martes, 29 de abril de 2008

DISEÑO SIMPLIFICADO DE PAVIMENTOS ARTICULADOS

En algunos manuales se considera que los pavimentos articulados como de tipo flexible. La capa de losetas y su capa de asiento, al recibir la carga de los vehículos, la transiten prácticamente igual a la capa siguiente, que es la base de pavimento.

Se tendría que hacer una investigación de campo y de laboratorio para determinar cuanta carga absorben las capas loseta – asiento.

Cualquiera que fuera el resultado, tendría que ser de poca magnitud. Por lo tanto, se considera “loseta – asiento” funciona como una carpeta especial.

Los valores siguientes de estas capas para este pavimento, son muy semejantes a los pavimentos de asfalto.

Tanto las losetas, como la capa base, tienen pequeñas irregularidades. Además, para compactar la capa enlosetada, se requiere una capa no rígida que la sostenga.

Para estos dos motivos, un pavimento articulado, incluye una capa de asiento que esta debajo de las losetas y sobre la base de pavimento.

Conviene que esta capa sea de arena limpia de río, sin nada de arcilla, cemento o cal. Su espesor debe la mitad del espesor de la loseta. Si la superficie de la base es muy irregular, quizá sea necesario hacer la capa de asiento de 5 [cm.].

No conviene hacerla de mayor espesor porque este puede causar asentamientos en la loseta, por la consolidación de la arena, a amenos que este bien compactada.


TABLA PAVIMENTOS
ARTICULADOS, BANQUETAS, PLAZAS Y ANDADORES
TRANSITO A




TABLA PAVIMENTOS ARTICULADOS
CALLE PARA PEATONES
TRANSITO B


TABLA DE PAVIMENTOS ARTICULADOS
CALLES RESIDENCIALES, ESTACIONAMIENTOS PARA AUTOMÓVILES
TRANSITO 1



TABLA PAVIMENTOS ARTICULADOS
CALLES RESIDENCIALES ALIMENTOS, POCOS AUTOBUSES
TRANSITO 2



TABLA PAVIMENTOS ARTICULADOS
AVENIDAS, ESTACIONAMIENTOS INDUSTRIALES, REGULAR CANTIDAD DE AUTOBUSES
TRANSITO 3


TABLA PAVIMENTOS ARTICULADOS
CALZADAS, CALLES COMERCIALES, MUCHOS AUTOBUSES
TRANSITO 4

DISEÑO PAVIMENTO ARTICULADO

Estas piezas de pavimento prefabricadas, deben cumplir con varios requisitos geométricos y resistencia, como: muestreo, forma, dimensiones, color, textura y resistencia a varios esfuerzos A continuación se darán algunos valores de lo anterior.

Muestreo: una muestra normal, consistirá en 10 losetas enteras, por cada 15000 losetas o fracción de ese cantidad muestreados al azar preferente, en la planta que lo fabrico, y ensayándolos antes del embarque.

Forma: los adoquines pueden ser de cualquier forma, pero conviene que su figura no tenga cambios bruscos. La forma mas conveniente es rectangular.

Dimensiones: no es fácil señalar las dimensiones de estas piezas

Color: El color de las losetas puede ser el de todo el arco iris siempre y cuando el aditivo colorante no altere las propiedades del concreto. Vale la pena señalar que, en las calles con mucho transito, la loseta termina de color negruzco por el frotamiento de los neumáticos. Algunos urbanistas sostienen que el color de la loseta debe ser neutro, es decir un color gris oscuro.

Textura: la textura de las losetas debe ser fina, para ser impermeables. El agregado usado, debe ser fino, con algo de material retenido en el tamiz Nº 4. Generalmente la arena, con algo de granzón, es el agregado adecuado. Esta arena debe cumplir con las normas de agregado fino para concreto, sobre todo su resistencia al desgaste.

Resistencia la desgaste: las losetas deberán tener una adecuada resistencia al desgaste, la cual se logra al usar un agregado adecuado y una dosificación con cemento Pórtland en buena calidad. El resultado de cualquier prueba mecanizada, práctica y confiable., no debe desgastar la loseta as de 3 [mm.].

Resistencia a la flexión: en las losetas, igual que en las losas de concreto de pavimentos, el esfuerzo crítico es el de flexión, o módulo de ruptura.

El valor del módulo de ruptura mínimo, determinado en una loseta entera, cortado con un disco de diamante, es de 40 [Kg./cm2]. Este módulo de ruptura es aproximadamente de 15% de la resistencia de compresión determinad como sigue:

Resistencia a la compresión: en las losetas debe ser de 300 [Kg./cm2], determinada en probetas cúbicas, obtenidas cortando las mitades de la prueba de flexión, o de una loseta entera. Las dimensiones del cubo deben ser de un espesor igual al de la loseta, a través del cual se aplicara la carga de compresión, y un ancho y un largo que no difiera mucho del espesor.

miércoles, 23 de abril de 2008

3 DISEÑO DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

Periodo de diseño

El período de diseño es el número de años durante los cuales una obra determinada prestará con eficiencia el servicio.

El período de diseño debe ser adoptado en función del componente del sistema y la característica de la
población, según la tabla:

Población de diseño

La predicción de la población deberá estar fundamentada por los métodos de cálculo que para cada caso existen. Estos métodos deberán guardar relación con la importancia de la población de acuerdo a los parámetros de las normas.

Se aplicarán los datos estadísticos del INE para determinar las poblaciones de referencia y los índices de crecimiento demográfico respectivos.


Componente del sistema

Población menor a

20 000 habitantes

Población mayor o igual a

20 000 habitantes

Obra de captación

Aducción

Pozos profundos

Estaciones de bombeo

Plantas de tratamiento

Tanques de almacenamiento

Redes de distribución

Equipamiento

- Equipos eléctricos

- Equipos de combustión interna

10 - 20

20

10

20

15 - 20

20

20

5 - 10

5

30

30

15 - 20

30

20 - 30

20 - 30

30

5 - 10

5

Para el proyecto se considerará un periodo de diseño de 20 años.

Se calculara la población futura con 3 métodos dados por el Reglamento Técnico pag. 35, los cuales se detallan a continuación:


Correcciones a las poblaciones calculadas

La población calculada según los métodos descritos deberá ser determinada y ajustada de acuerdo a las consideraciones siguientes:

Ø Población estable

Ø Población flotante (se refiere a la población ocasional que signifique un aumento notable y distinto de la población natural o vegetativa).

Ø Población migratoria (que depende de las condiciones de planificación sectorial en relación de los recursos naturales, humanos o económicos de cada localidad).


martes, 22 de abril de 2008

DISEÑO DE JUNTAS PAVIMENTO RIGIDO

Espaciamiento entre juntas
En los pavimentos de concreto, la junta es diseñada para formar un plano de debilidad para controlar la formación de grietas transversales y la separación de las juntas se diseña para que no se formen grietas transversales intermedias ó aleatorias.

Lo más recomendable es que el espaciamiento se base en las experiencias locales ya que un cambio en el tipo de agregado grueso puede tener un efecto significativo en el oeficiente térmico del concreto y por consecuencia en el espaciamiento adecuado para las juntas.

La modulación de losas va a estar regida por la separación de las juntas transversales que a su vez depende del espesor del pavimento.

Existe una regla práctica que nos permite dimensionar los tableros de losas para inducir el agrietamiento controlado bajo los cortes de losas, sin necesidad de colocar acero de refuerzo continuo:

Transferencias de cargas en juntas
El diseño de pasajuntas se basa mucho en la experiencia, aunque algunos métodos teóricos sobre el diseño de pasajuntas están disponibles. El tamaño de las pasajuntas depende del espesor de la losa. La tabla 2.6-1 muestra el diámetro y longitud de las pasajuntas para diferentes espesores de losa como lo recomienda la PCA (1975). Se puede apreciar que el diámetro de las pasajuntas es igual a un octavo del espesor de la losa. En una edición reciente de diseño de juntas, la PCA (1991) recomienda el uso de pasajuntas de 1.25 in de diámetro para pavimentos de autopistas con espesores menores a 10 in y pasajuntas de diámetro de 1.5 in para pavimentos con espesores mayores a 10 in. Se necesitan pasajuntas con un
diámetro mínimo de 1.25 a 1.5 in para controlar fallas mediante la reducción del esfuerzo de carga en el concreto.

Las pasajuntas se usan en las juntas transversales para transferir las cargas a las losas adyacentes. El esfuerzo y la deflexión en la junta son mucho más pequeños cuando las cargas son soportadas por dos losas que cuando es por una sola. El uso de pasajuntas puede minimizar las fallas de bombeo y de diferencia de elevación de juntas, las cuales han sido considerados por la PCA como factores importantes en el diseño de espesor.

Profundidad inicial de la junta

La profundidad inicial de la junta es de h/3 o de h/4 dependiendo de que barra pasadora se coloque.


PROCERO DEL CORTADO DE JUNTAS EN PAVIMENTO RIGIDO

PAVIMENTOS DE ASFALTO

INTRODUCCION

Los pavimentos con una superficie de rodamiento asfáltica, con bases granulares y en algunos casos subbases granulares, son loa pavimentos flexibles típicos. A medida que la base se construye de suelo- cemento o de suelo- asfáltico, con una rigidez y resistencia mecánica alta, su flexibilidad puede desaparecer y tener un comportamiento rígido o semirrígido.

El caso de pavimentos de concreto con una sobre carpeta asfáltica para prolongar su vida útil, es un caso de reconstrucción. En este manual, cuando mencionamos un pavimento de asfalto, nos estamos refiriendo a aquellos que inicialmente se construyen con una carpeta asfalto como superficie de rodamiento

CARPETAS ASFALTICAS

Se define como carpeta asfáltica, a la capa o capas, formadas de agregado pétreos y asfalto, colocados sobre la capa base. En pavimentos de poco a regular tránsito, se coloca una carpeta de un solo espesor y en casos de tránsito intenso y pesado, el espesor de la carpeta asfáltica se divide en:

a.-) Carpeta de desgaste.

b.-) Capa de liga.

La función de la carpeta asfáltica es proporcionar una superficie tersa y segura al rodamiento de los vehículos. Debe tener suficiente resistencia tanto al desgaste como ala fractura para soportar las cargas.

Debe ser antiderrapante y no deformarse. Ala carpeta asfáltica la acompañan otros elementos asfálticos, como riego de liga y riego de impregnación.

jueves, 17 de abril de 2008

GRACIAS POR LAS VISITAS


GRACIAS POR SUS VISITAS HOY ACABAMOS DE SOBREPASAR LAS 100 000 VISITAS A UN AÑO DE ESTAR PUYBLICANDO........


GRACIAS

miércoles, 16 de abril de 2008

MANTENIMIENTO Y CONSERVACION DE PAVIMENTOS


CONCEPTOS GENERALES

A semejanza de cualquier esfuerzo que el hombre desarrolla para con­servar su salud, asimismo la conservación en los caminos viene siendo la mejor inversión posible, ya que una conservación adecuada no sólo garan­tiza la inversión inicial de construcción, sino que disminuye el costo de explotación y alarga la vida tanto del camino como de los vehículos que lo usan.
Es necesario entender claramente que la observación más que un pro­blema de economía es un problema de muy alta técnica de ingeniería y por lo tanto, los trabajos deben ejecutarse oportunamente ya que de ello depen­de el que los gastos que se hagan sean mínimos. Sin embargo, para ello es necesario contar con el personal con experiencia ya que sin ella o con per­sonal negligente, todos los sistemas, materiales y equipo que se empleen, por buenos que sean, tendrán como resultado despilfarros y trabajos defec­tuosos.
Se denomina conservación normal al conjunto de trabajos constantes o periódicos que se ejecutan para evitar el deterioro o destrucción prematu­ros de una obra y que la mantienen en su calidad y valor.
El programa de trabajos de conservación normal es generalmente ruti­nario y debe tender a ejecutarse en forma de ciclos, estudiando para formu­larlo los intervalos de periodicidad adecuados a la intensidad del tránsito para algunas obras, como rastreos y bacheos, y de acuerdo con las estacio­nes meteorológicas del año si se trata de efectos atmosféricos; como las limpias y desazolves de cunetas y los desyerbes de acotamiento y taludes.

La ejecución de los trabajos de conservación normal en forma de ciclos oportunos necesita de la formación previa de un calendario de operaciones. En dicho calendario deben aparecer los siguientes tópicos:

a) Programas y presupuestos anuales de conservación y mejoramiento.
b) Limpia y drenajes.
c) Limpia y derrumbes.
d) Desyerbes y podas.
e) Arreglo de taludes y acotamientos.
f) Rastreos y reconformaciones.
a) Inspección y reparación de estructuras.
b) Bacheos, riegos asfálticos y renivelaciones de superficies de rodamiento.
i) Pintura de rayas y señales de tránsito.
j) Reparación de defensas.
k) Reparación de equipo.
l) Explotación de canteras y bancos.
m) Informe de costos.

RIEGO DE SELLO

Las carpetas asfálticas de mezcla en el lugar y las de concreto asfáltico, deben recibir un riego de sello , para impermeabilizar, o para vitalizar su superficie reseca y desgranada.

Los riegos de sello pueden ser de dos clases.

a) De tratamiento superficial.
b) De mortero asfáltico ( Slurry Seal )

Los riegos de sello por “ tratamiento superficial “; consisten en aplicar el asfalto FR (2 o 3) o emulsión asfáltica y cubrirlo con agregado Núm. 3 ( A, C, D o E). El material 3-B, sólo se usa para tratamiento superficial de las carpetas de 2 o 3 riegos.

La cantidad de asfalto FR, varia de 1 a 2 lt/m`2, y se aplica en caliente. La emulsión asfáltica se aplica en frío. El defecto de este sé lo es de gran cantidad de agregado que no se liga con el asfalto, provocando mucho polvo y el rompimiento de parabrisas de vehículos durante mucho tiempo.

Los riegos de sello con “mortero asfáltico” , son muy adecuados para pavimentos de calles y aeropuertos, y consisten en mezclar un agregado (arena) , emulsión asfáltica, cemento portland o cal y agua haciendo un “lodo asfaltico” , el cual se coloca en frío sobre la carpetas.

El cemento y la cal pueden no ser necesarios dependiendo de los finos agregado.

En las emulsiones asfálticas, al evaporarse el agua agregada y la de la emulsión, el agregado quede cementado junto con el asfalto, produciendo una delgada capa solamente sobre la carpeta asfáltica. Al abrirla al tránsito, no se desprende el agregado, ya que al compactar ligeramente la capa, éste queda totalmente fijo, pero con salientes para dar una superficie antiderrapante.

Hoy se producen emulsiones asfálticas de tipo aniónico o catiónico ( fraguado normal y rápido) muy estables, que permiten hacer un tendido continuo usando máquinas dosificadoras y mezcladoras montadas sobre un chasis de camión, que producen muchos metros cuadrados de sello por hora.

Los sellos de mortero asfáltico varían de acuerdo a la condición del pavimento (viejo o nuevo ) , o de la base en donde también pueden aplicarse como carpeta simple, todo en función de la textura y agrietamiento correspondiente.

El tipo y volumen del tránsito influyen en el tipo de mortero asfáltico y también las condiciones climáticas del lugar



· El sello de mortero asfáltico “ superficie general “, es el más usado para aplicarlo a carpetas nuevas. El otro, “superficie fina”, es adecuada para carpetas agrietadas. En las cuales penetra mejor.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

Como el nombre lo indica, con este recurso se pretende hacer más estable a un suelo. La primera y la que siempre acompaña a todas las estabilizaciones, es la de aumentar la densidad de un suelo, compactándola mecánicamente. La segunda estabilización usada es la de mezclar a un material de granulometría gruesa, otro que carece de esa característica. Finalmente, está el recurso de estabilizar un suelo mezclándole cemento portland, cal hidratada, asfalto o cloruro de sodio. El uso de la cal está limitado a suelos que contengan minerales arcillosos, con los cuales hacer la “acción puzolánica”que lentamente cementando las partículas del suelo. La utilidad de la cal es para aquellos casos en los que no se necesite pronta resistencia. Este aglomerante es muy adecuado para bajar la plasticidad de los suelos arcillosos o para contrarrestar el alto contenido de humedad en terracerías o en bases y subbases, siempre que éstas no sean muy arenosas.
El ingeniero de pavimentos debe recordar que la estabilización es un asunto económico.

Los siguientes casos pueden justificar una estabilización:

a) Un suelo de subrasante desfavorable, o muy arenoso, o muy arcilloso.
b) Materiales para base o subbase en el límite de especificaciones.
c) Condiciones de humedad.
d) Cuando se necesite una base de calidad superior, como en una autopista.
e) En repavimentación, aprovecjhando los materiales existentes.

Los materiales más usados para mezclarlos con suelo para formar capas de pavimento son: el cemento, la cal y el asfalto.

SUELO- CEMENTO.-

La estabilización de suelo con cemento portland, es la más ampliamente usada en el mundo. Es muy sencilla de hacer y no se necesita equipo especial de construcción. En nuestro país no se han usado mucho las capas de subsuelo-cemento. Sólo se emplea como un material que sirve para disminuir la plasticidad en suelos dçfuera de especificaciones.

Este papel de modificador, es muy limitado para el cemento.

Al mezclar un suelo con cemento, se produce un nuevo material, duro, con mejores características que el usado como agregado. Esta estabilización no es tan sensible a la humedad como la hecha en asfalto. Pueden usarse todos los suelos para efectuarla, excepto los altamente orgánicos, aunque los más convenientes son los granulares, de fácil disgregado. Los limos, la arenas limosas y arcillas, todas las gravas y las arenas, son agregados adecuados para producir este material suelo-cemento,que tienen excelentes cualidades, que respecto a la de los suelos granulares son:

Es más resistente y como capa base reparte las cargas a una mayor área, permitiendo así reducir el espesor de las capas. Espesor de suelo-cemento = 0.6 espesor suelo
granular.

a) Tiene mayor módulo de elasticidad.
b) Es más impermeable.
c) Es muy resistente a la erosión del agua.
d) En presencia de la humedad, en lugar de perder resistencia, la aumenta bastante.
e) Al secarse no pierde compactación, como muchos suelos granulares.
f) Su resistencia aumenta bastante con el tiempo. Es mayor ese incremento que en el concreto normal.

La cantidad de cemento necesaria varia con el tipo de suelo, siendo menor si el suelo es poco arcilloso. Para limos finos arenosos, con 50 kg m· de suelo compactado, puede producirse una base o subbase de buena calidad. Con cantidades de cemento de 100 kg/m3 de suelo compactado, se obtiene un material para base que supera al obtenid con grava triturada y con menor costo. Estas cantidades de cemento corresponden a un 3 a 6% en peso.

El criterio de diseño de las mezclas suelo-cemnto es para obtener un material de mayor resistencia. No sólo se debe pensar en disminuir plasticidad. La resistencia es a la compresión, efectuada en probetas cilindricas elaboradas según el molde AASHO estándar, con energía de compactación “estándar” y una humedad óptima.El procedimiento de construcción consta de las fases siguientes:

a) Pulverización o desgrumado.
b) Mezclado de cemento y agua.
c) Compactación
d) Curado de unos 7 días.

En el suelo-cemento, al principio de su uso, sobre todo en los EEUU, el criterio de diseño de las mezclaS era durabilidad del material, determinando su valor en pruebas de congelamiento-dehielo y humedecimiento-secado.Hoy son muchos los paises que diseñan las mezclas en función de su resistencia a la compresión isn confinar.

Resistencia a la compresión sin confinar, en kg/cm2

California Clase A, más de 5% de cemento, 52 a 7 días
California Clase B, más de 4% de cemento, 28 a 7 días
Texas................................... 50 a 7 días
Inglaterra, tránsito ligero............. 17 a 7 días
Inglaterra, tránsito pesado............. 28 a 7 días

El requisito de compactación es igual que para suelos no tratados con cemento, 95% mínimo. El control de compactación no difiere del tradicional, excepto que en el suelo-cemento no se debe determinar el “peso volumétrico seco máximo.

SUELO-CAL.-

El uso de cal para mejorar suelos con mayor plasticidad, aparte de conseguir ese fin, aumenta también su resistencia a la compresión sin confinar, produciendo una textura granular más abierta.

La cantidad de cal es de un 2 a 8% en peso. Para que la cal reaccione convenientemente se necesita que el suelo tenga minerales arcillosos, o sea sílice y alumina, y se pueda lograr la acción puzolánica, que aglomerará adecuadamente las partículas del suelo esto debe recordarlo el ingeniero de pavimentos. El suelo-cemento adquiere su resistencia rápidamente, ya que solo se necesita que el cemento se hidrate adecuadamente. En cambio el sulo-cal, necesita la reacción química de los iones calcio y los minerales arcillosos, que lentamente adquieren resistencia. En cambio el suelo-cal, necesita la reacción química de los iones calcio y los minerales arcillosos, que lentamente adquieren resistencia. Una capa subbase para pavimento de concreto hecho de suelo cemento, permite iniciar la colocación de cimbras al rendir la comopactación y empezar a colocar concreto a los dos días. Una ventaja del suelo cal es que su period de curado puede iniciarse más tarde, en cambio, el suelo-cemento requiere curado inmediato.
Por lo general, las arenas no reaccionan favorablemente con la cal y no pueden estabilizarse con ella.

El éxito de la estabilización con cal, no solo para disminuir plasticidad, sino para adquirir resistencia, es el tipo de suelo o el tipo de mineral arcilloso que contenga.

El criterio para diseñar en el laboratorio las mezclas, sulo-cal, depende del papel que vaya a desempeñar la cal:

a) Modificador de plasticidad o humedad.
b) Proporcionador de resistencia.

Para verificar si un suelo pierde plasticidad mezclándolo con cal, se determina su índice de plasticidad y su porcentaje de contracción lineal antes y después de agregar la cal.

Cuando se desea adquirir resistencia, existe el problema de que no todos los suelo desarrollan rápido su resistencia con la cal, por lo que en Texas han establecido el criterio de que si una mezcla suelo cal se prueba a la compresión sin confinar inmediatamente después de compactarse, si se obtienen 7 kg/cm^2, la mezcla es adecuada.

El precedimiento de construcción tiene la s mismas fases que las del suelo cemento.

SUELO-ASFALTO

En algunos casos conviene estabilizar un material usando algún producto asfáltico para elaborara capas base o subbase. A estas base asfálticas también se los conoce como base negras. El uso de productos asfálticos (aslfatos rebajados, emulsiones asfálticas y cemento asfálticos) está limitado a suelos granulares o de partículas gruesas. Es muy difícil estabilizar un material arcilloso, por los grumos de esos suelos. La estabilización con asfalto puede tener dos fines:

a) Reducir la absorción de agua del material, usando poca cantidad de asfalto
b) Incrementar la resistencia de un material usando mayor cantidad de asfalto, como en las base asfálticas.

TIPOS DE MEZCLAS BITUMINOSAS

Los tipos de mezclas bituminosas generalmente empleados para las capas de rodamiento en los pavimentos flexibles son:

a) Tratamientos superficiales en una o varias capas; con o sin carpeta de sello. Los asfaltos y alquitranes que se emplean son los llamados líquidos o diluidos (Cut-banks), del tipo de curado rpido ( RC y RT ), el espesor de estas capas es de 2,5 cm. ( 1 " ) aproximadamente.
Este tipo se emplea generalmente para transito ligero.

b) Mac-Adam de penetración; son sucesivas capas de material pétreo y asfalto regado a presión. Los asfaltos que se emplean son aquellos cuya penetración está comprendida entre 85 y 150, y los alquitranes usados son del tipo más viscoso. El espesor de estas capas varia entre 5 y 15 cm ( 2,5 " y 6" ).

c) Mezclas " In Situ ", de tipo abierto o denso; generalmente se emplean asfaltos Líquidos de rápido curado y medio curado ( RC y MC ). El espesor varía aproximadamente entre 4 y 7,5 cm. ( 1," y 3" ).

d) Mezclas en planta de tipo denso o abierto, aplicadas " en frío " o " en caliente "; para capas asfálticas.
Concretos bituminosos, etc. puede usarse algunos asfaltos líquidos, pero preferentemente se emplean cementos asfálticos cuya penetración esta comprendida entre 85 y 200.

CARPETAS DE DESGASTE O SELLO.

Esta formada por una aplicación bituminosa de asfalto o alquitrán, y tiene por objeto sellar la superficie, impermeabilizándola a fin de evitar las aguas de lluvia. Además protege la capa de rodamiento contra la acción abrasiva de las ruedas de los vehículos.

Los materiales bituminosos que se emplean pueden ser asfaltos líquidos, emulsionados, o de penetración y alquitranes. Los tipos de asfalto generalmente empleados son: RC-3, RC-4, RC-5, MC-3, MC-4, MC-5, RC-1, penetración 85-100, 100-120 y los alquitranes RT-6, RT-7,RT-8.

domingo, 13 de abril de 2008

PAVIMENTOS RIGIDOS

1.1.- INTRODUCCIÓN.-

Los pavimentos típicamente rígidos, son los de concreto. Estos pavimentos difieren mucho de los de tipo flexible. Los pavimentos de concreto reciben la carga de los vehículos y la reparten a un área de la sub-rasante. La loza por su alta rigidez y alto módulo elástico, tiene un comportamiento de elemento estructural de viga. Ella absorbe prácticamente toda la carga. Estos pavimentos han tenido un desarrollo bastante dinámico. De acuerdo al adelanto tecnológico y científico correspondiente a la estructura de concreto.

1.2.- DIFERENTES PAVIMENTOS DE CONCRETO.-

A) Pavimentos de concreto simple, sin gravilla pasajuntas.
B) Pavimentos de concreto simple, con gravillas pasajuntas.
C) Pavimentos de concreto reforzado ( refuerzo continuo)
D) Pavimentos de concreto preesforzado.
E) Pavimentos de concreto reforzado con fibras cortas de acero.

El caso más común y corriente , es el “a”, de pavimentos de concreto simple sin varillas pasajuntas.

Estos son los pavimentos que aquí se presentarán y se les llamará simplemente, pavimentos de concreto

El talón de Aquiles de los pavimentos de concreto, son las juntas que tienen que diseñar y construir para controlar los cambios de volumen, inevitables, que se producen en ellos por cambios temperatura. Los pavimentos de refuerzo continuo y los presforzados, se diseñan y construyen sin juntas transversales de contracción y expansión excepto al llegar a un cruce o a una estructura fija. Sólo se construyen juntas de construcción. Estos pavimentos son muy y de tecnología muy avanzada.

Los pavimentos de concreto son muy adecuados para calles de ciudades o plantas industriales.

El diseño esttructural de pavimentos de concreto es eminente racional, a diferencia de los de tipo flexible, que es impírico. En los de concreto, se aplica la teoria de elasticidad.

Técnicamente, los pavimentos de concreto dben diseñarse y controlarse para una resistencia a la flexión del concreto usado. Se han obtenido en nuestros país algunas correlaciones entre las resistencias a la compresión y la resistencia a la flexión.


1.3.- DISEÑO SIMPLIFICADO DE PAVIMENTO DE CONCRETO.-

El factor más importante en diseño de pavimentos de concreto es la resistencia del concreto utilizado.

El concreto que quí se considera deberá tener una resistencia del concreto utilizado.

El concreto que aquí se considera deberá tener una resistencia a la compresión de 300 kg/cm`2, mínimo , a los 28 días de edad, o antes si se especifica otra edad. Si se usara resistencia de 250 kg/cm`2, se deberá aumentar el espesor de la losa, unos 2 cm.

Los pavimentos de concreto, están formado exclusivamente por la losa del concreto, la cual puede colocarse directamente sobre la sub rasante ( para poco tránsito o suelos buenos de la subrazante) o sobre la sub base. La sub base tiende a corregir defectos del suelo sub rasante, siendo así un mejoramiento de esa capa.

a) Para contrarrestar la expansión y contracción excesivas del suelo de la surasante.
b) Para evitar la falla por “ bombeo” o eyección de finos y agua en la sub-base.
c) Para evitar el congelamiento de los suelos finos.
d) Como auxiliar en la construcción, principalmente en sub-rasantes muy arenosos.

Por lo tanto, si en suelo de la sub rasante es de tipo granular, o si el pavimento no estará sujeto a tránsito intenso, no se justifica el uso de la capa sub base.

FUNCION Y CARACTERISTICAS DE LAS DIFERENTES CAPAS DEL PAVIMENTO FLEXIBLE.

De su capacidad soporte depende, en gran parte, el espesor que deberá tener un pavimento, sea Este flexible o Rígido.

TERRENO DE FUNDACION.

a) Si el terreno de fundación es pésimo, debe desecharse el material que lo compone siempre que sea posible, y sustituirse este por un suelo de mejor calidad.
b) Si el terreno de fundación es malo, habrá que colocar una sub - base de material seleccionado antes de colocar la base.
c) Si el terreno de fundación es regular o bueno, podría prescindirse de la sub - base.

SUB-BASE.

a) Servir de drenaje al pavimento.
b) Controlar o eliminar en lo posible, los cambios de volumen de elasticidad y plasticidad perjudiciales que pudiera tener el material de la sub - rasante.
c) Controlar la ascensión capilar del agua proveniente de las capas friáticas cercanas o de otras fuentes,
protegiendo así el pavimento contra los Hinchamientos que se producen en Épocas de helada. Este hinchamiento es causado por el congelamiento del agua capilar, fenómeno que se observa especialmente en suelos limosos, donde la ascensión del agua capilar es grande.
El material de la sub - base debe ser seleccionado y tener mayor capacidad de soporte que el terreno de fundación compactado. Este material puede ser arena, grava, escoria de altos hornos o residuos de material de cantera.
Si la función principal de la sub - base es de servir de capa de drenaje, el material a emplearse debe ser granular, y la cantidad de material fino (limo y arcilla) que pase el tamiz No. 200 no será mayor del 8%.

BASE.

Esta capa tiene por finalidad, la de absorber los esfuerzos trasmitidos por las cargas de los vehículos y, además, repartir uniformemente Estos esfuerzos a la sub - base y por medio de esta al terreno de fundación.
Las bases pueden ser granulares, o bien estar constituidas por mezclas bituminosas o mezclas estabilizadas con cemento u otro ligante.
El material pétreo que se emplea en la base, debe llenar los siguientes requisitos:
a) Ser resistente a los cambios de humedad y temperatura.
b) No presentar cambios de volumen que sean perjudiciales.
c) El porcentaje de desgaste, según el ensayo de " Los Angeles " debe ser inferior a 50.
d) La fracción del material que pase el tamiz No. 40, ha de tener un Limite Liquido del 25 %, y un Indice
de Plasticidad inferior a 6.
e) La fracción que pasa el tamiz No. 200, no podrá exceder de 1/2 y en ningún caso los 2/3 de la fracción que pasa el tamiz No. 40.
f) La graduación del material de la base, es menester que se halle dentro de los limites establecido en las normas o en el pliego de especificaciones técnicas.
g) El C.B.R. de diseño debe ser superior al 50 %.
Por lo general la capa base se emplea piedra triturada o chancada, grava o mezclas estabilizadas, etc.

CAPA DE RODAMIENTO.

Su función primordial será proteger la base impermeabilizando la superficie, para evitar así posibles infiltraciones del agua de lluvia que podría saturar total o parcialmente las capas inferiores. Además evita que se desgaste o se desintegre la base a causa del transito de los vehículos.

domingo, 6 de abril de 2008

NORMAS PARA SONDEOS DE SUELO

Número, tipo y profundidad de los sondeos

El número, tipo y profundidad de los sondeos que deban ejecutarse en un programa de exploración de suelos depende fundamentalmente del tipo del subsuelo y de la importancia de la obra. En ocasiones, se cuenta con estudios anteriores cercanos al lugar, que permiten tener una idea siquiera aproximada de las condiciones del subsuelo y este conocimiento permite fijar el programa de exploración con mayor seguridad y eficacia. Otras veces, ese conocimiento apriorístico indispensable sobre las con­diciones predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los sondeos de tipo preliminar. El número de estos sondeos exploratorios será el suficiente para dar precisamente ese conocimiento. En obras chicas posiblemente tales sondeos tendrán carácter definitivo, por lo que es conve­niente realizarlos por los procedimientos más informativos, tales como la prueba de penetración estándar, por ejemplo: otro tanto sucederá cuando se concluya de los sondeos exploratorios la no existencia de problema específico de suelos en el lugar de la obra o la existencia de problemas que puedan manifestarse suficientemente con esos datos preliminares; tal es el caso cuando se exploran arenas compactas con el penetrómetro estándar, por ejemplo.
En obras grandes, en que se haga necesario un programa de sondeos definitivos, éste quedará determinado por la naturaleza del subsuelo. En lugares de perfil errático, tales como cauces fluviales o glaciares, en general se presentan los problemas más delicados, pues la erraticidad hace que resulte muy difícil una determinación precisa de las propiedades básicas de resistencia y compresibilidad, hasta un grado tal que frecuen­temente no se justifica una erogación de importancia que, de antemano, está destinada a rendir datos que de cualquier modo serán de interpre­tación muy difícil. En perfiles de estratificación más uniforme sí com­pensará un programa detallado, capaz de rendir resultados seguros y apropiados. El tipo de muestras que se extraigan en cada caso estará determinado por la naturaleza del suelo y el tipo de obra, que plantea los requerimientos correspondientes.
La ubicación de los sondeos preliminares está, en general, bastante bien definida por el tipo de obra a ejecutar y lo que se espere en lo referente a la erraticidad del lugar. Por ejemplo, en el caso de estudios para cimentaciones de puentes, el propio trazo del cruce y los puntos donde se hayan de situar pilas y estribos, proporcionan indicaciones suges­tivas. En edificios, las indicaciones de un anteproyecto pueden servir como norma de criterio.
Ahora bien, en todos los casos debe tenerse la actitud mental adecuada, que permita, a partir de los datos rendidos por los sondeos, someter a una critica severa al sistema de cimentación adop­tado en los anteproyectos en cuestión, modificándolos o abandonándolos por completo cuando sea menester. En los sondeos definitivos la ubicación ya podrá definirse sobre bases más firmes, por contarse con los datos del suelo dados por los sondeos preliminares, que proporcionan un perfil aproximado adecuado en la mayoría de los casos. Estos perfiles definen también ya las zonas de muestreo.
Sin embargo, el ingeniero de suelos debe considerar el estudio más completo como algo sujeto a continua revisión y, durante la construcción de la obra, debe estar siempre alerta a las condiciones que las excava­ciones y el comportamiento del suelo en general vayan revelando.
Un punto que requiere especial cuidado es la determinación de la profundidad a que debe llevarse la exploración del suelo. Este aspecto fundamental, cuyas repercusiones pueden dejarse sentir en todas las fases del éxito o fracaso de una obra ingenieril, tanto técnicas como económicas, está también principalmente definido por las funciones e importancia de la obra y la naturaleza del subsuelo. En general, los puntos básicos que la Mecánica de Suelos debe cuidar en un caso dado se refieren a la posibilidad y cálculo de asentamientos y a determinaciones de resistencia de los suelos; a veces, otros aspectos podrán ser determinan­tes, como la permeabilidad, en el caso de presas, tanto en el suelo de cimentación como, en su caso, en el corazón de la propia cortina.
Para fines de cimentación, en donde asentamientos y resistencia son los factores determinantes, el área de apoyo de las estructuras, concreta­mente el ancho, según tendrá ocasión de discutirse, es de importancia vital, pues el efecto de las presiones superficiales aplicadas al suelo es netamente dependiente de ese concepto. En estos casos ha sido frecuente la recomendación práctica de explorar una profundidad comprendida entre 1.55 y 3B, siendo B el ancho de la estructura por cimentar. Sin embargo, este criterio no es suficientemente riguroso y es preferible consi­derar las presiones transmitidas al subsuelo por las cargas superficiales como norma, decidiendo que el sondeo debe llevarse a una profundidad tal que los esfuerzos transmitidos desde la superficie ya no produzcan efectos de importancia; en la práctica esto suele lograrse cuando las pre­siones transmitidas llegan a ser del orden de 5-10% de las aplicadas.
En otras ocasiones la profundidad de los sondeos se fijará con cri­terios muy diferentes. Un caso típico se tiene cuando los sondeos revelan la presencia de suelos muy blandos que obliguen a pensar en la conveniencia de cimentaciones piloteadas, apoyadas en estratos resistentes; en tales casos se hará necesario seguir la exploración hasta encontrar tales estratos, si existen a profundidades económicas e inclusive rebasarlos, para verificar que su espesor sea adecuado y, en caso en que bajo ellos, sigan otros estratos blandos, aún será preciso investigar las características de éstos, para poder estimar los asentamientos y capacidad de carga con que se diseñen esos pilotes.
Generalmente es suficiente detener la exploración al llegar a la roca basal, si ésta aparece en la profundidad estudiada; sin embargo, en casos especiales se hará necesario continuar el sondeo dentro de la roca por métodos rotatorios; por ejemplo, en cimentaciones de presas sería necesario verificar que la roca no presente condiciones peligrosas desde el punto de vista de infiltraciones de agua.

Piezómetros
La determinación “in situ” de las presiones neutrales es un problema de gran trascendencia en los aspectos prácticos de la Mecánica de Suelos, pues, según ya se vio, ese concepto juega un papel fundamental en las actuales teorías, sobre todo en Consolidación y en Resistencia al Esfuerzo Cortante de los suelos; la aplicación de tales teorías a los problemas prác­ticos exige entonces el efectuar mediciones directas que permitan evaluar la presión neutral en el caso particular que se trate.
Los piezómetros son los aparatos cuya función es medir la presión neutral en el suelo en un punto determinado, a una cierta profundidad. El principio con el que trabajan es, simplemente, el hecho conocido según el cual la presión que pueda existir en el agua en el extremo inferior de un tubo puede equilibrarse con una cierta columna de agua actuante en dicho tubo.
Un piezómetro es, pues, un tubo con extremo inferior poroso, que se coloca en el suelo a la profundidad a que se desee medir la presión en el agua. Si el nivel de equilibrio del agua en el tubo es igual al nivel natural representado por el nivel freático, querrá decir que, en el punto medido, la presión en el agua es la correspondiente a la condición hidrostática. Una altura de la columna equilibrante mayor que el nivel de aguas freáticas indicará la existencia de una presión en exceso de la hidrostática, que podrá calcularse automáticamente del desnivel observado en la colum­na de agua. Similarmente, una presión en el agua, menor que la hidros­tática, quedará indicada por un menor nivel de la columna piezométrica respecto al nivel freático.
El uso de piezómetros en el campo ha permitido seguir de cerca los procesos de consolidación inducidos por la aplicación superficial de car­gas, bombeo de mantos acuíferos, evaporación superficial, etc.

En nuestro caso no utilizamos ningún equipo especial, para obtener la muestra lo único que se empleó fue una pala y una picota, ya que el suelo era Blando, Para la cual trazamos una circunferencia de aproximadamente (2 – 2.5 m.) de diámetro, y otra inferior de 30 cm.
Con la ayuda de la pala y picota cavamos todo el anillo hasta un suelo que no tenga raices o materia orgánica, en nuestro caso cavamos de 50 – 60 cm. de profundidad.
Con un cilindro colocamos o tomamos el cilindro al centro de la parte que recortamos.
Se aprieta el cilindro contra el suelo con ayuda del asentador realizando varios golpes hasta que penetre totalmente.
Con mucho cuidado vamos retirando el cilindro cavando por los costados hasta que haya quedado libre.
Depositándolo en una bolsa de polietileno
De igual manera vamos realizando con el suelo para los otros ensayos entre unos 50 a 55 Kg.
Una vez recogido la muestra las etiquetamos y llevamos al laboratorio.
La muestra fue obtenida o extraída del Sur - Este de la ciudad de Oruro, en la parte Este de Villa Challacollo o cerca o a las orillas del lago Uru Uru.Cuando se debe de realizar el estudio de un sector determinado se debe de seguir ciertos pasos, según la AASHO los procedimientos recomendados, para el muestreo en sitio, y la identificación y ensayos son los siguientes:

Método AASHO T-203.
Investigación y Muestreo de Suelos mediante empleo de taladros. Este método cubre el uso de taladros para la investigación. Las profundidades de investigación por medio de taladros están limitadas por las aguas subterráneas existentes en el subsuelo, por las características de los suelos y por equipo que se emplee.
Método AASHO T-207.

Penetración y Muestreo de suelos por medio de muestra dores de pared delgada. Este método describe el procedimiento para recuperar muestras de suelos relativamente inalteradas.
Método AASHO T-206.

Penetración y muestreo de suelos por medio del Muestreado partido. Este método describe el procedimiento para obtener muestras representativas de suelo para su identificador, clasificación y ensayos de laboratorio, así como para medir la resistencia del suelo a la penetración de un muestreados de tipo Standard.
Método AASHO T-225.

Sondeos para la investigación del sitio utilizado brocas de diamantes. Este método describe el procedimiento para recuperar muestras intactas de rocas y suelos demasiados para ser extraídos por los métodos anteriormente mencionados.

sábado, 5 de abril de 2008

METODOS GEOFISICOS PARA SONDEOS DE SUELO

Se tratan ahora métodos geofísicos de exploración de suelos, desarro­llados principalmente con el propósito de determinar las variaciones en las características físicas de los diferentes estratos del subsuelo o los contornos de la roca basal que subyace a depósitos sedimentarios. Los métodos se han aplicado sobre todo a cuestiones de Geología y Minería y en mucha menor escala a Mecánica de Suelos, para realizar investigaciones preliminares de lugares para localizar presas de tierra o para determinar, como se indicó, perfiles de roca basal. Los métodos son rápidos y expeditos y permiten tratar grandes áreas, pero nunca proporcionan suficiente información para fundar criterios definitivos de proyecto, en lo que a la Mecánica de Suelos se refiere. En el caso de estudios para fines de cimentación no se puede considerar que los métodos geofísicos sean adecuados, pues no rinden una información de detalle comparable con la que puede adquirirse de un buen programa de exploración convencional.
A continuación se describen brevemente los principales métodos que se han desarrollado hasta hoy; de ellos los dos primeros han resultado, con mucho, los más importantes.
a) Método sísmico
Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios mate­riales. Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten establecer que esa velocidad de propagación varía entre 150 y 2,500 m/seg en suelos, correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy com­pactos y las menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valores medios, mayores para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana los valores fluctúan entre 2,000 y 8,000 m/seg. Como término de comparación se menciona el hecho de que en el agua la velocidad de propagación de este tipo de onda es del orden de 1,400 m/seg. Esencial­mente el método consiste en provocar una explosión en un punto deter­minado del área a explorar usando una pequeña carga de explosivo, usualmente nitroamonio. Por la zona a explorar se sitúan registradores de ondas (geófonos), separados entre sí de 15 a 30 m. La función de los geófonos es captar la vibración, que se transmite amplificada a un osci­lógrafo central que marca varias líneas, una para cada geófono. Supo­niendo una masa de suelo homogénea que yazca sobre la roca basal, unas ondas llegan a los geófonos viajando a través del suelo a una velocidad υ1; otras ondas llegan después de cruzar oblicuamente dicho suelo. Hay un ángulo crítico de incidencia respecto a la frontera con la roca basal que hace que las ondas ni se reflejen ni se refracten hacia adentro de la roca, sino que las hace viajar paralelamente a dicha frontera, dentro de la roca, con una velocidad υ2 hasta ser recogidas por los geófonos, después de sufrir nuevas refracciones, para transmitirlas al oscilógrafo. El tiempo de recorrido de una onda refractada está determinado por su ángulo crítico, que depende de la naturaleza del suelo y de la roca. Un esquema del dispositivo aparece en la Fig. A-11


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Puede construirse una gráfica que relacione la distancia del geófono al punto donde se originó la perturbación, con el tiempo que tardó en registrarse la onda en ese geófono. Como las ondas directas y refractadas comienzan a llegar al geófono en tiempos diferentes bien determinados, pueden calcularse de la gráfica anterior los valores típicos de υ1 y υ2. En los geófonos próximos al punto de la explosión las ondas directas llegan antes; en los alejados llegan primero las refractadas. Hay un punto frontera (el 3 de la Fig. A-ll), en la cual los dos tipos de onda llegan a la vez. Dibujando los instantes en que el geófono recibe la primera excitación en función del alejamiento del geófono, se obtienen dos rectas. Hasta el punto 3 (en el caso de la Fig. A-ll),) el primer impulso es de onda directa, en la que el tiempo de excitación es proporcional a la dis­tancia del geófono: de 3 en adelante, la primera excitación es de onda refractada en la que el tiempo es una cierta función; a + bx, de la distancia, representando “a” el tiempo constante en que se recorren los dos tramos inclinados hasta y desde la roca basal.
Se obtienen así dos rectas que, evidentemente, han de cruzarse en la abscisa del punto 3. Si x1 es la abscisa de tal punto, puede demostrarse en la Fig. A-11 que:
Donde H es el espesor del estrato de suelo homogéneo y υ1 y υ2, pueden determinarse de las pendientes de las 2 rectas de la Fig. A-11.

Los casos prácticos no son tan sencillos como el arriba discutido y fre­cuentemente se hace necesaria una gran experiencia por parte del técnico que ha de interpretar los resultados obtenidos y suele ser necesaria una exploración convencional del suelo para una interpretación más correcta de dichos resultados.

b) Método de resistividad eléctrica
Este método se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor resistividad eléctrica cuando una corriente es inducida a su través. Su principal aplicación está en el campo de la minería, pero en Mecánica de Suelos se ha aplicado para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo.
La resistividad eléctrica de una zona de suelo puede medirse colocando cuatro electrodos igualmente espaciados en la superficie y alineados; los dos exteriores, conectados en serie a una batería son los electrodos de co­rriente (medida por un miliamperímetro), en tanto que los interiores se denominan de potencial y están conectados a un potenciómetro que mide la diferencia de potencial de la corriente circulante (Fig. A-12).


Los electrodos de corriente son simples varillas metálicas, con punta afilada, mientras que los de potencial son recipientes porosos llenos de una solución de sulfato de cobre, que al filtrarse al suelo, garantiza un buen contacto eléctrico.
La resistividad se puede calcular a partir de las lecturas del miliamperímetro I, del potenciómetro V y de la separación entre los electrodos, d, con la fórmula:
El método sirve, en primer lugar, para medir las resistividades a dife­rentes profundidades, en un mismo lugar y, en segundo, para medir la resistividad a una misma profundidad, a lo largo de un perfil. Lo primero se logra aumentando la distancia d, entre electrodos, con lo que se logra que la corriente penetre a mayor profundidad.
Lo segundo se logra con­servando d constante y desplazando todo el equipo sobre la línea a explorar.
Las mayores resistividades corresponden a rocas duras, siguiendo rocas suaves, gravas compactas, etc., y teniendo los menores valores los suelos suaves saturados.

c) Métodos magnéticos y gravimétricos.
El trabajo de campo correspondiente a estos métodos de explora­ción es similar, distinguiéndose en el aparato usado. En el método mag­nético se usa un magnetómetro, que mide la componente vertical del campo magnético terrestre en la zona considerada, en varias estaciones próximas entre sí. En los métodos gravimétricos se mide la aceleración del campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de dicha aceleración ligeramente más altos que el normal de la zona indicarán la presencia de masas duras de roca; lo contrario será índice de la presencia de masas ligeras o cavernas y oquedades.
En general estos métodos casi no han sido usados con fines ingenieriles, dentro del campo de la Mecánica de Suelos, debido a lo errático de su información y a la difícil interpretación de sus resultados.

viernes, 4 de abril de 2008

METODOS DE SONDEO DEFINITIVO

Se incluyen aquí los métodos de muestreo que tienen por objeto ren­dir muestras inalteradas en suelos, apropiadas para pruebas de compre­sibilidad y resistencia y muestras de roca, que no pueden obtenerse por los métodos mencionados hasta este momento. En ocasiones, cuando estas muestras no se requieran, los procedimientos estudiados en la sec­ción anterior, especialmente los que rinden muestras representativas, pueden llegar a considerarse como definitivos, en el sentido de no ser necesaria exploración posterior para recabar las características del suelo; sin embar­go, cuando la clasificación del suelo permita pensar en la posibilidad de la existencia de problemas referentes a asentamientos o a falta de la adecuada resistencia al esfuerzo cortante en los suelos, se hará necesario recurrir a los métodos que ahora se exponen.

a) Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado
Este método de exploración ha sido ya descrito en la sección anterior por lo que no se considera necesario describirlo nuevamente. Sin em­bargo, es conveniente insistir en el hecho de que cuando es factible, debe considerarse el mejor de todos los métodos de exploración a dis­posición del ingeniero para obtener muestras inalteradas y datos adicio­nales que permitan un mejor proyecto y construcción de una obra.

b) Muestreo con tubos de pared delgada

Desde luego de ningún modo y bajo ninguna circunstancia puede obtenerse una muestra de suelo que pueda ser rigurosamente conside­rada como inalterada. En efecto, siempre será necesario extraer al suelo de un lugar con alguna herramienta que inevitablemente alterará las, condiciones de esfuerzo en su vecindad; además, una vez la muestra dentro del muestreador no se ha encontrado hasta hoy y es dudoso que jamás llegue a encontrarse, un método que proporcione a la mues­tra, sobre todo en sus caras superior e inferior los mismos esfuerzos que tenía “in situ”. Aparte de esto, la remoción de la muestra del muestreador al llegar al laboratorio produce inevitablemente otro cam­bio en los esfuerzos, pues la fase líquida deberá trabajar a tensión y la fase sólida a compresión en la medida necesaria para que se impida la expansión de la muestra, originalmente confinada en el suelo y ahora libre. La alteración producida por esta extracción es un factor impor­tante aún y cuando se recurra al procedimiento de cortar longitudinal­mente al muestreador para evitar el efecto de la fricción lateral, si bien con este procedimiento más costoso se atenúa la alteración. Por lo anterior, cuando en Mecánica de Suelos se habla de muestras "inalteradas" se debe entender en realidad un tipo de muestra obtenida por cierto procedimiento que trata de hacer mínimos los cambios en las condiciones de la muestra “in situ”, sin interpretar la palabra en su sentido literal.
Se debe a M. J. Hvorsiev5 un estudio exhaustivo moderno que con­dujo a procedimientos de muestreo con tubos de pared delgada que, por lo menos en suelos cohesivos, se usan actualmente en forma prác­ticamente única. Muestreadores de tal tipo existen en muchos modelos y es frecuente que cada institución especializada desarrolle el suyo pro­pio. El grado de perturbación que produce el muestreador depende prin­cipalmente, según el propio Hvorsiev puso de manifiesto, del procedimiento usado para su hincado; las experiencias han comprobado que si se desea un grado de alteración mínimo aceptable, ese hincado debe efectuarse ejer­ciendo presión continuada y nunca a golpes ni con algún otro método dinámico. Hincado el tubo a presión, a velocidad constante y para un cierto diámetro de tubo, el grado de alteración parece depender esencial­mente de la llamada “relación de áreas”.
Donde De es el diámetro exterior del tubo y Di el interior. La expresión anterior equivale a la relación entre el área de la corona sólida del tubo y el área exterior del mismo. Dicha relación no debe ser mayor de 10% en muestreadores de 5 cm (2 pulgadas) de diámetro interior, hoy de escaso uso por requerirse en general muestras de mayor diámetro y, aunque en muestreadores de mayor diámetro pueden admitirse valores algo mayores, no existen motivos prácticos que impidan satisfacer fácilmente el primer valor.

En la Fig. A-9.a aparece uno de los tipos más comunes de muestreador de pared delgada; en la parte b de dicha figura se muestra un tipo más elaborado de muestreador de pistón, que tiene por objeto eliminar o casi eliminar la tarea de limpia del fondo del pozo previa al muestreo, necesaria en los muestreadores abiertos; al hincar el muestreador con el pistón en su posición inferior, puede llevarse al nivel deseado sin que el suelo alterado de niveles más altos en el fondo del pozo entre en él; una vez en el nivel de muestreo, el pistón se eleva hasta la parte superior y el muestreador se hinca libremente (pistón retráctil) o bien fijado el pistón en el nivel de muestreo por un mecanismo accionado desde la superficie, se hinca el mues­treador relativamente al pistón hasta que se llena de suelo (pistón fijo). El la Fig. A-9.c se muestra un esquema de un dispositivo aplicador de presiones de hincado que puede usarse cuando no se disponga de una máquina perforadora que aplique la presión mecánicamente; un procedimiento alternativo al mostrado en la figura, será cargar la varilla de perforación con peso muerto utilizando gatos hidráulicos.
En ocasiones y en suelos muy blandos y con alto contenido de agua, los muestreadores de pared delgada no logran extraer la muestra, saliendo sin ella a la superficie; esto tiende a evitarse hincando el muestreador lentamente y, una vez lleno de suelo, dejándolo en reposo un cierto tiempo antes de proceder a la extracción. Al dejarlo en reposo la adhe­rencia entre el suelo y muestreador crece con el tiempo, pues la arcilla remoldeada de la superficie de la muestra expulsa agua hacia el interior de la misma aumentando, por lo tanto, su resistencia y adherencia con el muestreador.
En arenas, especialmente en las situadas bajo el nivel freático se tiene la misma dificultad, la cual hace necesario recurrir a procedimien­tos especiales y costosos para darle al material una “cohesión” que le permita conservar su estructura y adherirse el muestreador. La inyección de emulsiones asfálticas o el congelamiento de la zona de muestreo son métodos que se han usado algunas veces en el pasado. Afortunadamente el problema no es de vital importancia en la práctica de la Mecánica de Suelos dado que la prueba estándar de penetración, al informar sobre la compacidad de los mantos arenosos, proporciona el dato más útil y gene­ralmente en forma suficientemente aproximada, de las características de los mismos.

c) Métodos rotatórios para roca
Cuando un sondeo alcanza una capa de roca más o menos firme o cuando en el curso de la perforación las herramientas hasta aquí descritas tropiezan con un bloque grande de naturaleza rocosa, no es posible lograr penetración con los métodos estudiados y ha de recurrirse a un procedi­miento diferente.
En realidad, se mencionó que capas de boleo o grava pueden ser atra­vesadas con barretones o herramientas pesadas similares, manejadas a percusión. Pero estos métodos no suelen dar un resultado conveniente en roca más o menos sana y además tienen el inconveniente básico de no proporcionar muestras de los materiales explorados. Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la perforación se hace indispen­sable recurrir al empleo de máquinas perforadoras a rotación, con broca de diamantes o del tipo cáliz.
En las primeras, en el extremo de la tubería de perforación va colocado un muestreador especial, llamado de “corazón”, en cuyo extre­mo inferior se acopla una broca de acero duro con incrustaciones de diamante industrial, que facilitan la perforación.
En las segundas, los muestreadores son de acero duro y la penetración se facilita por medio de municiones de acero que se echan a través de la tubería hueca hasta la perforación y que actúan como abrasivo. En roca muy fracturada puede existir el peligro de que las municiones se pierdan. Perforadoras tipo cáliz se han construido con diámetros muy grandes, hasta para hacer perforaciones de 3 m; en estos casos, la má­quina penetra en el suelo con la misma broca.
La colocación de los diamantes en las brocas depende del tipo de roca a atacar. En rocas duras es recomendable usar brocas con dia­mantes tanto en la corona como el interior para reducir el diámetro de la muestra, y en el exterior para agrandar la perforación y permitir el paso del muestreador con facilidad. En rocas medianamente duras suele resultar suficiente emplear brocas con inserciones de carburo de tungsteno en la corona. En rocas suaves, del tipo de lutitas, pizarras, etc., basta usar broca de acero duro en diente de sierra.

En la Fig. A-10 aparece un esquema de una máquina perforadora (que, incidentalmente, puede usarse también para el hincado a presión de muestreadores de tubo de pared delgada), dos muestreadores de corazón comunes y algunos tipos de brocas.
Las velocidades de rotación son variables, de acuerdo con el tipo de roca a atacar. En todos los casos, a causa del calor desarrollado por las grandes fricciones producidas por la operación de muestreo, se hace indispensable inyectar agua fría de modo continuo, por medio de una bomba situada en la superficie. También se hace necesario ejercer presión vertical sobre la broca, a fin de facilitar su penetración. El éxito de una maniobra de perforación rotatoria depende fundamentalmente del balance de esos tres factores principales, velocidad de rotación, presión de agua y presión sobre la broca, respecto al tipo de roca explorado.
Una vez que el muestreador ha penetrado toda su carrera es preciso desprender la muestra de roca (corazón), que ha ido penetrando en su interior, de la roca matriz. Para ello se han desarrollado diversos métodos técnicos. Por ejemplo, suele resultar apropiado el interrumpir la inyección del agua, lo que hace que el espacio entre la roca y la parte inferior de la muestra se llene de fragmentos de roca, produciendo un empaque apro­piado; otras veces un aumento rápido de la velocidad de rotación produce el efecto deseado. Cuando las muestras de roca son muy largas puede introducirse un muestreador especial que reemplace al usado en la perfo­ración; tal muestreador está provisto de aditamentos para cortar y retener la muestra. Desgraciadamente, con cierta frecuencia ninguno de estos métodos rinde el resultado apetecido y la muestra no es extraída.
El equipo de perforación rotatorio trabaja usualmente en cuatro diá­metros y en la tabla A-2 aparecen sus dimensiones usuales y sus nombres típicos.
Probablemente las tuberías Ax y Bx son las más usadas.


Las máquinas perforadoras suelen poder variar su velocidad de rota­ción en intervalos muy amplios (frecuentemente de 40 a 1,000 rpm) y pueden ser de avance mecánico o hidráulico. En las primeras, la máquina gira a velocidad uniforme y las variaciones se logran con un juego de engranaje adicional; en las segundas, muy preferibles, la propia máquina puede variar su velocidad.

TOMA DE MUESTRAS DEL CAMPO (PARTE II)

d) Método de penetración estándar
Este procedimiento es, entre todos los exploratorios preliminares quizá el que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona más útil información en torno al subsuelo y no sólo en lo referente a descripción; probablemente es también el más ampliamente usado para esos fines en México.
En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer la com­pacidad de los mantos que, como repetidamente se indicó, es la caracte­rística fundamental respecto a su comportamiento mecánico. En suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea, si bien tosca, de la resistencia a la compresión simple. Además el método lleva implícito un muestreo, que proporciona muestras alteradas representativas del suelo en estudio.
El equipo necesario para aplicar el procedimiento consta de un muestreador especial (muestreador o penetrómetro estándar) de dimensiones establecidas, que aparece esquemáticamente en la Fig. A-5.
Es normal que el penetrómetro sea de media caña, para facilitar la extracción de la muestra que haya penetrado en su interior. El pe­netrómetro se enrosca al extremo de la tubería de perforación y la prueba consiste en hacerlo penetrar a golpes dados por un martinete de 63.5 kg (140 libras) que cae desde 76 cm (30 pulgadas), contando el número de golpes necesario para lograr una penetración de 30 cm (1 pie). El martinete, hueco y guiado por la misma tubería de perfo­ración, es elevado por un cable que pasa por la polea del trípode y dejado caer desde la altura requerida contra un ensanchamiento de la misma tubería de perforación hecho al efecto. En cada avance de 60 cm debe retirarse el penetrómetro, removiendo al suelo de su interior, el cual constituye la muestra.

El fondo del pozo debe ser previamente limpiado de manera cui­dadosa, usando posteadora o cuchara del tipo de las mostradas en la Fig. A-2. Una vez limpio el pozo, el muestreador se hace descender hasta tocar el fondo y, seguidamente, a golpes, se hace que el penetrómetro entre 15 cm dentro del suelo. Desde este momento deben contarse los golpes necesarios para lograr la penetración de los siguientes 30 cm. A continuación hágase penetrar el muestreador en toda su longitud. Al retirar el penetrómetro, el suelo que haya entrado en su interior consti­tuye la muestra que puede obtenerse con este procedimiento.
La utilidad e importancia mayores de la prueba de penetración están­dar radican en las correlaciones realizadas en el campo y en el labora­torio en diversos suelos, sobre todo arenas, que permiten relacionar apro­ximadamente la compacidad, el ángulo de fricción interna, Φ, en arenas y el valor de la resistencia a la compresión simple, qu, en arcillas, con el número de golpes necesarios en ese suelo para que el penetrómetro están­dar logre entrar los 30 cm especificados. Para obtener estas relaciones basta realizar la prueba estándar en estratos accesibles o de los que se puedan obtener muestras inalteradas confiables y a los que se les pueda determinar los valores de los conceptos señalados por los métodos usuales de laboratorio; haciendo suficiente número de comparaciones pueden obtenerse correlaciones estadísticas dignas de confianza. En la práctica esto se ha logrado en los suelos friccionantes, para los que existen tablas y gráficas dignas de crédito y aplicables al trabajo práctico; en el caso de suelos arcillosos plásticos las correlaciones de la prueba estándar con qu son mucho menos dignas de crédito.
Figura A-6. Correlación entre el número de golpes para 30 cm de penetración estándar y el ángulo de fricción interna de las arenas


En la Fig. A-6 aparece una correlación1 que ha sido muy usada para arenas y suelos predominantemente friccionantes.

En la gráfica se observa que al aumentar el número de golpes se tiene mayor compacidad relativa en la arena y, consecuentemente, mayor ángulo de fricción interna. También se ve que en arenas limpias media­nas o gruesas para el mismo número de golpes, se tiene un Φ mayor que en arenas limpias finas o que en arenas limosas.
Las relaciones de la Fig. A-6 no toman en cuenta la influencia de la presión vertical sobre el número de golpes que es importante, según han demostrado investigaciones más recientes.2 y 3 En la Fig. A-7 se presentan resultados experimentales que demuestran que a un número de golpes en la prueba de penetración estándar corresponden diferentes compacidades relativas, según sea la presión vertical actuante sobre la arena, la cual, a su vez, es función de la profundidad a que se haga la prueba.
Para pruebas en arcillas, Terzaghi y Peck4 dan la correlación que se presenta en la tabla a-1.

Puede observarse en la tabla que, prácticamente, el valor de qu, en kg/cm2 se obtiene dividiendo entre 8 el número de golpes.

Sin embargo cabe mencionar que las correlaciones de la tabla a-1 sólo deben usarse como norma tosca de criterio, pues los resultados prác­ticos han demostrado que pueden existir serias dispersiones y, por lo tanto, las resistencias "obtenidas por este procedimiento no deben servir de base para proyecto.

e) Método de penetración cónica
Estos métodos consisten en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. Existen diversos tipos de conos y en la Fig. A-8 aparecen algunos que se han usado en el pasado.

Dependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno, estos métodos se dividen en estáticos y dinámicos. En los primeros la herramienta se hinca a presión, medida en la superficie con un gato apropiado; en los segundos el hincado se logra a golpes dados con un peso que cae.

En la prueba dinámica puede usarse un penetrómetro del tipo c) de la Fig. A-8, atornillado al extremo de la tubería de perforación, que se golpea en su parte superior de un modo análogo al descrito para la prueba de penetración estándar. Es normal usar para esta labor un peso de 63.5 kg, con 76 cm de altura de caída, o sea la misma energía para la penetración usada en la prueba estándar. También ahora se cuentan los golpes para 30 cm de penetración de la herramienta.

Desgraciadamente para este tipo de prueba no existen las correlacio­nes mencionadas en el caso de la prueba estándar, por lo cual los resulta­dos son de muy dudosa interpretación. Sin embargo, la prueba se ha usado frecuentemente por dos razones básicas: su economía y su rapidez, pues al no haber operaciones de muestreo, no existe la dilación de la prueba estándar para retirar la tubería de perforación y obtener la mues­tra, cada vez que se efectúe la prueba. Si la prueba se hace sin ademe existe gran fricción lateral sobre la tubería de perforación, pero si se pone ademe se pierden las ventajas de economía sobre la prueba estándar, por lo menos parcialmente.

Las observaciones que hasta ahora se han realizado parecen indicar que, en arenas, la prueba dinámica de cono da toscamente un número de golpes del orden del doble del que se obtendría en prueba estándar, a condición, desde luego, de que la energía aplicada al cono sea la corres­pondiente a la prueba estándar.

En arcillas, el uso de la penetración cónica dinámica adquiere carac­teres aún más peligrosos potencialmente, al no existir correlaciones dignas de crédito, si se tiene en cuenta que la resistencia de esos materiales a las cargas estáticas a que estarán sujetos en la obra de que se trate, puede ser perfectamente mal cuantificada a partir de una prueba dinámica, en la que la arcilla puede exhibir unas características totalmente diferentes.

Las pruebas de penetración estática de conos pueden hacerse usando herramientas del tipo de las que aparecen en la Fig. A-8.

En general, el cono se hinca aplicando presión estática a la parte superior de la tubería de perforación con un gato hidráulico, empleando un marco fijo de carga que puede estar sujeto al ademe necesario para proteger la tubería de perforación de la presión lateral. La velocidad de penetración suele ser constante y del orden de 1 cm/seg. A veces se obtiene una gráfica de presión aplicada contra penetración lograda con esa presión; otras veces se anotan contra la profundidad los valores de la presión que haya sido necesaria para lograr una cierta penetración, por ejemplo 50 cm.

Tampoco se obtiene muestra de suelo con este procedimiento y ésta debe verse como una limitación importante. También se tiene el incon­veniente de que no existen correlaciones de resistencia en prueba cónica estática con valores obtenidos por otros métodos de eficacia más confiable; en arcillas, existe el inconveniente adicional de que la resistencia de estos materiales depende mucho de la velocidad de aplicación de las cargas, según se indicó repetidamente, por lo que en la prueba pueden tenerse resultados no representativos de la realidad.

A veces se han usado en arenas penetrómetros cónicos ayudados por presión de agua (Fig. A-8.d), cuya función es suspender las arenas sobre el nivel de la penetración, para evitar el efecto de la sobrecarga actuante sobre ese nivel, que de otra manera, dificultaría la penetración del cono.

A modo de resumen podría decirse que las pruebas de penetración cónica, estática o dinámica, son útiles en zonas cuya estratigrafía sea ya ampliamente conocida a priori y cuando se desee simplemente obtener información de sus características en un lugar específico; pero son pruebas de muy problemática interpretación en lugares no explorados a fondo previamente. La prueba de penetración estándar debe estimarse preferible en todos los casos en que su realización sea posible.

f) Perforaciones con boleos y gravas
Con frecuencia es necesario atravesar durante las perforaciones estra­tos de boleos o gravas que presentan grandes dificultades para ser perfo­rados con las herramientas hasta aquí descritas. En estos casos se hace necesario el empleo de herramental más pesado, del tipo de barretones con taladros de acero duro, que se suspenden y dejan caer sobre el estrato en cuestión, manejándolos con cables. En ocasiones se ha recurrido, inclu­sive, al uso localizado de explosivos para romper la resistencia de un obstáculo que aparezca en el sondeo.