ESTUDIO DE SUELOS. PROYECTO CARRETERAS. ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS
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UNPRG INGENIERIA CIVIL INFORME ESTUDIO DE SUELOS 1. ASPECTOS GENERALES La Carretera Illimo- San Pedro de Sasape, forma parte de la Red Vecinal del distrito de Illimo; con longitud de 3.9 Km., uniendo los Poblados de la capital de distrito Illimo, y San Pedro de Sasape. 2. UBICACIÓN La carretera Illimo- San Pedro de Sasape se encuentra geográficamente en la parte central del Departamento de Lambayeque; todo el tramo estudiado se encuentra en el Distrito de Illimo, Provincia de Lambayeque. Los 3+900Km de carretera en estudio, es afirmada que lleva desde la capital de distrito Illimo; hasta llegar al poblado de San Pedro de Sasape; la carretera se encuentra en mal estado de conservación, siendo una carretera importante que sirve para conectar San Pedro de Sasape y alrededores con Illimo, demás cuidades. La Vía en estudio se encuentra ubicada en la: Región: Lambayeque Provincia: Lambayeque Distrito: Illimo Limitada por el: Norte: Distrito de Pacora. Este: Distrito de Pítipo Sur: Distrito de Túcume. Oeste: Distritos de Pacora, Mórrope. (Ver Anexos Ubicación) Estudio de Suelos Del Perfil Técnico: “Mejoramiento de la Carretera: Illimo – San Pedro de Sasape, 3.90 Km.
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INFORME ESTUDIO DE SUELOS
1. ASPECTOS GENERALES
La Carretera Illimo- San Pedro de Sasape, forma parte de la Red Vecinal del distrito de Illimo; con longitud de 3.9 Km., uniendo los Poblados de la capital de distrito Illimo, y San Pedro de Sasape.
2. UBICACIÓN
La carretera Illimo- San Pedro de Sasape se encuentra geográficamente en la parte central del Departamento de Lambayeque; todo el tramo estudiado se encuentra en el Distrito de Illimo, Provincia de Lambayeque.
Los 3+900Km de carretera en estudio, es afirmada que lleva desde la capital de distrito Illimo; hasta llegar al poblado de San Pedro de Sasape; la carretera se encuentra en mal estado de conservación, siendo una carretera importante que sirve para conectar San Pedro de Sasape y alrededores con Illimo, demás cuidades.
La Vía en estudio se encuentra ubicada en la:Región: LambayequeProvincia: LambayequeDistrito: Illimo
Limitada por el:
Norte: Distrito de Pacora.Este: Distrito de PítipoSur: Distrito de Túcume.Oeste: Distritos de Pacora, Mórrope.
(Ver Anexos Ubicación)
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ESTUDIO DE MECÁNICA DE SUELOS_
1.0. INTRODUCCION
Los trabajos de mecánica de suelos se han desarrollado con la finalidad de investigar las características del suelo que permitan establecer los criterios de diseño de la vía.
Los trabajos de desarrollaron en tres etapas; inicialmente los trabajos correspondientes al relevamiento de información, ejecutados directamente en el campo; posteriormente los trabajos que evalúan las características de los materiales involucrados en el proyecto; y finalmente el procesamiento de toda la información recopilada que permita establecer los parámetros de diseño.
Los trabajos de campo se orientaron a explorar la superficie de rodadura y el sub suelo (sub rasante), mediante la ejecución de calicatas distribuidas en el área en estudio por el tipo de carretera debería ser 3 por cada 1km; pero por motivo de tiempo solo se realizo distribuidas 1 por cada 1km.
Se tomaron muestras de cada estrato en de cada una de las calicatas ejecutadas, las mismas que fueron remitidas al laboratorio.Los trabajos en el laboratorio están orientados a determinar las características físicas y mecánicas de los suelos obtenidos, las que servirán de base para determinar las características de diseño.
Adjunto al presente informe, presentamos: Planos de Ubicación de calicatas, Plano Perfil Estratigráfico, Ensayos de Laboratorio, Panel Fotográfico y Registros de Exploración de Calicatas.
2.0. DESCRIPCION DE LA VIA
Corresponde a determinar la condición de la vía existente en el área en estudio.
Se encontró que en toda su extensión, se encuentra a nivel de afirmado, consistente en grava sub redondeada, con arenosa, proveniente de material de cantera. El ancho promedio de la vía es de 5.30m. a 6.00 m., mientras que los sobre anchos en las curvas tienen una sección promedio de 7.00 m.
La carretera en estudio se encuentra en regular a mal estado de conservación,Predominando la existencia de Baches en los tramos tangentes y en tramos curvos en gran porcentaje de la carretera; en las curvas que presentan cambio de pendiente y debido al deterioro de la carretera no hay peralte.
Con referencia al drenaje de la carretera se aprecia a lo largo de la misma la existencia de cunetas de tierra, las cuales se encuentran sin mantenimiento y por el cual están tapadas por tierra y no se aprecia existencia de tales cunetas y lo cual ocasiona la inundación de la carretera en algunos sectores.
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3.0. EVALUACION DE LA VIA
Los trabajos para evaluar los materiales que componen la superficie de rodadura y la sub rasante se ha realizado mediante la toma de muestras:
3.1. Trabajos de Campo
Con la finalidad de identificar y realizar la evaluación del suelo de la sub rasante existente a lo largo del trazo, la exploración de campo, consistió en la excavación de calicatas y recolección de muestras para ser ensayadas en el laboratorio.
En total se excavaron 4 calicatas "a cielo abierto", los que se denominan C-1 alC-4. Ya que no se podía interrumpir el tránsito de la carretera; la ubicación de las calicatas exploradas fue en los lados de la carretera de estudio.
La ubicación (progresiva), número de muestras, profundidad y descripción de las calicatas ejecutadas se presentan en el siguiente cuadro N°1 denominado “Relación Detallada de Calicatas Ejecutadas”.
La profundidad alcanzada en las calicatas mencionadas es de 1.50m para nuestro estudio se hicieron de 1.00m. Por debajo de la sub rasante proyectada de la carretera en estudio.En cada calicata se registró el perfil estratigráfico del suelo de la sub rasante, clasificando visualmente los materiales mediante el procedimiento de campo establecido por el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (S.U.C.S.). Cuando se detectó la presencia de cambios de las características de los materiales encontrados en la excavación, se tomó una muestra representativa para la evaluación e identificación correspondiente.De cada estrato de suelo identificado, se tomaron muestras representativas, las que identifiquemos, se empaquetan y se trasladan al laboratorio para efectuar ensayos de sus características físicas y mecánicas.
Las calicatas se realizaron manualmente con pala y pico a un costado de la vía en estudio, a intervalos de cada 1000 m, eso por motivos de tiempo y dado que las características del terreno han permanecido homogéneas.Se extrajeron muestras de cada estrato de las calicatas para su evaluación en laboratorio. Con los resultados obtenidos de los análisis en laboratorio, se determino el perfil estratigráfico de la carretera el cual describe la ubicación de las calicatas efectuadas así como la descripción del material encontrado en cada una de ellas.
(Ver Anexo Planos: Perfil Estratigráfico – PE – 01; PE-02)
La descripción de cada una de las calicatas se presenta en el siguiente cuadro N° 2
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4.0 ENSAYOS DE LABORATORIO REALIZADOSSe realizaron los ensayos por cada variación estratigráfica en base a losTérminos de Referencia y en conformidad con las especificaciones dadas en el reglamento.
Los trabajos de laboratorio permitieron evaluar las propiedades de los suelos mediante ensayos físicos, mecánicos de las muestras disturbadas de suelo, provenientes de cada una de las exploraciones.
Las muestras se analizaron en el Laboratorio de Suelos de la Facultad de Ingeniería Civil – UNPRG.
4.1 ENSAYOS DE MECANICA DE SUELOS
El Cuadro N° 03 “Ensayos de Mecánica de Suelos” se presentan los diferentes ensayos realizados, describiendo el propósito de cada uno.
CUADRO N° 03
NOMBRES DEL ENSAYO USO PROPOSITOAnálisis
Granulométrico por tamizado
ClasificaciónPara determinar la
distribución del tamaño de partículas del suelo
Limite Liquido Clasificación Hallar el contenido de agua entre los estados liquido y
plásticoLimite Plástico Clasificación Hallar el contenido de agua
entre los estados plástico y semi-solido
Índice Plástico Clasificación Halla el rango de contenido de agua por el cual, el suelo está en un estado plástico
Contenido de Humedad
Clasificación
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4.1.1 PROPIEDADES FISICASEn cuanto a los ensayos considerados, se puede realizar una breve explicación de los ensayos y los objetivos de cada uno de ellos. Cabe anotar que los ensayos físicos corresponden a aquellos que determinan las propiedades índices de los suelos y que permiten su clasificación.
Análisis Granulométrico por Tamizado ASTM D-422, MTC E107
La granulometría es la distribución de las partículas de un suelo de acuerdo a su tamaño, que se determina mediante el tamizado o paso del agregado por mallas de distinto diámetro hasta el tamiz Nº 200 (de diámetro 0.074 milímetros), considerándose el material que pasa dicha malla en forma global. Para conocer su distribución granulométrica por debajo de ese tamiz se hace el ensayo de sedimentación. El análisis granulométrico deriva en una curva granulométrica, donde se describe el diámetro de tamiz versus porcentaje acumulado que pasa por el tamiz.
Se conoce como plasticidad de un suelo a la capacidad de este de ser moldeable. Esta depende de la cantidad de arcilla que contiene el material que pasa la malla N° 200, porque es este material el que actúa como moldeante.
Un material, de acuerdo al contenido de humedad que tenga, pasa por tres estados definidos: líquidos, plásticos y secos. Cuando el agregado tiene determinado contenido de humedad en la cual se encuentra húmedo de modo que no puede ser moldeable, se dice que está en estado semilíquido. Conforme se le va quitando agua, llega un momento en el que el suelo, sin dejar de estar húmedo, comienza a adquirir una consistencia que permite moldearlo o hacerlo trabajable, entonces se dice que está en estado plástico. Al seguir quitando agua, llega un momento en el que el material pierde su trabajabilidad y se cuartea al tratar de moldearlo, entonces se dice que está en estado semi seco. El contenido de humedad en el cual el agregado pasa del estado semilíquido al plástico es el Limite Liquido y el contenido de humedad es el que pasa del estado plástico al semi seco es el Limite Plástico.
Contenido de humedad ASTM D-2216, MTC E108
El contenido de humedad de una muestra indica la cantidad de agua que esta contiene, expresándola como un porcentaje del peso de agua entre el peso del material seco. En cierto modo este valor es relativo, porque depende de las condiciones atmosféricas que pueden ser variables. Entonces lo conveniente es realizar este ensayo y trabajar casi inmediatamente con este resultado, para evitar distorsiones al momento de los cálculos.
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Con los resultados de Contenido de Humedad, se presenta el cuadro N°04 “Contenido de Humedad”, que resume los resultados principales de los materiales ensayados.
Clasificación de Suelos por el Método SUCS y por el MétodoAASHTO
Los diferentes tipos de suelos son definidos por el tamaño de las partículas. Son frecuentemente encontrados en combinación de dos o más tipos de suelos diferentes, como por ejemplo: arenas, gravas, limo, arcillas y limo arcilloso, etc. La determinación del rango de tamaño de las partículas es según la estabilidad del tipo de ensayos para la determinación de los límites de consistencia.
Uno de los más usuales sistemas de clasificación de suelos es el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), el cual clasifica al suelo en 15 grupos identificados por nombre y por términos simbólicos.El sistema de clasificación para Construcción de Carreteras AASHTO, es también usado de manera general. Los suelos pueden ser también clasificados en grandes grupos, pueden ser porosos, de grano grueso o grano fino, granular o no granular y cohesivo, semi cohesivo y no cohesivo.
Teniendo en cuenta los resultados del laboratorio, se resumen los valores de humedad que presentan los suelos. El Cuadro N° 04 “Contenidos de Humedad” asocia la ubicación, la profundidad, las humedades por estrato y la humedad representativa para la calicata evaluada. Con los resultados de propiedades índices y análisis granulométrico, se presenta el cuadro N° 05 “Clasificación de Suelos”, que resume los resultados principales de los materiales ensayados incluyendo las clasificaciones SUCS y AASTHO
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Los ensayos para definir las propiedades mecánicas, permiten determinar la resistencia de los suelos o comportamiento frente a las solicitaciones de cargas.
California Bearing Ratio ASTM D-1883, MTC – E132
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.
Como el CBR de un agregado varía de acuerdo a su grado de compactación y el contenido de humedad, se debe repetir cuidadosamente en el laboratorio las condiciones del campo, para lo que se requiere un control minucioso. A menos que sea seguro que el suelo no acumulara humedad después de la construcción, los ensayos CBR se llevan a cabo sobre muestras saturadas.
El Cuadro N° 06 “Capacidad de Carga – CBR”, presenta características mecánicas de los suelos provenientes del ensayo de Clasificación de Suelos por el Método SUCS y por el Método AASHTO con estos valores se ha calculado la capacidad aproximada de soporte que permitirá el diseño de la estructura de pavimento.
“El ensayo de CBR no se pudo desarrollar debido a que la universidad no cuenta con todo el equipamiento necesario para desarrollarlo, el cálculo de valores del CBR; son valores aproximados, que se determinaron relacionando el tipo de suelo clasificado por el método SUCS y AASHTO; y de acuerdo a ello asignarle un valor promedio que está dentro del rango del tipo de suelo.”
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Correlaciones Típicas entre las Clasificaciones y Propiedades de los Suelos
En nuestro estudio de a tomado como muestras representativas un estrato de las calicatas C-2 y C-4.
CUADRO N° 06CBR
Nº PROGRESIVA PROFUNDIDADTIPO DE SUELO SUCS
SUELOS AASHTO
CBR
1 1+560 0,10-0,30m CL A-6 10%
2 3+460 0,05-0,70m CL-ML A-4 12%
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5.0RESUMEN DE ENSAYOS DE LABORATORIOEn el cuadro N° 07 “Ensayos de Laboratorio”, se presenta las características físicas y mecánicas de los suelos provenientes de los diferentes ensayos realizados a las diversas muestras extraídas, con dichos resultados se establecerá el perfil estratigráfico y se calculara la capacidad soporte de la sub rasante, la que permitirá el diseño de la estructura de pavimento del presente estudio
6.0PERFIL ESTRATIGRAFICOLa elaboración del perfil estratigráfico requiere de una clasificación de materiales que se obtiene mediante análisis y ensayos en laboratorio sobre las muestras extraídas en el campo. La interpretación de los resultados obtenidos ha permitido clasificar los suelos, definir los horizontes de material homogéneo y establecer el Perfil Estratigráfico.Ver Anexo Planos: “Perfil Estratigráfico (PE – 01) (PE-02)”
6.1 DESCRIPCION DEL PERFILLa información obtenida de los trabajos de campo y de laboratorio, permiten determinar las características de los suelos de la sub rasante, los cuales se grafican en los perfiles correspondientes en las que se visualizan las características de los materiales.
Km 0+000-3+900El tramo está conformado de tres a cuatro capas, la cual la primera capa de relleno viene a ser el afirmado que una capa de material granular proveniente de cantera; las capas de la sub rasante se puede aprecias que es un material que está compuesta por arcillas y limos de baja plasticidad, arenas arcillosas, y arcillas limosas SUCS (CL, ML, SC); en AASHTO (A-4, A-6, A-2-4), con una humedad de aumenta conforme es más profunda la sub rasante.
PRESENCIA DE NIVELES FREATICOSLa verificación del nivel freático en la carretera en estudio, se realizo al momento de ejecutar las prospecciones de campo. De dicha evaluación se ubicaron no se ubico zonas con presencia de la napa freática.
SUELOS ORGANICOSLa verificación de la presencia de suelos orgánicos en el terreno de fundación se realizo al momento de ejecutar las prospecciones de campo. De dicha inspección se concluyo que no existen suelos orgánicos en todo el tramo de la carretera.
SUELOS EXPANSIVOSUn suelo expansivo es aquel que muestra un cambio volumétrico significativo bajo la acción del agua. La presencia de suelos expansivos se determino después de realizar los ensayos de laboratorio de las diferentes muestras obtenidas, en dicha evaluación se observo que los suelos de la sub rasante de la carretera en estudio están conformados por Arenas arcillosa, arcillas de baja plasticidad , limos de baja plasticidad, las cuales poseen características no expansivas.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En base a los trabajos de campo, ensayos de laboratorio realizados y análisis efectuados se concluyo:
El presente estudio se ha desarrollado con la finalidad de investigar las características del suelo y estado actual de la vía, factores que permiten establecer las actividades del presente estudio.
El mecanismo que se utilizo para determinar la condición de la estructura del suelo, fue por medio de excavación de calicatas; las mismas que se ejecutaron de manera manual, a una profundidad de 1.00 m y a cada 1 km. Las calicatas se ubicaron al costado de la vía en estudio.
Las muestras obtenidas en las exploraciones de campo fueron analizadas en laboratorio, lo que permitió conocer la estratigrafía de toda la ruta dentro de la profundidad investigada
Basado en la clasificación de los suelos, espesores de estratos y características mecánicas, se definió el perfil estratigráfico; perfil que permitió evaluar la carretera, identificándose que el tramo en estudio es homogéneo.
El Perfil estratigráfico de la carretera se encuentra conformado mayormente por suelos finos.
Los materiales con volúmenes importantes, producto del corte debido al mejoramiento de la carretera podrán ser utilizados para la conformación de terraplenes y/o rellenos siempre que estos sean adecuados o estabilizados.
Cuadro para cortes de taludes; de acuerdo al volumen de corte y de acuerdo al tipo de suelos de la carretera.
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Cuadro para taludes de relleno; de acuerdo al volumen de corte y de acuerdo al tipo de suelos de la carretera.
De los ensayos de laboratorio realizados se concluye la no existencia de Suelos Orgánicos ni expansivos a lo largo de la vía en estudio.
En las zonas no se presentaron napa freática
Se estabilizarán las zonas húmedas locales o áreas blandas o sub rasantes inadecuadas
Se recomienda mejorar el suelo en una profundidad de 0.60 m o estabilizarlo; debido al alto contenido de humedad del suelo. Se recomendaría estabilizarlo con cal (por el alto contenido de humedad)
SECTORES QUE REQUIERENMEJORAR LA SUBRASANTE
PROGRESIVA PROFUNDIDADKm Km
0+760 1+560-2+360 0,60m1+560 3+460-3+900 0,60m
Se efectuaron ensayos de CBR cada 2 kilómetros y por cada tipo de suelo encontrado, de dichos resultados se tomo para fines de diseño los valores de CBR de los suelos tipo CL y CL-ML, valores que fluctúan entre 10% y 12%.
Estos Valores de CBR; determinan que el suelo es apto para sub rasante ya que tiene un CBR >= 6%.
El suelo no apto para ser empleado en la base y sub base de la infraestructura de la carretera; debido a que su CBR es bajo y no está en el rango apropiado; se recomienda material granular de préstamo (procedente de cantera) para base y sub base.
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ANEXOSUbicación de calicatas
Ubicación de la carretera en distrito de Illimo
Ubicación de Illimo en el departamento de Lambayeque
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Perfil Estratigráfico (PE – 01) CLASIFICACION SUCS
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