EVALUACIÓN DE LA SUB RASANTE:La respuesta del suelo de subrasante es el factor másimportante en la determinación de los espesores dediseño del pavimentoLa respuesta de la subrasante ante las cargas del tránsitodepende de los tipos de suelo que la constituyen y de ladensidad y la humedad de ellos, tanto durante laconstrucción como durante el servicio.

Método de Exploración de Campo del Terreno de FundaciónEn la ejecución de cualquier proyecto u obra de ingeniería civil es necesariorealizar la exploración del lugar, como parte de un programa de investigacionesgeotécnicas, el mismo que involucra aspectos de geología y mecánica desuelos. Del tamaño y tipo del proyecto, dependerán las consideraciones delprograma de exploración.

Las etapas de la exploración de campo son:

1. Trabajo Preliminares de Gabinete: Es la recopilación de lainformación del lugar como mapas, fotografías, estudios anteriores,etc.2. Exploración detallada del sitio y muestreo: Levantamientoestratigráfico y mineralogía de los estratos rocosos y condiciones delsubsuelo, mediante la ejecución de pozos de prueba denominados“calicatas” se identifican los estratos que conforman la subrasante y semide la densidad natural del estrato más desfavorable. Se debeidentificar las condiciones de agua subterránea y toma de muestra paraexámenes más detallados yensayos de laboratorio.

3. Pruebas de laboratorio con las muestras: Ensayos conmuestras alteradas y no alteradas representativas de laestratigrafía. Ensayos estándar con fines de caracterización físicade suelos y clasificación, así como ensayos especiales paradeterminar su capacidad de soporte.4. Ensayos in situ: Ensayos llevados a cabo en el propio lugar, yasea antes o durante el proceso de construcción; controles decompactación de campo, ensayos de penetración ligera con DPL,etc.5. Reporte de resultados: Detalles de estudio geológico, perfilesestratigráfico y mapeado de los resultados de penetración ligera,resultados de las pruebas de laboratorio, incluyendo los registrode excavaciones, referencias de muestras e interpretacionesestratigráficas.

INVSTIGACIÓN Y EVALUACIÓN DE SUELOS PARA EL DISEÑO DE UNPAVIMENTO

1. Selección de las unidades típicas de diseño.consisten en la delimitación de las unidades homogéneas dediseño con base en las características geológicas , climáticas,topográficas y de drenaje de la zona del proyecto.

2. Determinación del perfil del suelola primera labor por llevar a cabo en la investigación delsuelo consiste en la ejecución sistemática de perforaciones enel terreno, con el objetivo de determinar la cantidad yextensión de los diferentes tipos de sueloTeniendo en cuenta que es imposible realizar un estudio quepermita conocer el perfil del suelo en cada punto delproyecto, es necesario acudir a la experiencia paradeterminar el espaciamiento entre las perforaciones con baseen la uniformidad que presenten los suelos

CRITERIOS PARA LA EJECUCIÓN DE CALICATAS O PERFORACIONESEN EL TERRENO PARA DEFINIR UN PERFIL DEL SUELO

INVSTIGACIÓN Y EVALUACIÓN DE SUELOS PARA EL DISEÑO DE UN PAVIMENTO

3. Muestreo de las diferentes capas de suelos.En cada perforación ejecutada deberán tomarse muestrasrepresentativas de las diferentes capas de suelos encontrados. Lasmuestras puedan ser de dos tipos: alteradas o inalteradas. Unamuestra es alterada cuando no guarda las mismas condiciones en quese encontraba en le terreno d donde procede o inalterada en el casocontrario.

Para la obtención de muestras alteradas deberá efectuarse lossiguientes procedimientos:

• Se retira la parte seca y suelta de cada estrato con el proposito deobtener una superficie fresca.

• Se toma una muestra de cada capa en un recipiente y se coloca unatarjeta de identificación que debe contener nombre del proyecto,sector de estudio, numero de la perforación, localización de laperforación, numero de la muestra, espesor del estrato y enumeraciónde los ensayos de laboratorio a que será sometida

INVSTIGACIÓN Y EVALUACIÓN DE SUELOS PARA ELDISEÑO DE UN PAVIMENTO

Muestreo de las diferentes capas desuelos.

Para obtener muestras inalteradas de lascalicatas, el caso mas simple consiste encortar un determinado trozo de suelo deltamaño deseado, normalmente de 0.30 x0.30 x 0.30m , cubriéndola con parafinapara evitar perdidas de humedad yempacándolo adecuadamente para suenvío y procesamiento en el laboratorio.

INVSTIGACIÓN Y EVALUACIÓN DE SUELOS PARA EL DISEÑO DE UNPAVIMENTO

4. Ensayos de laboratorio de las muestras obtenidasCon el objetivo de establecer las propiedades físicas de cadasuelo muestreado y estimar su comportamiento bajo diversascondiciones, es necesario efectuar varias pruebas. Alrespecto se encuentra normalizada cierto numero de pruebascuyos nombres identifican las características quedeterminan.

A continuación se indican las pruebas más aplicables en lapavimentación de carreteras

• Determinación del contenido de humedad: es un ensayo quepermite determinar la cantidad de agua presente en unacantidad dada suelo en terminos de su peso en seco.

• Analisis granulometrico: es una prueba para determinarcuantitativamente la distribución de los diferentes tamañosde particulas de suelo.

INVSTIGACIÓN Y EVALUACIÓN DE SUELOS PARA ELDISEÑO DE UN PAVIMENTO

• Determinación del limite plastico de los suelos:el limite plastico se define como la minimacantidad de humedad con la cual el suelo sevuelve a la condición plastica. En este estado, elsuelo puede ser deformado rapidamente omoldeado sin recuperación elastica.

• Determinación del limite liquido de los suelos:Es el mayor contenido de humedad que puedetener un suelo sin pasar del estado plastico alliquido . El estado liqujido se define como lacondición en la que la Resistencia al Corte delsuelo estan baja que un ligeo esfuerzo la hacefluir.

INVSTIGACIÓN Y EVALUACIÓN DE SUELOS PARA ELDISEÑO DE UN PAVIMENTO

• Peso Específico de los suelos: se define a larelación entre el peso de sólidos y el peso delvolumen del agua que desalojan. El valor delpeso especifico, que queda expresado por unnumero adstracto, ademas de servir para finesde clasificación.

• Ensayos de cmpactación del suelo: se entiendopor compactación todo proceso que aumenta elpeso volumetrico de un suelo, en general esconveniente compactar un suelo paraincrementar su resistencia al esfuerzo cortante,reducir su compresibilidad y hacerlo masimpermeable.

ALCANCES DE EXPLORACIÓN DEL SITIO•La información generada por la exploración del lugar estárelacionada con los depósitos superficiales de rocas y suelos. Elobjetivo consiste en obtener un modelo tridimensional dellugar, que se extienda tanto lateral como verticalmente, paraincluir todos los estratos que puedan llegar a afectarse por lascargas transmitidas al subsuelo, producidas por laconstrucción de la vía. Los esfuerzos significativostransmitidos por las cargas del tránsito alcanzan hasta 1.5 m deprofundidad.

ALCANCES DE EXPLORACIÓN DEL SITIOLos ensayos de penetración y calicatas deben efectuarse cada 500 men caso de carreteras y cada 100 m cuando la vía es urbana1. Encondiciones uniformes y homogéneas, las calicatas se puedenespaciar a varios kilómetros. En condiciones de variaciones lateraleso verticales la separación se reduce, con el objetivo de identificar lazona en la que cambian las condiciones de sitio.

La profundidad de exploración está relacionada con la transmisiónde los esfuerzos, el alcance máximo de una calicata o ensayo depenetración ligera es hasta 1.50 m con respecto al nivel desubrasante.

EXCAVACIONES DE CALICATAS  Y USO DE POSTEADORAS MANULAES:Las calicatas son realizadas en la mayoría de los suelos, la presencia delnivel freático puede ser una de las limitaciones de este tipo de exploración.Tienen la ventaja de que se pueden realizar a mano o con una excavadoramecánica, y de exponer la sucesión de estratos para facilitar su inspecciónvisual. No existen desventajas para este tipo de exploración.

La ejecución de las calicatas requiere un conocimiento de los suelosencontrados, la identificación visual es muy importante durante esta etapa.Las muestras pueden tomarse manualmente del fondo y de las paredeslaterales de la calicata.

EXCAVACIONES DE CALICATAS  Y USO DE POSTEADORAS MANULAES:Las calicatas permiten extraer muestras inalteradas que serán remoldeadasen el laboratorio,también permite obtener muestras inalteradas que serán protegidas paraque no pierdan humedad natural y se pueden realizar ensayos de densidadin situ.

El barrenador manual, posteadoras del tipo Iwan Auger es una herramientamanual muy simple que se usa para perforaciones o sondajes en suelosblandos hasta una profundidad de 5 a 6 m. La forma usual es un barrenadorpara arcilla semicilíndrica de 10 cm. de diámetro, unido por medio de unaserie de varillas de extensión de 1m a un mango en forma de cruceta que sehace girar manualmente desde la superficie. Las cucharas acopladas en elextremo para extraer muestras tienen diseño especial cuando se trate desuelos puramente cohesivos (arcillas) o friccionantes (arenas). Lasposteadoras constituyen un método muy sencillo, económico y rápido derealizar perforaciones en suelos que no contengan presencia de gravas.

EXCAVACIONES DE CALICATAS  Y USO DE POSTEADORAS MANULAES:

EXCAVACIONES DE CALICATAS  Y USO DE POSTEADORAS MANULAES:

Ensayo de Penetración ligera con Cono DPLSe utiliza el Cono Ligero Alemán de acuerdo a la Norma DIN 4094incorporado en la Norma Técnica E0.50 de Suelos y Cimentaciones.Dado que el Cono Alemán transmite la misma cantidad de energíaespecífica que el Ensayo de Penetración Standard S.P.T. ‐ ASTM D1586, según la Norma DIN, no es necesario utilizar correlaciones parala interpretación de los resultados, ya que el valor numérico de NSPTes similar al valor NDPL.

El equipo de cono ligero consiste de un cono de punta cónica de 90° y2,2 cm. de diámetro. El martillo pesa 10 kg. y la altura de caída es de50 cm. El valor NDPL corresponde al número de golpes paraconseguir 10 cm. de penetración. El ensayo es continuo y se registranvalores cada 10 cm. de profundidad. Fundamentalmente, el ensayode penetración ligera es un ensayo de resistencia.

Ensayo de Penetración ligera con Cono DPLLos problemas asociados a pavimentos son de deformabilidad,el suelo estará muy por debajo de los niveles de falla. Aunqueel ensayo de penetración ligera es un ensayo de resistencia, serecomienda usarlo para exploraciones con fines depavimentación, porque permite identificar, mediante lavariación del valor NDPL, los espesores y densidad relativa delos estratos que conforman la subrasante.

La principal limitación del ensayo es la presencia de gravas enel subsuelo que altera los resultados o en el peor de los casosimpide el ensayo.

Ensayo de Penetración ligera con Cono DPL

Ensayo de Penetración ligera con Cono DPLLa resistencia a la penetración del ensayo de DPL puedeser correlacionado con el módulo elástico del suelo.Ordóñez y Jurado 2000.Arenas Secas E = 75+2.5N (*)

E = 50+1.7NArenas Humedecidas E = 55+1.7N

E = 25+0.85N(*)N es el número de golpes/10 cm de penetración, E enkg/cm2.

Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y AlteradasMuestras InalteradasSe preserva, en la medida de lo posible, la estructura y elcontenido de humedad para que representen las condicionesde campo, las muestras inalteradas son necesarios paraensayos de CBR en suelos finos como por ejemplo las arcillas,arenas limosas o arcillosas.Las muestras inalteradas se extraen con los moldes de CBR yun accesorio de este, que permite cortar el suelo. Se protege ytraslada al laboratorio para su inmediato ensayo, el CBR asícalculado, estará asociado a la densidad y humedad natural.Si el suelo está conformado por arenas y es difícil conseguiruna muestra inalterada, se recomienda medir la densidad decampo y tomar una muestra para humedad, de manera que enel laboratorio se remolde los especimenes.

Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y Alteradas

Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y AlteradasMuestras AlteradasLas muestras alteradas se usan para la identificación delsuelo y para pruebas de clasificación y calidad a medidaque se recolectan, las muestras se introducen enrecipientes de vidrio o plásticos y se sellan, también sepueden usar latas o bolsas de plásticos.Se debe tomar una porción de 100 kg. aproximadamentepara realizar los ensayos de proctor modificado y CBR enmuestras remoldeadas al óptimo contenido de humedad,para determinar el CBR de diseño para subrasantesgranulares, materiales de sub base y base granulares.

Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y AlteradasIdentificación Visual y Manual de Muestras de Suelo ASTM D 2488Pruebas de Campo para Clasificación

La identificación visual, es el reconocimiento preliminar del suelo sinnecesidad de empleo de equipos o ensayos de laboratorio. Mas tarde, losensayos de laboratorio confirmarán y permitirán precisar la informaciónobtenida del terreno. En el anexo E se detalla los procedimiento visuales ymanuales, en esta sección solo se presenta un breve resumen.

Esta identificación es una etapa inicial para el estudio de Mecánica deSuelos, que permite tomar decisiones y ajustar el programa deinvestigación. Los términos básicos para designar a los tipos de suelos son:grava, arena, limo y arcilla; sin embargo, en la naturaleza los suelos son unamezcla de dos o más de éstos y a veces contienen una cantidad de materiaorgánica. Sin embargo, es posible identificar el componente predominantey asignarles el término básico. Por ejemplo, una arena limosa tiene laspropiedades de una arena, con una cantidad importante de limo; un limoorgánico está compuesto prioritariamente por limo, pero contiene unacantidad significativa de materia orgánica.

Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y AlteradasIdentificación de Suelo FinosEn comparación a los suelos finos, los suelos granulares sonmás fáciles de identificar. La angularidad, forma, color, olor,humedad, consistencia, cementación, estructura, tamañomáximo de partículas y dureza, son las principalescaracterísticas de este tipo de suelos. Los suelos finos para suidentificación necesitan de algunos ensayos de campo, parapoder diferenciar las arcillas de los limos o de las arenas finas.

A) Reacción a la Agitación o DilatanciaUna muestra de suelo se amasa formando una bolita, la quedebe contener una humedad tal que el agua casi aparezca en lasuperficie. La muestra preparada se coloca en la palma de lamano y se sacude horizontalmente golpeándola en formareiterada y fuerte contra la otra mano.

Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y AlteradasEl suelo tiene reacción rápida al sacudimiento cuando la pastacambia de forma y evidencia una superficie brillante (debido a laexpulsión de agua). Cuando el suelo tiene reacción rápida alsacudimiento con unos pocos golpes, se puede asegurar que se tratade un limo. Si la reacción del suelo es muy lenta o no hay reacción, sepuede concluir que se trata de una arcilla. Para el caso de arenaslimpias muy finas la reacción es muy rápida.Reacciones intermedias dejan una interrogante para identificar elsuelo y por ello es necesario recurrir a un ensayo de amasado paradespejar la interrogante. Sin embargo, en el caso en que el tipo desuelo fino se pueda definir sólo con el ensayo de dilatancia, essiempre conveniente continuar con el ensayo de amasado que seenuncia a continuación.

Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y AlteradasB) Ensayo de amasado o de tenacidadEl ensayo de amasado complementa el ensayo de dilatancia.Una pasta de suelo se amasa hasta alcanzar la consistencia dela masilla, luego se forma un bastón de aprox. 3 mm. Esteproceso se repite hasta que el contenido de humedad se reducey la muestra adquiere una consistencia dura. El bastón serompe en varias partes al ser amasadoCuanto más tenaz es el rollito y cuanto mas duros son lostrozos al desmoronarse, mas importante es la fracción arcillosadel suelo.

Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y AlteradasB) Ensayo de amasado o de tenacidad

Durante el ensayo se deben observar:1. Resistencia del suelo al amasado, cuando está cerca de las condiciones derupturadescritas: una arcilla opone mucha resistencia y un limo opone una bajaresistencia.

2. Plasticidad el suelo se comporta plásticamente durante el amasado, perodeja dehacerlo una vez que alcanza la humedad que tiene el bastón al romperse.

3. Brillo cuando se alcanza la rotura del bastón de suelo, se puede unir suspartes al oprimirlas entre sí fuertemente con los dedos, se frota con la uña yse observa si la superficie frotada brilla. Las arcillas presentan unasuperficie brillante que va en aumento según el crecimiento de laplasticidad, es decir, es más brillante si la arcilla esmás plástica.

Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y AlteradasC) Resistencia en estado Seco ( a la disgregación)Una muestra de suelo se deja secar expuesta al sol y aire, se mide suresistencia rompiéndola y desmoronándola entre los dedos. Laresistencia (en estado seco) aumenta con la plasticidad (presencia dearcilla). Un limo inorgánico posee una resistencia muy ligera. Lasarenas finas limosas y los limos tienen baja resistencia. Una arcillaserá muy resistente en estado seco, a mayor porcentaje de arcilla enla muestra, mayor será su resistencia.se resumen los ensayos de campo, con resultados visuales y el tipo desuelo al que está relacionado ese comportamiento.

Identificación de Suelos con pruebas manuales.