ESPECIALIDAD:CONSTRUCCIÓN CIVIL

Instituto Superior Tecnológico Público "Huancavelica”

EXPOSITOR: WILMER ESCOBAR

ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS.

GENERALIDADES

El Estudio de Mecánica de Suelos tiene por objeto investigar el sub-suelo del terreno que constituye el proyecto, mediante trabajos decampo realizados en pozos de exploración o calicatas, a fin deobtener las principales características físicas y mecánicas del suelo,así como sus propiedades de resistencia, deformación y deagresividad química de sus componentes que puedan afectar elcomportamiento de la estructura afirmada, en base a estosparámetros se definen los registros de exploración que permitendefinir el tipo y espesor de la capa portante..

a) UBICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

El terreno materia del estudio se encuentra ubicado en el Distrito deAcoría. Provincia de Huancavelica, Región Huancavelica, iniciándose porel kilometro 10+540, de la carretera Panccan hacia Acoria, desde larepartición de la carretera Acoria hacia Silva, de allí a 800 metrosaproximadamente la repartición ingresando al KM. 0+000, para luegoproseguir 0+020 km y llegar hacia el centro poblado de Llahuecc.

b) UBICACIÓN Y EJECUCIÓN DE CALICATAS

A lo largo de la trocha carrozable se han perforado calicatas a unadistancia de entre sí de Km 0+500 mt. a una profundidad alcanzada de1.50 mt. de cada una de estas calicatas se extrajeron muestras para serenviadas al laboratorio.

ENSAYOS ESPECIALES

Para determinar la capacidad de soporte de la sub rasante se han efectuado ensayos de CBR en lascalicatas: según se indica en los resultados adjuntos al presente (ver anexos), realizándose soloen esas calicatas debido a las características similares que presentan con otras calicatas. En losresultados adjuntos se muestran las progresivas donde se realizaron las calicatas, indicando laprofundidad a la que fueron tomadas; así como sus principales características mecánicas.

c) PERFIL ESTRATIGRAFICO

La superficie de rodadura está conformada en la mayoría por arenas gravosas, gravas, arenaslimosas y material orgánico; sobre las cuales subyacen suelos finos, cuyas características sedetallan en los resultados de laboratorio adjuntos al presente.

d) ENSAYOS DE LABORATORIO

Así mismo, en el laboratorio de mecánica de suelos se realizó una verificación de la clasificaciónvisual de todas las muestras obtenidas durante los trabajos de campo. Las muestras de suelosfueron clasificadas y seleccionadas siguiendo el procedimiento descrito en ASTM D-2488“Practica recomendada para la descripción de Suelos”. Estas muestras representativas fueronsometidas a los siguientes ensayos:

Análisis Granulométrico por tamizado ASTM C – 136. Ensayo de Limite de consistencia ASTM D – 4318

Limite Liquido

Limite Plástico

Índice de Plasticidad

Clasificación SUCS ASTM D – 2487 Clasificación AASHTOASTM D–3282 AASHTO M – 145 Contenido de Humedad Natural ASTM D – 2216

: Proctor Modificado ASTM D – 1557

CBR ASTM D - 1883

En cuanto al tiempo de inmersión de agua para determinar la expansión, la Norma ASTM D-1883, permite reducir el tiempo de 96 horas, si el suelo es friccionante (no plástico) y el ensayo demuestra que no afecta el resultado final, recomendación que se tuvo en cuenta en los suelos no expansivoscbr

e) REGISTTRO DE EXPLORACIÓN DE CALICATA

Se tomaron a nivel de terreno natural muestras disturbadas representativas delos estratos excavados en cada calicata y en cantidades suficientes como pararealizar los ensayos de identificación y calificación, y con estos resultados sepudieron graficar los registros de exploración de cada calicata, registrándose losespesores y diferentes características de los estratos subyacentes clasificados,tales como tipo de suelo, espesor del estrato, color, estado de humedad..

f) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

La información obtenida de las muestras de laboratorio han suministradoinformación del terreno más representativo que ha sido asociado a lascondiciones del estudio de tráfico

Las características del suelo de fundación que servirá como subrasante esclasificado como “GP” y “GM”; según la clasificación SUCS, predominando enun 85% el suelo “GM”; conformado por grava arena limosa de baja plasticidad;se ha considerado un CBR de diseño mínimo de 18.00%;

CATEGORIA C.B.R. POSIBLE HINCHAMIENTO

Excelente 35 – más1.00%

Buena 13 – 352.00%

Regular 6 – 123.00%

Malo 3 – 5 mas de 3.00%

CATEGORIA DE LOS SUELOS

Esta dada en base al CBR y se tiene lo siguiente: CBR : 0 – 3

Clasif. General : Muy pobreCapa : SubrasanteSUCS : CH, CM, MH, OLAAHSTO : A5, A6, A7Reconocimiento : Arcillas muy plásticas ( CH ) a Limos Orgánicos ( OL )

CBR : 3 – 7Clasif. General : Pobre a regularCapa : SubrasanteSUCS : CH, CM, MH, OLAAHSTO : A4, A5, A6, A7Reconocimiento : Suelo limoso baja Plasticidad ( OL )

CBR : 7 –20Clasif. General : RegularCapa : Sub base SUCS : CL, ML, SC, SM, SPAAHSTO : A2, A4, A6, A7Reconocimiento : ( 3 )

CBR : 20 –50Clasif. General : BuenoCapa : Base, Sub base SUCS : GM, GC, SW, SM, SP, GP.AAHSTO : A1-b, A2-5, A3, A2-6Reconocimiento : ( 2 )

CBR : Mayor a 50Clasif. General : ExcelenteCapa : Base SUCS : GM, GW.AAHSTO : A1, A2-4, A3.Reconocimiento : ( 1 )

ESTUDIO DE TRÁFICO DEL PROYECTO

A fin de determinar el grado de importancia del tráfico yparticipación de los vehículos de la vía.

Los conteos se llevaron a cabo mediante la ubicación deun punto que se considera de pase forzoso (inicio de latrocha carrozable) recolectándose la información vehiculardurante 07 días las 24 horas determinándose las siguientescondiciones especiales

Para la vía en diseño, tomado en cuenta los efectos delos días festivos y de feria de las principales poblacionesvecinas.

Nombre de la ruta:C.P. PANCCAN – Dist. ACORIA ( Km 10+540 ).Clasificación:

N° PESO BRUTO ( Ton ) VEHICULOS/DIA.01 2.00 – 2.50 602 2.50 – 3.00 0203 3.00 – 3.50 0204 3.50 – 4.00 0005 4.50 – 4.50 0006 Mayor a 4.50 00

TOTAL 10

GENERALIDADES:Con el objeto de que la vía proyectada

soporte y distribuya las cargas del tráficodeterminado en el estudio de tráfico ycumpla con el período de diseño, sedeterminará la estructura del afirmado, lacapacidad portante de la subrasante

CONSIDERACIONES DE LA SOBRE CARGA:

La función de la estructura del pavimento es soportar las cargas que transmiten losvehículos a través de sus llantas y es normal en el diseño del afirmado considerar ladistribución de las cargas por ejes que pueden tener dos o cuatro llantas.El peso máximo es de 14,750.00 kg para eje tándem de ocho llantas

CONSIDERACIONES DE DISEÑOY EQUIVALENTE DE CARGA:

El volumen de transito es uno de los parámetros más importantes del diseño de laestructura del afirmado y la encuesta ha determinado una densidad baja, que esconsiderada como tráfico ligero.El proceso es de conversión para cada tipo de vehículo a cargas de eje sencillo de 8200 kg (18,000 lbs )( EAL ) y generalmente se cuantifica el número de estas cargas o aplicacionespara 10, 20 ó 25 años,Para el presente caso la información se obtiene del cuadro cuyos resultados han sidopropuestos por la AASTHO mediante la formula:Factor de equivalencia de carga = 10; en que L = carga por eje sencillo ó ( 1.14/2 )x carga de ejetandem en miles de libras; para el presente caso considerando eje simple de 18 Kips; L = factorde carga de equivalencia es igual a uno FEC = 1.00

CARRIL DE DISEÑO:Considerándose que existirá un carril de diseño que corre en una dirección y quela mayoría de la longitud de la vía esta en pendiente, se ha tomado como carrilpara determinar el volumen de tráfico crítico el de descenso que es el caso en quelos vehículos bajaran cargados; en consecuencia se ha considerado como anchodel afirmado 4.00 metros; para una velocidad directriz de 30.00 km/hora.

PERIODO DE DISEÑO:Aunque el pavimento puede ser diseñado para soportar los efectos acumulativosdel tráfico para un período deseado; el análisis seleccionado para el presente casoha sido para un periodo de diseño de 10 años.CAPACIDAD DE LA VIA:Este factor ha sido considerado en relación a que la vía en el tramo de lapoblación forma parte del plan regulador y fuera de ella se desarrolla a medialadera, con pendientes fuertes en algunos tramos y con tráfico medio, limitadapor las propiedades agrícolas en ambos lados de la vía por lo que se ha fijado uncarril de 4.00 metros.

CONSIDERACIONES SOBRE LA SUBRASANTE:

El efecto de usar varias capas en la estructura del pavimento es el de distribuir en el nivel de la subrasante la carga recibida en la rasante que entregan las llantas de los vehículos mediante un bulbo de presiones de la fuerza concentrada en el área de contacto de las llantas y que es deseable que sea cero o un valor menor al 10% de las cargas transmitidas

El CBR obtenido de la subrasante como valor representativo de las calicatas ha sido determinado un CBR D = 18.00 “GM”.

CATEGORIA DE LA SUBRASANTE

CATEGORIA C.B.R. POSIBLE HINCHAMIENTO

Excelente 35 – más 1.00%Buena 13 – 35 2.00%Regular 6 – 12 3.00%Malo 3 – 5 mas de 3.00%

Los espesores de compactación de esta capa de subrasante debe hacerse con lossiguientes criterios cuando el índice de plasticidad es mayor a 20.00%.

I.M.D. ESPESOR REC. ( CM ) COMPACT. MINIMA.

Traf. Ligero, 10 – 50 veh. 15 - 30 90.00%

Traf. Mediano, 50 – 100 veh. 30 – 45 95.00%

Traf. Pesado, mas de 100 veh. 45 – 60 95.00%

Para nuestro caso teniendo un tráfico ligero la subrasante debe ser escarificada,perfilada y compactada hasta una profundidad de 20.00 cm.

Los métodos para establecer los espesores totales de la estructura del afirmadopueden ser entre otros uno de los siguientes:

Método de Wyoming Método del Índice de Grupo Método del CBR.

Con base en la información que suministran los niveles de los suelos de lascalicatas hechas en campo, la apreciación visual, los análisis de laboratorio y elestudio de tráfico que determina un número menor de 50 vehículos por día esdecir un tráfico ligero, se puede clasificar el suelo de la subrasante, su CBR comoelementos para el diseño del espesor del afirmado.

Para la determinación del espesor del afirmado en base al CBR escogemos unCBR de diseño en base a las muestras críticas de las calicatas másrepresentativas efectuada en campo; el CBR D =18.00%

Este método para diseños urbanos o rurales está basado en la resistencia del suelo a la penetración y estarelacionado a cinco factores:

a) PRECIPITACIÓN PLUVIAL ANUAL:Se determina el valor asignado correspondiente a las condiciones de precipitaciones pluvialesanuales que para el presente proyecto se tiene que la precipitación máxima en treinta

años ha sido de 890.60 mm lo que corresponderá a un valor asignado según tabla un factor de“10” en la escala ( 0 – 10 )

b) PROFUNDIDAD DE LA NAPA FREATICA:Las calicatas efectuadas de profundidad alcanzada hasta 1.50 m, no muestran el nivel freáticoni humedad significativa por lo que el valor asignado es “ 0 ” dentro de la escala de ( 0 – 5 )

c) FACTOR DE HELADAEl terreno puede estar sometido a ligeras heladas sobre terreno no expansivo por lo que lecorresponderá un valor asignado de “0” dentro de la escala de ( 0 – 6 )

d) DRENAJESiendo la vía en media ladera en zona de secano, con poco requerimiento de drenaje superficial

que se resuelve con cunetas de tierra proyectadas, que tiene un drenaje regular y se asignara un valor de “ 2”dentro de la escala ( 0 – 6 ).

e) TRANSITOSiendo el transito reducido al ser convertido a cargas equivalentes de 5000 lbs por ruedadurante 20 años por lo que corresponde a un valor calculado de 02 – 03 millones en valorequivalente correspondiéndole un valor asignado de “ 4 “dentro de la escala de ( 0 – 24).

N° PESO BRUTO ( TN ) VEHICULOS X DÍA COEFICIENTE PESO MAX. (LIB ) VEHICULOS X DIA

01 2.00 - 2.50 6 1 5,434 32724 02 2.50 - 3.00 2 2 6,500 2600003 3.00 - 3.50 2 4 7,500 6000004 3.50 - 4.00 0 8 8,50005 4.00 - 4.500 0 16 9,50006 MAYOR A 4.50 0 32 10,000

CARGA EQUIVALENTE ( MILLON 0.23) 118724

La suma de los valores asignados por los cinco ( 5 ) conceptos es de “ 16 ” correspondiéndole la curva para diseño número “ 07 ”; y para un CBR de 18.00% para la sub rasante, corresponde un espesor de la estructura del afirmado de 8” ( 20.00 cm ) como espesor total del firme.

N° ESPESOR TOTAL ESTRUCTURA DEL FIRME

01 20.00 cm Afirmado 20.00 cm