Profundidad y Anclaje de los Pilotes.


Profundidad.

La profundidad de los cimientos se determinará tomando en cuenta las características de los materiales en los que se desplante la cimentación y las posibilidades de socavación.

Exceptuando los casos donde se encuentre roca sólida o en ciertos casos especiales, los cimientos de todas las estructuras que no sean alcantarillas, y que se hallen expuestas a la erosión de las corrientes de agua, deberán desplantarse, preferentemente, a una profundidad mínima de 1.22 m abajo del lecho del cauce que se considere como permanente, las pilas y apoyos de arcos que queden dentro del cauce, se desplantaran de preferencia a una profundidad mínima de 1.83 m abajo del lecho permanente del cauce.

Las profundidades mínimas recomendados anteriormente, deberán incrementarse cuando la condiciones así lo requieran.

Los cimientos que no pueden expuestos a la acción de las corrientes de agua se desplantaran sobre estratos firmes y a mayor profundidad que el nivel de penetración de las heladas.

Los cimientos para alcantarillas se desplantarán a la profundidad que se juzgue conveniente para garantizar una cimentación firme o bien se construirá una losa de concreto suficientemente reforzada, destinada a distribuir las presiones sobre toda el área horizontal de la estructura.

En los sitios donde se estime que la estructura quedará expuesta a la erosión, se construirán zampeados o muros de dentellón en ambos extremos de la alcantarilla, y en caso necesario se podrá pavimento en toda el área del piso comprendida entre los muros de aleros. No se construirá muros desviados o manchosos transversales en las alcantarillas de cañón cuyo fondo no esté recubierto y cuando el lecho de la corriente se halle sujeto a erosión. Donde las condiciones así lo requieran, los cimientos de las alcantarillas se reforzarán longitudinalmente.
Anclaje.

Los cimientos que se desplanten sobre superficies rocosas, lisas e inclinadas y que no queden apoyadas por material que resista el empuje, deberán anclarse en forma efectiva por medio de pernos de anclaje.

Los estribos en la Construcción de Puentes.


Los estribos se proyectarán para resistir el empuje de tierras como se especifica en el inciso 1.2.19, el peso propio del estribo y de la superestructura, la carga viva sobre cualquier parte de la superestructura o terraplén de acceso, las fuerzas por viento, la fuerza longitudinal cuando los apoyos son fijos y las fuerzas longitudinales debidas a la fricción o al esfuerzo cortante que se desarrollan en los apoyos. En el proyecto se debe analizar cualquier combinación de esas fuerzas que pueda producir la condición más desfavorable de carga.

Los estribos se proyectarán para que estén del lado de la seguridad en lo que respecta al volteamiento alrededor de la arista frontal en el desplante del cimiento, al deslizamiento sobre la base del mismo y al aplastamiento del material del desplante en el punto de máxima presión o para que no se sobrecarguen los pilotes.

Al calcular los esfuerzos en los estribos, se debe considerar parte del peso efectivo de los mismos, el peso del material de relleno que e encuentre directamente sobre el paramento posterior, ya sea éste un plano inclinado o escalonado, así como el peso del material que se halle sobre la prolongación posterior, a partir del muro frontal cuando se trate de cimientos por ampliación de base de concreto reforzado, Salvo que se aplique un método de análisis más preciso, la parte posterior sobresaliendo de los cimientos por ampliación de base, se proyectará como una losa en voladizo, empotrada en el cuerpo del estribo y cargada con el peso total del material sobrepuesto.

En los estribos de mampostería o de concreto simple, la sección transversal se proporcionará adecuadamente, evitando los esfuerzos de tensión de los materiales.

Refuerzos en los Estribos.

Para prevenir la formación de grietas causadas por cambios de temperatura y contracción, se pondrá un refuerzo mínimo horizontal de varillas de 264 mm2 por m de altura, cerca de las superficies expuestas que dan excluidos de estas disposición

Muro de Alero.

Los muros de alero tendrán la longitud suficiente para contener el terraplén del camino hasta donde se juzgue conveniente y para proporcionar una protección contra la erosión o socavación, Tal longitud se calculará de acuerdo con el talud requerido por el terraplén.

Cuando en la unión del muro del alero y el estribo no se dispongan juntas flexibles, se usarán del muro del aleto y el estribo no se dispongan juntas flexibles, se usarán, preferentemente, varillas de refuerzo o secciones laminadas apropiadas, espaciadas a lo largo de la junta para lograr una unión firme entre ambos elementos. Dichas varillas se prolongarán lo suficiente dentro de la mampostería a ambos lados de la junta, para desarrollar la resistencia especificada para las varillas de refuerzo.

Temperatura y contracciones, se pondrá un refuerzo mínimo con varillas horizontales de 264 mm2 por m de altura, cerca de las superficies expuestas que no lleven algún otro tipo de refuerzo.

Juntas de Dilatación y Contracción y Drenaje.

Juntas de dilatación y contracción

En los muros de gravedad o de concreto reforzado se dispondrán juntas de contracción a intervalos no mayores de 9.14 m. Y juntas de dilatación a intervalos no mayores de 27.43 m.

Drenaje.

El material de relleno que se halla detrás de todo muro de sostenimiento, deberá drenarse eficientemente por medio de lloraderas que se dejarán en la mampostería a intervalos convenientes, para el escurrimiento del agua. En muros con contrafuertes se pondrá, como mínimo, un tren en cada cavidad formada por con contrafuertes.

Pilas: Generalidades.

Generalidades.

Las pilas se proyectaran para resistir las cargas muertas y vivas superpuestas; las presiones del viento que actúen sobre la pila y la superestructura; las fuerzas debidas a la corriente del agua, al hielo y a cuerpos flotantes; así como las fuerzas longitudinales. En los apoyos; fijos de los claros.

Donde sea necesario, las pilas se protegerán contra los efectos de la abrasión recubriéndolas con granito, ladrillos vitrificados, madera u otros materiales de protección adecuados, hasta una altura y límites donde no puedan causar daño los hielos o cuerpos flotantes.

Arista en el parte aguas.

En las corrientes que lleven hielos o cuerpos flotantes, la arista del parte aguas se proyectara como un rompehielos para resistir los efectos de los choques. Cuando se ponga un ángulo de acero u otra arista de metal, se fijará firmemente a la mampostería con los elementos de anclaje apropiados.

Uso de Pilas de Tubos de Acero y su Profundidad

Uso.

Preferentemente, deberá evitarse el empleo de tubo de acero y nunca deberán usarse en aquellos sitios donde puedan quedar sujetas al empuje lateral de tierra. En casos especiales se puede permitir su uso, siempre y cuando se cumplan los siguientes requisitos.

Profundidad.

Los requisitos generales que gobiernan la profundidad de una cimentación, especificados anteriormente, serán los que se apliquen en el caso de las pilas de tubo de acero con excepción de las que se apoyen en cimentaciones de grava, sin pilotes, las que en ningún caso tendrán una profundidad menor de 2.44 m. Respecto del lecho permanente de la corriente, además de una cierta profundidad adicional requerida para eliminar el peligro de corrosión.

Donde Realizar el Premoldeado.


El premoldeado de lo miembros estructurales de hormigón pretensado se podrá efectuar en cualquier lugar elegido por el CONTRATISTA, previa aprobación del Ingeniero.

Antes que se apruebe cualquier lugar en un terreno de propiedad del estado para ser usado como zona de premoldeado, el CONTRATISTA permitirá un plan de preparación de dicho terreno, indicando cualquier emparejamiento y alteración del mismo. Después de terminar el trabajo, el lugar así utilizado será librado del equipo y restaurado en lo posible a su condición primitiva

Conductos para los Refuerzos.


Los conductos para los refuerzos pretensados deberán ubicarse correctamente en los lugares indicados en los planos aprobados por el Ingeniero.

Todos los conductos serán metálicos y herméticos contra la perdida de mortero, con la excepción de que el CONTRATISTA, a su opción puede formarlos por medio de núcleos o conductos compuestos de caucho u otro material adecuado que pueda ser removido antes de instalar el refuerzo para el pretensado, Los conductos deberán ser suficientemente resistentes para mantener sus formas bajo la aplicación de las fuerzas a que serán sometidos. Los mismos tendrán un diámetro interno. Mayor a 6 mm. Que el correspondiente a la barras, cables cordones o grupos de alambres que encierra.

Cuando se especifique la introducción de lechada de cemento a presión, los núcleos o conductos se proveerán con boquillas u otras conexiones adecuadas para la inyección de la lechada después de haberse terminado las operaciones de pretensazo.

Colocación del Acero en Puentes.


Todas las unidades de acero deberán colocarse con exactitud en la posición indicada y mantenerse firmemente en la misma durante la colocación y el fraguado del hormigón.

Las distancias de los bloques se mantendrán por bridas, tensores u otros medios aprobados. Los bloques serán de hormigón premoldeado de forma y dimensiones aprobadas. Las capas de unidades serán separadas por bloques u otros dispositivos igualmente adecuados. Bloques de madera no deberán ser dejados en el hormigón.
Los alambres, grupos de alambres, cables paralelos y cualquier otro elemento de pretensado, deberán enderezarse para asegurarles una posición adecuada dentro sus moldes.

Se proveerán adecuados espacios horizontales y verticales cuando sean necesarios, para mantener los alambres en su lugar y en posición correcta.

Transporte y Almacenaje.


Se tendrá especial cuidado en el manipuleo y transporte de miembros de hormigón premoldeados, pretesados. Vigas premoldeadas se transportarán en posición vertical, y los puntos de apoyo y direcciones de las reacciones con respecto a la viga, deberán ser aproximadamente los mismos durante el transporte y el almacenamiento, que cuando la viga este en posición final en la obra. Si al contratista le pareciera conveniente transportar o almacenar tales elementos premoldeados en otra posición que la señalada precedentemente, lo hará por su propia cuenta y riesgo, después de notificar al Ingeniero de hacerlo así.

Se tomará precauciones durante las operaciones de almacenamiento, transporte y manipuleo de los elementos premoldeados para evitar su agrietamiento o ruptura. Elementos dañados por un almacenamiento y manipuleo incorrecto serán repuestos por el Contratista por su propia cuenta.

Inyectado.


Los miembros del postesado serán preferiblemente del tipo de adherencia, en que el acero a ser tensado es introducido en conductos de metal flexible, moldeados en el hormigón y adheridos al hormigón circundante, llenando los tubos o conducto con lechada de cemento. La lechada deberá ser una mezcla de cemento con arena fina (que pase el tamiz N° 30) en las proporcionadas de una parte de cemento por 0.75 partes de arena, pudiendo modificarse la proporción para componer una lechada que tenga consistencia apropiada.

Toda armadura para ser adherida deberá estar libre de toda suciedad, modo suelto, grasa u otras substancias deletéreas. Antes de inyectar la lechada los conductos deberán estar libres de agua, de suciedad, o de cualquier otra substancia extraña. Se soplaran los conductos con aire comprimido hasta que no salga agua del conducto. Para las piezas largas con cables trenzados revestido, puede ser necesario un tubo o caño abierto en la parte inferior del conducto.

La lechada deberá ser fluida (la consistencia de la pintura gruesa) pero proporcionada de modo que el agua libre no se separe de la mezcla. Puede añadirse polvo de aluminio áspero en una cantidad de una o dos cucharillas de saco por cemento. Se pueden usar plastificantes comerciales, empleados con la recomendación del fabricante, siempre que no contengan ingredientes que sean corrosivos al acero. Se ejercitara la suficiente presión en las inyecciones de cemento de modo de formar la lechada integra a través del conducto, teniendo cuidado de que no produzca la ruptura de los conductos.

Postesado en un Puente.

El tensado de la armadura a postesar no deberá iniciarse hasta que se hayan efectuado con cilindros de hormigón fabricados del mismo concreto y cuando e idéntica forma, cuyos resultados demuestren que el hormigón del miembro particular a pretensar haya obtenido una resistencia a la compresión por lo menos 290 Kg/cm2 .

Cuando esto haya sucedido, el alargamiento se efectuara por medio de gatos hasta la tensión deseada, y está será transferida a los extremos del anclaje.

El proceso de tesado deberá llevarse a cabo de manera tal que se pueda medir en todo momento la tensión aplicada y el alargamiento de los elementos de pretensado. La perdida de fricción en el elemento se determinará de acuerdo con el articulo 1.6.8 de AASHO “ESPECIFICACIONES STANDARD PARA PUENTES DE CARRETERAS”.

En todo momento se llevara un registro de las tensiones y alargamientos, el que será sometido previamente a la aprobación del Ingeniero. Dicho registro deberá ser anotado tanto por el contratista como por el Ingeniero, salvo que se indique de otro modo.

Curado del Hormigón.

Se podrá emplear el proceso del curado a vapor como alternativa del método del curado con agua. El lecho de moldeo para cada unidad curada a vapor, deberá encerrarse completamente por un adecuado tipo de caja construida herméticamente. Para impedir un escape de vapor y excluir simultáneamente la atmósfera exterior. Después de 2 a 4 horas, luego de colocado el hormigón y de iniciado el fraguado inicial de éste, será un primera aplicación de vapor a menos que se use retardadores , en cuyo caso el periodo de espera antes de aplicar vapor se aumentará de 4 a 6 horas.

Se empleará métodos de curado a agua desde el momento en que el hormigón sea colocado y hasta que se aplique el vapor.

El vapor se aplicara a una humedad relativa del 100 % para evitar perdidas de humedad y suministrar una humedad suficiente para la hidratación adecuada del hormigón. La aplicación del vapor no deberá efectuarse directamente sobre el hormigón. Durante dicha operación, la temperatura del aire ambiente deberá aumentarse a un régimen de 4.4°C. como máximo por hora hasta que se alcance una temperatura máxima de 60°C. a 71.7°C.

Dicha temperatura máxima deberá mantenerse hasta que el hormigón obtenga la resistencia deseada. Al interrumpir la aplicación del vapor, la temperatura del aire no deberá disminuir a un régimen que supere en 11°C. a la del aire en que el hormigón será expuesto. El hormigón no deberá exponerse a la temperatura de congelamiento hasta 6 días después del vaciado.

En caso de que el Contratista resuelva practicar el curado por cualquier otro método, este y sus detalles serán sometidos a la aprobación del Ingeniero.

Colocación del Hormigón.

El hormigón no se depositará en los moldes hasta que el Ingeniero haya inspeccionado la ubicación de los refuerzos, conductos, anclajes y aceros de pretensado y los haya aprobado. El hormigón será vibrado interna y externamente o en ambas formas según lo ordene el Ingeniero. El vibrado deberá efectuarse cuidadosamente de manera tal que se evite el desplazamiento de los aceros de armadura, conductos o cables.

Cohesión y Fricción Interna: Propiedades del Suelo.

Cohesión

Es la atracción entre partículas, originada por lasa fuerzas moleculares y las películas de agua. Por lo tanto, la cohesión de un suelo variará si cambia su contenido de humedad. La cohesión se mide kg/cm2. Los suelos arcillosos tiene cohesión alta de 0,25 kg/cm2 a 1.5 kg/cm2, o más. Los suelos limosos tienen muy poca, y en las arenas la cohesión es prácticamente nula.

Fricción interna

Es la resistencia al deslizamiento causado por la fricción que hay entre las superficies de contacto de las partículas y de su densidad. Como los suelos granulares tienen superficies de constacto mayores y sus partícuals, especialmente si son angulares, presentan una buena trabazón, tendrán fricciones internas altas. En cambio, los suelos finos las tendrán bajas.

La fricción interna de un suelo, está definidad por el ángulo cuya tangente es la relación entre la fuerza que resiste el deslizamiento, a lo largo de un plano, y la fuerza normal "p" aplicada a dicho plano. Los valores de este ángulo llamada "angulo de fricción interna" f, varían de practicamente 0º para arcillas plasticas, cuya consistencia este próxima a su límite líquido, hasta 45º o más, para gravas y arenas secas, compactas y de paratículas angulares. Generalmente, el ángulo f para arenas es alrededor de 30º.

Permeabilidad del Suelo.

Un material se dice que es permeable cuando permite el paso de los fluidos a través de sus poros. Tratándose de suelos, se dice que éstos son permeables cuando tienen la propiedad de permitir el paso del agua a través de sus vacíos. No todos los suelos tienen la misma permeabilidad; de ahí que se los haya dividido en suelos permeables y suelos impermeables. Se llama impermeables a aquellos (generalmente arcillosos) en los cuales la cantidad de escurrimiento del agua es pequeña y lenta.

Dado que un suelo presenta una maraña de vacíos,de tamaño, forma y distribución compleja y variada, la medida del escurrimiento del agua a travé s de su masa es mucho más complicada que en un tubo u orificio de forma y dimensión conocidas.

En algunos casos,para facilitar el drenaje, es conveniente tener un suelo permeable,especialmente en la construcción de las bases y sub-bases de pavimento. En los suelos permeables, losasentamiento no son peligrosos, pues su consolidación rápida a causa del escape fácil del agua a través de sus poror.

El grado de permeabilidad de un suelo es medido por su coeficiente de permeabilidad". Su determinación se basa en la ley propuesta por el ingeniero francés Darcy, en el siglo XIX.

Presión Efectiva y Presión de Poros sobre los Suelos.


La presión s, que actúa en un suelo, es la suma de la presión s' transmitida a las partículas (esqueleto del suelo) y aquella transmitida a través del agua, que halla en los porros del suelo, m,, que se denomina presión de poros. O sea:

s = s' + m

Cuando un suelo esta sometido a presiones, solamente el esqueleto del suelo opone resistencia a su deformación. El agua como es incompresible y no tiene resistencia al corte,no se opone a la deformación, es "neutra"; de ahí que a la presión de poros se la llame también "presión neutra" y a la presión intergranular se la denomi ne " presión efectiva", pues esta última es la presión real que se opone a la deformación y posterior falla de un suelo.

Esfuerzo al Corte.

La resistencia a la deformación plástica del terreno de fundación, causada por desplazamientos laterales del material,es una función de su resistencia de corte s. Esta resistencia depende de su cohesión c y de su ángulo de fricción interna f y esta dadapor la siguientes relación, conocida como la ecuación de

Coulomb:

s= s tg f + c

Donde
s = esfuerzo normal que actúa sobre el plano de ruptura.
f = ángulo de fricción interna del material del terreno de fundación
c = cohesión del material del terreno de fundación.

Planos Constructivos en un Proyecto de Puentes.

Los planos necesarios para la ejecución de un puente en forma general y como una orientación son los siguientes:

a) Plano general en el que se presentan, la elevación, planta y sección transversal típica del conjunto de la obra.

b) Plano de formas o encofrados de la superestructura (caso de hormigón armado o pretensado) mostrándose, vistas detalles y corles con todas sus dimensiones y acotados.

c) Plano de armadura de la superestructura (caso de hormigón armado o pretensado) mostrando toda la enfierradura con su planilla y posiciones de los fierros, o en caso de pretensado con el detalle de cables y anclajes.

d) Plano de encofrados de la infraestructura con las mismas aclaraciones que para el inciso b

e) Si la infraestructura es en hormigón armado, se detallará también su plano de armadura con aclaraciones similares a las del inciso c

f) Plano de detalles en el que se muestran, postes, pasamanos, juntas de dilatación, aparatos de apoyo, drenajes, etc

g) Plano de obras adicionales, como ser defensivos. protección de terraplenes, prolongación de aleros, alcantarillas adicionales y en fin lodo aquello que vaya vinculado con la segundad del puente

Determinación de la precipitación Media: Métodos (Media Aritmética, Polígonos de Thiessen, Curvas Isohietas)

Método de la Media Aritmética

Consiste en realizar la suma del valor registrado en cada una de las estaciones pluviométricas y/o pluviográficas del área en estudio y dividirla por el número total de estaciones analizadas, siendo el valor así hallado la lluvia media. Se trata de un método de resolución rápida de que conlleva un grado de precisión muy relativo, el cual depende de: el número de estaciones pluviométricas y/o pluviográficas, la forma en que estén localizadas y la distribución de la lluvia estudiada. Es el único método que no requiere de un conocimiento previo de la ubicación de cada estación. El valor buscado se calcula haciendo:

-Método de los Polígonos de Thiessen

Para aplicar este método se requiere conocer la ubicación de cada estación dentro o en la periferia de la cuenca, identificando el área de influencia de cada pluviómetro. Así se van formando triángulos entre las estaciones más cercanas uniéndolas con segmentos rectos sin que éstos se corten entre sí y tratando que los triángulos sean lo más equiláteros posibles. A partir de allí se trazan líneas bisectoras perpendiculares a todos los lados de los triángulos, las que al unirse en el baricentro de cada triángulo conforma una serie de polígonos que delimitan el área de influencia de cada estación.El área de influencia de cada estación considerada (polígono) está comprendida exclusivamente dentro de la cuenca.

Método de las Curvas Isohietas

Para aplicar este criterio se debe contar con un plano de curvas isohietas de la tormenta en estudio. Las isohietas son curvas que unen puntos de igual valores de lluvia y para trazarlas se requiere un conocimiento general del tipo de tormentas que se producen en las zonas de precipitaciones orográficas. Primeramente, se utilizan los mismos segmentos que unen las estaciones en estudio, según Thiessen; y para cada uno de ellos, en función de los montos de lluvia de dichas estaciones, se van marcando sobre los mismos, los valores de lluvia con el cual se irán formando las isohietas.

Pilas en Puentes.

(A) Generalidades.

Las pilas se proyectaran para resistir las cargas muertas y vivas superpuestas; las presiones del viento que actúen sobre la pila y la superestructura; las fuerzas debidas a la corriente del agua, al hielo y a cuerpos flotantes; así como las fuerzas longitudinales. En los apoyos; fijos de los claros.

Donde sea necesario, las pilas se protegerán contra los efectos de la abrasión recubriéndolas con granito, ladrillos vitrificados, madera u otros materiales de protección adecuados, hasta una altura y límites donde no puedan causar daño los hielos o cuerpos flotantes.

(B) Arista en el parte aguas.

En las corrientes que lleven hielos o cuerpos flotantes, la arista del parte aguas se proyectara como un rompehielos para resistir los efectos de los choques. Cuando se ponga un ángulo de acero u otra arista de metal, se fijará firmemente a la mampostería con los elementos de anclaje apropiados.

Capacidad de Carga de los Pilotes.


Las cargas de proyecto para pilotes no serán mayores que el valor mínimo que se determinará para los casos A, B y C que se indican enseguida: en Caso A se considera la capacidad del pilote como miembro estructural; en el Caso B, la capacidad del pilote para trasmitir su carga al terreno; y en el Caso C, la capacidad del terreno para soportar la carga trasmitida por el o los pilotes. Los valores que se pueden asignar en cada uno de los tres casos se determinarán mediante estudios y pruebas del subsuelo, realizados con la suficiente amplitud para justificar los valores supuestos en el proyecto para las condiciones particulares del apoyo en consideración.

Al determinar la capacidad de carga de los pilotes que se usarán en el proyecto, deberá tomarse en cuenta toda la información disponible sobre las condiciones del subsuelo. Asimismo, deberán considerarse:

(1) La diferencia que existe entre la capacidad de carga de un pilote aislado y la de un grupo.
(2) La capacidad de carga de un estrato subyacente para soportar la carga de un grupo de pilotes.
(3) El efecto que produce el hincado de pilotes adicionales y el efecto de sus cargas sobre las estructuras adyacentes.
(4) La posibilidad de socavación y sus efectos.

Introducción a los Ensayos de Suelos en la Construcción de Edificios.


La Mecánica de Suelos es la rama de la Mecánica que trata de la acción de las fuerzas sobre la masa de los suelos. El Dr. Karl Terzaghi definió a la mecánica de suelos como la aplicación de las leyes de la Mecánica y la Hidráulica a los problemas de la ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producto de la desintegración química y mecánica de las rocas.

Recientemente se han incorporado a la terminología de los suelos las acepciones “Geotecnia” e “Ingeniería Geotécnica”, que suelen aplicarse como evidencia de que ellos están tomando en cuenta los principios y la aplicación tanto de la Mecánica de Suelos, como de la Geología, y de la Mecánica de Rocas.

La aparición de la Mecánica de Suelos como tal en 1925 y las investigaciones posteriores hasta nuestros días ayudaron fuertemente al mejoramiento de los métodos empíricos existentes en el pasado. Sin embargo, la metodología actual, aunque abarca muchos aspectos técnicos de ciencias como la Mecánica y la Hidráulica, aún no establece una condición única para la solución de problemas diversos en las cimentaciones, pero sí proporciona las herramientas básicas para que el ingeniero de buen criterio y adecuado juicio pueda realizar su trabajo de manera eficiente al valorar técnicamente los resultados de los análisis y pruebas de los materiales que deberán emplearse. Arte, conocimiento técnico y juicio sensato deben conjugarse para poder responder a múltiples preguntas en la aplicación de la Mecánica de Suelos.

Hoy en día es cada vez más concluyente el hecho de que ningún ingeniero que sienta la responsabilidad técnica y moral de su profesión deja de efectuar un estudio de las condiciones del subsuelo cuando diseña estructuras de cierta importancia. Ya que ello conlleva dos características que se conjugan: seguridad y economía. No olvidemos: “Quien solo conoce la teoría de la Mecánica de Suelos y carece de práctica, puede ser un peligro público”, Dr. Karl V. Terzaghi.

Aguas Subterráneas - Consideraciones.

Son parte del ciclo hidrológico y se originan principalmente por la infiltración de las aguas de superficie (lluvias, nieve, hielo y aguas de escorrentias ), además de los lagos, canales, embalses y otros depósitos de agua.

Las aguas subterráneas se presentan en las siguientes formas:

A) Químicamente ligadas.

B) Agua de cristalización.

C) Agua físicamente adherida.

D) Aguas libres de percolación o gravitacionales.

Las aguas subterráneas son favorables cuando se destinan al consumo humano, agrícola o industrial, pero para la estabilidad de la construcción de ingeniería constituyen un factor desfavorable. Las medidas y acciones que se toman para evitar o disminuir los perjuicios que pudieran causar esta aguas, son el objeto de la geotecnia.

Tipos de Suelos y su Formación.

1) FORMACIÓN DE LOS SUELOS.- Los suelos son materiales detríticos sueltos de estructura muelle, de composición variada que cubren partes de la superficie terrestre y son producto de la destrucción y descomposición de las rocas por procesos de climatización e interperismo.

2) METEORIZACION.- Es la destrucción y descomposición de las rocas y minerales cercanos a la superficie de la tierra, y se dividen en:

- físicos o mecánicos, que comprenden la meteorización térmica, gelifracción, salina eólica y orgánica.
- química, que se debe a la acción disolvente del agua intensificada por la presencia de sales y ácidos, comprenden la meteorización por disolución, hidrolitica, por oxidación, por hidratación.

3) SUELOS GLACIARES.- los suelos glaciares son masas de suelo y hielo que por influencia de la gravedad se trasladan valle abajo hacia zonas cálidas de materia rocosa es arrastrado con el glaciar y cuando el hielo se funde da lugar a las morrenas que consta de un material procedente de desprendimientos, meteorización, erosión glaciar, etc.

Este tipo de suelos son de composición absolutamente heterogénea, por que contienen gravas y arenas permeables, arcillas y banco de limo impermeable, de acuerdo a esta formación son de elevada permeabilidad, en construcciones pesadas pueden correr riesgos a consecuencia de los asientos diferenciales no uniformes.

4) SUELOS EOLICOS.- son suelos producidos por la acción del viento, osea son aero transportables y precipitados por la lluvia. Forman diferentes tipos de suelos de:

- “loes” que son acumulaciones de polvo y fino, pueden ser primarios por lo cual no sufren mucha descomposición química, también pueden ser secundarios el cual han sido transportados y experimentaron descomposición química profunda.
- “suelos de arena” que son de grano mas grueso que los loes y forman dunas y barjanes.

Por su característica de hidroconsolidación se constituye en un material peligroso para las fundaciones por que los loes en contacto con el agua producen asentamientos, por lo tanto la remoción de unos metros de loes en la superficie y una cuidadosa compactación puede crear una plataforma de confianza para la construcción de apoyos de fundaciones, pues al compactar el suelo adquiere gran resistencia al esfuerzo cortante y la erosión.

5) SUELOS ARENOSOS.- Son los suelos de poca estabilización para la construcción de fundaciones, por lo tanto no se debe excavar las arenas mas bien apisonar in situ, hincando pilotes hasta profundidades superiores al movimiento de las dunas.

6) SUELOS ALUVIALES.- Son los suelos de materiales arrastrados por las aguas y depositados de acuerdo a tamaño, desde gruesos en la parte empinada del valle, hasta finos en la cuenca.

Los depósitos de suelos aluviales son una excelente zona de suministro de materiales gruesos de construcción tales como áridos para hormigón o materiales permeables para el relleno de las cajas de las carreteras.

7) SUELOS PANTANOSOS Y TURBERAS.- Se llama ciénaga a un terreno cubierto con agua detenida o de infiltración, en ocasiones es un estadio de colmatación de lagos sobre suelos impermeables sin pendiente o en depresiones con nivel freático elevado.

Las cualidades de sustentación de estos materiales son muy reducidas y solo pueden edificarse sobre ellas construcciones muy ligeras como carreteras secundarios. Para la construcción de vías de primer orden se debe drenar el sector y en ocasiones extraer la turba y reemplazarla con materiales adecuados

Formas más comunes de los Agregados.


Las partículas naturales de agregado que han sido sujetas a la acción de las olas y el agua durante la historia geológica pueden ser esencialmente: Esféricas.

Las otras partículas de agregado rotas por trituración, pueden ser cúbicas o tener muchos ángulos con vértices agudos.

Las pruebas de la forma de la partícula sirven para conocer el porcentaje de las partículas en forma de agujas ( aciculares ) o también de laja que hay en el material, pues estas partículas tienden a romperse con facilidad al recibir las cargas y reducen la resistencia de los materiales.

A continuación veremos tres formas más comunes de los agregados por trituración que son:

a) En forma Cúbica
b) En forma de Laja
c) En forma de Aguja ( acicular )

Determinación del coeficiente de Forma de la Partícula.

Existen diversos medios aplicables para precisar la forma de la partícula, uno de estos, que es bastante usual, es el denominado coeficiente volumétrico medio, o coeficiente de forma, que es igual a la relación entre el volumen de la partícula y el volumen de la esfera en que resulta inscrita como vemos en la (Figura 1.20) y cuya determinación es aplicable a las partículas mayores de 6,3 [mm] ( ¼”).

El procedimiento para determinar el coeficiente de forma o coeficiente volumétrico medio de un conjunto de partículas, consiste esencialmente en:

1) Medir la dimensión máxima de las partículas.

2) Poner las partículas medidas en condición saturada y superficialmente seca, para determinar su volumen aparente, aplicando el método que se emplea para obtener el peso específico.

3) Calcular el coeficiente volumétrico medio (cv) por la expresión de la figura 1,20.
A continuación daremos a conocer el orden de magnitud en que varia el coeficiente volumétrico (cv) :

Si: (cv) < 0,15 ( Esto indica una mala forma de la partícula )
Si: (cv) = 0,15 a 0,20 ( Se considera regular )
Si: (cv) > 0,20 ( Esto indica una buena forma de la partícula )

En conclusión podemos decir que el coeficiente volumétrico medio (cv), para un agregado grueso manufacturado es de 0,20 como mínimo.

Cuando se trata de agregados naturales, particularmente si son de cantos rodados, es muy común que el coeficiente de forma varíe entre 0,20 a 0,40 aproximadamente.

Forma del Agregado.


Las partículas naturales de agregado que han sido sujetas a la acción de las olas y el agua durante la historia geológica pueden ser esencialmente: Esféricas.

Las otras partículas de agregado rotas por trituración, pueden ser cúbicas o tener muchos ángulos con vértices agudos.

Las pruebas de la forma de la partícula sirven para conocer el porcentaje de las partículas en forma de agujas ( aciculares ) o también de laja que hay en el material, pues estas partículas tienden a romperse con facilidad al recibir las cargas y reducen la resistencia de los materiales.

A continuación veremos tres formas más comunes de los agregados por trituración que son:

a) En forma Cúbica
b) En forma de Laja
c) En forma de Aguja ( acicular )

Identificación de los sueles: Ensayo de Sacudimiento y Rotura.


Ensayo de sacudimiento.-

Este ensayo es útil para la identificación de suelos de grano fino. Se prepara una pequeña porción de suelo húmedo y se agita horizontalmente sobre la palma de la mano. Se observa si el agua sale a la superficie de la muestra dándole una apariencia blanda, luego se aprieta la muestra entre los dedos haciendo que la humedad desaparezca de la superficie. Al mismo tiempo la muestra se endurece y finalmente se desmenuza bajo la presiente presión de los dedos, se vuelve a agitar las piezas rotas hasta que fluyan otra ves juntas, hay que distinguir entre reacción lenta, rápida y media al ensayo de sacudimiento.

Una reacción rápida indica falta de plasticidad, tal es el caso de limo inorgánico, polvo de roca o arena muy fina.

Una reacción lenta indica un limo o arcilla-limo ligeramente plástico.

Ensayo de rotura.-

Este ensayo puede usarse para determinar la resistencia en seco de un suelo. Se deja secar una porción húmeda de la muestra y se ensaya su resistencia en seco desmenuzándola entre los dedos, se debe aprender a distinguir entre ligera , media y alta resistencia en seco.

Una resistencia en seco ligera , indica un limo inorgánico, polvo de roca o una arena limosa.

Una resistencia en seco media , denota una arcilla inorgánica de plasticidad entre baja y media. Se requiere una considerable presión de los dedos para pulverizar.

Una resistencia en seco alta, indica una arcilla inorgánica altamente plástica. La muestra seca puede ser rota pero no pulverizada bajo la presión de los dedos.

Inspección Visual de la Forma del Grano.

Forma del grano.- Se observan y clasifican las partículas de arena y grava en cuanto a su grado de angulosidad y redondos.

Tamaños y graduación de los granos.- Los tamaños en arenas y gravas se reconocen rápidamente por inspección visual. Los granos mas pequeños que el limite menor de la arena no pueden verse a simple vista deben ser identificados por medio de otros ensayos.

Identificación de los suelos en el Campo.

Para un control adecuado de los suelos se necesita su perfecta identificación. La falta de tiempos o de medios hace que frecuentemente sea imposible el realizar detenidos ensayos para poderlos clasificar. Así pues la habilidad de identificarlos en el campo por simple inspección visual y su examen al tacto son:
Principales tipos de suelos para su identificación, todos los suelos pueden agrupar se en 5 tipos básicos:

La grava.- Esta formada por grandes granos minerales con diámetros mayores de ¼ de pulgada. Las piezas grandes se llaman piedras, cuando son mayores a 10 pulgadas se llaman morrillos.

La arena.- Se componen de partículas minerales que varían aproximadamente desde ¼ de pulgada a 0.002 pulgadas en diámetros.

El limo.- Consiste en partículas minerales naturales, mas pequeñas de 0.02 pulgadas de diámetro, las cuales carecen de plasticidad y tienen poca o ninguna resistencia en seco.

La arcilla.- Contienen partículas de tamaño coloidal que producen su plasticidad. La plasticidad y resistencia en seco están afectadas por la forma y la composición mineral de las partículas.

La materia orgánica.- Consiste en vegetales parcialmente descompuesto como sucede en la turba o en materia vegetal finalmente dividida, como sucede en los limos orgánicos y en las arcillas orgánicas

Pilotes Compuestos.

Ocasionalmente, los pilotes se fabrican uniendo secciones superiores e inferiores de materiales diferentes, como concreto arriba del nivel de las aguas freáticas y madera sin tratar debajo.

El costo y la dificultad para obtener una junta aceptable han sido la causa de abandono casi total de este tipo de construcción en los Estados Unidos y Canadá . Por otra parte, se dispone de una gran variedad de pilotes que consiste de varias combinaciones de forros, tubos y otros componentes

Pilotes de Acero.

Se utilizan mucho como pilotes los tubos de acero, que usualmente se llena de concreto después de hincados y los perfiles de acero en H cuando las condiciones requieren un hincado violento, longitudes desusadamente grandes, o elevadas cargas de trabajo por pilote.

Los pilotes de acero en H penetran el terreno mas fácilmente que otros tipos en parte porque desalojan relativamente poco material. En consecuencia se usa frecuentemente para alcanzar un estrato de gran capacidad de carga a gran profundidad. Si el hincado es difícil, y especialmente si el material superior contiene obstrucciones o grava gruesa, es probable que los patines se dañen y los pilotes se tuerzan o doblen. Pueden producirse pocos defectos serios si se puede notar los síntomas durante el hincado cuando las condiciones sugieran las posibilidad de estos daños.

Pilotes de Concreto.

Poco después de 1900 se idearon varios tipos de pilotes de concreto desde entonces han aparecido numerosas variantes y en la actualidad se disponen una gran variedad de pilotes entre los cuales el ingeniero puede elegir el que mejor se adate a una obra determinada. Los pilotes de concreto pueden dividirse en dos grandes categorías principales colacados en lugar y precolocados. Los colocados en lugar pueden subdividirse en pilotes con y sin ademe.

El concreto de un pilote con ademe se cuela dentro de un molde, que usualmente concite en forro de metal o tubo delgado que se deja en el terreno. El forro puede ser tan delgado que su resistencia se desprecia la valuar la capacidad estructural del pilote pero sin embargo debe tener la resistencia suficiente para que no sufra colapso bajo la presión del terreno que lo rodea antes de que se llene con concreto.
Los forros muy delgados no pueden hincarse sin estar soportados en el interior por un mandril, que en si es una fuente de gastos y cuando menos veces ocasiona dificultades de construcción.

Pilotes de Madera.

Desde el imperio romano quedo bien establecido el uso de los troncos de árboles como pilotes; los detalles de las cimentaciones piloteadas fueron descritos por Vitruvino en el año 58 D.C. probamente, los pilotes de3 madera son el tipo que mas se usan en todo el mundo. Bajo muchas circunstancias, proporcionan cimentaciones seguras y económicas su longitud esta limitada por la altura de los árboles disponibles; son comunes los pilotes de 12 a 18 m, en tanto longitudes mayores no se pueden obtenerse económicamente en todas las regiones. 

Los pilotes de madera no pueden soportar los esfuerzos debido a un fuerte hincado, en ocasiones muy necesario para penetrar mantos muy resistentes. Pueden reducirse los daños a las puntas usando regatones de acero, pero para un tipo dado de martinete el peligro de romper los pilotes mucho únicamente limitando el esfuerzo inducido en la cabeza del pilote y el numero de golpes del martillo.

Los pilotes de madera no pueden hincarse en suelos de levada resistencia sin sufrir daños; por lo tanto se usan rara ves para cargas mayores a 30 toneladas; en muchas localidades las cargas de trabajo están restringidas a 25 toneladas o menos.

Aunque los pilotes de madera pueden durara indefinidamente cuando están rodeados de suelos saturados, están sujetos a pudrirse arriba de la zona de saturación. En algunas localidades pueden dañarse o destruirse por insectos como las termitas. La vida delos pilotes de madera, arriba del nivel del agua pueden aumentarse mucho tratándolos a presión con cerosotas. La duración efectiva con este tratamiento todavía no se a determinado bien, pero se sabe que es mayor de 40 años.

Los pilotes de madera en aguas estancadas o saladas están sujetas a ataques de varios organismos marinos como teredo y la limnoria. El deterioro pude ser completo en unos cuantos años o, en condiciones extremadamente desfavorables, en unos cuantos meses el tratamiento químico no parece ser muy efectivo. Por lo tanto los pilotes de madera no deben usarse donde queden expuestos a aguas saladas abiertas a menos que se comprueben mediante investigaciones completas, que no existen organismos destructivos.

Clasificación de los Pilotes.

Los pilotes se construyen en una gran variedad de tamaño, formas y materiales para adaptarse a muchos requisitos especiales, incluyendo la competencia económica. Aunque su variedad desafía las clasificaciones sencillas, pueden estudiarse desde el punto de vista de los principales materiales de que están hechos que incluyen la madera el concreto y el acero.

Bombas Hidráulicas: Introducción.


Una bomba hidráulica es un dispositivo tal que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión .
Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su órgano propulsar no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola.
A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga , en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza matriz .

Por las características señaladas, en los sistemas hidráulicos de transmisión hidrostática de potencia hidráulica NUNCA se emplean bombas de desplazamiento NO positivo.

Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida. En este tipo de bombas la energía mecánica recibida se transforma directamente en energía de presión que se transmite hidrostáticamente en el sistema hidráulico.
En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal siempre se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de alivio o de seguridad. con una descarga a tanque y con registro de presión.

METODO AASHO STANDARD T-180.

Este método corresponde con algunas modificaciones, al conocido anteriormente como estándar modificado o Proctor modificado.

Los moldes que se emplean son los mismo que los indicados para le método anterior el pequeño es de 42 y el grande es de 6” de diámetro.

La diferencia fundamentalmente entre este método y el anterior esta en le peso del martillo y la altura de caída. El martillo empleado en este método es el de 10 lbs. (4.5 kg.) y la altura de caída es de 18”.

En lugar de colocar le material en tres capas se coloca en 5 de aproximadamente igual de espesor. Si se utiliza el cilindro de 4” se compactara cada capa haciendo caer el martillo 25 veces y si se usa el molde 6” se hará caer 56 veces sobre cada capa.

Y realizar lo mismo que le método anterior para determinar su contenido de humedad

La densidad obtenida mediante el método AASHO T-180 es mayor que la obtenida mediante el método AASHO T-99

Alcantarillas de Boveda.

Las bóvedas son estructuras cuya sección transversal interior esta formada por tres partes principales: El piso, dos paredes verticales que son las caras interiores de los estribos y sobre estas, un arco circular de medio punto o rebajado, que es el intradós de un arco estructural de sección variable con un mínimo de espesor en la clave.

En general, las bóvedas se construyen con mampostería de tercera y mortero de cemento 1:5. Para construir el arco se requiere un molde de madera, que se aprovecha también para colocar la clave a lo largo de la obra. La clave, de concreto simple de f´c= 100 Kg/m2, cierra le arco en el centro con juntas radiales y tienen un ancho medio mínimo de 35 cm.. Las piedras d el arco tienen hasta donde es posible, juntas radiales, con cuatropeo longitudinal y una mayor dimensión del estrados. Cuando se use cemento normal, el descimbrado se hará a los catorce días de colocada la clave, tiempo a partir del cual se construirá el terraplén.

El zampeado del piso y los dentellones ubicados aguas arriba y abajo para proteger el suelo contra la erosión pueden omitirse en terrenos rocosos. Para eliminar el empuje hidrostático sobre los muros, se coloca una capa de 30 cm de espesor de material graduado en el respaldo de cada estribo.

Diseño de Alcantarillas de Cajón o Portico.

Los cajones son estructuras de sección rectangular con paredes, techos y piso de concreto reforzado cuya construcción requiere cuidados especiales. Trabajan en conjunto como un marco rígido que absorbe el peso y el empuje del terraplén la carga viva y la reacción del terreno.

Tanto las losas como los muros son delgados y de poco peso, el conjunto tienen una amplia superficie de sustentación.

El rango más usual de aplicación de este tipo de estructura es de luces entre 3 metros y 6 metros, alturas entre 4 metros y 9 metros, admitiéndose varios múltiples para luces iguales o mayores a cuatro metros. En general este tipo de alcantarilla no se la diseña con tapada de terraplén sino que la losa (con una capa de recubrimiento) se utiliza como superficie de rodamiento.

Esta situación requiere el diseño de losa de aproximación para disminuir los asentamientos relativos entre estructura y terraplena adyacente.

El modelo con platea admite menores tensiones del suelo de fundación (del orden de 40% del que requieren pórticos sobre zapatas), haciendo posible el uso de este tipo de obra sobre terrenos de baja calidad.

Badenes.

Los badenes son depresiones en el perfil de una carretera que permiten el paso de vehículos y además del flujo de una quebrada que atraviesa la vía la superficie de rodadura actúa tanto como una porción del canal como le tramo corto de una carretera una desventaja del Baden es que por lo general implica una reducción en la velocidad de los vehículos que pasan por dicha estructura. La mayor ventaja es que permite el paso de material de arrastre que trae el curso del agua, particularmente si este es de gran tamaño. El badén debe tener una longitud aproximadamente igual al ancho del cauce, de manera que la topografías natural se altere mínimamente.

Así mismo el perfil de la vía debe mantener una transición suave y se debe instalar señales que prevengan al conductor de la existencia de un badén para evitar el transito durante lluvias muy intensas y cuando la vía se encuentre seca, los vehículos no “salten” debido al cambio brusco de pendiente en los extremos del badén.

Es importante proteger el cauce aguas debajo de los mismos debido a que se puede producir erosión regresiva que termina destruyendo el camino.

Fundaciones Conceptos:

a) COHESIÓN
Se puede definir como la adherencia entre las partículas del suelo debida a la atracción entre ellas en virtud de las fuerzas moleculares.

b) FRICCION
Se lo llama a la fricción entre partículas también se llaman ángulos de fricción interna también se lo denomina por el ensayo triaxial
c) ANGULO DE FRICCION INTERNA EN EL SUELO

Es valor de convenio introducido para simplificar, y se le considera constante aunque no lo es. El ángulo de fricción interna depende de la uniformidad de las partículas del suelo, del tamaño y forma de los granos y de la presión normal.

d) RESISTENCIA DE CORTE DE UN SUELO

Dentro de ciertos limites, los suelos se comportan bajo la acción de las cargas como los materiales elásticos, aunque en algunos casos se producen deformaciones mayores que las normales, teniéndose que recurrir entonces a cálculos que tengan en cuenta la plasticidad del suelo.
Una muestra de suelo sometido a un esfuerzo de corte tiende a producir un desplazamiento de las partículas entre sí o de una parte de la masa del suelo con respecto al resto del mismo.

En el primer caso (figura a) se dice que hay un disgregamiento de las partículas. En el segundo caso (figura a) se dice que la masa se realiza a lo largo de ciertas líneas de rotura, o si la masa de suelo es plástica se produce lo que se denomina fluencia plástica (figura c) estos movimientos dentro de la masa de suelo tienden a ser contra restados por la llamada resistencia al corte del suelo

Diseño de una Carretera: Reconocimiento Topográfico.

Antes de iniciar propiamente los estudios topográficos se requiere de un reconocimiento preliminar en el cual, primero se hará una entrevista o reunión con los beneficiarios para recoger datos de gran utilidad en el proyecto como lo relativo a afectaciones, características de ríos, nombre de lugares intermedios, localización de zonas bajas o inundables, niveles de agua en crecientes y si es posible alguna de esas personas auxiliara como guía en el reconocimiento técnico del camino.

Una vez hecho esto se procederá a hacer un reconocimiento directo del camino
para determinar en general características:
o Geológicas
o Hidrológicas
o Topográficas y complementarias
Así sé vera el tipo de suelo en el que se construirá el camino, su composición y características generales, ubicación de bancos para revestimientos y agregados para las obras de drenaje, cruces apropiados para el camino sobre ríos o arroyos, existencia de escurrimientos superficiales o subterráneos que afloren a la superficie y que afecten el camino, tipo de vegetación y densidad, así como pendientes aproximadas y ruta a seguir en el terreno.
Este reconocimiento requiere del tiempo que sea necesario para conocer las características del terreno donde se construirá el camino, y para llevarlo a cabo se utilizan instrumentos sencillos de medición como brújulas para determinar rumbos, clisimetro para determinar pendientes, odómetro de vehículos y otros instrumentos sencillos.

A través del reconocimiento se determinan puertos topográficos que son puntos obligados de acuerdo a la topografía y puertos determinados por lugares obligados de paso, ya sea por beneficio social, político o de producción de bienes y servicios. Con todos los datos recabados, resaltando los más importantes, se establecerá una ruta tentativa para el proyecto. Existen procedimientos modernos para el reconocimiento como el fotogramétrico electrónico, pero resulta demasiado costoso, muchas veces para el presupuesto que puede tener un camino, también es importante decir que el tipo de vegetación y clima de algunas regiones no permite usar este procedimiento por lo que se tiene que recurrir al reconocimiento directo que se puede auxiliar por cartas topográficas.

Análisis Granulométrico: Método Mecánico (Procedimineto).

PROCEDIMIENTO

1. Cada grupo debe tener exactamente 500 g de suelo secado al horno tomado de una bolsa de muestra obtenida del terreno. Es necesario asegurarse que la muestra sea representativa para lo cual es posible utilizar un cuarteador mecánico.
2. Si la muestra debe lavarse no es necesario triturar el suelo.
3. Si la muestra contiene grabas y arenas y muy pocos finos el lavado se puede omitir.
4. El lavado consiste en colocar la muestra sobre el Tamiz No. 200 y lavar cuidadosamente utilizando agua común hasta cuando el agua que pase sea clara. Es necesario ser muy cuidadoso en este proceso para evitar daños en el tamiz y la perdida de suelo que eventualmente pueda salpicar fuera del tamiz.
5. Verter cuidadosamente el residuo, con ayuda de agua en un recipiente y permitir sedimentar por un periodo suficiente hasta lograr que el agua de la parte superior se vuelva transparente, y colocar el recipiente con la suspensión suele y agua en el horno para secado.
6. Al día siguiente, regresar al laboratorio y pesar el residuo secado al horno.
7. A continuación hacer pasar la muestra a través de una serie de tamices desde los diámetros mayores arriba hasta los diámetros inferiores abajo.
Para suelos arenosos con granos finos, se recomiendan:
Tamiz No. Abertura (mm)
4 4.75
10 2
30 0.6
50 0.3
100 0.15
200 0.075
Fondo
Si hay gravas pequeñas en la muestra podría utilizarse un tamiz ½ pulgada (12.5 mm) antes del tamiz No. 4 en la serie. Para muestras con gravas de tamaño mayor una serie típica recomendable seria:
Tamiz No. Abertura (mm)
2” 50 mm
1” 25 mm
¾” 19 mm
½” 12.5 mm
3/8” 9.5 mm
No. 10 2 mm
No. 20 0.85 mm
No. 100 0.15 mm
(dependiendo del tamaño máximo del agregado utilizando inspección visual)
El tamaño de una muestra varia entre 1500 g, para gravas con partículas máximas de 19 mm ¾” hasta 5000 g para materiales cuya partícula máxima sea 75 mm 3”.
Colocar la serie de tamices en el agitador eléctrico y tamizar de 5 a 10 minutos, dependiendo de una inspección visual. Si no se dispone de agitador eléctrico puede hacerse el tamizado manualmente por cerca de 10 minutos.
8. Quitar la serie de tamices del agitador mecánico y pesar cada retenido que queda en cada tamiz y sumarlos todos para posteriormente compararlos con el peso inicial obtenido en le paso No. 6 esta operación permite detectar perdidas de suelo durante el proceso de tamizado. Si se tiene unas perdida de mas del 2% con respecto al peso original se considera que el ensayo no es satisfactorio y se debe repetir.
9. Calcular el porcentaje en cada tamiz dividiendo el peso retenido en cada uno de ellos por el peso de la muestra original.
10.Cada grupo debe trazar curvas en un gráfico semilogaritmico del tamaño de la partícula contra el porcentaje más fino o porcentaje pasa.
a. Si menos de 12% del material pasa a través del tamiz No. 200, es necesario calcular el Cu y el Cc y mostrarlos en la gráfica.
b. Sí más del 12% de la muestra pasa a través del tamiz No. 200 es necesario hacer un análisis de hidrómetro.

Análisis Granulométrico: Método Mecánico.

EXPOSICION GENERAL

La clasificación de suelos para usos de ingeniería es universalmente acostumbrado el análisis granulométrico. Una parte importante de los criterios de aceptabilidad de suelos para carreteras, aeropistas, presas de tierra, diques, y otro tipo de terraplenes es el análisis granulométrico.
La información obtenida del análisis granulométrico puede en ocasiones utilizarse para predecir movimientos del agua a través del suelo, aún cuando los ensayos de permeabilidad se utilizan mas comúnmente. La susceptibilidad de sufrir la acción de las heladas en suelo, una consideración de gran importancia en climas muy fríos puede predecirse a partir del análisis granulométrico del suelo.
Los suelos muy finos son arrastrados fácilmente por el agua que circula a través del suelo y los sistemas de subdrenaje usualmente se colman con sedimentos rápidamente a menos que sean protegidos adecuadamente por filtros de material debidamente gradado. La gradación adecuada de estos materiales, denominados filtros, puede ser establecida a partir de su análisis granulométrico.
Para obtener un resultado significativo la muestra debe ser representativa de la masa de suelo. Como no es posible determinar el tamaño real de cada partícula independiente de suelo – la practica solamente agrupa los materiales por rangos de tamaños. Para lograr esto se obtiene la cantidad de material que pasa a través de un tamiz con una malla dad pero es retenida por un siguiente tamiz cuya malla tiene diámetros ligeramente menores al anterior y se relaciona esta cantidad retenida con el total de muestra pasada a través de los tamices.
Todos los sistemas de clasificación utilizan el tamiz No. 200 como punto divisorio; las clasificaciones se basan en términos de cantidad retenida y cantidad que pasa el tamiz No. 200. Ocasionalmente es deseable conocer la escala aproximada de las partículas menores que el tamiz No. 200. Cuando esto se requiere, el método a seguir es el ensayo de “análisis granulométrico – método del hidrómetro”.
La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en forma de curva.
Para poder compara suelos y visualizar mas fácilmente la distribución de los tamaños de los granos presentes, y como una masa de suelo típica puede tener partículas que varíen entre tamaños de 2.00 mm y 0.075 mm las más pequeñas (tamiz No. 200) , por lo cual seria necesario recurrir a una escala muy grande para poder dar el mismo peso y precisión de la lectura a todas las medidas, es necesario recurrir a la escala logarítmica para los tamaños de las partículas. Los procedimientos patrones utilizan el porcentaje que pasa como la ordenada en escala natural de la curva de distribución granulométrica.
A partir de la curva de distribución granulométrica, se pueden obtener diámetros característicos tales como el D10, D30, D60, etc. El D se refiere al tamaño del grano, o diámetro aparente, de la partícula de suelo y el subíndice (10,30,60) denota el porcentaje de material más fino. Por ejemplo,
D10 = significa que el 10% de los granos son menores al tamaño indicado por el corte sobre la curva y proyectado al eje X.
Una indicación de la variación del tamaño de los granos presentes en la muestra se obtiene mediante el coeficiente de uniformidad Cu, definido como:
Cu = D60/ D10
Un valor grande de en este parámetro Cu indica que los diámetros D60 y D10 difieren un tamaño apreciable. No asegura sin embargo, que no exista un vacío de gradación, como el que se presenta cuando falta por completo o solo existe una cantidad muy pequeña de diámetros de determinado tamaño.
El Coeficiente de concavidad Cc o de curvatura es una medida de la forma de la curva entre el D60 y el D10, y se define de la siguiente forma
Cc = D30² .
(D10 x D60)
Valores de Cc muy diferentes de 1.0 indican que faltan una serie de diámetros entre los tamaños correspondientes al D10 y al D60.

Reconocimiento Topográfico en el Diseño de una Carretera.

Antes de iniciar propiamente los estudios topográficos se requiere de un reconocimiento preliminar en el cual, primero se hará una entrevista o reunión con los beneficiarios para recoger datos de gran utilidad en el proyecto como lo relativo a afectaciones, características de ríos, nombre de lugares intermedios, localización de zonas bajas o inundables, niveles de agua en crecientes y si es posible alguna de esas personas auxiliara como guía en el reconocimiento técnico del camino.

Una vez hecho esto se procederá a hacer un reconocimiento directo del camino
para determinar en general características:
o Geológicas
o Hidrológicas
o Topográficas y complementarias
Así sé vera el tipo de suelo en el que se construirá el camino, su composición y características generales, ubicación de bancos para revestimientos y agregados para las obras de drenaje, cruces apropiados para el camino sobre ríos o arroyos, existencia de escurrimientos superficiales o subterráneos que afloren a la superficie y que afecten el camino, tipo de vegetación y densidad, así como pendientes aproximadas y ruta a seguir en el terreno.
Este reconocimiento requiere del tiempo que sea necesario para conocer las características del terreno donde se construirá el camino, y para llevarlo a cabo se utilizan instrumentos sencillos de medición como brújulas para determinar rumbos, clisimetro para determinar pendientes, odómetro de vehículos y otros instrumentos sencillos.

A través del reconocimiento se determinan puertos topográficos que son puntos obligados de acuerdo a la topografía y puertos determinados por lugares obligados de paso, ya sea por beneficio social, político o de producción de bienes y servicios. Con todos los datos recabados, resaltando los más importantes, se establecerá una ruta tentativa para el proyecto. Existen procedimientos modernos para el reconocimiento como el fotogramétrico electrónico, pero resulta demasiado costoso, muchas veces para el presupuesto que puede tener un camino, también es importante decir que el tipo de vegetación y clima de algunas regiones no permite usar este procedimiento por lo que se tiene que recurrir al reconocimiento directo que se puede auxiliar por cartas topográficas.

Fundaciones y sus Conceptos.

a) COHESIÓN
Se puede definir como la adherencia entre las partículas del suelo debida a la atracción entre ellas en virtud de las fuerzas moleculares.

b) FRICCION
Se lo llama a la fricción entre partículas también se llaman ángulos de fricción interna también se lo denomina por el ensayo triaxial
c) ANGULO DE FRICCION INTERNA EN EL SUELO

Es valor de convenio introducido para simplificar, y se le considera constante aunque no lo es. El ángulo de fricción interna depende de la uniformidad de las partículas del suelo, del tamaño y forma de los granos y de la presión normal.

d) RESISTENCIA DE CORTE DE UN SUELO

Dentro de ciertos limites, los suelos se comportan bajo la acción de las cargas como los materiales elásticos, aunque en algunos casos se producen deformaciones mayores que las normales, teniéndose que recurrir entonces a cálculos que tengan en cuenta la plasticidad del suelo.
Una muestra de suelo sometido a un esfuerzo de corte tiende a producir un desplazamiento de las partículas entre sí o de una parte de la masa del suelo con respecto al resto del mismo.

En el primer caso (figura a) se dice que hay un disgregamiento de las partículas. En el segundo caso (figura a) se dice que la masa se realiza a lo largo de ciertas líneas de rotura, o si la masa de suelo es plástica se produce lo que se denomina fluencia plástica (figura c) estos movimientos dentro de la masa de suelo tienden a ser contra restados por la llamada resistencia al corte del suelo

Diseño de Alcantarillas (Hormigón, Metálicos).

El manual de diseño de alcantarillas de mayor empleo y aceptación en el mundo sea el “Hydraulic Chart for the selectiion of highway culverts” de U.S.A.

En el diseño convencional se evalúan los controles de flujo de entrada y de salida. El tirante de agua a la entrada (tirante del estanque corriente arriba sobre la parte mas baja de la entrada) se calcula para el gasto de descarga para el proyecto suponiendo que 1) rige el control de entrada y 2) que rige el control de salida. Entonces el tirante mas alto de agua requerida de los dos define el tipo de control y la alcantarilla adquiere la categoría de “control de entrada” o de “control de salida”. Con objeto de hacer expeditos los cálculos se simplifican las suposiciones, y por comparación de los tirantes de entrada, se evita la difícil labor de definir el perfil del flujo real a lo largo del conducto de la alcantarilla no obstante con este método de diseño convencional, no se hace el intento de modificar las condiciones de flujo des-balanceado que pueda existir. La curva de comportamiento de control de entrada representa la capacidad de flujo real de la alcantarilla en tanto que el comportamiento más favorable de la curva de control a la salida es el potencial del conducto de la alcantarilla y estos términos no se logra la capacidad completa del conducto y existe una situación que no es económica.

Como Seleccionar el Tipo de Alcantarrilla a Utilizar.

La selección del tipo de alcantarilla que se debe utilizar en un lugar determinado, depende de la necesidades hidráulicas y de la resistencia requerida para soportar el peso del relleno o de la carga que se mueve sobre ruedas después de que se han establecido estos elementos la selección se vuelve por mucho, un asunto económico, deberá tomarse en consideración la durabilidad y el costo de la estructura completa, incluyendo aspectos tales como el costo inicial de las unidades manufacturadas y los costos de transporte e instalación. En cualquier comparación total del costo de los diferentes tipos de alcantarilla que pueda seleccionarse para su uso en una instalación dada, deberán considerarse también el costo de mantenimiento

Alcantarillas de Concreto.

Los tubos de concreto destinados a usarse en las alcantarillas están fabricados de diámetros de 12 o 108 pulgadas y son de diferentes longitudes, la más usual es de 4 a 8 pies las especificaciones estándar establecen cinco clases de tubos en los que la resistencia aumenta en la clase I a la clase V. Las especificaciones muestra las secciones transversales del acero de refuerzo y la resistencia del concreto para tres medidas de espesores de pared. El refuerzo puede ser circular o elíptico. Los tubos para alcantarillas fabricados de concreto reforzado que se emplea en aplicaciones especiales, se fabrican con una sección transversal distinta a la circular, las formas elípticas y de arco son de uso común. Los tubos de concreto para alcantarillas tienen juntas machihembradas o de campana; durante la construcción se sellan las juntas con concreto de cemento Pórtland, empaques de caucho, u otros materiales. La preparación de pisos de lecho donde va a colocarse el tubo requiere de mayor o menor cantidad de cuidado.

Esta preparación o plantilla puede variar desde la forma simple del fondo de una zanja o del suelo sobre el que coloca el tubo hasta embeber el tubo en una cuna de concreto dependiendo de las condiciones de cimentación, de las cargas sobre el tubo y de otros factores. Las alcantarillas de tubo se construyen con mayor frecuencia en la llamada “en proyección” que es la alcantarilla que se construye sobre la superficie del suelo en la zanja, y el relleno se coloca a su alrededor. En estos casos, y teniendo suelos y altura de relleno comunes sólo necesita darle al alojamiento del tubo un poco mas de atención.

Las alcantarillas de cajón de concreto se construye en el sitio con una sección transversal cuadrada o rectangular. Las alcantarillas de cajón simple varían en su tamaño desde 2 hasta 12 pies por lado, dependiendo del área necesaria para la vía de agua. La mayoría de las oficinas de carreteras de los estados utilizan diseños estandarizados para diferentes medidas del cajón para las alcantarillas quizás las medidas para el cajón para las alcantarillas de concreto mas comúnmente empleadas se encuentran 4 y 8 pies por lado incluyendo medidas tales como 4’ x 4’, 4’ x 6’, 6’ x 6’, 4’ x 7’, y muchas otras las alcantarillas de sección transversal rectangular en los lugares en que se desea reducir la altura de la misma para proporcionar una protección adecuada entre la parte superior de la alcantarilla y la superior de la calzada.