compactaciÓn y drenaje
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COMPACTACIÓN
I. INTRODUCCIÓN
Dentro del mundo de la construcción, como parte principal y fundamental, tenemos
lo que es la estabilización de suelos, la cual es un factor importante ya que de ésta
depende la seguridad y estabilidad de la estructura a ser ejecutada, pero como todo
proceso, tiene una parte inicial, la cual está compuesta por la compactación del
suelo.
La compactación de suelos, es un tema, que está netamente ligada con cualquier
rama de la ingeniería civil, pues está involucrada en la construcción de pavimentos,
de mega estructuras, estabilidad de taludes, irrigación y drenaje, entre otros.
La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para
eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su
capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. La eliminación de estos
espacios vacíos es esencial ya que éstos permiten el fácil movimiento de agua y de
aire requerido tanto por las raíces de las plantas como por los organismos vivos en
el suelo, lo cual hace que el suelo sea menos resistente. La compactación de suelos
es ese proceso que obliga a las partículas a ponerse más en contacto unas con
otras y es realizada generalmente por medios mecánicos.
El objetivo de la compactación de suelos es eso, el mejoramiento de las
propiedades mecánicas del suelo, alterando sus propiedades naturales, con la
finalidad de brindar mayor seguridad y resistencia a las estructuras a soportar.
El presente trabajo forma parte del curso de Ingeniería de Caminos II, en el cual
hablaremos a más detalle acerca de la compactación de suelos, sus propiedades,
sus objetivos, sus procesos y la maquinaria a emplear.
II. COMPACTACIÓN DEL SUELO
DEFINICIONES
CARACTERÍSTICAS DE LA COMPACTACIÓN DE SUELO
Como características de la compactación de suelos, tenemos a continuación:
a. Compresión de las partículas sólidas, en lo que llamamos cohesión del suelo,
para evitar que queden vacíos dentro del mismo, lo cual hace que el suelo
sea impermeable.
Compactación: Proceso de empaquetamiento de las partículas de
suelo más cercanamente posible por medio mecánico aumentando
la densidad seca.
OCH (Óptimo contenido de humedad): Humedad del suelo que
produce una máxima densidad seca.
Máxima Densidad Seca: Usando una compactación al OCH.
Compactación Relativa: Porcentaje entre la densidad seca del
suelo y su máxima densidad seca.
Densidad seca – Contenido de humedad: Relación entre
densidad seca y el contenido de humedad bajo un esfuerzo de
compactación.Porcentaje de vacíos de aire: Volumen de vacíos de aire
expresado como un porcentaje del volumen total del suelo.
Línea de vacíos de aire: La línea muestra la densidad seca –
contenido de humedad relación para un suelo conteniendo un
porcentaje constante de vacíos de aire.
Línea de saturación Cero (línea Cero de vacíos de aire): La
línea muestra la Densidad seca – Contenido de humedad para un
suelo de cero de vacíos de aire.
b. Compresión del líquido y del gas contenido dentro de los espacios porosos, a
lo cual llamamos impermeabilidad del suelo, como mencionamos
anteriormente, de esta manera evitamos el crecimiento de raíces y de
microorganismos que podrían afectar la resistencia del suelo.
c. Cambio en el contenido del líquido y del gas que ocupan los espacios
porosos.
d. Reacomodamiento de las partículas del suelo, lo cual producirá que las
partículas del suelo, logren transmitir de una forma homogénea las cargas
provenientes de las distintas estructuras.
e. Como consecuencia de la deformación y de la ruptura de agregados a que es
sometido el suelo durante las labores de preparación, la compactación está
siempre acompañada de la pérdida de volumen de poros especialmente de
los más grandes. Esto causa pérdida en la permeabilidad al aire, en el flujo
de agua y de iones, y restricciones en el crecimiento de las raíces.
f. La compactación está también asociada a la baja estabilidad estructural del
suelo frente al agua, lo cual causa el adensamiento. Un suelo con estructura
débil aumenta su cohesión entre partículas, disminuyendo la independencia
de cada agregado y microagregado, con lo cual se reduce el espacio poroso
y se hace más susceptible a la compactación o adensamiento.
g. Los suelos que tienen una mayor tendencia a compactarse presentan
generalmente texturas medidas a gruesas. Se ha comprobado que en suelos
de texturas medias a gruesas cuando se aplican presiones altas se logra
obtener valores más altos de densidad aparente, que en suelos de texturas
arcillosas, especialmente cuando los contenidos de limo y/o arena fina son
abundantes. El efecto de la compactación en la reducción de la aireación se
hace más crítico en suelos de texturas medias a finas, que en suelos de
texturas gruesas, los cuales tienen más macroporos que los suelos de
textura fina.
En conclusión, la característica principal de la compactación de suelos, es la
reducción de los espacios vacíos, para lograr que el suelo, alcance una resistencia
aceptable.
TEORÍA DE LA COMPACTACIÓN DEL SUELO
La teoría de la compactación se basa en los “Principios Fundamentales de la
Compactación del suelo”, la cual consiste en cuatro artículos que en el año de 1933,
R.R. Proctor, había publicado, estableciendo en éstas escrituras, los principios
básicos de la compactación de suelos, la cual se basaba netamente en su
experiencia en el campo.
También propuso un ensayo, actualmente conocido como el Ensayo Proctor para
compactación, el cual consiste en reproducir las experiencias del campo, ayudando
de esta manera a predecir, dentro de ciertos límites, las condiciones de
compactación de un determinado suelo. Actualmente este método ha generado un
gran uso alrededor del mundo, y no sólo dentro de la rama de la ingeniería civil.
Proctor definió cuatro variables en la compactación de los suelos.
1. Peso Unitario Seco. En su trabajo original usó la relación de vacíos, pero
hoy día se utiliza la densidad seca.
2. Contenido de Humedad del Suelo.
3. Energía de Compactación.
4. Tipo de Suelo.
El ensayo de compactación Proctor, es un método dinámico donde el suelo es
compactado en capas en un molde cilíndrico de volumen conocido. La
compactación de cada capa se logra aplicándole un número de golpes determinado,
distribuidos uniformemente en la superficie de la capa.
El peso y altura de caída libre del martillo, así como el volumen del cilindro están
normalizados según el tipo de prueba a utilizar.
Se compactan varias muestras de un mismo suelo, a diferentes contenidos de
humedad, y se obtiene como resultado la densidad seca y el contenido de humedad
de cada muestra.
Ensayo de Proctor
El ensayo Proctor Standard o A.A.S.H.T.O T99-61 (de la American Association of
State Highway and Transportation Officials, ASTM D-698-00AE01) es un ensayo de
compactación de laboratorio, en el que se aplica una energía de compactación
dinámica similar a la que podía obtenerse con los equipos que había en el mercado
en el año 1933, cuando el ensayo fue desarrollado. Parte de la base que el peso
unitario de un suelo compactado depende de la humedad, la energía de
compactación y el tipo de suelo.
En un cilindro normalizado, de 1000 ml de volumen, se aplica una energía
especifica de compactación constante a tres capas de suelo (pasante por el tamiz
N°4) con un martillo normalizado de 25kN, una altura de caída de 30cm y 25 golpes
por capa. Una vez realizada la compactación se obtiene el peso unitario húmedo. Al
medir la humedad del suelo se calcula el peso unitario seco con la expresión:
Con el avance de la técnica se desarrollaron mejores equipos de compactación. La
reproducción de las condiciones del terreno en el laboratorio debió adaptarse, por lo
que se creó el ensayo Proctor Modificado, que varía respecto del ensayo estándar
cantidad de energía entregada. En el ensayo de Proctor modificado, se emplean 5
capas de suelo, un martillo de 45.4kN, una altura de caída de 45.7cm y 25 golpes
por capa, utilizando el mismo molde que en el ensayo
Proctor Standard. Pueden hacerse ensayos con diferentes energías específicas
mediante la combinación de diferente cantidad de capas, la cantidad de golpes por
capa o el tamaño del martillo. La energía específica es:
Donde N es la cantidad de golpes, n de capas, W es el peso del martillo y h la altura
de caída. En el caso que el suelo contenga partículas de mayor tamaño, es posible
aumentar el volumen del cilindro.
OBJETIVOS DE LA COMPACTACIÓN DE SUELOS
La compactación de suelos es un procedimiento el cual tiene como principal
objetivo el mejoramiento de algunas propiedades mecánicas de los suelos.
Mediante la aplicación de energía mecánica se reducen los vacíos que se
encuentran con aire en la masa de suelo para aumentar su peso unitario. De esta
forma se logra un aumento en la resistencia, en la rigidez, una mejora en la
estabilidad volumétrica y una disminución de la permeabilidad del suelo.
El mejoramiento mediante compactación es utilizado en rellenos artificiales para la
construcción de caminos, presas, terraplenes, entre otros. También puede ser
requerido en caso de cimentaciones sobre terreno natural, por ejemplo en arenas
sueltas.
Además la compactación de suelos tiene como objetivos secundarias el aumento
de la capacidad de soporte del suelo (capacidad portante), la reducción de los
asentamientos del terreno, la permeabilidad del suelo, el escurrimiento y la
penetración del suelo para que el agua fluya y el drenaje pueda regularse, también
la reducción del esponjamiento y la contracción del suelo, como por otro lado
también impide daños en las heladas, puesto que el agua se expande y aumenta de
volumen al congelarse.
PROCESO DE COMPACTACIÓN EN CAMPO
El resultado inmediato de la compactación es un aumento en la cantidad de sólidos
por unidad de volumen, que es lo que modifica el peso volumétrico seco.
Este efecto también trae un aumento en el número de contactos entre los arreglos
de partículas, así como un aumento en los esfuerzos efectivos entre ellos; estos
factores son los que pueden propiciar una mejoría en las propiedades mecánicas.
El número de contactos se relaciona fácilmente con el módulo de deformación, lo
que permite entender que la deformación disminuye con tal número. La resistencia
tiende, en principio, a aumentar cuando aumenta el número de contactos entre los
sólidos, porque al ser requerido el suelo por esfuerzos cortantes se producen
aplastamientos en los puntos en que ocurren tales contactos, lo que a su vez
propicia un aumento de los mismos contactos y un mayor encaje en las
microasperezas entre los sólidos. En rigor la tendencia al aumento de resistencia de
In suelo compactado es un fenómeno relativamente similar al crecimiento que
experimenta la resistencia de un suelo sobre consolidado. El aumento de la presión
normal efectiva actuante en los contactos, si propicia por sí mismo un incremento
en la resistencia al corte.
Los efectos anteriores, especialmente el efecto sobre la resistencia, pueden
lograrse más fácilmente siguiendo dos estilos diferentes de compactación. En el
primero se trata de comunicar la máxima cantidad de energía que no llegue a
producir la fluencia del material, la cual causaría únicamente disipación de dicha
energía sin aprovecharla en el acomodo estructural. Por este sistema debe
procurarse que una carga que no llegue a la fluencia del material actúe en la mayor
superficie posible, aprovechando el comportamiento friccionante del suelo.
Este es el tipo de acción que ejerce en compactador neumático de llantas. El otro
modo de propiciar una compactación eficiente es, hasta cierto punto, contrario.
Ahora se trata de producir los mayores esfuerzos de cizallamiento en toda la masa
de la capa por compactar, concentrando grandes presiones en ciertos puntos.
Este sistema es el que produce el rodillo pata de cabra, que concentra gran energía
en áreas pequeñas y penetra en el interior de la capa de suelo. Este sistema tiene
el inconveniente de causar una fluencia efectiva y perder, por lo tanto, toda la
energía que en ello se emplee, pero esta fluencia puede no ser de todo inútil, pues
tiende a producir un amasado que se traduce en un aumento de homogeneidad del
suelo compactado. Los efectos anteriores son particularmente útiles en suelos que
formen terrones, que han de ser desmenuzados para lograr la densificación final.
Este proceso suele requerir proporcionar agua al suelo o secarlo, como sucede en
general en todo proceso de compactación; al añadir agua los terrones queda seco
internamente, con una superficie excesivamente húmeda; si se orea el conjunto,
por el contrario, los terrones quedan húmedos, con una costra dura y reseca. En
cualquiera de los dos casos se requiere una alta energía, que también se favorece
la concentración de presión que se produce en las pequeñas áreas de contacto de
los rodillos pata de cabra (efecto de amasado).
Los rodillos de llantas también tienden a producir un efecto similar. En este caso
cuando una rueda pesada se acerca a un cierto punto, se produce fluencia del
terreno bajo ella, a la vez que se forma una onda hacia adelante que ha de superar
la rueda en movimiento. Tras la rueda que avanza se produce una onda también,
por efecto de rebote, de menor consideración puesto que tras la rueda el suelo va
quedando más compacto. El proceso de aflojamiento y posterior densificación de la
onda delantera, con aplicación de intensos esfuerzos cortantes bajo la rueda a un
suelo inmediatamente antes aflojado, produce en los suelos finos un efecto que es
el que se considera similar al amasado de un rodillo pata de cabra. Si se tiene en
cuenta que el suelo que se compacta no está saturado, se comprende que la
compresión que genera cualquier tipo de rodillo tiende hacia alguna clase de
expansión después de que el rodillo pasó, lo que puede conducir a presiones en el
agua del suelo muy importantes, que serán de tensión en caso de que la tendencia
a la expansión se mantenga o que podrán ser de compresión si se ha logrado una
muy importante rigidez del conjunto con el proceso de densificación ocurrido bajo el
propio rodillo; obviamente en estos balances finales influye que se esté
compactando en el lado seco o en el lado húmedo de la curva de compactación;
influye también la estructura, que determina en gran parte la marcha de los efectos
capilares. Actualmente se cree que en los procesos de compactación de campo son
más frecuentes las presiones de poro remanentes que las tensiones en el agua
capilar, especialmente en compactaciones con contenidos de agua en el lado
húmedo.
Las ideas inmediatamente anteriores no están desprovistas de interés práctico,
puesto que los suelos compactados intensamente del lado seco, en los que el agua
remanente queda a tensión, a veces importante, tenderán a ser potencialmente
colapsables y guardarán potenciales de expansión por absorción posterior de agua.
RESUMIENDO
Las partículas sólidas son empaquetadas lo más cercanamente por medios
mecánicos aumentando la densidad seca. Se reduce la relación de vacíos.
Poca o no reducción del contenido de agua. Los vacíos no pueden eliminarse por
compactación, por control de ellos se reducen al mínimo.
-A bajo contenido de agua el grano de suelo es rodeado por una delgada película de
agua.
-El agua adicional permite juntar los granos más fácilmente.
-El aire es desplazado y la densidad seca es incrementada.
-La adición de agua permite expulsar el aire durante la compactación.
-Los granos de suelo se muestran lo más cercanos posibles hasta cierto punto y de
ahí aumenta la cohesión.
-Cuando la cantidad de agua excede lo requerido, el exceso de agua empuja los
granos de suelo hacia fuera y la densidad adquirida disminuye.
-A mayor contenido de humedad, el aire es desplazado por la compactación y la
densidad continúa disminuyendo.
CLASIFICACIÓN DE LA MAQUINARIA PARA COMPACTACIÓN
Los equipos de compactación en la construcción son máquinas manuales o
autopropulsadas las cuales sirven para consolidar los suelos, de acuerdo al grado
de compactación requerido.
Las formas de clasificar los equipos son muy variadas, no obstante una de las más
generalizadas consiste en la forma en que se entrega la energía de compactación.
El tamaño del equipo y la magnitud de la entrega unitaria de energía constituyen
otra forma de clasificación. Entre éstas tenemos:
Equipos que Entregan la Energía por Compresión y Amasado:
Rodillos-cilíndricos-metálicos-lisos.
Su característica principal es la presión vertical generada sobre el suelo
compactando el suelo de la superficie hacia abajo. Existe una gran variedad de
rodillos lisos en cuanto a peso, ancho y diámetro del tambor. Los equipos
normales pesan unas 10 ton/eje. Generalmente son autopropulsados. Estos
rodillos pueden ser empleados en todo tipo de suelo excepto cuando hay
grandes fragmentos de rocas. Son muy eficientes en la compactación de gravas
y de arenas saturadas con espesores no mayores de 20 cm. Se emplean
frecuentemente para dar un acabado liso a las bases y asfaltos. Se utilizan en
gravas y arenas mecánicamente estables.
Rodillos neumáticos.
Consisten en varias filas de neumáticos cercanamente espaciados, con
espaciamientos frontales y traseros alternados, para obtener un total cubrimiento
de la faja que se compacta. Son de tonelaje variable que va de 10 ton/eje en
equipos normales hasta 50 ton/eje en equipos muy pesados que son usados en
casos excepcionales de compactación profunda. Las presiones de inflado está entre
5 y 7 kg/cm2. Hay equipos de arrastre de uno o varios ejes, pero generalmente son
autopropulsados. Existen algunos cuyos neumáticos están desalineados
verticalmente para producir efecto de amasado. Estos rodillos se recomiendan en la
compactación de suelos granulares de baja cohesión incluyendo gravas, arenas
arcillosas, arenas limosas y hasta arcillas arenosas. Se usa en arenas uniformes y
suelos cohesivos, humedad cercana a límite plástico.
Rodillos con salientes (pata de cabra).
Compactan el suelo de abajo hacia arriba, ejerciendo un efecto de amasado por
medio de unas protuberancias de unos 15cm de longitud que salen del tambor
metálico y espaciadas entre sí de 15 a 25 cm en cualquier dirección. Las
protuberancias pueden ser de sección variable o de sección uniforme y de
variada forma terminal.
Ejercen presiones en el suelo entre 10 y 40 kg/cm2, pero cargando el tambor
con agua y arena es posible llevarlas a unos 80 kg/cm2. Estos rodillos pata de
cabra tan pesados solo funcionan satisfactoriamente cuando las humedades del
suelo son muy bajas. El equipo puede ser de arrastre o autopropulsado. Es
apropiado sólo en la compactación de suelos finos cohesivos, porque produce el
efecto de amasado necesario en la disgregación de los grumos del suelo y en su
adecuada compactación. El espesor de las capas puede estar entre 10 y 15 cm
si los cilindros son ligeros. Se utiliza generalmente en suelos finos, humedad
entre 7 a 20 % por debajo del límite plástico
Equipos que Entregan la Energía por Impacto:
Los compactadores de suelo por percusión utilizan una fuerza de impacto repetido
sobre la superficie a compactar. Estos equipos, cuyo elemento compactador tiene
forma de plato, cuando opera se levanta del suelo debido a una acción de su unidad
motriz que provoca una reacción de compactación sobre el suelo. Al caer ejerce un
segundo efecto compactador que depende del peso y altura de elevación.
Estos equipos de construcción generalmente son manuales y se emplean en
la compactación de suelos en lugares de difícil acceso tales como terraplenes
cercanos a alcantarillas, zanjas o reparación de pavimentos, donde no pueden
usar los equipos convencionales.
Placas.
Es una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad y logra
con ello, la densificación del suelo.
Vibropisones.
La vibración necesaria para la compactación es producida por el sistema de
apisonamiento, que se encuentra sólidamente conectado al pisón. Este tipo de
maquinaria es de mucha ayuda en zanjas para cables, cañerías de agua, de gas y
calefacción a distancia, para rellenos, para la fijación de diques y embalses de
tierra, para el lecho de concreto en la construcción de caminos (inclusive autopistas
y caminos forestales), al costado de los bordillos y para pequeños trabajos en la
compactación de la sub-base, en edificaciones y estructuras elevadas para la
compactación de subsuelos y hormigón en sótanos y suelos de naves industriales y
finalmente en la construcción de parques y jardines para la fijación de caminos.
Caída de masa.
Se trata de aplicar un elevado esfuerzo dinámico al dejar caer una masa elevada
desde cierta altura. Actualmente, es habitual el uso de pesos de masa que oscilan
normalmente entre 1 y 100 toneladas, con alturas de caída de hasta 40 m. Este tipo
de tratamiento es altamente dependiente de las características del suelo y de la
energía empleada. La compactación dinámica se desarrolló y se empleó de forma
satisfactoria para densificar suelos flojos, saturados y sin cohesión, siendo
especialmente eficaces porque queda reducida la potencial licuefacción del suelo.
En este sentido, se puede decir que el proceso de densificación es similar al de la
vibro-compactación.
Equipos que Entregan la Energía por Vibración:
Este tipo de maquinaria de construcción son equipos que combinan la presión que
origina el peso del equipo con un efecto vibratorio. La compactación por
vibración es la más utilizada en la actualidad para la mayoría de las aplicaciones.
Se basa en utilizar una masa excéntrica que gira dentro de un rodillo liso, dicha
masa produce una fuerza centrífuga que se suma o se resta al peso de la máquina.
Placas vibratorias.
Las placas compactadoras han sido proyectadas para compactar el terreno o el
material utilizado para rellenos. La acción combinada de la presión ejercida sobre el
terreno por el brazo de la excavadora unida a la vibración de alta frecuencia
generada por el cuerpo vibrante, permite obtener una compactación óptima del
material utilizado para rellenos.
Rodillos cilíndricos metálicos lisos, operados en modo vibratorio.
Se desarrollaron para producir peso por el rodillo y también vibración por medio
de una unidad que es movida por un motor de gasolina y que se monta sobre el
cilindro comunicándole la vibración. Este equipo es capaz de compactar suelos
no cohesivos en capas de 30 a 90 cm de espesor. Los rodillos de mayor tamaño
(hasta 15 t) son efectivos para compactar roca partida hasta de 60 cm de
diámetro en capas de hasta 90cm. Son de gran efectividad en suelos granulares
gruesos.
Estos rodillos vibratorios, no solo compactan por acción de su gran peso estático
sino también, simultáneamente y debido a la vibración, dirigen fuerzas
dinámicas dentro del material a compactar resultando de esta forma una
compactación más efectiva del material suelo y con una penetración mayor. Los
rodillos vibratorios son fabricados en variedad de tipos: rodillos de conducción
manual, rodillos autopropulsados y rodillos remolcables. Se diferencian no
solo por el tipo constructivo sino también por su tamaño y el número de los
tambores. Encuentran sus aplicaciones en una variedad de campos y con
resultados diferentes según el tipo de material a compactar. Se utiliza
especialmente en suelos granulares
III. PROPÓSITOS Y MÉTODOS PARA LA COMPACTACIÓN
El propósito de la compactación de suelos es la de obtener un suelo de tal manera
estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a
través de toda la vida útil de la obra. La eficiencia del método de compactación
depende en todos los casos del tipo de suelo, en tanto se trate de suelos no
cohesivos o cohesivos.
El peso unitario obtenido depende de los métodos de compactación conforme las
siguientes variables: energía específica entregada por el equipo utilizado en la
compactación, tipo de suelo, espesor de la capa y humedad de compactación. Para
mensurar dichas variables, resulta adecuado realizar ensayos de laboratorio.
Se emplean cuatro métodos principales de compactación:
a. Compactación estática o por presión
La compactación se logra utilizando una máquina pesada, cuyo peso comprime
las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Por ejemplo:
Rodillo Estático o Rodillo Liso
En el caso de los suelos no cohesivos la compactación con rodillos lisos o
neumáticos resulta ser efectiva. La compactación se realiza desde las capas
superiores hacia las inferiores en cada pasada del equipo, por lo que el peso
unitario varía con la profundidad. La energía de compactación se materializa con
pasadas de rodillo.
b. Compactación por impacto
La compactación es producida por una placa apisonadora que golpea y se
separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo: Un apisonador.
Se emplean en espacios reducidos y en sectores de difícil acceso.
c. Compactación por vibración
La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia. Por
ejemplo: Placa o rodillos vibratorios.
Combinan la vibración con la presión del rodillo. En este caso la energía de
compactación depende de la velocidad de avance. Es utilizado con mejores
resultados en suelos granulares con algún contenido de finos. La vibración
permite llegar a capas más profundas que la sola aplicación de una carga
estática.
d. Compactación por amasado
La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en
áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Por ejemplo: Un rodillo “Pata de
Cabra”.
En algunos suelos cohesivos los métodos anteriores pueden resultar
ineficientes, por lo que se utilizan los rodillos con la denominada pata de cabra.
De esta forma se destruyen los terrones que suelen formarse en suelos
arcillosos. La compactación se inicia desde las capas inferiores a las superiores
como consecuencia de la penetración de la pata de cabra.
Elección del método de compactación
La elección del equipo a utilizar en la compactación de suelos, depende del tipo de
suelo en donde se va a ejecutar la obra, así como el tamaño e importancia de la
misma, las especificaciones técnicas del proyecto y el tiempo de ejecución.
Suelos granulares
Se compactan mejor por vibración. La vibración reduce las fuerzas de fricción,
dejando que las partículas caigan libremente por su propio peso. En este caso
podemos utilizar: pisones, rodillo pata de cabra y neumático.
Suelos cohesivos:
Se compactan mejor por amasado e impacto. La tendencia de los suelos es
combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas,
impidiendo que caigan partículas en los vacíos con la vibración. La fuerza de
impacto produce un esfuerzo de cizalle que junta las laminaciones, oprimiendo las
bolsas de aire hacia la superficie. En este caso podemos utilizar: placas y rodillos
vibratorios y caída de masa.
IV. COMPACTACIÓN DE SUELOS NO COHESIVOS
Por medio de rodillos de 5 a 15 t, los cuales están equipados con vibradores que
operan a frecuencias comprendidas entre 1100 y 1500 pulsos/minuto, se ha
obtenido la compactación efectiva de arena gruesa grava y enrocado de piedra,
aplicando capas de 30 a 40 cm. de espesor, y entre 2 a 4 pasadas de tales rodillos
tirados a una velocidad que no exceda de alrededor de 3 Km/hora suele resultar
adecuada para alcanzar un alto grado de compactación. También pueden utilizarse
en estos suelos los rodillos neumáticos, pero se necesita en este caso un número
mayor de pasadas entre 6 y 8, debido a la mayor velocidad del rodillo.
El suelo debe ser depositado en capas de un espesor no mayor de 30 cm,
compactando áreas limitadas pueden usarse compactadores manuales de pistón,
accionados por motor de explosión (espesor de capas de 10 a 20 cm).
V. COMPACTACIÓN DE SUELOS ARENOSOS O LIMOSOS CON CONHESIÓN
MODERADA
A medida que aumenta la cohesión, disminuye rápidamente la eficacia de las
vibraciones como medio de compactación. También la baja permeabilidad de estos
suelos hace difícil la penetración con agua, no obstante la compactación por capas
utilizando distintos rodillos, neumáticos y patas de cabra.
Los rodillos neumáticos son más convenientes en la compactación de suelos
arenosos ligeramente cohesivos, los rodillos patas de cabra tienen su máxima
eficacia en suelos plásticos para presas de embalse y otros terraplenes, se utiliza
rodillos neumáticos de 50 t. Con presiones de inflado de las llantas muy altas (>9
Kg/cm2) y capas de espesor compactando que varía entre 15 y 30cm (utilizando
rodillos de 100 t. El espesor puede variar entre 30 y 45 cm), se requiere usualmente
4 a 6 pasadas para alcanzar la compactación deseada
A veces en obras grandes es necesario determinar el número de pasadas por medio
de ensayos de compactación en el terreno mismo antes de inicio de los trabajo. Los
rodillos patas de cabra usados en la construcción de presas de tierra pesan
alrededor de 15 t. Según el tamaño del pie, la presión de contacto varía entre 20 y
40 Kg/cm2. En terraplenes de caminos se utilizan rodillos algo menores. El espesor
de las capas por compactar no debe exceder de unos 15 cm. El número requerido
de pasadas debe determinarse en el terreno por medio de ensayos previos. La
forma de la pata más adecuada depende del tipo del suelo. Hay una tendencia
hacia el uso de patas de tronco piramidales que evitan el arado del suelo a su paso.
La superficie de apoyo más efectiva es función de la plasticidad y granulometría del
suelo. En suelos menos plásticos la superficie de la pata a usar es mayor que en
suelos muy cohesivos.
Se usan también rodillos patas de cabra vibrantes, en estos casos la acción
principal de la vibraciones es la de aumentar el efecto gravitacional del paso del
rodillo debe tenerse presente, que en suelos de plasticidad moderada, la aspersión
de agua durante el proceso de compactación es poca eficiente. Si el contenido de
humedad del suelo a usar es mayor que el óptimo, el agua debe agregarse en el
propio préstamo o por aspersión antes de iniciar las compactaciones para obtener
un mejor efecto de uniformización de la humedad si el contenido de humedad , del
suelo en el terreno es mayor que el óptimo, debe permitirse que se seque en el
lugar de su almacenamiento, la densidad seca y el contenido de humedad del suelo
se controlan en el terraplén continuamente (método del reemplazo de arena).
VI. COMPACTACIÓN DE ARCILLAS
Si el contenido natural de humedad de una arcilla en el préstamo no está próximo
al óptimo puede resultar muy difícil llevarlo a dicho valor óptimo, sobre todo, si el
contenido natural de humedad es demasiado alto. Por eso a veces es inevitable
utilizar la arcilla con un contenido de humedad diferente del óptimo.
Extrayendo la arcilla de los préstamos se obtiene pedazos o terrones. Ahora bien
solo los rodillos patas de cabra están en capacidad de reducir el tamaño de
espacios abiertos existentes entre los terrones.
En la compactación de estos suelos se obtienen mejores resultados cuando el
contenido de humedad es ligeramente superior al límite plástico. Si es mucho
mayor la arcilla tiende a pegarse al rodillo, o bien este a hundirse en el terreno. Si
es mucho menor, los terrones no se deforman y los espacios quedan abiertos. El
espesor de las capas por compactar y el número de las pasadas requerido debe
averiguarse previamente por medio de ensayos.
VII. CURVADE COMPACTACIÓN Y SATURACIÓN TOTAL
Cuando se compacta un suelo bajo diferentes condiciones de humedad, y se
relacionan las densidades secas con los contenidos de humedad respectivos, se
obtiene una curva de compactación similar a la que aparece en la siguiente figura.
El trazado de la curva se hace con 5 puntos, tratando que dos puntos queden antes
de la humedad óptima en la llamada rama seca; y dos puntos después de la
humedad optima en lo que se conoce como rama húmeda. El quinto punto debe ser
muy cercano al óptimo de humedad.
En la rama seca, a medida que aumenta el contenido de humedad, también lo hace
la densidad seca del suelo; esto se debe a que a medida que se agrega agua al
suelo, se disminuye la cohesión que mantiene unidas las partículas (si se trata de
suelos cohesivos); y estas se deforman y se reorientan haciendo más compacta la
masa de suelo.
En suelos granulares, la unión entre sus partículas está determinada por las fuerzas
de fricción en sus puntos de contacto, cuando se agrega agua la fricción disminuye
porque los contactos se lubrican permitiendo que las partículas deslicen y puedan
sufrir un reacomodo. Por otra parte, el agua acelera el aplastamiento de las
partículas y esto también ayuda a la compactación.
Si la humedad se sigue incrementando llega un momento en el cual el suelo se
satura y ya no hay más disminución de los vacíos y por ende no hay compactación.
Esto sucede en los puntos de la rama húmeda, donde los sólidos han alcanzado su
máximo ordenamiento, y el agua que se adicione ocupará un volumen en el suelo.
Este volumen en exceso es un aumento del volumen total de la muestra que se
traduce en una disminución de la densidad seca del suelo.
La humedad óptima es la condición en la que hay suficiente agua para permitir que
los granos del suelo se deformen y tomen nuevas posiciones, pero no hay tanta
como para llenar todos los poros y saturar completamente el suelo.
La saturación es por tanto el límite teórico de la compactación. Para una humedad
determinada la compactación perfecta elimina todo el aire del suelo y produce la
saturación.
Así puede calcularse una curva teórica que se conoce como curva de saturación y
representa los pesos específicos teóricos que se obtienen para una compactación
perfecta con diferentes humedades y se calcula por medio de la siguiente fórmula:
Donde:
Gs: gravedad especifica
ω: contenido de humedad
Yw: peso unitario del agua
Con las humedades de la rama húmeda se calculan los puntos de la curva de
saturación mediante la expresión anterior. Teóricamente la rama húmeda debería
coincidir con la curva de saturación, pero esto no sucede y existe una pequeña
diferencia, debido a que una pequeña cantidad de aire queda atrapado en los poros
del suelo, es decir, resulta imposible llegar a una compactación perfecta.
Existen ciertas tendencias que se pueden considerar típicas. En las arcillas la
humedad óptima con frecuencia está muy cerca o ligeramente por debajo del límite
plástico. En las arenas la rama seca de la curva de compactación no está muy bien
definida, algunas veces para humedades muy bajas se eleva hacia la humedad
máxima seca; esto debido a los valores pequeños de la tensión capilar que se
opone a que los granos ocupen una nueva posición.
El ensayo de compactación se hace para una energía de compactación determinada
y se consigue una única curva. Si se realizan varios ensayos de compactación a un
mismo suelo pero con energías de compactación distintas, se obtendrán curvas de
compactación similares, pero con diferencias en valores de humedad óptima y
densidad máxima seca, tal como se muestra en la anterior. Cuanto mayor es la
energía de compactación mayor es la densidad máxima seca y menor la humedad
óptima.
La energía de compactación se calcula de forma bastante aproximada usando la
siguiente fórmula:
Donde:
Wm: peso del martillo
n: número de capas
N: número de golpes/capas
hc: altura de caída libre del martillo
Vm: volumen de la muestra
Es digno de resaltar que para un mismo suelo que ha sido compactado a diferentes
energías de compactación, las curvas para cada una de ellas tienen sus ramas
húmedas más o menos paralelas a la curva de saturación y la línea que une los
puntos óptimos de cada curva también es casi paralela a la curva de saturación.
Dicho en otras palabras la humedad óptima es una variable que depende de la
energía de compactación.
Resumiendo se puede decir que el proceso de compactación depende de las
siguientes variables: densidad máxima seca, humedad óptima, energía de
compactación y tipo de suelo.
VIII. COMPACTACIÓN DE MASAS NATURALES DE SUELO Y DE
TERRAPLENES EXISTENTES
Los estratos naturales y los terraplenes existentes no pueden compactarse en
capas y por eso un agente compactador debe actuar en el interior de la masa de
suelo.
Una forma efectiva para compactar arena no cohesiva es por vibraciones a mucha
profundidad. El método consiste en hincar pilotes, cuando se hincan pilotes en
arena suelta, la superficie del terreno situado entre pilotes se asienta, a pesar de la
disminución de volúmenes producida por el desplazamiento de arena por los
pilotes.
Otro método de compactación satisfactoria de gruesos estratos de arena consiste
en hacer estallar pequeñas cargas de dinamita en muchos puntos del interior de su
masa
Los suelos arenosos con alguna cohesión y los terraplenes existentes cohesivos,
también pueden compactarse hincando pilotes. La compactación de estos suelos sin
embargo, es causada por la presión estática, la que reduce el tamaño de los
espacios vacíos.
Los suelos altamente plásticos (compresibles) pueden compactarse por precarga.
La zona a ser tratada se cubre con un terraplén que transmite un peso unitario
suficientemente alto como para consolidar el suelo en una magnitud que aumenta
la resistencia y reduzca su compresibilidad a los límites requeridos dentro del
tiempo disponible para la operación precarga.
También es posible acelerar el proceso de consolidación (disminución de la
compresibilidad) por medio de la instalación de drenes de arena, cuando existan
capas naturales de drenaje, sí se facilita la expulsión del agua de las capas
plásticas. El método consiste en la hinca de caños de acero (30 cm) llenándolos con
una mezcla de grava y arena luego retirando el tubo de acero, la consolidación del
suelo circundante se acelera extrayendo por bombeo agua de los drenes.
IX. CONTROL DE COMPACTACIÓN
Con la finalidad de determinar el grado de compactación y las condiciones
necesarias para conseguirlo, fueron desarrollados distintos tipos de ensayos.
Existen ensayos que miden la densidad in situ del suelo compactado y otros que
miden alguna propiedad que depende de esta densidad, o sea, son ensayos
indirectos de compactación.
El objetivo de la compactación de un suelo natural, perturbado o removido, es
reducir a un mínimo los espacios vacíos. Gracias al aumento de la densidad del
suelo es posible alcanzar un incremento de la capacidad soportante y una menor
tendencia a la deformación del suelo, conjuntamente con una disminución de la
permeabilidad del mismo. Paralelamente se reduce el peligro de que suelos
cohesivos o semicohesivos absorban agua y, por ende, aumenten su volumen. Por
lo tanto es posible evitar asentamientos posteriores y posibles daños consecuentes
en general. Por las razones recién mencionadas, el control y la verificación de la
compactación del material suelo alcanzada en la obra es de suma importancia. Los
ensayos, los cuales en general solo son efectuados por personal capacitado y cuyos
resultados son analizados por técnicos o ingenieros, son decisivos para la
evaluación de los trabajos de compactación efectuados. Es así que sin lugar a dudas
sea de importancia que cada uno de los empleados en la obra tenga o adquiera
ciertos conocimientos básicos sobre la ejecución de este tipo de control.
La forma más eficaz de controlar la compactación es el hacer el uso de otros
ensayos como:
- Método Cono de Arena (ASTM D 1556).
- Método del Volúmetro o del Globo de Hule (ASTM D 2167).
- Método Nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).
Grado de indeterminación
En una obra nunca se logra precisamente la máxima densidad seca indicada por las
pruebas de compactación del laboratorio (pruebas PROCTOR) por eso se define
como grado de compactación de un suelo compactado la relación, en porcentaje,
entre la densidad seca obtenida en obra y máxima densidad seca averiguada en el
laboratorio por tal obra
El control de la obra se lleva generalmente investigando el grado de compactación
de los materiales ya compactados y estableciendo un mínimo aceptable, que varía
según la importancia y función de la obra. En obras importantes se recomienda
siempre recurrir a secciones experimentales (por ejemplo terraplenes de prueba)
que permitan determinar el espesor de las capas y el número de pasadas de un
cierto equipo para obtener el grado de compactación deseado.
El grado de compactación se define como el cociente entre el peso unitario
obtenido en el terreno y el peso unitario seco del ensayo de compactación elegido
como referencia. El grado de compactación de suelos se expresa:
La máxima densidad seca puede representar el valor obtenido por la prueba proctor
estándar ó proctor modificado. La aplicación del valor para la máxima densidad
seca depende de las distintas condiciones de la obra. Según normas elementales,
hay ciertas demandas en cuanto a la compactación de terraplenes en caminos
Gc%=γsec a
( log rada en elcampo )
γ secamáx . (log rada en el laboratorio )x 100
DRENAJE
I. INTRODUCCIÓN
Las estructuras hidráulicas son herramientas fundamentales para el efectivo control
y manejo del agua en una vía, por tal razón la construcción y mantenimiento de
estas obras dependerán en gran parte la vida útil de una carretera.
Drenaje es la acción dar salida al agua de los terrenos húmedos por medio de las
estructuras e implementos adecuados. Todas las obras civiles necesitan, de una u
otra forma, del drenaje. En el caso de la vialidad, esta necesidad es notable, ya que
las estructuras viales están a la intemperie, a merced de los fenómenos naturales,
constituyendo el agua su principal enemigo. El agua produce daños a todos los
elementos que constituyen el cuerpo de la carretera: a las laderas naturales, a los
taludes de corte y relleno, a la plataforma de tierra en la que se apoya el pavimento
y, por último, al propio pavimento.
El drenaje vial puede dividirse en urbano y rural, ya que algunas de las estructuras
se emplean predominantemente en uno u otro de ellos. Adicionalmente, se divide
en longitudinal y transversal. Se llama drenaje longitudinal al que recoge las aguas
que caen sobre la vía o que escurren por las laderas hacia ella y las dispone en los
cursos de agua naturales mediante estructuras longitudinales, sensiblemente
paralelas a la vía. El drenaje transversal consiste en aquellas estructuras que
permiten el paso de los cursos de agua a través de la vía que, de otra manera,
quedarían interrumpidos por ella. Un tercer tipo es el sub drenaje, el cual desaloja
las aguas infiltradas en los suelos.
El diagnóstico del estado de las obras de drenaje nos permitirá conocer las
condiciones actuales de la estructura que se está inspeccionado y determinará las
actividades correspondientes de mantenimiento para evitar el deterioro parcial o
total de la obra de drenaje, que será necesario reparar o restituir inmediatamente.
Por tal razón, las actividades de mantenimiento se hacen indispensables para un
buen desempeño y funcionamiento de estas y, por ende, alargar su vida útil, a fin
de que permanezcan por un mayor tiempo en iguales o similares condiciones de
cuando fueron construidas o rehabilitadas.
Todo lo dicho lleva a recomendar que, al emprender un proyecto de drenaje vial,
aquellos ingenieros civiles que no dominen la hidráulica deben hacer gala de una
gran prudencia: nunca podrán saber de antemano con qué tipo de problemas se
pueden tropezar en el transcurso de la tarea. El proyectista debe ser prudente y
abstenerse de penetrar en áreas en las que puede no estar suficientemente
preparado. Se podría decir que la principal virtud del ingeniero vial, a quien va
dirigida esta obra, será la de ser capaz de distinguir aquellos problemas que estén
fuera de su alcance y tener la humildad de saber pedir la colaboración de los
especialistas cuando ello sea necesario.
II. DRENAJE TRANSVERSAL
Alcantarillas
Las alcantarillas son conductos cerrados que se construyen transversales a un
terraplén, y por debajo de este, con el objeto de conducir agua de lluvia
proveniente de las cunetas y contra cunetas hacia cauces naturales, eliminado
peligros de danos e interrupciones del tránsito. La diferencia entre una alcantarilla y
un puente, consiste en que la parte superior de una alcantarilla generalmente no
forma parte del pavimento de una carretera. Con mayor frecuencia, la diferencia se
establece en base a su longitud. En general, las estructuras que tienen luces
menores a 6 metros se llaman alcantarillas, en tanto que aquellas cuya luz sea
mayor a 6 metros se denominan puentes. Otra diferencia entre alcantarillas y
puentes, es que las primeras se diseñan por lo general para un flujo máximo bajo
ciertas condiciones, en tanto que los puentes se diseñan para permitir el paso de
sedimentos y desechos así como de embarcaciones flotantes.
Se define como alcantarilla a la estructura cuya luz sea menor a 6.0 m y su función
es evacuar el flujo superficial proveniente de cursos naturales o artificiales que
interceptan la carretera. La densidad de alcantarillas en un proyecto vial influye
directamente en los costos de construcción y de mantenimiento, por ello, es muy
importante tener en cuenta la adecuada elección de su ubicación, alineamiento y
pendiente, a fin de garantizar el paso libre del flujo que intercepta la carretera, sin
que afecte su estabilidad. La ubicación óptima de las alcantarillas depende de su
alineamiento y pendiente, la cual se logra proyectando dicha estructura siguiendo
la alineación y pendiente del cauce natural. Sin embargo, se debe tomar en cuenta
que el incremento y disminución de la pendiente influye en la variación de la
velocidad de flujo, que a su vez incide en la capacidad de transporte de materiales
en suspensión y arrastre de fondo.
En la proyección e instalación de alcantarillas el aspecto técnico debe prevalecer
sobre el aspecto económico, es decir que no pueden sacrificarse ciertas
características hidráulicas sólo con el objetivo de reducir los costos. Sin embargo, es
recomendable que la ubicación,
alineamiento y pendiente que se elija para cada caso, estará sujeta al buen juicio
del especialista, quien deberá estudiar los aspectos hidrológicos, hidráulicos,
estructurales y fenómenos de geodinámica externa de origen hídrico, para obtener
finalmente la solución más adecuada compatible con los costos, operatividad,
servicio y seguridad de la carretera.
CONSIDERACIONES DE DISENO:
El diseño hidráulico tiene como objetivo proporcionar una instalación o sistema de
drenaje adecuado, seguro y económico para el flujo que se estima pasara por el
durante su vida útil de diseño, sin riesgos no razonables para la vida, estructura de
la carretera y propiedades. Por lo general se debe tener en cuenta lo siguiente:
-La localización del eje de la alcantarilla con respecto al del camino se determina
por estudio de los planos cartográficos o en el campo y, generalmente debe estar
ubicada sobre el eje de un curso de agua natural existente, o bien en el fondo de
una depresión, en el caso de que no exista un curso de agua.
-Por lo regular, el alineamiento de la alcantarilla debe coincidir con el de la corriente
natural y, de ser posible, deberá cruzar el camino en ángulo recto.
-El gradiente hidráulico de la alcantarilla debe coincidir por lo general con el que
tenga la corriente. Si la pendiente se reduce en la alcantarilla, da lugar a una
reducción de la velocidad, lo que origina que los sedimentos transportados por la
corriente se depositen a lo largo de la alcantarilla. Por el contrario, si la pendiente
de la alcantarilla se aumenta considerablemente respecto del cauce natural, se
obtienen velocidades altas que pueden dar inicio a los problemas de erosión a lo
largo y a la salida de la estructura.
1. La construcción de la alcantarilla debe ser en lo posible perpendicular al eje de
la carretera.
2. Evitar un cambio brusco del cauce natural.
3. Evitar que el cauce se mantenga paralelo a la carretera.
La pendiente que se da a la alcantarilla en general es la pendiente del cauce
natural, pero con la limitación que no genere velocidades a la salida mayores que
2.5 m/s.
* Las alcantarillas es un canal corto donde no se llega a establecer el flujo
uniforme.
SECCIONES TRASNSVERSALES DE LAS ALCANTARILLAS:
Para caudales medianos a grandes (5 m3/s)
Se emplea para caudales bajos y cuando la altura de la rasante es bajo.
Puentes
Los puentes son las estructuras mayores que forman parte del drenaje transversal
de la carretera y permiten salvar o cruzar un obstáculo natural, el cual puede ser el
curso de una quebrada o un río. Es importante tener en cuenta que un puente no
será estable si no lo es el tramo fluvial comprometido. El río es por naturaleza
esencialmente móvil y cambiante. En consecuencia, el estudio de un puente que
interactúa con un río no puede independizarse del correspondiente estudio de
Hidráulica Fluvial. La estabilidad fluvial, lograda durante cientos o miles de años por
el río, puede verse seriamente alterada por la construcción de un puente. La
profundidad del estudio hidráulico tiene que depender de ciertas características del
puente en particular, como podrían ser: su importancia dentro de la red vial,
consecuencias de su falla, costo, tipo de estructura, riesgos aceptables, etc. A las
que debe añadirse las correspondientes al río.
III. DRENAJE LONGITUDINAL
El agua que fluye a lo largo de la superficie de la plataforma, tanto de la propia
carretera como de lo aportado por los taludes superiores adyacentes, debe ser
encauzada y evacuada de tal forma que no se produzcan daños a la carretera ni
afecte su transitabilidad. Para evitar el impacto negativo de la presencia del
agua, en la estabilidad, durabilidad y transitabilidad, en esta sección se
considerará los distintos tipos de obras necesarios para captar y eliminar las
aguas que se acumulan en la plataforma de la carretera, las que pueden
provenir de las precipitaciones pluviales y/o de los terrenos adyacentes.
Por medio del drenaje longitudinal y el bombeo se captan las aguas superficiales, y
así se mejoran las condiciones de accesibilidad y seguridad de esta. Entre las
estructuras relevantes de este tipo tenemos las cunetas y los bordillos. Las
funciones principales de una cuneta son: recoger las aguas de escorrentías
procedentes de la calzada, para evitar encharcamientos en la vía, que disminuyen
su nivel de servicio y que pueden causar problemas por infiltración a las capas
subyacentes.
Cunetas
Las cunetas son zanjas longitudinales revestidas o sin revestir abiertas en el
terreno, ubicadas a ambos lados o a un solo lado de la carretera, con el objeto
de captar, conducir y evacuar adecuadamente los flujos del agua superficial. Se
proyectarán para todos los tramos al pie de los taludes de corte,
longitudinalmente paralela y adyacente a la calzada del camino y serán de
concreto vaciadas en el sitio, prefabricados o de otro material resistente a la
erosión. Serán del tipo triangular, trapezoidal o rectangular, siendo
preferentemente de sección triangular, donde el ancho es medido desde el
borde de la rasante hasta la vertical que pasa por el vértice inferior. La
profundidad es medida verticalmente desde el nivel del borde de la rasante al
fondo o vértice de la cuneta.
Cunetas o zanjas de coronación
Las cunetas o zanjas de coronación son canales que se construyen en la parte
superior de los taludes de corte, para recoger las aguas que bajan por las
pendientes naturales y conducirlas hacia la quebrada o descarga más próxima
del sistema general de drenaje, evitando de este modo la erosión del terreno,
especialmente en zonas de pendiente pronunciada.
Normalmente son de forma rectangular, pero también pueden ser trapezoidales, si
se requiere un mayor tamaño. Es importante sembrar especies naturales a ambos
lados de la cuneta (pastos, ichu, maleza, raíces, árboles, etc.); o ramas cortadas
amarradas entre sí en forma de estructuras alargadas, las cuales se entierran o se
colocan como estacas siguiendo el contorno de un talud), para evitar que el agua
erosione bajo la cuneta y ésta se obstruya con sedimentos. Si la pendiente es
mayor que 2%, es necesario que el canal tenga recubrimiento de concreto simple o
enrocado, teniendo en cuenta además del área mojada y la rugosidad del canal.
Para pendientes mayores, las zanjas deben ser escalonadas con emboquillado de
piedra bajo la caída.
No es recomendable colocar estas zanjas, paralelas totalmente a la carretera,
porque los tramos finales de la cuneta quedan con una pendiente excesiva, en la
que se tienen que ejecutar tramos escalonados, como se observa en la figura, sino
por el contrario, se trazará la cuneta hacia el interior de la quebrada, siguiendo las
pendientes admisibles para el tipo de terreno o revestimiento. Se puede prescindir
de las cunetas de coronación en taludes de suelos resistentes a la erosión con
declives de 1:2 (V: H) o menores, o cuando durante la construcción se hayan
adoptado medidas efectivas de control de la erosión.
Zanjas de drenaje
Las zanjas de drenaje son canales que se construyen en la parte inferior de los
taludes de relleno en forma longitudinal lateral o transversal al alineamiento de la
carretera, para recoger las aguas que bajan por el talud y terrenos adyacentes para
conducirlas hacia la quebrada o descarga más próxima del sistema general de
drenaje, evitando de este modo la erosión del terreno. Normalmente son de forma
rectangular, pero también pueden ser trapezoidales, si se requiere una mayor
dimensión.
Cunetas de banqueta
Son aquellas que se ubican al pie del talud inclinado de cada banqueta, las cuales
consisten en la construcción de una o más terrazas sucesivas con el objetivo de
estabilizar un talud. Pueden tener sección triangular, rectangular o trapezoidal, de
acuerdo al caudal de escorrentía superficial que transportará y su descarga se
efectuará hacia un curso natural o mediante caídas escalonadas hacia las cunetas.
Bordillos
Los bordillos son elementos que interceptan y conducen el agua que por efecto del
bombeo discurren sobre la plataforma de la carretera, descargándola mediante
aliviaderos en sitios adecuados con el objetivo de evitar la erosión de los taludes de
terraplenes que estén conformados por material erosionable. Se construirán en los
terraplenes mayores de 1.5m de altura, ubicándolas longitudinalmente en ambos
lados en los terraplenes
que se encuentren en tangente, o en la parte interna de los terraplenes en curva
horizontal. Asimismo, se ubicarán sobre la corona del talud inferior cuando la
carretera se desarrolla en corte a media ladera.
Se emplazarán en el lado exterior de la plataforma y generalmente tienen una
sección trapezoidal con base inferior de veinte (20) centímetros, base superior de
quince (15) centímetros y altura de cuarenta (40) centímetros, sobresaliendo de la
superficie de rodadura quince (15) centímetros. En los tramos en tangente se dejará
un espacio libre para la descarga del escurrimiento hacia aliviaderos
adecuadamente ubicados a una distancia de entre cincuenta (50) y cien (100)
metros. Los bordillos pueden ser de concreto, reforzados con varillas de
construcción en forma de malla simple de ø3/8” cada 0.20m, tal como se observa.
Canales de drenaje
Un sistema de drenaje superficial de una vía diseñado adecuadamente debe
interceptar con efectividad todo el escurrimiento directo superficial y de la cuenca,
para conducirla a través de canales y cunetas que tengan el diseño adecuado para
su descarga final en los cursos de agua naturales. En zonas bajas o con depresiones
en su topografía, hay acumulaciones de aguas que pueden deberse a diferentes
causas: por precipitaciones copiosas, por escurrimiento superficial o por elevación
de la napa freática causada por riego o crecida de un río cercano, por tanto para
captar y evacuar estas aguas acumuladas, se proyectarán diferentes canales en red
de drenaje, dentro del área que presenta estos problemas. Esta red de drenaje está
compuesta por:
-Canales principales, que son los “drenes” o cauces naturales, los cuales se
amplían en función del caudal a evacuar.
-Canales secundarios, se proyectan para ampliar la red, y están conectados
con los canales principales.
-Canales terciarios, son los canales colectores, estos recogen el agua del
área a evacuar y los trasladan hacia los canales secundarios.
Los canales pueden ser de concreto fraguado en el terreno o de canales
prefabricados de concreto.
Drenaje subterráneo
El drenaje subterráneo se proyecta con el objetivo de interceptar, conducir y/o
desviar los flujos subsuperficiales (subterráneos) que se encuentren en el suelo de
fundación de la carretera y/o provenientes de los taludes adyacentes. El efecto del
agua en el pavimento es perjudicial, por lo que debe ser evacuada a través de los
sistemas de drenaje superficial y subterráneo. Debe conocerse tanto su
procedencia como su caudal, así como el marco geográfico en que se encuentra.
Los efectos desfavorables son múltiples: erosión interna de finos, sifonamiento,
tubificación, arrastre y expulsión de finos, acelerando el fallo estructural de la
calzada y acortando su vida útil. Para el buen funcionamiento del sistema de
subdrenaje se requiere una pendiente adecuada y una buena red de evacuación del
agua. Por último, de ser compatible y funcional con el tipo de suelo a drenar (tipo
de suelo, permeabilidad, gradación, etc.), se contempla el uso de materiales
geotextiles debido a su durabilidad, evitando que las capas drenantes se colmaten
y pierdan su funcionalidad. Sin embargo, se debe tener en cuenta que la
experiencia ha mostrado que para las condiciones siguientes es riesgoso el uso de
geotextiles:
- Suelos finos pobremente graduados (es decir, todos los de tamaño
uniforme),
- Agua subterránea de alta alcalinidad donde la lentitud del líquido pasando a
través del geotextil causa deposiciones de calcio, sodio o precipitaciones de
magnesio.
- Alta concentración de sólidos en suspensión en el líquido como en el caso de
aguas turbias de ríos que pueden desarrollarse sobre o dentro del geotextil.
LINKOGRAFÍA
http://books.google.com.pe/books? id=rU_pA257zUEC&pg=PA153&lpg=PA153&dq=proposito+de+la+compactacion+del+suelo&source=bl&ots=xRqhUaUpXr&sig=wVUkR6zOBXw4eCkCONrOrxhQzck&hl=es&sa=X&ei=pJayUumpE9DNkQeNpYH4Cg&ved=0CD4Q6AEwAw#v=onepage&q=proposito%20de%20la%20compactacion%20del%20suelo&f=false
http://es.scribd.com/doc/21996854/20/EFECTO-DE-COMPACTACION-DE-UN- VIBROAPISONADOR
http://www.arquigrafico.com/maquinas-de-construccion-equipos-de-compactacion/
http://victoryepes.blogs.upv.es/2012/10/05/compactacion-dinamica-y-su-control-con- ensayos-de-penetracion-dinamica/