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I
UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja
ÁREA TÉCNICA
TITULACIÓN DE INGENIERO CIVIL
Caracterización de los materiales de subrasante en zonas no urbanizadas de
la ciudad de Loja, aplicadas a obras de infraestructura vial en el polígono
denominado “Salapa Bajo".
TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN
AUTOR: Rocano Inga, Miguel Ángel
DIRECTOR: Chávez Tapia, Ángel Guillermo, Ing.
LOJA – ECUADOR
2015
II
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN
Ingeniero.
Ángel Guillermo Tapia Chávez
DOCENTE DE LA TITULACIÓN
De mi consideración:
Que el presente trabajo de fin de titulación, denominado: Caracterización de los materiales
de subrasante en zonas no urbanizadas de la ciudad de Loja, aplicadas a obras de
infraestructura vial en el polígono denominado “Salapa Bajo” realizado por el profesional en
formación: Rocano Inga Miguel Ángel, ha sido orientado y revisado durante su ejecución,
por cuanto se aprueba la presentación del mismo.
Después de la revisión, análisis, y corrección respectiva, autorizo su presentación para la
defensa y sustentación del proyecto de fin de titulación.
Loja, Enero de 2015.
f)……………………………...
III
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS
“Yo, Rocano Inga Miguel Ángel declaro ser autor del presente trabajo de fin de titulación:
"Caracterización de los materiales de subrasante en zonas no urbanizadas de la ciudad de
Loja, aplicadas a obras de infraestructura vial en el polígono denominado “Salapa Bajo”, de
la Titulación de Ingeniero Civil, siendo Tapia Chávez Ángel Guillermo, director del presente
trabajo; y eximo expresamente a la Universidad Técnica Particular de Loja y a sus
representantes legales de posibles reclamos o acciones legales. Además certifico que las
ideas, conceptos, procedimientos y resultados vertidos en el presente trabajo investigativo,
son de mi exclusiva responsabilidad.
Adicionalmente declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67 del Estatuto Orgánico de
la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte pertinente textualmente dice:
“Forman parte del patrimonio de la Universidad la propiedad intelectual de investigaciones,
trabajos científicos o técnicos y tesis de grado que se realicen a través, o con el apoyo
financiero, académico o institucional (operativo) de la Universidad”
f)……………………………………………
Autor: Rocano Inga Miguel Ángel
Cédula: 1103979439
IV
DEDICATORIA
De manera incondicional a Dios y a la vez a mis
padres y hermanos, quienes desde el inicio han
sido el motor de mi vida para hacer de mi
desarrollo constante una persona de bien.
A mi pequeño hijo, Joel y mi bella esposa,
quienes me han participado con su apoyo moral
y de quienes forjo inspiración para culminar mi
meta profesional.
V
AGRADECIMIENTO
Al culminar el presente trabajo, expreso mi
gratitud a todos quienes conforman la
Universidad Técnica Particular de Loja, de
manera especial a los docentes de la Área
Técnica, de la Carrera de Ingeniería Civil,
quienes de forma desinteresada me brindaron
sus conocimientos para mi formación
profesional.
De manera especial a la Ing. Carmen Antonieta
Esparza Villalba, y al Ing. Ángel Guillermo Tapia
Chávez, Director de tesis, por vuestras guías en
la orientación y asesoramiento de este trabajo
para llegar a su culminación.
1
ÍNDICE DE CONTENIDOS
APROBACIÓN DEL DIRECTOR DEL TRABAJO DE FIN DE TITULACIÓN ................. II
DECLARACIÓN DE AUTORÍA Y CESIÓN DE DERECHOS ........................................ III
DEDICATORIA ............................................................................................................ IV
AGRADECIMIENTO ..................................................................................................... V
ÍNDICE DE CONTENIDOS ........................................................................................... 1
ABREVIATURAS .......................................................................................................... 4
SIMBOLOGÍA ............................................................................................................... 5
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................... 6
ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................... 7
ÍNDICE DE ECUACIONES ........................................................................................... 8
ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS ......................................................................................... 9
RESUMEN EJECUTIVO ............................................................................................. 10
ABSTRACT ................................................................................................................ 11
CAPÍTULO 1 .............................................................................................................. 12
1.1 Introducción. .................................................................................................................. 13
1.2 Alcance ........................................................................................................................... 13
1.3 Justificación. .................................................................................................................. 14
1.4 Objetivos. ....................................................................................................................... 14
1.4.1 Objetivo general. ............................................................................................................ 14
1.4.2 Objetivos específicos. ..................................................................................................... 15
1.5 Ubicación. ...................................................................................................................... 15
1.5.1 Localización geográfica. ................................................................................................. 15
1.6 Metodología. .................................................................................................................. 17
2
CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 18
2.1 Recopilación de información. ...................................................................................... 19
2.1.1 Antecedentes. ................................................................................................................. 19
2.1.2 La subrasante. ................................................................................................................ 19
2.1.3 Exploración de la subrasante. ........................................................................................ 21
2.1.4 Clasificación de los suelos AASTHO. ............................................................................ 23
2.1.5 Índice de grupo. .............................................................................................................. 26
2.1.6 Evaluación de los suelos de subrasante. ....................................................................... 27
2.1.7 Módulo resiliente de la subrasante para diseño de pavimentos. ................................... 35
2.2 Delimitación de la zona de estudio.............................................................................. 38
2.3 Identificación y ubicación por coordenadas de los puntos de muestreo. ............. 40
2.4 Uso y aprovechamiento del suelo en el área de estudio. ......................................... 42
2.5 Obtención de muestras representativas. .................................................................... 43
2.6 Ensayos de campo de los suelos de la subrasante. ................................................. 46
2.6.1 Ensayo del penetrómetro de bolsillo. ............................................................................. 46
2.6.2 Ensayo estándar para el uso del penetrómetro dinámico de cono en estructuras de pavimentos (DCP). .................................................................................................................. 47
2.7 Ensayos de laboratorio. ................................................................................................ 48
2.7.1 Determinación del contenido de humedad. .................................................................... 48
2.7.2 Límites de Atterberg: determinación del límite líquido. .................................................. 49
2.7.3 Límites de Atterberg: determinación del límite plástico. ................................................. 50
2.7.4 Determinación de la granulometría. ............................................................................... 50
2.7.5 Ensayo de compactación con proctor modificado. ......................................................... 51
2.7.6 Determinación del C.B.R. Laboratorio. ........................................................................... 52
2.8 Correlación del CBR con el equipo DCP. ................................................................... 53
2.9 CBR de diseño ............................................................................................................... 54
2.9.1 Módulo Resiliente ........................................................................................................... 54
CAPÍTULO 3 ............................................................................................................... 55
3.1 Presentación y análisis de resultados. ....................................................................... 56
3.1.1 Caracterización de los materiales de subrasante. ......................................................... 56
3
3.1.2 CBR de diseño. .............................................................................................................. 65
3.1.3 Alternativas de mejoramiento de las propiedades físico -mecánicas del material de subrasante del polígono de estudio. ....................................................................................... 66
3.2 Realización de un mapa de zonificación geotécnica, de acuerdo a los parámetros físicos-mecánicos del suelo..................................................................................................... 67
CAPÍTULO 4 ............................................................................................................... 70
4.1 Conclusiones. ................................................................................................................ 71
4.2 Recomendaciones. ........................................................................................................ 72
LISTAS DE REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA.............................................................. 73
ANEXOS ..................................................................................................................... 75
ANEXO 1: ENSAYOS DE LABORATORIO ................................................................. 76
ANEXO 2: MAPA DE ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA .............................................. 128
4
ABREVIATURAS
Arc. Gis Sistema y Análisis de la Información Geográfica.
Arc. Map Análisis de Mapas.
AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials
U.T.M. Universal Transverse Mercator. (Sistema de Coordenadas Transversal
de Mercator).
C.A.D. Computer Aided Design (Dibujo Asistido por Ordenador).
WGS 1984 World Geodetic System 1984 (Sistema Geodésico Mundial 1984).
D.G.M.I.C. Departamento de Geología y Minas e Ingeniería Civil.
UTPL Universidad Técnica Partícula de Loja.
C.B.R California Bearing Ratio (Valor de Soporte de California).
D.C.P Cono Dinámico de Penetración
Ha Hectáreas.
tn Tonelada.
N Norte.
E Este.
C.H. Contenido de Humedad.
W Contenido de Humedad.
P.I. Plastic Index (Índice de Plasticidad).
L.L Límite Líquido.
P.L Límite Plástico.
I.G Índice de Grupo.
Mr Modulo Resiliente.
5
SIMBOLOGÍA
F Porcentaje de suelo que pasa por la malla # 200.
N Número de golpes en el ensayo normal de penetración.
qu Resistencia a la comprensión simple.
qadm Capacidad de Carga admisible del suelo.
Psi Libra-fuerza por pulgada cuadrada
in – plg Pulgadas
lb Libras
kg Kilogramos
MPa Mega pascales
6
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Mapa base geológico de la ciudad de Loja ........................................................... 16
Figura 2: Comportamiento de Pavimentos ........................................................................... 20
Figura 3: Signos convencionales para perfiles de calicatas. ................................................ 22
Figura 4: Clasificación AASHTO para suelos granulares ..................................................... 24
Figura 5: Carta de plasticidad AASHTO, suelos de grano fino. ........................................... 25
Figura 6: Clasificación AASHTO para suelos finos .............................................................. 25
Figura 7: Perfiles de suelo por calicata explorada. ............................................................... 29
Figura 8: Esquema de equipo DCP ...................................................................................... 34
Figura 9: Correlación entre clasificación y las propiedades de los suelos con el módulo de
resiliencia ............................................................................................................................. 37
Figura 10: Ortofotos, arte de Carta NVI F4 .......................................................................... 38
Figura 11: Área de estudio, sub-polígono "Salapa bajo". ..................................................... 39
7
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Clasificación de materiales para subrasante de carreteras .................................... 23
Tabla 2: Clasificación de suelos de subrasante según índice de grupo ............................... 27
Tabla 3: Criterios para la ejecución de perforaciones........................................................... 28
Tabla 4: Ensayos realizados según la normativa AASHTO .................................................. 30
Tabla 5: Clasificación de suelos según tamaño de partículas .............................................. 31
Tabla 6: Categorías de la subrasante según el CBR............................................................ 34
Tabla 7: Categorías de la subrasante Según el Modulo Resiliente ...................................... 36
Tabla 8: Coordenadas de puntos tomados en mapa base dentro de zona de estudio ........ 41
Tabla 9: Ecuaciones de correlación desarrolladas entre DCP y CBR. ................................. 53
Tabla 10: Límites de diseño de Subrasantes. ...................................................................... 54
Tabla 11: Simbología para la denotación de la clasificación dentro del mapa de zonificación
geotécnica. .......................................................................................................................... 67
Tabla 12: Clasificación AASHTO de materiales de subrasante. ........................................... 68
Tabla 13: Descripción de la subrasante en función del CBR de laboratorio. ........................ 68
Tabla 14: Simbología para la denotación de la capacidad de soporte dentro del mapa de
zonificación geotécnica. ....................................................................................................... 69
8
ÍNDICE DE ECUACIONES
Ecuación 1: Índice de Grupo ................................................................................................ 26
Ecuación 2: Índice de grupo para sub- grupos A-2-6 y A-2-7 ............................................... 27
Ecuación 3: Módulo resiliente para CBR<10% ..................................................................... 35
Ecuación 4: Módulo resiliente para CBR (7 a 20)% ............................................................. 36
Ecuación 5: Módulo resiliente para suelos granulares. ........................................................ 36
Ecuación 6: Kleyn 1975 ....................................................................................................... 53
Ecuación 7: Kleyn - Van Heerden 1983 ............................................................................... 54
Ecuación 8: Harrison 1987 ................................................................................................... 54
Ecuación 9: Módulo resiliente para suelos finos. .................................................................. 54
Ecuación 10: Módulo resiliente para suelos granulares. ...................................................... 54
9
ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS
Fotografía 1: Equipo utilizado para determinación de límites de Atterberg ........................... 32
Fotografía 2: Panorámica de parte del sub-polígono "Salapa bajo" ..................................... 38
Fotografía 3: #1, #2, #3, #4: Reconocimiento de puntos de muestreo y toma de
coordenadas. ....................................................................................................................... 40
Fotografía 4: #5, #6: Reconocimiento de puntos de muestreo y toma de coordenadas. ...... 40
Fotografía 5: #7 Reconocimiento de puntos de muestreo y toma de coordenadas. ............ 41
Fotografía 6: Identificación de uso del suelo en polígono "Salapa Bajo". ............................. 42
Fotografía 7: Identificación de uso del suelo en polígono "Salapa Bajo". ............................. 42
Fotografía 8: #1, #2: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" ....... 44
Fotografía 9: #1, #2: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" ....... 44
Fotografía 10: #3, #4: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" ..... 45
Fotografía 11: #5, #6: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" ..... 45
Fotografía 12: #7: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" ........... 46
Fotografía 13: Ensayos de campo: penetrómetro de bolsillo ................................................ 47
Fotografía 14: #1, #2, #3: Accionamiento de ensayo DCP. .................................................. 47
Fotografía 15: Determinación de contenido de humedad. .................................................... 48
Fotografía 16: #1, #2, #3: Determinación del límite líquido................................................... 49
Fotografía 17: Determinación del límite plástico. .................................................................. 50
Fotografía 18: #1, #2: Determinación de la granulometría. ................................................. 50
Fotografía 19: #3, #4 : Determinación de granulometría. ..................................................... 51
Fotografía 20: #1, #2 : Ensayo de compactación. ................................................................ 51
Fotografía 21: #3, #4 : Ensayo de compactación. ................................................................ 52
Fotografía 22: _#1, #2 : Determinación del CBR de laboratorio. .......................................... 52
10
RESUMEN EJECUTIVO
La presente investigación detalla una fuente de información a optar para futuros estudios y
proyectos de infraestructura vial, el cual describe la caracterización de materiales de
subrasante, y la elaboración de un mapa de zonificación geotécnica del polígono Salapa
Bajo, ubicado en la ciudad de Loja; exponiéndose las propiedades físico-mecánicas del
suelo.
Para efecto se realizaron visitas de campo, delimitación del sitio de estudio, implantación de
puntos y extracción de muestras representativas a (500±100)m de radio entre sí, a (0.50,
1.00, y 1.50)m de profundidad; ya en laboratorio, de acuerdo a la normativa AASHTO, se
caracterizan mediante: contenido de humedad, límites de Atterberg, granulometría,
compactación con próctor modificado, y CBR Laboratorio.
Para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de fundación de la subrasante y estimar
un valor de CBR de laboratorio, y en situ, se correlaciona los valores de DCP y los ensayos
de CBR ejecutados en el laboratorio.
Posterior a la caracterización, se atribuye dichas propiedades hacia un mapa de zonificación
geotécnica, identificando áreas homogéneas dentro del polígono Salapa Bajo, para los
puntos referenciados dentro del mismo.
Palabras claves: Subrasante, zonificación geotécnica, propiedades físico mecánica del
suelo, caracterización, muestras representativas, evaluación.
11
ABSTRACT
This research details a source of information to opt for further studies and road infrastructure
projects, which describes the characterization of subgrade materials and the preparation of a
geotechnical zonation map Salapa Bajo polygon located in the Loja`s city; exposing the
mechanical-physical properties of soil.
To this end visits, site marking points implantation and extraction of representative samples
(500 ± 100) m radius each other, (0.50, 1.00, and 1.50) m depth study was conducted; and
by laboratory, according to the AASHTO standards are characterized by: moisture content,
Atterberg limits, grain size, modified Proctor compaction and CBR Laboratory.
To evaluate the bearing capacity of the foundation soils and subgrade CBR estimate a value
of laboratory and in situ values of DCP and CBR tests performed in the laboratory correlates.
After characterization, these properties to a geotechnical zoning map are attributed,
identifying areas within the polygon homogeneous Salapa Bajo, for items referenced therein.
Keywords: Subgrade, geotechnical zoning, soil physical and mechanical properties,
characterization, representative samples, evaluation.
12
CAPÍTULO 1
CAPÍTULO 1
1. DESCRIPCIÓN PRELIMINAR DEL PROYECTO
13
1.1 Introducción.
Para el diseño de pavimentos, el estudio y análisis de la subrasante es de esencial
importancia, ya que de la calidad de ésta depende en gran parte el espesor que debe tener
un pavimento, sea éste flexible o rígido; se evalúa su capacidad de soporte o resistencia a la
deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas del tránsito.
Es indispensable evaluar la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto en lo que se refiere a
la resistencia como a las eventuales variaciones de volumen. Los cambios de volumen en
un suelo expansivo, pueden ocasionar graves daños a las estructuras que se apoyan sobre
éste, por esta razón, al construir un paquete estructural, se debe pretender en lo más
posible controlar las variaciones volumétricas del mismo por presencia de la humedad; así
como de su comportamiento o respuesta estructural ante la aplicación de una carga vertical
externa.
La característica especial que define la propiedad de los materiales que componen la
subrasante, deberá ser determinada para las condiciones que corresponden a la condición
final del suelo y de acuerdo con el nivel de esfuerzos aplicados por las cargas de tránsito;
así de ésta manera decimos que las deflexiones atribuidas al terraplén por cargas de
tránsito en un pavimento se puede atribuir a la subrasante.
Para diseño de pavimentos, específicamente un paquete estructural, el Ingeniero proyectista
debe explorar y conocer las propiedades físicas e ingenieriles del suelo sobre el cual se va a
construir; además de las respectivas tomas de muestras y pruebas de laboratorio necesarias
para garantizar un diseño eficiente, obteniendo resultados verdaderos y confiables,
necesarios para determinar el tipo y diseño más apropiado y económico, y por ende
garantizar la funcionabilidad y seguridad de la obra.
La exploración, y los resultados del estudio de mecánica de suelos que se efectúen, estarán
de acuerdo a los métodos y normas adecuadas de exploración.
1.2 Alcance
La presente investigación detalla información sobre las propiedades del suelo de
subrasante, propiedades físicas - mecánicas del suelo pertenecientes al Polígono "Salapa
Bajo", sector Salapa, ubicado en la ciudad de Loja; de tal manera que se identifiquen y
sirvan como punto de partida para la implantación o construcción de una obra vial,
asegurando que la caracterización de la subrasante sea la adecuada por ser la deflexión de
14
la superficie un criterio de diseño, además la subrasante tiene la particularidad de otorgar la
respuesta estructural y el comportamiento del pavimento en construcción y operación.
1.3 Justificación.
Los problemas presentes en calles y avenidas de la ciudad de Loja no se pueden ocultar, el
nivel de degradación de las mismas es alarmante; siendo causa principal para tal efecto, la
falta de conocimiento de las propiedades físico mecánicas del suelo de fundación, existentes
en la localidad, previas a su diseño como paquete estructural.
El rápido crecimiento poblacional, ha expandido el urbanismo de la ciudad de Loja,
conllevando la necesidad de la adecuación e implementación de servicios básicos que
garanticen el bienestar común en la sociedad; y específicamente, enfocándose hacia la
proyección de vialidad de éstas, mediante el presente, se generará información de las
características físicas e ingenieriles de los suelos a nivel de subrasante, que servirán como
base para futuros estudios y diseños viales que se realicen en zonas con evidente
proyección o zonas urbanizables, asegurando un desarrollo urbano ordenado, reduciendo
costos, mantenimiento y operación de los servicios a atribuírseles.
Mediante la aplicación de dicha información en la zonificación geotécnica, en el mapa base
geológico de la ciudad de Loja otorgado por la sección de Geodinámica del departamento de
Geología y Minas e Ingeniería Civil de la Universidad Técnica Particular de Loja, se expone
la caracterización de los materiales de subrasante, en función de su capacidad de soporte,
así como la clasificación de cada punto de muestreo optado para este fin, con el propósito
de apuntar hacia una cobertura total de la ciudad de Loja.
1.4 Objetivos.
1.4.1 Objetivo general.
Caracterización de los materiales de subrasante en zonas no urbanizadas de la
ciudad de Loja, aplicadas a obras de infraestructura vial en el polígono "Salapa Bajo".
15
1.4.2 Objetivos específicos.
Caracterización de las propiedades físicas y mecánicas de los suelos hasta una
profundidad de 1.50m
Identificar las propiedades de capacidad de soporte a nivel de subrasante.
Realización de un mapa de zonificación de acuerdo a los parámetros físicos-
mecánicos del suelo a nivel de subrasante.
1.5 Ubicación.
1.5.1 Localización geográfica.
El barrio Salapa, perteneciente a la Parroquia El Valle, se encuentra ubicado al noroccidente
de la ciudad de Loja, ubicada al Sur de la Región Interandina de la República del Ecuador, a
2100m s.n.m., y a 4ᵒ de latitud Sur en el valle de Cuxibamba. Por su desarrollo y ubicación
geográfica, la ciudad de Loja fue nombrada sede administrativa de la región sur o zona 7
comprendida por las provincias de El Oro, Loja y Zamora Chinchipe.
Clima:
El Municipio de Loja, United Nations Environment Programme, & Oficina Regional para
América Latina y el Caribe. (2007), deducen:
El clima de Loja es temperado-ecuatorial sub-húmedo. Con una temperatura media del
aire de 16 °C. La oscilación anual de la temperatura lojana es de 1,5 °C, generalmente
cálido durante el día y más frío y húmedo a menudo por la noche. Junio y julio, trae
una llovizna oriental con los vientos alisios, y se conoce como la "temporada de
viento." Los meses de menor temperatura fluctúan entre junio y septiembre, siendo
julio el mes más frío. De septiembre a diciembre se presentan las temperaturas
medias más altas, sin embargo en esos mismos meses se han registrado las
temperaturas extremas más bajas. Particularmente en el mes de noviembre se registra
el 30% de las temperaturas más bajas del año. La ciudad de Loja posee un microclima
marcado, siendo el sector nororiental más cálido que el resto del área urbana. En los
últimos cuarenta años, la temperatura de la ciudad se ha elevado en 0,7 °C,
habiéndose registrado en los años 2003-2004 las temperaturas más altas, las cuales
han llegado a 28 °C. (p. 15)
16
Figura 1: Mapa base geológico de la ciudad de Loja Fuente: UTPL, Departamento de Geología y Minas e Ingeniería civil.
17
1.6 Metodología.
La metodología empleada para el desarrollo de la presente investigación, está enfocada en
las siguientes fases que a continuación se enuncia:
Recopilación de información.
Delimitación de la zona de estudio.
Identificación y ubicación por coordenadas de los puntos de muestreo.
Uso y aprovechamiento del suelo en el área de estudio.
Obtención de muestras.
Ensayos de Campo.
Ensayos de laboratorio.
Correlación del CBR con el equipo DCP.
Presentación y análisis de resultados obtenidos
Identificación y presentación de tablas de resumen de las características físico -
mecánicas del suelo de fundación del polígono Salapa Bajo.
Alternativas de mejoramiento de las propiedades físico mecánicas del material de
subrasante del polígono de estudio.
Realización de un mapa de zonificación geotécnica, de acuerdo a los parámetros
físicos y mecánicos de los materiales de subrasante.
18
CAPÍTULO 2
CAPÍTULO 2
2. DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA
19
2.1 Recopilación de información.
2.1.1 Antecedentes.
Según el Instituto colombiano de productores de cemento ICPC. (2013):
A menudo, las deficiencias en la construcción son debidas a problemas de la
subrasante, no se detectan por encontrarse “ocultas” en el pavimento final; sin
embargo pueden aparecer en el pavimento después de la exposición al tráfico y al
medio ambiente. Las respuestas estructurales de un pavimento, como lo son los
esfuerzos, desplazamientos y agrietamientos; son influidas significativamente por la
subrasante. Un gran porcentaje de las deflexiones en la superficie de un pavimento se
puede atribuir a la subrasante. (p. 12)
Las propiedades requeridas de la subrasante incluyen la resistencia, el drenaje, la fácil
compactación, la conservación de la compactación, la estabilidad volumétrica; en sí,
variantes que se verán esclarecidas de una mejor manera mediante el conocimiento de las
propiedades físicas e ingenieriles de los materiales de subrasante expuestos en este fin,
para el polígono de estudio, y para lo cual se pretende una planeación de infraestructura
urbana ordenada.
2.1.2 La subrasante.
Subrasante se denomina al suelo que sirve como fundación para todo el paquete estructural
de un pavimento. En la década del 40, el concepto de diseño de pavimentos estaba basado
en las propiedades ingenieriles de la subrasante. Estas propiedades eran la clasificación de
suelos, plasticidad, resistencia al corte, susceptibilidad a las heladas y drenaje.
Desde las postrimerías de la década del 50, se puso más énfasis en las propiedades
fundamentales de la subrasante y se idearon ensayos para caracterizar mejor a estos
suelos. Ensayos usando cargas estáticas o de baja velocidad de deformación tales como el
CBR, compresión simple son reemplazados por ensayos dinámicos y de repetición de
cargas tales como el ensayo del módulo resiliente, que representan mucho mejor lo que
sucede bajo un pavimento en lo concerniente a tensiones y deformaciones.
Según el Grupo Emin. (2010)., las propiedades de los suelos pueden dividirse en dos
categorías:
20
a). Propiedades físicas: son usadas para selección de materiales, especificaciones
constructivas y control de calidad.
b). Propiedades ingenieriles: dan una estimación de la calidad de los materiales para
caminos. La calidad de los suelos para subrasantes se puede relacionar con el módulo
resiliente, el módulo de Poisson, el valor soporte del suelo y el módulo de reacción de la
subrasante.
De acuerdo con Montejo Fonseca (2010), la calidad de la capa de subrasante depende, en
gran parte, el espesor que debe tener un pavimento, sea este flexible o rígido (p. 9).
Si el suelo natural del polígono donde se realizó la exploración de la subrasante no es
adecuada se recomienda mejorarla para lo cual deberá ser un suelo granular, material
rocoso o combinaciones de ambos, libre de material orgánico y escombros.
El mejoramiento consiste en la incorporación de una cantidad determinada de suelo
seleccionado al suelo de la subrasante previamente hallado in situ a fin de mejorar su
capacidad de soporte y disminuir la plasticidad y sensibilidad a la presencia de agua.
Figura 2: Comportamiento de Pavimentos Fuente: Manual centroamericano para diseño de pavimentos.
La finalidad de la subrasante es resistir las cargas que el tránsito transmite al pavimento,
transmitir y distribuir las cargas al cuerpo del terraplén, evitar que los materiales finos
plásticos del cuerpo del terraplén contaminen el pavimento y economizar los espesores de
pavimento.
La respuesta o el comportamiento de una subrasante generalmente depende de las
siguientes características básicas:
21
1.1.1.1 La capacidad portante o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante
bajo las cargas del tránsito.
Al respecto Rico y Del Castillo (1984), deducen:
Debe soportar las cargas impuestas por el tránsito que producen esfuerzos normales y
cortantes en la estructura. En los pavimentos flexibles se consideran los esfuerzos
cortantes como la principal causa de falla desde el punto de vista estructural. Además
de los esfuerzos cortantes también se tienen los producidos por la aceleración, frenaje
de los vehículos y esfuerzos de tensión en los niveles superiores de la estructura.
La capacidad de carga es función del tipo de suelo, del grado de compactación y de su
contenido de humedad. El propósito del pavimento es proporcionar una superficie
confortable al tránsito de vehículos, por lo que es necesario que la subrasante sea capaz de
soportar un número grande de repeticiones de carga sin presentar deformaciones.
1.1.1.2 Sensibilidad del suelo a la humedad.
Una subrasante con un elevado contenido de humedad sufrirá prontas deformaciones ante
el paso de las cargas de solicitación de los vehículos, afectando su vida útil, y en forma
determinante su capacidad de carga, aumentando su compresibilidad puede provocar
asentamientos en los terraplenes, o incluso contracciones y expansiones indeseables,
especialmente en el caso de la presencia de suelos finos.
1.1.1.3 Variaciones de volumen (hinchamiento - retracción).
Los cambios de volumen de un suelo de subrasante de tipo expansivo, pueden ocasionar
graves daños en las estructuras que se apoyan sobre este, por esta razón cuando se
construya un pavimento sobre este tipo de suelos, deberá tomarse la precaución de impedir
las variaciones de humedad del suelo; cualquier pavimento construido sobre estos suelos, si
no se adoptan las medidas pertinentes, tenderán a deformarse y a deteriorarse
prematuramente.
2.1.3 Exploración de la subrasante.
Se adelanta una investigación a lo largo del alineamiento aprobado, en este caso el polígono
definido; con el fin de identificar la extensión y la condición de los diferentes depósitos de
suelos que se encuentren. La investigación se realiza mediante perforaciones a cielo abierto
22
en intervalos definidos de acuerdo con la variabilidad del terreno, la longitud y la importancia
del proyecto, y los recursos técnicos y económicos disponibles.
La profundidad para las perforaciones deberán alcanzar, cuando menos, una profundidad de
1,50 m en cada pozo para determinar el perfil de cada calicata, profundidad en función a los
criterios para la ejecución de perforaciones en el terreno para definir un perfil de suelos
(Tabla 3: criterios para ejecución de perforaciones).
Los suelos encontrados serán descritos de acuerdo a la metodología para construcción de
vías, es decir, la clasificación AASHTO; y se utilizará los signos convencionales de la
siguiente figura:
Figura 3: Signos convencionales para perfiles de calicatas. Fuente: Manual de suelos, geología, geotecnia y pavimentos; sección de suelos y pavimentos; Tercer informe; Mg. Nelson Pancca Suasaca; Perú.
Las muestra representativas tomadas son de tipo alteradas, y se extrae suficiente cantidad
de la misma, de cada perforación, para determinar:
La humedad natural.
Límites de Atterberg ó límites de consistencia
Granulometría
Compactación
CBR
23
2.1.4 Clasificación de los suelos AASTHO.
Los suelos con propiedades similares se clasifican en grupos y subgrupos basados en su
comportamiento ingenieril. Los sistemas de clasificación proporcionan un lenguaje común
para expresar en forma concisa las características generales de los suelos.
Este es el sistema del Departamento de Caminos de U.S.A., introducido en 1929 y adoptado
por la “American Association of State Highway Officials” entre otras. Es de uso especial para
la construcción de vías, en especial para manejo de subrasantes y terraplenes.
En el sistema AASHTO, los suelos están clasificados en ocho grupos designados por los
símbolos del A-1 al A-8, con base en su distribución granulométrica, límite líquido, índice de
plasticidad, índice de grupo.
Los suelos comprendidos en los grupos A-1, A-2, y A-3 son materiales de grano grueso;
y aquellos en los grupos A-4, A-5, A-6, y A-7 son de grano fino. La turba, compostas
orgánicas y otros suelos altamente orgánicos quedan clasificados en el grupo A-8; éstos
se identifican por inspección visual, e incluso su olor (Braja Das, 2006).
Tabla 1: Clasificación de materiales para subrasante de carreteras
CLASIFICACIÓN GENERAL
Materiales Granulares (igual o menor del 35% pasa el tamiz N°200)
Materiales Limo – Arcillosos (más del 35% que pasa el tamiz
N°200)
GRUPOS A-1 A-3
A-2 A-4 A-5 A-6
A-7
SUB – GRUPOS A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-7-5
% que pasa el Tamiz
N°10 N°40
N°200
50 máx.
30 máx.
50 máx.
51 máx.
15 máx.
25 máx.
10 máx. 35 máx.
35 máx.
35 máx.
35 máx.
36 mín.
36 mín.
36 mín. 36 mín.
Características del material que pasa el
tamiz N°40
Limite Líquido NO PLÁSTICO
40 máx.
41 máx.
40 máx.
41 máx.
40 máx.
41 mín.
40 máx.
41 máx.
Índice de Plasticidad 6 máx.
6 máx. 10 máx.
10 máx.
11 máx.
11 máx.
10 máx.
10 máx.
11 mín. 11 mín.
Índice de Grupos 0 0 0 0 0 4 máx.
4 máx.
8 máx. 12 máx.
16 máx.
20 máx.
Tipos de Material Fragmentos de piedra grava y
arena Arena fina
Grava, arenas limosas y arcillosas
Suelos limosos Suelos arcillosos
Terreno de Fundación
Excelente a Bueno Regular o Deficiente
Para A-7-5, IP ≤ LL - 30 Para A-7-6, IP > LL - 30
Fuente: Clasificación de materiales para subrasante de carreteras AASHTO
24
Los suelos cohesivos son los que poseen la propiedad de atracción intermolecular, como
arcillas. Los suelos no cohesivos son los formados por partículas de roca sin ninguna
cementación, como la arena y la grava.
1.1.1.4 Suelos granulares (Montejo Fonseca, 2010).
Figura 4: Clasificación AASHTO para suelos granulares Fuente: Montejo Fonseca, A. (2010). Ingeniería de pavimentos, fundamentos, estudios básicos y diseño. (3ra. Edición, tomo1). Colombia: Panamericana formas e impresas S.A.
GRANULARES: ≤35% de suelo fino pasa T-200
GRUPO A-1: piedra, grava, arena y material ligante poco plástico; tambien
mezclas bien gradadas sin material ligante
A-1a: piedra o grava, con o sin material ligante bien
graduado.
A-1b: arena gruesa bien gradada, con o sin ligante.
GRUPO A-2: contiene menos del 35% del material fino.
A-2-4 y A-2-5: arena gruesa con contenido de limo, y
arenas finas con contenido de limo no plástico.
A-2-6 y A-2-7: semejantes a los anteriores; lo que pasa
por el T-40 tiene las mismas características de los suelos A-6 y A-7, respectivamente.
GRUPO A-3: arenas finas, de playa y con poca cantidad de
limo no plástico; arenas de rio con poca cantidad de grava y
arena gruesa.
25
1.1.1.5 Suelos finos limo arcillosos (Montejo Fonseca, 2010).
Figura 5: Carta de plasticidad AASHTO, suelos de grano fino. Fuente: Jorge Eliécer Córdoba M, Ph.D; Clasificación de suelos.
Figura 6: Clasificación AASHTO para suelos finos Fuente: Montejo Fonseca, A. (2010). Ingeniería de pavimentos, fundamentos, estudios básicos y diseño. (3ra. Edición, tomo1). Colombia: Panamericana formas e impresas S.A.
FINOS: >35% de suelo fino que pasa por el T-200
GRUPO A-4:suelos limosos poco o nada plásticos; tienen un 75% o
más de material fino que pasa el T-200. Se incluyen las mezclas de limo con grava y arena hasta un
64%.
GRUPO A-5: semejantes a los del anterior, pero contienen material
micáceo o diatomáceo. Son elásticos con LL elevado.
GRUPO A-6: Arcilla plástica; también se incluyen las mezclas arcillo-arenosas cuyo porcentaje de arena y grava sea inferior al
64%. lla plástica,
Grupo A-7: semejantes a los suelos A-6 pero son elásticos. Sus LL son elevados; pertenecen A-7-5, y A-7-6, dependen de sus LL e IP
para su identificación
26
Los suelos orgánicos, incluida la turba, pueden clasificarse en el grupo A-8. El material se
compone principalmente de materia orgánica parcialmente descompuesta; generalmente
tiene una textura fibrosa, un color negro o pardo oscuro y olor a podrido. Estos materiales
orgánicos son inadecuados para su utilización en terraplenes y subrasantes. Tales
materiales son altamente compresibles y tienen una baja resistencia al corte.
2.1.5 Índice de grupo.
Montejo Fonseca (2010), concluye:
La Plasticidad es la propiedad de estabilidad que representan los suelos hasta cierto
límite de humedad sin disgregarse, por tanto, la plasticidad de un suelo depende, no
de los elementos gruesos que contiene, sino únicamente de sus elementos finos. El
análisis granulométrico no permite apreciar esta característica, por lo que es necesario
determinar los Límites de Atterberg. A través de este método, se definen los límites
correspondientes a los tres estados en los cuales puede presentarse un suelo: líquido,
plástico o sólido. Estos límites, llamados límites de Atterberg, son: el límite líquido,
límite plástico y el límite de contracción. Aquellos suelos que tienen un
comportamiento similar se hallan dentro de un mismo grupo, y están representados
por un determinado índice. La clasificación de un suelo en un determinado grupo se
basa en su límite líquido, grado de plasticidad, y porcentaje de material que pasa el
tamiz Nº 200.
A continuación describimos las fórmulas utilizadas para encontrar el índice de grupo
𝐼𝐺 = 𝐹 − 35 ∗ 0,2 + 0,005 ∗ 𝐿𝐿 − 40 + 0,01 ∗ 𝐹 − 15 ∗ (𝐼𝑃 − 10)
Ecuación 1: Índice de Grupo
Donde:
IG: Índice de grupo
LL: Limite Liquido
F: Porcentaje que pasa el tamiz ASTM n° 200
IP: Índice de Plasticidad
El índice de grupo para los suelos de los subgrupos A-2-6 y A-2-7 se calcula usando la
siguiente fórmula:
27
𝐼𝐺 = 0,01 ∗ 𝐹 − 15 ∗ (𝐼𝑃 − 10)
Ecuación 2: Índice de grupo para sub- grupos A-2-6 y A-2-7
El grupo de clasificación, incluyendo el índice de grupo se usa para determinar la calidad
relativa de suelos de terraplenes, material de subrasante, sub bases, y bases. Disponiendo
de los resultados de los ensayos requeridos, proceda en la Tabla 1, de izquierda a derecha
y el grupo correcto se encontrará por eliminación. El primer grupo desde la izquierda q ue
satisface los datos de ensayo es la clasificación correcta. Todos los valores límites son
enteros, si alguno de los datos es decimal, se debe aproximar al entero más cercano.
Cuando se indica un índice de grupo hay que colocarlo entre paréntesis, después del
símbolo del grupo.
Bajo condiciones promedias de drenaje y una compactación completa y adecuada, puede
suponerse que la calificación de un material como subrasante, tiene una relación inversa
con su índice de grupo: esto es, un índice de grupo de 0 indica un buen material de
subrasante “bueno”, y un índice de grupo igual a 20 o mayor, indica un material de
subrasante “muy malo”.
Tabla 2: Clasificación de suelos de subrasante según índice de grupo
Índice de Grupo Suelo de Subrasante
IG > 9 Muy Pobre
IG está entre 4 a 9 Pobre
IG está entre 2 a 4 Regular
IG está entre 1 - 2 Bueno
IG está entre 0 - 1 Muy Bueno
Fuente: Manual de suelos, geología, geotecnia y pavimentos; sección de suelos y pavimentos; Tercer informe; Mg. Nelson Pancca Suasaca; Perú.
2.1.6 Evaluación de los suelos de subrasante.
La exploración e investigación del suelo es tan importante para la determinación de las
características del suelo, como para el correcto diseño de la estructura del pavimento. Sí la
información registrada y las muestras enviadas al laboratorio no son representativas, los
resultados de las pruebas aún con exigencias de precisión, no tendrán mayor sentido para
los fines propuestos.
28
La caracterización de los suelos comprenderá básicamente una investigación de campo a lo
largo de la vía y en las zonas de préstamo, para de esta manera identificar los diferentes
tipos desuelo que puedan presentarse. Asimismo deberán obtenerse muestras
representativas en número y cantidades suficientes.
Para asegurar una muestra representativa, se aplicará una técnica aleatoria que permita
seleccionar los lugares de muestreo, con esta técnica, el punto de muestreo se selecciona
de tal manera que, todas las otras posibles ubicaciones en el sector que se investiga, tienen
las mismas probabilidades de ser elegido.
Con las muestras obtenidas en la forma descrita, se efectuarán ensayos en laboratorio y
finalmente con los resultados, se pasará a la fase de gabinete, para consignar en forma
gráfica y escrita los resultados obtenidos, así mismo se determinará un perfil estratigráfico
de los suelos, debidamente acotado a 1.50m, teniendo como nivel superior la línea de
subrasante y debajo de ella, espesores y tipos de suelos encontrados en el terreno, con
indicación de sus propiedades o características.
2.1.6.1 Determinación del perfil de suelos.
Se determina el espaciamiento entre perforaciones, profundidad y número de calicatas, así
como la identificación de su color y consistencia.
Un criterio para la ubicación, profundidad y número de las perforaciones se presenta a
continuación en la tabla siguiente:
Tabla 3: Criterios para la ejecución de perforaciones
Criterios para la ejecución de perforaciones en el terreno para definir un
perfil de suelos
Tipo de zona Espaciamiento (m) Profundidad (m)
1. Carreteras 250-500 1.50
2. Pistas de aterrizaje. A lo largo de la línea central,
60-70 m
Cortes: -3m debajo de la rasante
Relleno: -3m debajo de la superficie
existente del suelo
3. Otras áreas
pavimentadas 1 perforación cada 1000 m2
Cortes: 3m debajo de la rasante
Relleno: 3m debajo de la superficie
existente del suelo
4. Préstamos
Pruebas suficientes para
definir claramente el
material
Hasta la profundidad que se
propone usar como préstamo.
Fuente: Montejo Fonseca, A. (2010). Ingeniería de pavimentos, fundamentos, estudios básicos y diseño. (3ra. Edición, tomo1). Colombia: Panamericana formas e impresas S.A.
29
También se determinará la presencia o no de suelos orgánicos, suelos expansivos, napa
freática, rellenos sanitarios, de basura, etc., en cuyo caso las calicatas deben ser más
profundas.
Figura 7: Perfiles de suelo por calicata explorada. Fuente: Sánchez Sabogal, Fernando, Evaluación de la subrasante
2.1.6.2 Ensayos aplicados para determinar propiedades físicas e ingenieriles de los
suelos.
Con el propósito de explorar e identificar las propiedades físicas e ingenieriles de los suelos
pertenecientes al polígono de estudio, y así poder estimar su comportamiento bajo diversas
condiciones, es necesario denotar las normas estandarizadas de los ensayos realizados en
la presente investigación, para de esta manera tener datos precisos de cada uno de los
puntos de muestreo.
Para evaluar la resistencia de los suelos y estimar un valor de CBR en campo, se
correlaciona valores de DCP ensayados en situ; así como del ensayo del penetrómetro de
bolsillo, que nos sirve para obtener de una forma aproximada el valor de la resistencia a la
ruptura en la prueba de compresión axial no confinada.
30
Tabla 4: Ensayos realizados según la normativa AASHTO
MATERIA NORMA
Determinación del contenido de Humedad AASHTO T 265
Límites de Atterberg: Límite Líquido AASHTO T 89
Límites de Atterberg: Límite Plástico AASHTO T 90
Determinación de la granulometría AASHTO T 88
Ensayo de Compactación con Proctor Modificado AASHTO T 180
CBR de Laboratorio AASHTO T 193
Cono dinámico de penetración DCP ASTM D 6951-03
Ensayo del Penetrómetro de bolsillo ASTM D 2573-94
Fuente: Curso de certificación en "competencias técnicas de laboratorista en vialidad grado I"
A. Determinación del contenido de humedad.
Para Montejo Fonseca (2010), la determinación del contenido de humedad, se basa en
determinar la cantidad de agua presente en una cantidad conocida de suelo en términos de
su peso en estado seco (p.62).
Esto es de importancia debido a que en el suelo el contenido de humedad puede variar
ampliamente en función del tiempo mientras que el peso seco es constante a través del
tiempo.
El contenido del agua en el suelo depende de varios factores, uno de ellos, la cantidad de
lluvia en un área pero también la habilidad del suelo para retener esta agua depende de
factores físicos del suelo, tales como el espacio o poros del suelo, o bolsas de aire, entre los
agregados del suelo y la textura de la misma.
El contenido de humedad en los suelos, es la cantidad de agua que el suelo guarda en el
momento de ser extraído.
El conocimiento de la humedad natural de un suelo no solo permite definir a priori el
tratamiento a darle, durante la construcción, sino que también permite estimar su posible
comportamiento, como subrasante, pues, si el contenido natural de agua de suelo está
próximo al límite, es casi seguro que se está tratando con un suelo muy sensitivo y si, por el
contrario, el contenido de agua es cercano al límite plástico, puede anticiparse que el suelo
presentara un buen comportamiento.
31
B. Análisis granulométrico.
La finalidad del análisis granulométrico es obtener la distribución por tamaño de las
partículas presentes en una muestra de suelo.
En suelos de tipo granular, para clasificar por tamaños las partículas gruesas, el
procedimiento más expedito es el tamizado; sin embargo, en suelos de grano fino, el
tamizado suele parecer complicado, razón por la cual se puede recurrir a procedimientos por
sedimentación.
Tabla 5: Clasificación de suelos según tamaño de partículas
Tipo de Material Tamaño de Partículas
Grava 75mm- 4.75 mm
Arena
Arena gruesa : 4,75 mm -2mm
Arena media: 2mm -0.425mm
Arena fina: 0.425mm-0.075 mm
Material Fino
Limo 0.075 mm - 0.005 mm
Arcilla Menor a 0.005 mm
Fuente: Manual de suelos, geología, geotecnia y pavimentos; Sección de suelos y pavimentos; Tercer informe; Mg. Nelson Pancca Suasaca; Perú.
C. Límite plástico de los suelos.
Los límites de consistencia se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos
finos, aunque su comportamiento varía a lo largo del tiempo. Se basan en el concepto de
que en un suelo de grano fino solo pueden existir cuatro estados de consistencia según su
humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele
agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y
finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al
otro son los denominados límites de Atterberg.
Límite líquido se define como la mínima cantidad de humedad con la cual el suelo se vuelve
a la condición de plasticidad. En este estado, el suelo puede ser deformado rápidamente o
moldado sin recuperación elástica, cambio de volumen, agrietamiento o desmoronamiento.
32
"Para contenidos de humedad mayores que el límite plástico se representa una caída muy
pronunciada en la estabilidad del suelo" (Montejo Fonseca, 2010).
D. Límite liquido de los suelos.
Se define como el mayor contenido de humedad que puede tener un suelo sin pasar del
estado plástico al líquido. Montejo señala que "el estado líquido se define como la condición
en la que la resistencia al corte del suelo es tan baja que un liguero esfuerzo lo hace fluir"
(2010, p.63).
Para la determinación del límite líquido es esencial el equipo de Casagrande.
El cálculo del índice de plasticidad (IP), es la diferencia numérica entre el límite líquido y el
plástico, e indica el grado de contenido de humedad en el cual un suelo permanece en
estado plástico antes de cambiar al estado líquido (Montejo Fonseca, 2010, p.63).
El IP permite clasificar bastante bien un suelo. Un IP grande corresponde a un suelo muy
arcilloso; por el contrario, un IP pequeño es característico de un suelo poco arcilloso. Se
debe tener en cuenta que, en un suelo el contenido de arcilla, es el elemento más peligroso
de una carretera, debido sobre todo a su gran sensibilidad al agua.
Fotografía 1: Equipo utilizado para determinación de límites de Atterberg Fuente: Osorio Santiago, Apuntes de Geotecnia con énfasis en laderas.
33
E. Compactación del suelo.
Para entender de una mejor manera la compactación de un suelo, Montejo Fonseca deduce
que hay que tener claro los conceptos de:
Máxima densidad: es el máximo peso seco, obtenido cuando el material se mezcla con
diferentes porcentajes de agua y se compacta de una manera normal preestablecida.
Óptimo contenido de humedad: es el porcentaje de agua con el cual se obtiene la
máxima densidad para el esfuerzo de compactación especificado.
Entonces decimos que la compactación es todo proceso en el que se aumente el peso
volumétrico de un suelo, se incremente su resistencia al esfuerzo cortante, se reduzca
su compresibilidad y se lo haga más impermeable.
La compactación durante la construcción, se controla mediante pruebas que permiten
conocer la máxima densidad y el óptimo contenido de humedad de los diferentes tipos de
suelos en los que se intervenga.
F. Ensayo de CBR (Relación Californiana de soporte).
Los ensayos de resistencia más difundidos en nuestro medio son el CBR de laboratorio y
campo, y los ensayos de carga sobre una placa.
"El índice de California CBR, es una medida de la resistencia al esfuerzo cortante de un
suelo, bajo condiciones de densidad y humedad cuidadosamente controladas" (Montejo
Fonseca, 2010, p.64).
Se usa en el diseño de pavimentos flexibles. El CBR representa la relación, en porcentaje,
entre el esfuerzo requerido para penetrar un pistón cierta profundidad dentro del suelo
ensayado y el esfuerzo requerido para penetrar un pistón igual, la misma profundidad,
dentro de una muestra patrón de piedra triturada.
34
Tabla 6: Categorías de la subrasante según el CBR
Categorías de Subrasante CBR
S0: Subrasante Inadecuada CBR < 3%
S1: Subrasante Pobre De CBR ≥ 3 % A CBR < 6%
S2: Subrasante Regular De CBR ≥ 6 % A CBR < 10%
S3: Subrasante Buena De CBR ≥ 10% A CBR < 20%
S4: Subrasante Muy Buena De CBR ≥ 20% A CBR < 30%
S5: Subrasante Excelente CBR ≥ 30%
Fuente: Manual de suelos, geología, geotecnia y pavimentos, sección de suelos y pavimentos; Tercer informe; Mg. Nelson Pancca Suasaca; Perú.
G. Ensayo del penetrómetro dinámico de cono (DCP).
"Es un ensayo apropiado para estimar la resistencia de suelos predominantemente finos"
(Sánchez Sabogal, 2005).
Mediante esta prueba se mide la rata a la cual penetra en el suelo una varilla con una punta
cónica, a medida que es golpeada desde cierta altura con una masa especificada de 8kg.
La resistencia a la penetración es la pendiente de la recta "número de golpes vs.
penetración", denominada número dinámico (ND) y se expresa en mm/golpe.
La penetración se relaciona con la capacidad de soporte in situ del suelo, como el ensayo de
CBR in situ, con base en un cuadro apropiado de correlación.
Figura 8: Esquema de equipo DCP Fuente: Viscarra Agreda, Fabiana. El cono dinámico de penetración y su aplicación en la evaluación de suelos.
35
H. Ensayo del penetrómetro de bolsillo.
El ensayo del penetrómetro de bolsillo, nos sirve para medir la resistencia a la compresión
inconfinada de arcillas en el campo; este dispositivo se acciona haciendo una penetración
manual en la arcilla a una profundidad predeterminada, midiendo la presión requerida para
su penetración. Este ensayo otorga un valor muy crudo de la resistencia a la comprensión
inconfinada y su utilización requiere correlaciones con otros ensayos; así como para la
clasificación de suelos cohesivos, en términos de consistencia, resistencia al corte, y
resistencia aproximada a la compresión simple.
2.1.7 Módulo resiliente de la subrasante para diseño de pavimentos.
Con la concepción del pavimento como multi-capas elásticas, a partir de las pruebas de la
AASHTO en Illinois (1960-1962), que se presentan interinamente en la Guía de Diseño de
1972 y que se publican oficialmente en la Guía de Diseño AASHTO 1986, la caracterización
de los materiales de subrasante y de sub-base y base, se expresa por medio del Módulo
Elástico o Módulo de Resilencia de los materiales. La determinación de esta propiedad se
realiza por medio de una prueba triaxial con carga repetida. El equipo para realizar el
ensayo es equipado con celdas de carga y elementos electrónicos de medición. En
consecuencia, tanto el equipo como su operación y mantenimiento tienen un costo
relativamente elevado.
Para Chávez (2007), las ecuaciones empíricas del método de diseño AASHTO (aún en
la Guía de 1993), tienen como uno de sus parámetros de entrada la caracterización de
los materiales de subrasante y de las capas estructurales, por medio del módulo de
resiliencia Mr. Se hace necesario hacer uso de correlaciones para estimar el valor del
módulo de resiliencia Mr, en función de los valores de CBR. Por ejemplo, una de las
ecuaciones más conocidas es la de Heukelom y Klomp (1962), que se utiliza para
suelos de subrasante con valores de CBR menores a 20, y que muestra que CBR es
igual a 1500 x CBR (psi). Existen otras ecuaciones de correlación aceptadas por
AASHTO.
2.1.7.1 Para suelos finos
La expresión que se considera razonablemente aproximada para suelos finos con un CBR
sumergido no mayor de 10.
Mr = 1500 (CBR); para CBR < 10 %
Ecuación 3: Módulo resiliente para CBR<10%
36
Mr = 3000 (CBR); 065 para CBR 7,2 a 20 %
Ecuación 4: Módulo resiliente para CBR (7 a 20)%
La primera ecuación es la sugerida en la guía AASTHO, mientras que la segunda fue
desarrollada en Sudáfrica.
2.1.7.2 Para suelos granulares
La ecuación desarrollada con base en la propia guía AASTHO ofrece una buena correlación
y que se la determina con la siguiente expresión:
Mr = 4326 x ln CBR +241.
Ecuación 5: Módulo resiliente para suelos granulares.
Según el Módulo Resiliente encontrado, se clasifica la subrasante de acuerdo con las
categorías indicadas en la siguiente:
Tabla 7: Categorías de la subrasante Según el Modulo Resiliente
Módulo Resiliente (Kg/cm2) Categorías
300 < MR < 500 S1
500 < MR < 700 S2
700 < MR < 1000 S3
1000 < MR < 1500 S4
MR > 1500 S5
Fuente: Montejo F., A. (2010). Ingeniería de pavimentos, fundamentos, estudios básicos y diseño. (3ra. Edición, tomo1). Colombia: Panamericana formas e impresas S.A.
A manera referencial se presenta la siguiente figura, en la que se muestra correlaciones
típicas entre los sistemas de clasificaciones AASHTO y SUCS; así como de sus
características y el Módulo de Resiliencia.
37
Figura 9: Correlación entre clasificación y las propiedades de los suelos con el módulo de resiliencia Fuente: Manual de suelos, geología, geotecnia y pavimentos, sección de suelos y pavimentos; Tercer informe; Mg. Nelson Pancca Suasaca; Perú.
38
2.2 Delimitación de la zona de estudio.
Figura 10: Ortofotos, arte de Carta NVI F4 Fuente: MAGAP; SIGTIERRAS; Carta NVI F4.
Fotografía 2: Panorámica de parte del sub-polígono "Salapa bajo" Fuente: Autor.
39
La delimitación se la realizó previo a una inspección conjuntamente realizada con los
directores del proyecto y docentes de Ingeniería Civil y Geología y Minas, con la ayuda del
mapa topográfico a escala 1:30000, Datum: PSAD 56, proporcionado por la escuela de
Geología y Minas; identificando el "Polígono Salapa", como área de estudio; éste se
encuentra ubicado en el barrio “Salapa Bajo” de la ciudad de Loja, al noroccidente de la
misma, tal como lo muestra la Figura 1: Ubicación geográfica de la ciudad de Loja.
Ya para su efecto, se subdividió el área delimitada en 3 sub-polígonos: "Salapa Alto",
"Salapa Central", y "Salapa Bajo", siendo éste último estudiado en éste proyecto, que
comprende una superficie aproximada de 143 hectáreas, y se muestra a continuación:
Figura 11: Área de estudio, sub-polígono "Salapa bajo". Fuente: Autor; Modelación ArcGis10.1; Mapa de zonificación geotécnica ;Vista 1: Clasificación de los suelos.
40
2.3 Identificación y ubicación por coordenadas de los puntos de muestreo.
PUNTO #07
PUNTO #09
PUNTO #10
PUNTO #11
Fotografía 3: #1, #2, #3, #4: Reconocimiento de puntos de muestreo y toma de coordenadas. Fuente: Autor.
PUNTO #12
PUNTO #13
Fotografía 4: #5, #6: Reconocimiento de puntos de muestreo y toma de coordenadas. Fuente: Autor.
41
PUNTO #14
Fotografía 5: #7 Reconocimiento de puntos de muestreo y toma de coordenadas. Fuente: Autor.
Para la identificación y ubicación de los puntos de muestreo, se procedió a la toma de
coordenadas con la ayuda de un GPS; los mismos que se tomaron, en función de los
criterios para la ejecución de perforaciones en el terreno para definir un perfil de suelos tipo
carretera, con un espaciamiento de (250 - 500)m para el mismo, así como se explica en la
Tabla 3: Criterios para la ejecución de perforaciones; mostrada anteriormente.
Luego de aquello, fueron ingresadas e implantadas ya dentro del mapa base, por sus
coordenadas, con su debida descripción, y para cada una de las calicatas tal como se
muestra en la Figura 11: Área de estudio, sub-polígono "Salapa bajo", y tabla siguiente:
Tabla 8: Coordenadas de puntos tomados en mapa base dentro de zona de estudio
PUNTO ELEVACION COORDENADAS
X Y
07 2150 695930 9566353
09 2252 695994 9567458
10 2195 696123 9566950
11 2163 696419 9566596
12 2174 696741 9566460
13 2099 695986 9565520
14 2125 696345 9565914
Fuente: Autor
42
2.4 Uso y aprovechamiento del suelo en el área de estudio.
El barrio Salapa se encuentra ubicado al noroccidente de la ciudad de Loja, perteneciente a
la Parroquia El Valle; a 15 minutos, aproximadamente, desde la vía principal que va a
Sauces Norte. Se caracteriza por ser un sector netamente agrícola y ganadero. Tiene
bondades naturales que permiten respirar un aire fresco y sin tener la contaminación del
ruido vehicular. Sin embargo, por estar lejos de la urbe lojana, las necesidades son
evidentes. El principal requerimiento es el agua potable, además del alcantarillado a las
más de 200 familias que conforman la comunidad, y prueba de ello es la erosión de los
terrenos que se observa desde el ingreso al barrio rural.
En el área de estudio, sector y barrio "Salapa", se aprecia un bajo asentamiento poblacional
debido a que la mayor parte de ésta la conforman exclusivamente pastizales y huertas
destinadas en su casi su totalidad a la agricultura y ganadería.
Fotografía 6: Identificación de uso del suelo en polígono "Salapa Bajo". Fuente: Autor.
.
Fotografía 7: Identificación de uso del suelo en polígono "Salapa Bajo". Fuente: Autor.
43
En la actualidad, el sector en estudio, agricultores y ganaderos explotan la zona cultivando
hortalizas, verduras, flores y frutas; así como se incentiva la ganadería de leche, y es uno de
los renglones de mayor importancia del sector agropecuario, en el sector.
Dado que el sector presenta proyección a futuro para estudios y proyectos de infraestructura
vial, es indispensable establecer un desarrollo urbano ordenado, y para lo cual Espinoza,
(2012), hace conocer la iniciativa mediante el plan de ordenamiento urbano de la ciudad de
Loja, que referencia:
Orientar hacia el interior del perímetro urbano la construcción del futuro de la Ciudad,
aprovechando la infraestructura básica en saneamiento y vías.
Limitar la expansión urbana en áreas no aptas, en función de riesgos, vulnerabilidad,
y protección de los ecosistemas naturales que bordean la Ciudad, para equilibrar el
sistema ecológico del Territorio.
Priorizar la consolidación y densificación de las áreas que se encuentran en proceso
de consolidación y más cercanos al centro.
Consolidar las áreas que ya poseen la infraestructura básica necesaria para acoger
asentamientos humanos.
Respetar las incompatibilidades de usos que se establecen en el presente Plan, y de
ser el caso se deberá prohibir todo tipo de construcción.
Contrarrestar el fenómeno de la dispersión.
2.5 Obtención de muestras representativas.
Para la toma de muestras representativas, se realizó excavaciones de pozos a cielo abierto
en los puntos referenciados anteriormente, a (0.5 - 1.00 - 1.50)m de profundidad, obteniendo
muestras alteradas de los mismos y teniendo precaución en este proceso, a fin de evitar la
pérdida de humedad de las muestras, y por ende su alteración. Durante el transporte se
deben evitar los golpes y los cambios de temperatura.
44
Fotografía 8: #1, #2: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" Fuente: Autor.
Para identificar la propiedades físicas del suelo, se extrajo muestras para cada profundidad
establecida (0.50, 1.00, 1.50)m, mientras que para ensayos de compactación y C.B.R, se
obtuvo a partir de una profundidad de 1.50m.
Las muestras extraídas, se colocan en funda plástica, identificándola con detalles como:
nombre del proyecto, sector de estudio, número de la pozo, localización de la perforación,
estado del tiempo.
PUNTO #12
PUNTO #13
Fotografía 9: #1, #2: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" Fuente: Autor.
45
PUNTO #07
PUNTO #09
Fotografía 10: #3, #4: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" Fuente: Autor.
PUNTO #10
PUNTO #11
Fotografía 11: #5, #6: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" Fuente: Autor.
46
PUNTO #14
Fotografía 12: #7: Obtención de muestras alteradas en sub-polígono "Salapa Bajo" Fuente: Autor.
2.6 Ensayos de campo de los suelos de la subrasante.
Para el ICPC (2013), los ensayos in situ, incluyen:
Las pruebas de CBR, carga directa en placa, veleta de corte, cono de penetración,
penetración estándar y medición de presión. Los ensayos de placa y CBR se realizan
regularmente en apiques; los demás pueden efectuarse en los núcleos obtenidos en
las perforaciones. El CBR y el de carga directa normalmente se llevan a cabo cerca de
la superficie de la subrasante; los demás pueden realizarse a profundidades mayores.
Las muestras tomadas para contenido de humedad y densidad pueden obtenerse a
partir de apiques o núcleos. Otros procedimientos alternativos incluyen muestras
barrenadas u obtenidas en tubos mediante corazonamientos (p.22).
De esta manera esclarecemos la inquietud de cuando debemos ensayar un material de
subrasante, aplicando CBR de laboratorio, o haciendo uso de otros métodos que determinen
un suelo.
2.6.1 Ensayo del penetrómetro de bolsillo.
Para determinar el esfuerzo de ruptura a la compresión axial no confinada, se procedió a la
aplicación del mismo a la profundidad de 1.50m, para lo cual se accionó el equipo en las
cuatro paredes o caras de la calicata o pozo muestreado, estableciendo un valor promedio
entre los mismos, y multiplicándolo por un factor de seguridad.
47
Fotografía 13: Ensayos de campo: penetrómetro de bolsillo Fuente: Autor.
2.6.2 Ensayo estándar para el uso del penetrómetro dinámico de cono en estructuras de pavimentos (DCP).
Encerado Ejecución del ensayo Registro de datos
Fotografía 14: #1, #2, #3: Accionamiento de ensayo DCP. Fuente: Autor.
48
Este ensayo nos permite obtener una rápida y directa evaluación in-situ de la resistencia
estructural de las capas de pavimentos construidos con materiales no consolidados. Los
resultados del Penetrómetro DCP, son correlacionados e interpretados con los del CBR
(California Bearing Ratio).
Para confianza de los valores obtenidos con el ensayo DCP, se tomó en cuenta la presencia
de agregados de gran tamaño o estratos de roca, los mismos que ocasionarían que la
penetración se imposibilite o que se flexione la barra guía. Si después de 5 impactos, el
DCP no ha avanzado más de 2 mm (0,08 pulgadas) o el mango se ha desviado más de 75
mm (3 pulgadas) de la posición vertical, se debe detener la prueba y mover el DCP hacia
otro lugar donde realizarla. La nueva ubicación para la realización de la prueba debe estar
ubicada con lo mínimo a unos 300 mm (12 pulgadas) de la localización anterior, con el fin de
minimizar el margen de error en la prueba ocasionado por problemas del material existente.
2.7 Ensayos de laboratorio.
Análisis de las propiedades físicas y mecánicas de los suelos aplicados para el desarrollo de
la presente investigación.
2.7.1 Determinación del contenido de humedad.
Fotografía 15: Determinación de contenido de humedad. Fuente: Autor.
49
2.7.2 Límites de Atterberg: determinación del límite líquido.
Secado y preparación de la muestra.
Equipo ocupado para el ensayo.
C. H. de especímenes probados.
Fotografía 16: #1, #2, #3: Determinación del límite líquido. Fuente: Autor.
50
2.7.3 Límites de Atterberg: determinación del límite plástico.
Fotografía 17: Determinación del límite plástico. Fuente: Autor.
2.7.4 Determinación de la granulometría.
Preparación de la muestra. Lavado de la muestra.
Fotografía 18: #1, #2: Determinación de la granulometría. Fuente: Autor.
51
Muestra lavada. Tamizado.
Fotografía 19: #3, #4 : Determinación de granulometría. Fuente: Autor.
2.7.5 Ensayo de compactación con proctor modificado.
Preparación de la muestra. Humedecimiento de muestras.
Fotografía 20: #1, #2 : Ensayo de compactación. Fuente: Autor.
52
Enrasado de espécimen compactado. Determinación de contenido de humedad de espécimen.
Fotografía 21: #3, #4 : Ensayo de compactación. Fuente: Autor.
2.7.6 Determinación del C.B.R. Laboratorio.
Humedecimiento de la muestra. Saturación y lectura de deformación.
Fotografía 22: _#1, #2 : Determinación del CBR de laboratorio. Fuente: Autor.
53
2.8 Correlación del CBR con el equipo DCP.
Mediante el DCP, a más de su simplicidad y economía de uso; se estima la capacidad
estructural de las diferentes capas que conforman a un pavimento. Detecta
simultáneamente el grado de heterogeneidad que puede encontrarse en una sección y
la uniformidad de compactación del material, de una manera rápida, continua y
bastante precisa (Viscarra Agreda, 2005).
Para la determinación del CBR in situ, se calculó usando el índice DCP, donde la
penetración por golpe se grafica respecto a la escala de lectura de la profundidad
alcanzada; la penetración por golpe se utiliza luego para estimar el CBR in situ o la
resistencia al corte utilizando la correlación adecuada.
Para la correlación entre la penetración por golpe y el CBR de laboratorio se presentan
variadas opciones en función del tipo de material ensayado y del autor referenciado que se
muestran en la siguiente tabla:
Tabla 9: Ecuaciones de correlación desarrolladas entre DCP y CBR.
Fuente: GABRIEL LACERA TORRES, correlación entre los valores de resistencia a la penetración cónica con DCP y el valor de relación de soporte CBR de suelos.
La correlación utilizada para la penetración por golpe y el CBR de Laboratorio, se determinó
mediante las siguientes ecuaciones que se denotan a continuación:
𝑳𝒐𝒈 𝑪𝑩𝑹 = 𝟐. 𝟒𝟔𝟓 − 𝟏. 𝟏𝟐𝑳𝒐𝒈(𝑫𝑪𝑷)
Ecuación 6: Kleyn 1975
54
𝑳𝒐𝒈 𝑪𝑩𝑹 = 𝟐. 𝟔𝟔𝟑𝟕 − 𝟏. 𝟑𝟏𝟒𝑳𝒐𝒈(𝑫𝑪𝑷)
Ecuación 7: Kleyn - Van Heerden 1983
𝑳𝒐𝒈 𝑪𝑩𝑹 = 𝟐. 𝟕𝟗𝟐𝟗 − 𝟏. 𝟑𝟏𝑳𝒐𝒈(𝑫𝑪𝑷)
Ecuación 8: Harrison 1987
2.9 CBR de diseño
"El valor de la resistencia de diseño deberá ser aquel igualado o superado por el 75% de los
resultados de los ensayos" (Montejo Fonseca, 2010, p. 215).
Tabla 10: Límites de diseño de Subrasantes.
Clase de tránsito Nivel de tránsito Porcentaje (%) Liviano 104 o menos 60
Mediano 104 - 106 75 Pesado mayor de 106 87.5
Fuente: Ingeniería de pavimentos, fundamentos, estudios básicos y diseño, Alfonso Montejo Fonseca.
Dados aquellos valores de CBR analizados para una misma zona de estudio (Polígono
Salapa bajo), y tomando en cuenta la clase de tránsito a proyectarse en la misma, se
establece un valor de CBR de diseño mediante el método de las frecuencias.
2.9.1 Módulo Resiliente
Para cálculo del módulo resiliente, se basa en la guía AASHTO, mediante la correlación del
módulo resiliente con el CBR, para lo cual se ha considerado las siguientes ecuaciones:
𝑴𝒓 = 𝟏𝟓𝟎𝟎 ∗ 𝑪𝑩𝑹 ; 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝑪𝑩𝑹 < 10%
Ecuación 9: Módulo resiliente para suelos finos.
𝑴𝒓 = 𝟒𝟑𝟐𝟔 ∗ 𝑳𝒏 𝑪𝑩𝑹 + 𝟐𝟒𝟏
Ecuación 10: Módulo resiliente para suelos granulares.
, para ambas ecuaciones, el Mr se expresa en psi.
55
CAPÍTULO 3
CAPÍTULO 3
3 PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
56
3.1 Presentación y análisis de resultados.
3.1.1 Caracterización de los materiales de subrasante.
Los parámetros obtenidos se muestran en una tabla de resumen de la caracterización física
y mecánica de los suelos correspondiente al polígono Salapa Bajo, en función de los
sondeos geotécnicos realizados.
La humedad natural, límites de consistencia, y granulometría del suelo encontrada, se
presenta para cada una de las profundidades expuestas; a fin de poder detallar los
respectivos perfiles en base a su exploración, y para cada uno de los pozos.
Se identifica la clasificación de los suelos de acuerdo al sistema de clasificación AASHTO,
denotándolos en los siguientes cuadros de resumen por pozo muestreado, y para cada
profundidad establecida (0.50, 1.00, 1.50)m.
Las propiedades de los suelos a nivel de subrasante, es decir a la profundidad de 1.50 m, se
presentan bajo condiciones de humedad óptima, densidad seca máxima y CBR al 95% de la
DSM (densidad seca máxima).
Los registros de los sondeos geotécnicos se presentan a continuación:
57
58
59
60
61
62
63
64
En la siguiente tabla, se presenta la capacidad de soporte de los suelos de subrasante,
pertenecientes al sub-polígono "Salapa Bajo".
65
3.1.2 CBR de diseño.
Para la zona de estudio expuesta en esta investigación, se tiene el CBR de diseño al
75% según el tránsito proyectado igual a 3.15%, equivalente a 3.00%;
categorizándolo como material de subrasante inadecuado según las condiciones
66
expuestas en la presente investigación; por lo que se recomienda proceder a métodos
de estabilización de los suelos.
Al tratarse de suelos finos en su mayoría arcillas, se presenta el cálculo del módulo
resiliente para CBR < 10 %, obteniendo:
𝐌𝐫 = 𝟒𝟓𝟎𝟎 𝐩𝐬𝐢 = 𝟑𝟏. 𝟎𝟑𝐌𝐩𝐚.
3.1.3 Alternativas de mejoramiento de las propiedades físico -mecánicas del material de subrasante del polígono de estudio.
Con el fin de mejorar las características físico - mecánicas del material de subrasante,
se deberá analizar alternativas de solución, como la estabilización mecánica, el
reemplazo del suelo de cimentación, estabilización química de suelos, estabilización
con geo-sintéticos, elevación de la rasante, cambiar el trazo vial, debiéndose de elegir
la más conveniente técnica y económica.
Se puede estabilizar las áreas blandas o subrasantes inadecuadas, cuyo estabilización
o mejoramiento será materia de un estudio especial, donde el ingeniero proyectista
analizará diversas alternativas, como estabilización con cal o cemento, pedra- plenes,
enrocados, capas de arena, etc; definiendo y justificando la solución adoptada.
Dada la presencia de una de las principales canteras de la ciudad, cercana a la zona
de estudio como es la cantera de Salapa, resulta una opción a optar para el
mejoramiento en sus propiedades; ya que por su ubicación, el reemplazo del suelo de
fundación o mezclas del mismo con material de sitio, puede ser la opción más
recomendable para la construcción de futuros proyectos viales en zonas con aparente
proyección, y que engloban al polígono en estudio.
En un mejoramiento, los agregados gruesos deberán ser partículas resistentes y
durables que tengan un porcentaje de desgaste a la abrasión de 50% como máximo;
las partículas finas consistirán de una mezcla de arena y arcilla o limo, libres de suelo
orgánico; su índice de plasticidad de la fracción que pasa el tamiz Nº 40 será como
máximo de 9 y su límite líquido no será mayor de 35 siempre que el valor del CBR sea
mayor al 20%.
67
3.2 Realización de un mapa de zonificación geotécnica, de acuerdo a los parámetros físicos-mecánicos del suelo.
Para este fin, se procedió a otorgar una denominación o código a las diferentes clases
de suelo identificadas, con el propósito de que la herramienta o software ArcGis, tenga
un mejor reconocimiento e interpretación, garantizando una adecuada aplicación y
proyección de la correspondencia de cada lugar muestreado.
A continuación se muestra los códigos utilizados para la denotación dentro del mapa
de zonificación geotécnica, en función del tipo de suelo y de la clasificación del
sistema convencional adoptado y dispuesto para la presente investigación.
Tabla 11: Simbología para la denotación de la clasificación dentro del mapa de zonificación geotécnica.
Caracterización del suelo, en función de la clasificación AASHTO
CODIGO DESCRIPCIÓN GRUPO SUBGRUPO
C 1 Fragmentos de roca, gravas y arenas A - 1 A-1-a, A-1-b
C 2 Arena fina A - 3
C 3 Gravas y arenas limosa ó arcillosa A - 2 A-2-4,A-2-5, A-2-6,A-2-7
C 4 Suelos limosos A - 4, A - 5
C 5.1
Suelos arcillosos
A - 6
C 5.2 A - 7
A-7-5
C 5.3 A-7-6
Fuente: Autor.
Cabe denotar que para plasmar la caracterización de los suelos de subrasante , dentro
del mapa de zonificación geotécnica, se atribuyó las propiedades encontradas a partir
de la profundidad de 1.50m, para definir su clasificación.
Los suelos que predominan en el sub-polígono "Salapa bajo", son suelos arcillosos, y
dado que están dentro del mismo grupo de clasificación, resulta conveniente identificar
la simbología aplicada para la atribución de las propiedades dentro del mapa; así
tenemos:
68
Tabla 12: Clasificación AASHTO de materiales de subrasante.
Calicata
Nº
Clasificación AASHTO
de materiales de subrasante a
1.50m.
Código definido por
caracterización.
Simbología a
optar en
Software.
07 A - 7 - 5 05
09 A - 6 05
10 A - 7 - 6 05
11 A - 7 - 5 05 se repite
12 A - 7 - 6 05 se repite
13 A - 7 - 6 05 se repite
14 A - 6 05 se repite
Fuente: Autor.
A continuación se muestra los códigos utilizados para la denotación dentro del mapa
de zonificación geotécnica, en función de la capacidad de soporte del suelo, y de la
clasificación cualitativa del mismo, expuesta para este fin.
Tabla 13: Descripción de la subrasante en función del CBR de laboratorio.
Calicata Nº CBR de Laboratorio Descripción de la Subrasante.
07 1 S. Inadecuada
09 7 S. Mala
10 3 S. Muy mala
11 4 S. Muy mala
12 17 S. Regular a buena
13 1 S. Inadecuada
14 7 S. Mala
Fuente: Autor.
69
Tabla 14: Simbología para la denotación de la capacidad de soporte dentro del mapa de zonificación geotécnica.
Caracterización del suelo, en función de la capacidad de soporte.
Código Condición CBR (%)
Clasificación cualitativa del suelo
Simbología a usar en Software
S 10 <3 Inadecuada
S 20 3 ≤ CBR < 6 Muy mala
S 30 6 ≤ CBR < 10 Mala
S 40 10 ≤ CBR < 20 Regular-buena
S 50 20 ≤ CBR < 30 Muy buena
S 60 ≥ 30 Excelente
Fuente: autor.
Los esquemas, tanto de clasificación como de capacidad de soporte, se muestran en
los anexos correspondientes, adjuntos para este fin.
70
CAPÍTULO 4
CAPÍTULO 4
4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
71
4.1 Conclusiones.
De acuerdo a la clasificación adoptada para este fin, se tiene que para el
sub-polígono "Salapa bajo" los suelos de fundación encontrados son
suelos arcillosos, A-6, en los pozos 09 y 14; A-7-5 en los pozos 07 y
11; y A-7-6 en los pozos 10, 12 y 13; sus contenido de humedad son
altos; mostrándose heterogeneidad en los mismos. Para diseño de
pavimentos, se asume al subgrupo A-7-6 como el suelo de subrasante
predominante, el más común presente en la zona estudiada.
La capacidad de soporte del suelo de subrasante en los ensayos,
muestra valores de CBR de 1, 3, 4, 7, y 17%, proporcionándonos un
CBR de diseño de 3%, categorizando a la zona estudiada como zona de
materiales de subrasante inadecuada para la constitución de un
paquete estructural.
En los ensayos en situ con el equipo DCP, se obtienen valores poco
mayores a los obtenidos en laboratorio, debiéndose a las condiciones
que se los obtiene, el uno en condiciones naturales, y el otro en
condiciones saturadas.
La propuesta de mapa de zonificación geotécnica, ya sea en función de
su clasificación, como de su capacidad de soporte, sirven de referencia
para una proyección de crecimiento y una distribución ordenada de la
ciudad de Loja; al contar con esta información, se puede planificar
cualquier obra vial a implantar dentro de la zona estudiada.
72
4.2 Recomendaciones.
Sí a lo largo del avance de la delimitación e implantación de puntos de
muestreo, las condiciones topográficas, muestran aparentes cambios en
el perfil, ya sea proyección de corte o terraplén, donde se evidencia un
cambio significativo de sus características o se presentan suelos
erráticos, se recomienda ejecutar más calicatas en puntos singulares,
que verifiquen el cambio.
El valor de CBR de diseño no se debe subestimar, puesto que resultaría
un diseño y construcción costosa, ni sobre estimado, de tal manera que
no se obtengan malos diseños.
Una vez determinados los suelos que controlarán el diseño de
pavimentos, a partir de la elaboración de perfiles para cada unidad; se
recomienda no tomar las muestras para clasificación y otros ensayos al
azar, sino de acuerdo con el desarrollo del perfil a lo largo del área a
estudiarse y la secuencia en que se presenten las diferentes capas de
suelo.
Es importante que el valor utilizado para el diseño no sea ni
subestimado, por cuanto dará lugar a un mayor costo de construcción
del pavimento, ni sobreestimado en un grado tal, que existan riesgos
importantes de falla.
Para diseño de pavimentos, se recomienda utilizar el CBR de diseño,
obtenido en el presente estudio.
Dada la variabilidad que presentan los suelos, aún dentro de un mismo
grupo, así como los resultados de los ensayos de resistencia, se
recomienda la ejecución de 6 a 8 ensayos como mínimo, con el fin de
aplicar un criterio estadístico para la selección de un valor único de
resistencia del suelo.
73
LISTAS DE REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
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Estados Unidos: Autor.
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74
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APLICACI%C3%93N-EN-LA-EVALUACI%C3%93N-DE-SUELOS.pdf
75
ANEXOS
76
ANEXO 1: ENSAYOS DE LABORATORIO
77
CALICATA N° 07
78
79
80
81
82
CURVAS DE CARGA UNITARIA – PENETRACIÓN
83
84
85
CALICATA N° 09
86
87
88
89
90
CURVA DE CARGA UNITARIA – PENETRACION
91
92
CALICATA N° 10
93
94
95
96
97
CURVAS DE CARGA UNITARIA – PENETRACIÓN
98
99
CALICATA N° 11
100
101
102
103
104
CURVAS DE CARGA UNITARIA – PENETRACIÓN
105
106
CALICATA N° 12
107
108
109
110
111
CURVA DE CARGA UNITARIA – PENETRACIÓN
112
113
CALICATA N° 13
114
115
116
117
118
CURVAS DE CARGA UNITARIA – PENETRACION
119
120
121
CALICATA N° 14
122
123
124
125
126
CURVAS DE CARGA UNITARIA – PENETRACION
127
128
ANEXO 2: MAPA DE ZONIFICACIÓN GEOTÉCNICA
129
130
![Gabriel R. Rozendo Pinto [et al.]. - repositorio.uniceub.brrepositorio.uniceub.br/bitstream/235/11369/1/Estado Sociedade e... · trabalhos sobre jurisdição constitucional, seus](https://img.document.onl/doc/110x75/5bee49ce09d3f270058ca1cc/gabriel-r-rozendo-pinto-et-al-sociedade-e-trabalhos-sobre-jurisdicao.jpg)
