Ingeniería de Infraestructuras: Estudio de Movimientos de Tierras y Geotecnia

Estudio de la Infraestructura

Objetivos

Aprovechar los materiales de la traza (compensación de desmonte a relleno). Conocer materiales.

Determinar la colocación de dichos materiales (saber dónde).

Tener en cuenta las especificaciones de construcción (características de los materiales y las características que requiere la obra).

Materiales

(Siempre tendrá enemigos como el agua y las cargas)

Ha de ofrecer estabilidad volumétrica (el volumen no debe cambiar para que la infraestructura no se mueva, arcillas muy expansivas).

Resistencia mecánica (deben soportar las cargas que pongamos, cuanto más arriba más resistente).

Inalterabilidad (debe conservar sus propiedades con el paso del tiempo).

No usar materiales solubles como los yesos o la materia orgánica ya que desaparecen enseguida.

Movimiento de tierras / explanaciones.

Obras de tierra

(Desmontes: plataforma por debajo del terreno, rellenos, secciones a media ladera)

Tipos de rellenos

Terraplén (tamaño de partícula de 0-10 cm). Lo más habitual es rellenar por tongadas. Esqueleto mineral (granulo continua). Cargas y 20

Todo 1 (0-30 cm). Espesores de tongada mayores.

Pedraplén (10-60 cm). Solo piedras grandes, aguantan en zonas inundables.

Es fundamental una buena granulometría y compactación.

Taludes estables

(La vegetación refuerza el terreno. Hemos de habilitar elementos de protección climatológica).

Integrar en el entorno

(Reverdecer à legislación de paisajes, impacto visual).

Terraplenes y pedraplenes.

Procedencia de los materiales

De la compensación (excavación de desmontes).

De préstamos (materiales de otras calidades)

Reutilización de desechos y subproductos (residuos de demolición, escorias de acero para terraplenes o capas de firme).

à Se compactará en tongadas

Consolidación y asiento

Dependerá de:

Peso propio del suelo.

Condiciones climáticas.

Cargas del tráfico.

à Es fundamental tanto para consolidación como asiento, tener en cuenta el terreno sobre el que se cimienta. Lo más rápido y uniforme. 1 año mayores asientos.

Desmontes

Reconocimiento geotécnico

Obtener características suelo y rocas.

Determinar espesores de capas en el terreno.

Condiciones hidrológicas del terreno (el agua altera todo, se trabaja mejor en seco).

Tipos de materiales

Suelos o tierras (blandos, fácilmente extraíbles).

Terrenos de tránsito (muy consolidado).

Roca (se excava con voladura, si es blanda con martillo neumático). Hay

Factores

Procedimiento de excavación (cada material tiene su forma y coste).

Clasificación de materiales de cara a la compensación. Determinará si hay que recurrir a préstamos y vertederos.

Si sobra material, a vertederos. Esto debemos evitarlo siempre.

Desmontes en tierra y roca

Estabilidad de taludes es muy importante. Las rocas se pueden desmoronar si no se tratan como se debe.

Drenaje y desagüe (imprescindible trabajar en seco, hemos de dejar siempre una salida al agua) à se completa a fondo en temas 9 y 10.

El fondo de desmonte es blando en suelos. En rocas no es ni regular ni homogéneo. Por tanto, se regulariza con hormigón.

Explanadas

Coronación de terraplenes y fondo de desmonte

(Podremos dejarlo tal cual, afirmar o bien quitar capa y poner una nueva).

Cimiento del firme y selección de suelos

Debemos tener en cuenta el futuro tráfico.

Suelo insensible al agua y resistente a las heladas.

Alta capacidad de soporte.

Necesitaremos una mayor compactación y capacidad de soporte y unas buenas medidas de drenaje.

Otros problemas geotécnicos

Suelos expansivos (arcillas) y colapsables (turbas).

Nivel freático: importante bajar el nivel. Si es oscilante será problemático.

Rocas alteradas (pueden ser inestables).

Erosión y arrastre de materiales (proteger taludes de lavado de finos).

Desprendimiento de rocas.

Estabilidad de áreas colindantes, vaguadas o zonas inundables.

Suelos solubles (yesos) o agresivos (salinos).

Ríos, arroyos, penetración de la helada.

Cimentaciones de estructuras (asegurar estabilidad antes de actuar)

Canteras y préstamos.

ENSAYOS GEOTÉCNICOS

Identificación

Análisis granulométrico. Límites de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico, Índice de Plasticidad). Analizar su comportamiento frente al agua.

1. Humedad natural
2. Contenido en carbonatos (identificar sales), sulfatos [composición química imprescindible saberla].
3. Materia orgánica, no debemos tener prácticamente nada.

COMPORTAMIENTO

1. Compactación (Próctor Normal o Próctor Modificado)
2. Capacidad Portante (CBR, Placas de carga). CBR>5 para Explanadas y Terraplenes. Si CBR>30 es muy bueno. El ensayo de placa de carga se realiza una vez colocado el material.
3. Resistencia a Compresión Simple (RCS) con probetas.
4. Hinchamiento (hinchamiento libre à agua, hinchamiento con carga).

Clasificación de suelos

Tamaño de partículas

1. Gruesas (bloques, bolos, gravas, arenas) y finas <0.08mm (limos, arcillas).
2. Comportamiento [Suelos con pocos finos son granulares tienen buen comportamiento frente al agua y resistencia. Suelos con muchos finos son cohesivos y son problemáticos frente al agua]

Aptitud. Clasificación de suelos

Art 330 PG-3

- Suelos Seleccionados (2), (3) à Sin riesgos, utilizables en toda infraestructura.

- Suelos Adecuados (1) à Suelos en general bastante buenos

- Suelos Tolerables (0) à Suelos con ciertas limitaciones

- Suelos Marginales à No se pueden emplear como tales, hay que tratarlos.

- Suelos Inadecuados (IN) à Problemas para su reutilización, puede que haya que llevarlos a vertedero.

Parámetros (granulometría, plasticidad, hinchamiento, contenido de yeso y sales solubles y materia orgánica).

Rellenos. Terraplenes y pedraplenes

Suelos para terraplenes

Arranque, núcleo y cimiento: suelos tolerables, adecuados o seleccionados (CBR>3)

Espaldones: impermeables, resistentes. Son masa estabilizadora y protegen de la erosión.

Coronación: suelos adecuados o seleccionados (CBR>5). También pueden utilizarse tolerables estabilizados.

Los suelos estabilizados marginales (con cal o cemento) también son viables.

DIBUJOTERRAPLEN.

Terraplenes tipo Sandwich(dibujo)

COMPACTACIÓN DE SUELOS

Finalidad

Otorgarle al suelo estabilidad volumétrica (sin asientos diferenciales, colchoneo o distorsiones).

Suelo logra resistencia mecánica.

Inalterabilidad con el paso del tiempo.

Acciones de servicio sobre la infraestructura

Cargas de tráfico.

Peso propio (firmes + relleno).

Agua infiltrada.

Climatología.

Estructura de los suelos(dibujo)

Densidad – Humedad [Próctor](dibujo)

La sobrecompactación con rodillo puede hacer que se agriete y rompa

Variables

Humedad, energía aportada (rodillo) y tipo de suelo.

Fases de compactación de suelos:

Análisis de materiales (cada material tiene sus características, curva Próctor..)

Selección de maquinaria (en función del tipo de suelo que tengamos,).

Diseño del proceso: necesario un tramo de prueba. Determinar nº de pasadas (ojo con no pasarnos, rodillos con gps), espesor de tongadas (en función del tipo de material, equipo y h20 en torno a 30cm, en todo uno mayores tongadas), y humedad óptima de compactación.

Control de compactación: densidad (método de isótopos radioactivos es una medida diferida y cuando se cambia de obra hay que recalibrar) y humedad.

MOVIMIENTOS DE TIERRAS.

Superficie adecuada

Ha de tener regularidad longitudinal y transversal

Capacidad de soporte elevado y uniforme.

Protección ante el agua (el agua puede tardar meses en dar problemas)

La explanada no es apta para la circulación.

Condicionantes

Internos:

Grado de protección medioambiental en la zona (cuanto mayor sea, más restricciones tendremos).

Entorno (limitaciones y ventajas según donde nos encontremos).

Caso Especial à Ampliación de Carretera (dar tráfico + ejecutar obra).

Externos:

Meteorología (depende del clima del lugar de nuestra obra)

Organización de la obra / Producción. (Plazos de la obra, realización en época electoral).

Operaciones previas

Accesos de obra:

Traza (obra)(muy imp. Aunque parezca costoso en tiempo y dinero luego conviene porque acelera mucho el desarrollo de la obra).

Tajos (zonas concretas, tramos de obra).

Puntos externos (vertederos, canteras).

Retirada y reposición de servidumbres y servicios (caminos transitables para camiones, etc.)

Despeje y desbroce (terreno despejado de vallas, raíces, desbroce vegetal).

Drenaje y desagüe (en obra es necesario trabajar sin agua).

Arranque, carga y transporte

Desmontes

Clasificación del terreno/Excavabilidad: Roca (voladura) Terreno de tránsito (ripado) Excavación mecánica de tierras.

Aprovechamiento de materiales (coeficiente de paso)

Taludes de desmonte (materiales, altura, entorno, agua).

Equipos. Factores que considerar

(maquinaria cara o barata, depende del rendimiento que le demos)

Producción necesaria (según plazos habrá que organizar)

Excavabilidad de materiales (la roca ralentiza el ritmo y condiciona el tipo de maquinaria à más potente).

Caminos de rodadura

Caminos no legalizados sin limitaciones de altura y anchura para maquinaria del tipo que queramos

Orografía (dependiendo del terreno, unas máquinas podrán acceder, otras no. Necesitaremos algo adecuado).

Capacidad Portante (a mayor peso y carga de la maquinaria, necesitaremos caminos mejor hechos para que puedan transitar).

Puntos infranqueables (buscar forma de salvarlos).

Concordancia de rendimientos (a pleno rendimiento, cuadrar fases de la obra con rendimientos similares para evitar pérdida de eficiencia).

Coste corporativo de los equipos posibles. (tener en cuenta coste a la hora de elegir equipo de obra).

Transporte

Pistas de la obra (si son nuestras, sin limitaciones, caminos de obra bien construidos y conservados.).

Carreteras (limitaciones legales).

Costes de movimiento de tierras y maquinaria.

Rellenos. Terraplenes y Pedraplenes

Construcción

(capas o tongadas)

Preparación de la superficie de asiento

Excavación, transporte y extensión del suelo.

Humectación y desecación

Compactación en tongadas

Terminación y refino

Geometría de los rellenos

(perfectamente definidas, corregir + barato cuanto + abajo)

Explanada / Tongadas. Transversal / Longitudinal

Taludes laterales. Transiciones / Escalonamiento.

Control de calidad

Control de Materiales

(lugar de origen à qué es y para qué sirve; lugar de empleo à materiales buenos y malos, saber dónde van).

Control Extensión

(inspección visual, espesor y estado de la capa anterior).

Control Compactación

(humedad, densidad seca, porosidad).

Control Producto Terminado

(ensayo de placa con carga, ensayo de huella).

Control de procedimiento: delimita espesor de tongada cada vez y el número de pasadas necesarias.