suelo arrancado por la pala excavadora,introduciéndolo en bolsas. Si se pretende obtener la humedaddel terreno, puede guardarse la muestra en un recipienteestanco, o parafinarla.

• Muestras inalteradas:Requieren una limpieza superficial previa a la toma de lamuestra, y un parafinado posterior de las caras de la muestra, enlas que el suelo queda en contacto con el exterior. Pueden ser:- En bloque: tallando a mano un bloque aproximadamentecúbico, con dimensiones superiores a 15 ó 20 cm. La calidad deesta muestra es excelente.- Cilíndrica: mediante la hinca por golpeo manual de un tomamuestras cilíndrico de diámetro no menor de 15 cm.

Muestras obtenidas en Sondeos• Muestras alteradas:

Obtenidas de trozos de testigo o de muestras de ensayo SPT.Análogamente al caso de muestras alteradas obtenidas encalicatas, se tienen en cuenta las mismas consideraciones.

• Muestras inalteradas:Se consiguen mediante tomamuestras adecuados. Los másutilizados son los tomamuestras abiertos de pared gruesa y eltomamuestras de pared delgada o Shelby. También, en suelos muysensibles a la alteración inherente a la maniobra, puede utilizarseel tomamuestras de pistón de pared gruesa o delgada.El utilizado con mayor frecuencia es el primero de los citados.Consta de un tubo cilíndrico de pared gruesa dotado de una zapataseparable. El resto del tubo es bipartido (por dos generatrices),para la extracción posterior de la muestra una vez tomada

Métodos de muestreo alterado

• Herramientas manuales: la barrena helicoidaly la pala posteadora son adecuados paraaquellos casos en la que profundidad deexploración sea menor de unos 12m. Conestas herramientas se obtienen muestrasalteradas de arenas, limos, arcillas o mezclasde estos, que no contengan gravas cantosrodados o estén endurecidos por cementaciónde sus partículas.


• Perforación con chiflón y ademe: Consiste enhincar, a golpe, mediante un martillo de caídalibre que se mueve a lo largo de una guía, untubo cuyo diámetro interior es de 7.5cm a15cm, provisto en su extremo inferior de unazapata afilada, de acero endurecido. Despuésque se ha hincado un tramo de tubo deademe, se procede a introducir en él unabarra de perforación o tubo para aguareforzado, que lleva en el extremo inferior


un trepano, a manera de cincel, previsto deagujeros por donde circula el agua a granvelocidad y presión y, mediante movimientosascendentes y descendentes alternados de labarra, acompañados de pequeños giros, se vaaflojando y extrayendo el material. Esteprocedimiento permite hacer perforacioneshasta 50.0m de profundidad y es utilizableprácticamente en todo tipo de suelos.


• Prueba de penetración dinámica estándar:Después de limpiar el interior del ademe hastasu extremo inferior, se obtiene muestrasalteradas del suelo hincando a golpe un tubomuestreador, conocido como penetrómetroestándars. Una canastilla de laminillas deacero colocada en la zapata del muestreador yuna funda interior de polietileno permiteretener muestras de suelo de cualquier tipo


que penetren al tubo; el polietileno sirvetambién de envoltura y protección a lasmuestras de suelo contra pérdida de aguadespués de extraerlas. Se obtiene así un índicede penetración estándar, expresado por elnúmero de golpes del martillo, N, necesariospara hincar 30.00 cm intermedios del tubomuestreador.

Métodos de muestreo inalterado• Pozos a cielo abierto: Muestras inalteradas de la

mejor calidad se obtienen excavando pozos acielo abierto, con sección cuadrada o circular de1.50m a 2.0m por lado o diámetro hastaprofundidades de 5.0m a 10.0m, si el nivelfreático se encuentra a mayor profundidad.Permite obtener la siguiente información:La observación al detalle de la estratigrafía y la

clasificación geológica y geotécnica de cadaestrato

Métodos de muestreo inalterado

Obtención de muestras inalteradas labradasdirectamente de cada uno de los estratos; lasmuestras pueden ser de forma cúbica, de20cm por lado o cilíndricas de 20cm dediámetro.Cuando no se pueden labrar buenas muestras

por falta de cohesión del suelo, o por lapresencia de gravas grandes o cantos rodados,puede ser necesario utilizar en el sitio pruebas


mecánicas de gran tamaño para determinar laresistencia al corte y la compresibilidad deesos materiales.

• Muestreo inalterado de suelos finoscohesivos: En los suelos finos cohesivos, comoson: las arcillas, las arcillas limosas o arenosaso mezclas de arena, limo y arcilla quecontienen mas del 20% de finos plásticos,pero no contienen grava, pueden obtenerse


muestras inalteradas de calidad satisfactoriaempleando muestreadores tubulares de pareddelgada hincados a presión y velocidadconstantes en perforaciones de pequeñodiámetro, de 10.0 cm a 20.0cm

Identificación visual y manual demuestras de suelo

• La identificación visual es el reconocimientopreliminar del suelo sin necesidad de empleode equipos o ensayos de laboratorio. Mastarde los ensayos de laboratorio confirmarán ypermitirán precisar la información obtenida enel terreno.Esta identificación es una etapa inicial para elestudio de mecánica de suelos, los términosbásicos para designar a los tipos de suelos son


grava, arena, limo y arcilla; sin embargo en lanaturaleza de los suelos son una mezcla dedos o mas de éstos y a veces contienen unacantidad de materia orgánica. Sin embargo, esposible identificar el componentepredominante y asignarle el término básico.Por ejemplo una arena limosa tiene laspropiedades de una arena, con una cantidadimportante de limo.


Se conoce como suelos granulares a las arenasy a las gravas, y como suelos finos a las arcillasy limos. Esta distinción se basa en la visibilidadde las partículas individuales. En laboratorio,los suelos finos, y gruesos se separan con lamalla Nº 200.

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