CLASIFICACION DE SUELOS PARA CARRETERAS

El objetivo de cualquier sistema de clasificación de suelos para carreteras es el de tener la capacidad para predecir el comportamiento de la sub-rasante construida con un suelo dado, en base a algunas pruebas sencillas efectuadas en el suelo alterado. Mediante estos ensayos y también en base ala experiencia, es posible situarlos dentro de un grupo en el cual los suelos son de características similares.

El principal sistema de clasificación de los suelos para carreteras en Estados Unidos es la AASHTO propuesto inicialmente en 1931 y revisado posteriormente. Las pruebas principales utilizadas por éste sistema de clasificación son mecánicos y varias pruebas de laboratorio de rutina. Los principales ensayos son los límites de ATTEMBERG que son :límite líquido, plástico y de contracción . las pruebas de rutina tienen el objetivo de describir la propiedades físicas del suelo. Cabe hacer notar que los enyasos de límites deben ser con suelos que pasen el tamiz Nº 40

Entre los procesos mecánicos tenemos la granulometría de los suelos, límite líquido , límite plástico y límite de contracción. También se debe calcular el indice de plasticidad que es la diferencia entre el límite líquido y plástico. En base a estos ensayos se obtiene la clasificación del suelos según la AASHTO mostradas en la tabla.

CARACTERISITICAS DE LOS AGREGADOS UTILIZADOS EN BASE SUB-BASE Y RELLENOS

Diferentes organismos encargados de carreteras han utilizado diversas especificaciones para las mezclas de l suelo agregado para revestimiento .

Granulometría según las mallas	A	B	C	D	E	F
2 pulg.	100	100	-	-	-	-
1 pulg.	-	75-95	100	100	100	100
3/8 pulg.	30-65	40-75	50-85	60-100	-	-
Nº 4	25-55	30-60	35-65	50-85	55-100	70-100
Nº 10	15-40	20-45	25-50	40-70	40-100	55-100
Nº 40	8-20	15-30	15-30	25-45	20-50	30-70
Nº 200	2-8	5-20	5-15	5-20	6-20	8-25

OTRAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS

La permeabilidad es la propiedad que permite que el agua fluya a través de ella por la acción de la gravedad o por alguna otra fuerza aplicada.

La capilaridad es aquella propiedad que permite que el agua se eleve desde una superficie de agua libre por la acción de la tensión superficial e independientemente de la fuerza e gravedad.

La contracción de una masa de suelo es la reducción de volumen que ocurre cuando diminuye el contenido de humedad del existente cuando está parcial o totalmente saturada.

La expansión se describe como el aumento de volumen de una masa de suelo que acompaña al incremento del contenido de humedad.

La compresibilidad es la que permite consolidarse bajo la acción de una carga de compresión.

La elasticidad es la que le permite regresar a su dimensión original después de que deja de actuar sobre esta una carga aplicada.

RESISTENCIA AL CORTE

Las fallas que presentan los suelos como resultado de la acción de las cargas en la carretera son principalmente fallas por cortante. Por lo tanto son muy importante los factores que contribuyen a que el suelo tenga resistencia al corte. Esta resistencia dentro de los suelos se atribuye por lo común a la existencia de fricción interna y de cohesión.

Debemos considerar dos propiedades extremas, una la arena sin cohesión y segundo la arcilla con alta cohesividad en la cual se supone que la fricción que se necesita para vencer la resistencia al corte sobre cualquier plano esta dada por . Se supone que el valor del ángulo de fricción interna incluye los factores de resistencia el deslizamiento ( o rotación ) de las partículas de suelo una sobre otra y cualquier entrelazamiento que pueda tener para evitar cualquier deslizamiento que pueda ocurrir. Para una arena el ángulo de fricción interna depende primordialmente de la densidad ( relación de vacíos) a menor valor de ésta mayor será el valor del ángulo de fricción interna. También es importante la forma del grano así como la textura de la superficie; el ángulo de fricción interna es mayor para la arena rugosa y angular en comparación a otra suave y redonda, ambas con la misma relación de vacíos Es importante también la graduación de la arena en general el ángulo de fricción interna es mayor en arenas que están bien graduadas de gruesa a fina. El ángulo de fricción interna es hasta cierto punto independiente de la humedad, en la arena no difiere mucho.

Para la explicación se puede suponer que en una masa arcillosa saturada el ángulo de fricción interna es cero y que la resistencia la deslizamiento sobre cualquier plano es igual a la cohesión, C ( que en general se expresa en unidades de presión ) para simplificar se supone que C incluye la cohesión verdadera debida a la atracción intermolecular y la cohesión aparente debida a los efectos de la tensión superficial sobre el agua contenida en la masa arcillosa. La resistencia la corte en la mayoría de los suelos de grano fino disminuye cuando aumenta su contenido de humedad; con frecuencia esta reducción es brusca cuando se destruye su estructura natural. Probablemente el problema más complejo en mecánica de suelos es la interpretación de los factores que influyen en la resistencia al corte de los suelos cohesivos.

Para la gran mayoría de los suelos que se encuentran en el campo, la resistencia la corte se debe tanto a la cohesión como a la fricción interna, esto esta dado por la ley de Coulomb.

PESO VOLUMÉTRICO

Es lo que comúnmente conocemos como peso específico absoluto de un suelo, es el peso de la masa de suelo por unidad de volumen y se expresa en toneladas por metro cúbico, gramos por centímetro cúbico, etc. También se emplea mucho en carreteras el término “ peso volumétrico húmedo” que se refiere al peso específico de una masa de suelo que tiene un contenido de humedad que es un tanto diferente de cero en tanto que el peso volumétrico seco se refiere al peso volumétrico de la masa de suelo en estado seco.

El peso volumétrico húmedo puede variar de 90 libras por pie cúbico o menos para suelos orgánicos saturados, hasta 140 libras por pie cúbico o más para materiales granulares bien compactados

DENSIDAD RELATIVA SUELOS

Mediante este término se designa la densidad relativa de las partículas del suelo seco o de los sólidos. Generalmente se determina este valor mediante el picnómetro, la estimación resulta más omenos fácil para un suelo de granulometría gruesa, pero es más difícil para suelos finos. Los valores para la densidad relativa se refieren a la relación del peso volumétrico de las partículas del suelo con respecto al peso unitario del agua a una temperatura conocida por lo general 4 ºC y varían numéricamente de 2,60 a 2,80. dentro de este intervalo los valores más bajos de la densidad relativa son características de los suelos de grano grueso, en tanto que los valores más altos, en tanto que los valores más altos son típicos de suelos de granulometría fina.

CONTENIDO DE HUMEDAD EN SUELOS

El contenido de humedad es el peso de agua que contiene un suelo comparada con el peso seco del suelo, que generalmente se expresa como porcentaje. Esta propiedad se determina en laboratorio, se toma una muestra pequeña de suelo que sea representativo del total, se coloca en una tara de vidrio o de otro material de peso conocido ( en nuestro laboratorio tara de aluminio) se pesa el suelo húmedo más la tara, luego para hacer que la muestra tenga peso constante se coloca a un horno que este entre 100ºC a 110ªC de temperatura, luego de haber obtenido el peso constante se enfría en un desecador y se determina el peso de la muestra seca.

El agua en los suelos puede presentarse en forma líquida normal o en forma de grupos de partículas, como el caso del agua remanente en una masa de arcilla secada en forma parcial. Las películas de agua existentes en el último caso pueden tener propiedades que difieren rigurosamente de las que tiene el agua en su forma normal, las propiedades de los suelos finos dependen del alto grado de las propiedades y comportamiento de las películas de agua absorbida.

PROPIEDADES BASICAS DE LOS SUELOS

Es importante para un ingeniero debe tener un conocimiento, de las propiedades básicas de los suelos, el trabajo se complica por el hecho de que muchos suelos son de naturaleza compleja, tanto física como químicamente y porque los suelos depositados son probablemente de carácter en extremo heterogéneo. Las propiedades de los suelos no sólo dependen de su tipo general sino también de su condición en el momento de la prueba o ensayo.

DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO RIGIDO

La loza de un pavimento de hormigón es un elemento estructural que puede y debe ser diseñado para soportar cargas de transito previsto.

Para que el pavimento de hormigón rinda un servicio satisfactorio e económico durante los años de veda asignada requiere:

1) Valor soporte de la sub- rasante razonablemente uniforme.

2) Eliminación de bombeo cuando la calidad del suelo de la sub-rasante lo exija mediante la construcción de una sub-base.

3) Distribución adecuada de las juntas.

4) Resistencia estructural adecuada para las solicitaciones a que estará expuesto.

Para facilitar el calculo y verificar el espesor adoptado puede emplearse a los valores de la tabla sgte.

DIMENSIONAMIENTO

Módulo de rotura del Hormigón = 45 (Kg/cm2)

Módulo de reacción de la sub-rasante = 2,8 (Kg/cm3)

Factor de Seguridad F.S. = 1,2

Modulo de reacción combinado = 3,6 ( Kg/cm3)

EJE SIMPLE Ton .	Nº DE REPETICIONES
13 12 11 10 9	80 70 60 50 95

EJE TANDEM Ton.	Nº DE REPETICIONES
23 22 21 20 19	4 6 8 10 20

COMPACTACION DE LA BASE Y CAPA DE RODADURA.

Las capas de base, así como la niveladora y la capa superficial, deben compactarse hasta alcanzar un mínimo del 97 % de la densidad de laboratorio obtenida según los métodos ASTN-D-1559, D-1560 o ASSHO T-16.

COMPACTACION DE LA SUB-BASE

Para todos los tipos de tráfico la sub - base ha de compactarse hasta alcanzar un mínimo del 97 % de la densidad de laboratorio obtenida según los métodos ASTM-D-1559, D-1559 o ASSTHO T-16

COMPACTACION DEL TERRENO DE FUNDACION

Si los suelos del terreno de fundación son arcillosos, deber exigirse en el campo un mínimo de 95 % de la densidad de laboratorio, determinada según el método AASHO T-180 d.

Además, el espesor mínimo del terreno de compactación debidamente compacto, estar relacionado con el tipo de transito. Así por ejemplo:

a) Si el " valor del Índice de Tráfico " es menor que 10, o sea si hay " Tráfico Reducido ", el terreno de fundación habrá de compactarse de 6 a 12 pulgadas ( 15 a 30 cm. ) de espesor como mínimo.

b) Si el " valor del Índice de Tráfico ", esta comprendido entre 10 y 100, es decir que hay un "tráfico mediano ", el terreno de fundación se Compactar de 12 a 18 pl. (30 a 45 cm. ) como mínimo.

c) Si el " valor del Índice de Tráfico ", es mayor de 100, o sea, si hay " tráfico intenso ", el terreno de fundación será compactado de 18 a 24 plg. ( 45 a 65 cm. ) como mínimo.

Si el terreno de fundación está formado por suelos no cohesivos, deberá exigirse una compactación no menor del 100 % de la densidad obtenida en laboratorio según el método AASTHO T-180 d. Además, el espesor del terreno de fundación compactado tiene que ser:

a) No menor de 6 a 12 " (14-30 cm.), para tráfico reducido.

b) No menor de 12 a 18" (30-45 cm.), para tráfico mediano.

c) No menor de 18 a 24" (45-60 cm.), para tráfico intenso.

FORMAS DE DESINFECCIÓN DEL AGUA

La desinfección es un proceso que permite la destrucción de los microorganismos patógenos que producen contaminación que se traduce en enfermedades y riesgos de salud.

Por lo anterior el anterior el agente empleado será más efectivo, si mantiene una concentración residual.

Existen varios agentes desinfectantes, como ser: rayos ultravioleta, ozono, yodo, cloro, hipocloritos, cloroamonio, etc. Debiendo darse preferencia a aquel agente de fácil adquisición, manipulación y almacenamiento, y adecuado al medio donde será utilizando, sean en área urbanas ó rurales.

Deberá estudiarse también la posibilidad de producción de desinfectantes en la propia planta, por ejm. Mediante las electrólisis de salmuera. Este método altamente aconsejable para el caso de pequeñas comunidades, muy alejadas de los centros urbanos.

SELECCION Y RECOMENDACIONES PARA EL MATERIAL

En la selección de los materiales para Tuberías y accesorios, deben tenerse en cuenta los siguientes factores:

* Costos de inversión y mantenimiento.

* Resistencia contra la corrosión e incrustación.

* Resistencia a esfuerzos macánicos, tanto internos como externos.

* Características del comportamiento hidráulico del proyecto, (presiones de trabajo, golpe de ariete).

* Condiciones de instalaciones adecuadas al terreno

* Facilidad económica.

* Resistencia contra la agresividad del terreno.

* Vida útil de acuerdo a la previsión del proyecto.

* Tomar en cuenta las especificaciones técnicas de la tubería y accesorios a usarse. Deben cumplir con los requerimientos de las Normas Bolivianas, y contar con la certificación del Instituto Boliviano de Normalización y Calidad (IBNORCA).

Recomendaciones.

Las Tuberías y accesorios deben ser de un material tal que garantice la inocuidad del agua al material de la tubería (corrosión) y que tengan una buena resistencia a la pérdida del material constitutivo de las mismas.

En general, es recomendable el uso de Tuberías de PVC/POLIETILENO dentro los diámetros comerciales de 1" a 4", desde el punto de vista de la resistencia a la corrosión y por no desprender partículas de su material constitutivo.

En otros casos deberá justificarse el empleo de materiales como el fierro galvanizado o fierro fundido dúctil, etc. tomando en cuenta consideraciones de resistencia agresividad del agua y durabilidad del material. En caso necesario se deberá determinar el índice de saturación o índice de Langelier.

Condiciones de la tubería.

Los proveedores deben presentar la certificación de control de calidad otorgado por el Instituto Boliviano de Normalización y Calidad (IBNORCA), y certificación de su utilización en trabajos exitosos y de importancia. Las Tuberías y accesorios deben ser compatibles entre sí.

LINEAS DE ADUCCION

Está constituida por la tubería que conduce agua desde la obra de captación hasta el estanque de almacenamiento, así como de las estructuras, accesorios, dispositivos y válvulas integradas a ella y así lograr el mejor funcionamiento a lo largo de una línea de aducción puede requerirse: taquillas desarrendaras, taquillas rompe cargas, válvulas reductoras de presión, chimeneas de equilibrio, válvulas de expulsión de aire o ventosas, válvulas de limpieza, llaves de paso, reducciones, codos, anclajes, etc.

Cada uno de estos elementos precisa de un diseño acorde a las condiciones y características particulares de acuerdo a la ubicación y naturaleza de la fuente de abastecimiento, así como de la topografía de la región, las líneas de aducción pueden considerarse de dos tipos: línea de aducción por gravedad y líneas de aducción por bombeo. En tales actuaciones, se requerirá de los análisis económicos que permitan evaluar ambas alternativas e caso de existir ambas posibilidades, una consideración de gran importancia, sobre la cual no debe existir duda alguna, es la relativa al tipo de abastecimiento que se pretenda; por gravedad o por bombeo. Ante estas alternativas, no cabe duda que a costos iniciales iguales, resultará más conveniente a largo plazo la solución por gravedad.

Más aún podrá considerarse que en muchos casos aún admitiendo un costo mayor inicial podrá ser también preferible soluciones a base de sistemas por gravedad, líneas de aducción por gravedad de la base de que todo diseño debe estar sustentado sobre criterios técnicos y económicos una línea de aducción por gravedad debe aprovechar al máximo la energía disponible para conducir el gasto deseado, lo cual en la mayoría de los casos nos conducirá a la selección del diámetro mínimo que satisfaciendo razones técnicas, permita presiones iguales o menores que la resistencia física del material soportaría.