Guia Ceneval Ingenieria Civil

8/9/2019 Guia Ceneval Ingenieria Civil

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CARRETERAS, Alineamiento horizontal

Antes de realizar una carretera, se hacen varios estudios socioeconómicos para la justificación de laconstrucción de la misma. Una vez realizados los estudios socioeconómicos que justifican la construcciónde nuevos caminos es necesario programar los estudios de vialidad.Se realiza una serie de trabajos preliminares que básicamente comprenden el análisis comparativo detodas las rutas posibles y convenientes para seleccionar en cada caso la que ofrezca las mayoresventajas económicas y sociales.

Actividades para seleccionar la Ruta Las actividades principales para el análisis comparativo de las diferentes rutas son el acopio de datos, el

análisis de información y los levantamientos topográficos que pueden ser aéreos o terrestres. El acopio dedatos requerirá de mapas topográficos, geológicos, hidrológicos y usos de la tierra donde aparecen laubicación de las poblaciones auxiliándose de estas cartas y con mapas que indiquen la potencialidadeconómica, se dibujan sobre ella las posibles rutas.

Anteproyecto Es el resultado de estudios y levantamientos topográficos con base en los datos previos para situar elplano obtenido de esos levantamientos a el eje que seguirá el camino.

Proyecto DefinitivoLa línea preliminar servirá para apoyar al estudio de una franja de terreno de 100 a 200 m de ancho acada lado del eje, dependiendo de la pendiente transversal del terreno. Deberán obtenerse en esa franjade terreno las características hidrográficas y curvas de nivel para hacer posible el proyecto definitivo.

PROYECTO GEOMÉTRICO.

3.1. - RECONOCIMIENTO TOPOGRÁFICO.

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

Una vez hecho esto se procederá a hacer un reconocimiento directo del camino para determinar en

general características:

o Geológicaso Hidrológicaso Topográficas y complementarias


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Así sé vera el tipo de suelo en el que se construirá el camino, su composición y características generales,ubicación de bancos para revestimientos y agregados para las obras de drenaje, cruces apropiados parael camino sobre ríos o arroyos, existencia de escurrimientos superficiales o subterráneos que afloren a lasuperficie y que afecten el camino, tipo de vegetación y densidad, así como pendientes aproximadas yruta a seguir en el terreno.

Este reconocimiento requiere del tiempo que sea necesario para conocer las características del terrenodonde se construirá el camino, y para llevarlo a cabo se utilizan instrumentos sencillos de medición comobrújulas para determinar rumbos, clisimetro para determinar pendientes, odómetro de vehículos y otros

instrumentos sencillos.

A través del reconocimiento se determinan puertos topográficos que son puntos obligados de acuerdo a latopografía y puertos determinados por lugares obligados de paso, ya sea por beneficio social, político o deproducción de bienes y servicios.

Con todos los datos recabados, resaltando los más importantes, se establecerá una ruta tentativa para elproyecto.

Existen procedimientos modernos para el reconocimiento como el fotogramétrico electrónico, pero resultademasiado costoso, muchas veces para el presupuesto que puede tener un camino, también esimportante decir que el tipo de vegetación y clima de algunas regiones no permite usar este procedimiento

por lo que se tiene que recurrir al reconocimiento directo que se puede auxiliar por cartas topográficas.


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Relación entre el cálculo de estructuras y las técnicas de la Mecánica del Suelo. El suelo como

estructura.

No se dirá nada nuevo, excepto quizá a los más neófitos, al corroborar la gran relación que existe

entre el suelo y las estructuras. Cualquier calculista de estructuras debería saber desarrollar

correctamente cálculos geotécnicos o al menos tener claros los pasos a seguir al enfrentarse a ellos,

ya que al cabo nos seguimos moviendo dentro del mismo lenguaje.

El terreno, como material tiene un comportamiento estructural más complejo que el de los

materiales clásicos a los que estamos acostumbrados que son más homogéneos, es por ello que se

ha tratado de analizar su conducta de manera sencilla, partiendo de hipótesis de uniformidad

macroscópica bajo los que subyace un material mixto confuso conformado por partículas, oquedades,

agua y aire.

Si bien al hablar de terreno deberíamos realmente de distinguir entre diversos tipos de terreno o

materiales (cohesivos, coherentes, roca), quizás entre los materiales que pudieran estar más

cercanos al terreno estaría el hormigón, que comparte con él su naturaleza mixta (cemento, áridos y

agua) y muchas propiedades, especialmente en su fase previa al curado, y que no en vano ha dejado

tras de sí varios modelos de cálculo que cada día se van refinando a partir de la inclusión de nuevosfactores.

La Mecánica del Suelo, una de las ramas incorporada más recientemente de manera oficial a la

Mecánica, basa muchos de sus conceptos en la mecánica de los medios continuos y la mecánica de

los fluidos, utilizando la mayoría de las veces simplificaciones de aquellas para caracterizar el

comportamiento del terreno.

Las similitudes entre dichas ciencias son muchas. Entre ellas podemos destacar:

-Propiedades: la caracterización y clasificación del suelo ha traído consigo una serie de

parámetros mecánicos cuyo uso se ha hecho más familiar en el tratamiento del terreno (porosidad,

humedad, compactación, consistencia, etcétera). Sin embargo, estas propiedades no son exclusivasdel suelo. Así también hablamos de consistencia y porosidad en hormigón, y de humedad en la

madera. Otras propiedades comunes se han hecho más específicas en la mecánica del suelo dado

que el terreno no se compone exclusivamente de material sólido, sino también de aire y

especialmente de agua, lo que ha dado lugar al estudio de la permeabilidad, a la distinción entre

densidad seca, húmeda, saturada, sumergida, etc.

-Las leyes de comportamiento: estamos acostumbrados a tratar con materiales elásticos (acero)

o elastoplásticos (hormigón) en estructuras. También los suelos se modelizan muchas veces con

dichos comportamientos. Muchos de los métodos de cálculo geotécnico se fundan en la consideración

de un terreno homogéneo, isótropo y elástico dada la sencillez de dicho modelo (espacio deBoussinesq, teoría de elástica homogénea sobre capa rígida, etcétera); al igual que ocurre con la

mayoría de los materiales de estructuras.

Así si una de las formas de dimensionamiento en acero es la de hacer que este trabaje bajo

comportamiento elástico, lo mismo ocurre cuando tratamos de dar suficiente área a nuestras

fundaciones es para evitar presiones de hundimiento por encima de las que el terreno plastifica

(rotura). También como consecuencia de lo anterior podemos, al igual que ocurre en la elasticidad de

la mecánica de los medios continuos, estudiar el estado tensional de los suelos en su caracterización

elástica mediante el gráfico de Mohr. También son válidos otros gráficos como el elipsoide de Lamé

para estudiar las relaciones tensión-deformación en el espacio.-Resistencia y deformación: al igual que un calculista comprueba un elemento estructural frente

a resistencia y deformación, en un cimiento comprobaremos que el suelo no rompa (hundimiento) y

que no se deforme por encima de los límites exigidos (asentamiento). Al igual que hablamos de

deformaciones instantáneas y diferidas del hormigón, encontraremos asientos instantáneos (sin

drenaje) y diferidos (asiento de consolidación).


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Un concepto que sin embargo es específico para el estudio tensional del terreno y que por su

importancia debemos mencionar aquí es el de tensión efectiva (Terzhagui, 1936), ley fundamental de

la Mecánica del Suelo que establece que la deformación y resistencia de un suelo no dependen de la

tensión total, sino de la llamada tensión efectiva (σ') que tiene en cuenta la presencia de agua y que

se define como

σ' = σ - u

o sea como la tensión total menos la presión del agua que existe en los poros.-Seguridad: la comparación entre los coeficientes de seguridad utilizados en el cálculo de

estructuras y los utilizados en la Mecánica del Suelo, apreciablemente mayores, denotan que hoy por

hoy sigue siendo más difícil determinar las condiciones y propiedades reales de un suelo que la de

materiales como el hormigón o el acero.

Longitudes mínimas de anclajes de pantallas

Con el nuevo Código Técnico, las pantallas de contención han pasado a estar normadas, si bien

quedan todavía muchas cuestiones que el CTE no trata, una de ellas es la longitud de los anclajes,

dicha longitud ha de ser mayor que las siguientes longitudes:

- Aquella que haga que el anclaje quede fuera de la cuña de rotura plana (cuña de empuje activo

con pendiente 45- /2 siendo el ángulo de rozamiento interno del terreno -en el caso de existir

varios estratos con ángulos diferentes, del lado de la seguridad bastará tomar el mayor). Conviene

además, de manera conservadora, tomar dicha cuña desde el extremo inferior de la pantalla y

añadirle a dicha longitud un 15% de la altura de excavación de la pantalla (ver figura inferior).


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- Al menos 8 m según las «Recomendaciones para el proyecto, construcción y control de anclajes

al terreno. H.P.8-96» (Manual G-1 de Geotecnia de la ATEP). En el apartado «2.8 Criterios básicos de

predimensionado» de dicha publicación se indica que la longitud libre mínima de cualquier tipo de

anclaje será de cinco metros y la longitud mínima del bulbo de tres metros en cualquier caso, en

definitiva, ocho metros. No sé aclaran las razones que llevan a los autores del Manual a considerar

dichas longitudes mínimas.

Bibliografía:

- Rodríguez Ortiz, José María. «Algunos temas de interés en el diseño de muros pantalla.

Jornadas técnicas SEMSIG-AETESS 2ª sesión Muros Pantalla en Ámbito Urbano». SEMSIG,

AETESS, CEDEX. Madrid 2002.

- «Recomendaciones para el proyecto, construcción y control de anclajes al terreno. H.P.8-96».

Geotecnia, G-1. Asociación Técnica Española de Pretensado (ATEP); Instituto de Ciencias de la

Construcción Eduardo Torroja, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos

CLASIFICACION DE LAS CARRETERAS

CAMINOS Y CARRETERAS.

Algunos acostumbran denominar CAMINOS a las vías rurales, mientras que el nombre de CARRETERASse lo aplican a los caminos de características modernas destinadas al movimiento de un gran numero devehículos.

La carretera se puede definir como la adaptación de una faja sobre la superficie terrestre que llene lascondiciones de ancho, alineamiento y pendiente para permitir el rodamiento adecuado de los vehículospara los cuales ha sido acondicionada.

CLASIFICACION DE LAS CARRETERAS

Las carreteras se han clasificado de diferentes maneras en diferentes lugares del mundo, ya sea conarreglo al fin que con ellas se persigue o por su transitabilidad.

En la practica vial mexicana se pueden distinguir varias clasificaciones dadas en otros países. Ellas son:clasificación por transitabilidad, Clasificación por su aspecto administrativo y clasificación técnica oficial.

CLASIFICACION POR SU TRANSITABILIDAD.- la clasificación por su transitabilidad corresponde a lasetapas de construcción de las carreteras y se divide en:

1. Terracerias: cuando se ha construido una sección de proyecto hasta su nivel desubrasante transitable en tiempo de secas.

2. Revestida: cuando sobre la subrasante se ha colocado ya una o varias capas de materialgranular y es transitable en todo tiempo.

3. Pavimentada: cuando sobre la subrasante se ha construido ya totalmente el pavimento.

La clasificación anterior es casi universalmente usada en cartografía y se presenta así:


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CLASIFICACION ADMINISTRATIVA.- por el aspecto administrativo las carreteras se clasifican en:

1. Federales: cuando son costeadas íntegramente por la federación y seencuentran por lo tanto a su cargo.

2. Estatales: cuando son construidos por el sistema de cooperación a razóndel 50% aportados por el estado donde se construye y el 50% por lafederación. Estos caminos quedan a cargo de las antes llamadas juntaslocales de caminos.

3. Vecinales o rurales: cuando son construidos por la cooperación de losvecinos beneficiados pagando estos un tercio de su valor, otro tercio loaporta la federación y el tercio restante el estado. Su construcción yconservación se hace por intermedio de las antes llamadas juntas localesde caminos y ahora sistema de caminos.

4. De cuota: las cuales quedan algunas a cargo de la dependencia oficialdescentralizada denominada Caminos y Puentes Federales de Ingresos yServicios y Conexos y otras como las autopistas o carreterasconcesionadas a la iniciativa privada por tiempo determinado, siendo lainversión recuperable a través de cuotas de paso.

CLASIFICACION TÉCNICA OFICIAL.- esta clasificación permite distinguir en forma precisa la categoríafísica del camino, ya que toma en cuenta los volúmenes de transito sobre el camino al final del periodoeconómico del mismo (20 años) y las especificaciones geométricas aplicadas. En México la Secretaria deComunicaciones y Transportes (S.C.T.) clasifica técnicamente a las carreteras de la manera siguiente:

a. Tipo especial: para transito promedio diario anual superior a 3,000 vehículos,equivalente a un transito horario máximo anual de 360 vehículos o más (o sea un12% de T.P.D.) estos caminos requieren de un estudio especial, pudiendo tenercorona de dos o de cuatro carriles en un solo cuerpo, designándoles A2 y A4,respectivamente, o empleando cuatro carriles en dos cuerpos diferentesdesignándoseles como A4, S.

Tipo A: para un transito promedio diario anual de 1,500 a3,000 equivalente a un transito horario máximo anual de180 a 360 vehículos (12% del T.P.D.).

Tipo B: para un transito promedio diario anual de 500 a1,500 vehículos, equivalente a un transito horariomáximo anual de 60 a 180 vehículos (12% de T.P.D.)

Tipo C: para un transito promedio diario anual de 50 a500 vehículos, equivalente a un transito horario máximoanual de 6 a 60 vehículos (12% del T.P.D.)

En la clasificación técnica anterior, que ha sufrido algunas modificaciones en su implantación, se haconsiderado un 50% de vehículos pesados igual a tres toneladas por eje. El numero de vehículos es totalen ambas direcciones y sin considerar ninguna transformación de vehículos comerciales a vehículosligeros. (En México, en virtud a la composición promedio del transito en las carreteras nacionales, quearroja un 50% de vehículos comerciales, de los cuales un 15% esta constituido por remolques, se haconsiderado conveniente que los factores de transformación de los vehículos comerciales a vehículosligeros en caminos de dos carriles, sea de dos para terreno plano, de cuatro en lomeríos y de seis enterrenos montañosos.)


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CURSO DE PUENTES Y VIADUCTOS

1. INTRODUCCIÓN

La gran irregularidad topográfica y el rápido desarrollo de los centros urbanos han determinado que lasvías de comunicación requieran con gran frecuencia de la construcción de puentes y viaductos.

Por lo general, el término puente se utiliza para describir a las estructuras viales, con trazado por encima

de la superficie, que permiten vencer obstáculos naturales como ríos, quebradas, hondonadas, canales,entrantes de mar, estrechos de mar, lagos, etc.

Por su parte, el término viaducto está generalmente reservado para el caso en que esas estructurasviales se construyan por necesidades urbanas o industriales (como los pasos elevados dentro de lasciudades o de los complejos industriales), o para evitar el cruce con otras vías de comunicación (como losintercambiadores de tránsito en las autopistas).

PUENTES

DEFINICIÓN

Son estructuras que proporciona una vía de paso para salvar obstáculos sobre ríos, lagos,

quebradas, valles, pasos a desnivel, carreteras, entre otros.

LOS PRIMEROS PUENTES

Es probable que los primeros puentes se realizaran colocando uno o más troncos para cruzar un

arroyo o atando cuerdas y cables en valles estrechos. Este tipo de puentes todavía se utiliza. Los puentes

de un tramo (llamamos tramo a la distancia entre dos apoyos) son un desarrollo de estas formas

elementales. El método de colocar piedras para cruzar un río, mejorado con troncos situados entre las

piedras para comunicarlas, es el prototipo de puente de múltiples tramos. Los postes de madera clavados

en el fondo del río para servir de apoyo de troncos o vigas permitieron atravesar corrientes más anchas y

caudalosas. Estos puentes, llamados de caballete, se utilizan todavía para atravesar valles y ríos en los

que no interfieren con la navegación. El uso de pilas de piedra como apoyo para los troncos o maderos

fue otro avance importante en la construcción de puentes con vigas de madera. La utilización de

flotadores en lugar de apoyos fijos creó el puente de pontones. Los puentes de vigas de madera han sido

los más utilizados desde la antigüedad, aunque según la tradición se construyó un puente de arco de

ladrillos hacia el 1800 A.C. en Babilonia. Otros tipos de construcción, como los puentes colgantes y los

cantilever, se han utilizado en la India, China y Tibet. Los puentes de pontones los utilizaban los reyespersas Darío I y Jerjes I en sus expediciones militares.

Los romanos construyeron muchos puentes de caballete con madera, uno de los cuales se describe

con detalle en la obra Comentarios de Julio Cesar. Sin embargo, los puentes romanos que se mantienen


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en pie suelen sustentarse en uno o más arcos de piedra, como el puente de Martorell cerca de Barcelona,

en España, construido hacia el 219 A.C., y el Ponte di Augusto en Rimini, Italia, del siglo I A.C. El Pont du

Gard en Nîmes, Francia, tiene tres hileras de arcos que elevan el puente a 47 m sobre el río Gard; con

una longitud de 261 m es el ejemplo mejor conservado de gran puente romano; fue construido en el siglo I

A.C. La utilización de arcos de medio punto derivó más tarde en la de arcos apuntados. Los arcos

modernos suelen ser escárzanos o con forma semielíptica, ya que permiten tramos más largos sin

interrumpir la navegabilidad y con altura moderada. El puente sobre el río Tweed (1803) en Kelso,

Escocia, ejemplo de puente de arco semielíptico, fue diseñado por el ingeniero británico John Rennie.

Los puentes de vigas tienen limitada la longitud de los tramos por la resistencia de las vigas. Esta

limitación se supera ensamblando las vigas en triángulos. Leonardo da Vinci esbozó puentes de este tipo,

y el arquitecto italiano Andrea Palladio probablemente construyó varios. En Suiza se construyeron dos

puentes de vigas trianguladas en 1760. Sin embargo, la construcción de estos puentes no se desarrolló a

gran escala hasta después de 1840.

TIPOS DE PUENTES

Los Puentes pueden clasificarse en tipos diferentes, de acuerdo a diversos conceptos, entre los

cuales citaremos los siguientes: tipo de material utilizado en su construcción, sistema estructural

predominante, sistema constructivo empleado, uso que tendrá el puente, ubicación de la calzada en

la estructura del puente, etc.

Aclarando lo enunciado anteriormente, vamos a ampliar cada uno de los conceptos, haciendo

una enumeración de algunos ejemplos, los mas comunes.

1. Según el material con el cual se construyen.

1.1.Mampostería ( ladrillo ).

1.2.Madera.

1.3.Concreto armado.

1.4.Concreto precomprimido.

1.5.Acero.


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1.6.Hierro forjado.

1.7.Compuestos.

La estructura de un puente no esta constituida por un solo tipo de material, por lo cual esta

clasificación no siempre se adaptara totalmente a la realidad. Aun así no deja de ser válida.

Los puentes de arcos hechos con mampostería de ladrillos, preferiblemente tendrán las bases

construidas con mampostería de piedra, con el objeto de darles mayor consistencia y hacerlas más

duraderas al embate de las aguas de un río.

Así mismo, un puente cuyo tablero sea de madera podría tener las fundaciones de

mampostería de piedra ó de concreto. Los puentes con tableros metálicos, cuando son de cierta

envergadura o cuando el suelo es agresivo al metal, químicamente hablando, tendrán sus bases

construidas con otro material.

En general, la losa de calzada de los puentes cuyo material portante de los tableros es el acero,

será de concreto armado, aún cuando hay muchos ejemplos de calzadas constituidas por láminas de

acero, recubiertas ó no con concreto asfáltico ó con compuestos de arena y epoxy (puentes elevados,

por ejemplo); en este caso, el recubrimiento serviría para proveer a la calzada de un coeficiente de

fricción adecuado ó para hacerla menos ruidosa al paso de los vehículos.

En puentes cuyo tablero es de concreto precomprimido, las columnas de las Pilas y sus

fundaciones, así como los estribos y muros, serán de concreto armado. Las anteriores descripciones

solo son un ejemplo de las combinaciones que pueden lograrse.

2. Según el obstáculo que salva.

2.1.Acueductos. Soportan un canal o conductos de agua.

2.2.Viaductos. Son puentes construidos sobre terreno seco o en un valle y formados por un conjunto de

tramos cortos.

2.3.Pasos elevados. Puentes que cruzan las autopistas y las vías de tren.

2.4.Carretera elevada. Un puente bajo, pavimentado, sobre aguas pantanosas o en una bahía y formado

por muchos tramos cortos.

2.5.Alcantarillas. Un puente por debajo del cual transitan las aguas de un río o quebrada.


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3. De acuerdo al sistema estructural predominante.

3.1.Isostáticos.

3.2.Hiperestáticos.

Esto nunca será cierto en toda la estructura de un puente; a menos que se quisiera lograr

con mucho empeño, todos los elementos de un puente no podrán ser isostáticos; basta decir que un

tablero simplemente apoyado de un puente, está formado por un conjunto altamente hiperestático de

losa de calzada, vigas y diafragmas transversales (separadores), cuyo análisis estático es complicado de

realizar. Hoy en día, con la posibilidad de utilizar las computadoras las complicaciones se han

reducido notablemente.

Aun así, la clasificación es cierta si se hacen algunas consideraciones, por ejemplo:

Se denomina "Puente isostático" a aquel cuyos tableros son estáticamente independientes

uno de otro y, a su vez, independientes, desde el punto de vista de flexión, de los apoyos que lo

sostienen.

“Puente hiperestático" es aquel cuyos tableros son dependientes uno de otro desde el

punto de vista estático, pudiendo establecerse ó no una dependencia entre los tableros y sus apoyos.

Otra clasificación podría incluir:

Puentes en arco, en los cuales el elemento estructural predominante es el arco. A su vez, el

material de construcción utilizado, sería el concreto el acero, y podría ser isostático o hiperestático.

Puentes colgantes, cuyos elementos portantes primordiales son los cables, de los cuales cuelgan

las péndolas que, a su vez, soportan el tablero. Los puentes colgantes pueden ser total o parcialmente

suspendidos; estos últimos son los que tienen los tramos de acceso sin péndolas, o sea , el tablero de

los £ramos secundarios se soportan a si mismo, sin depender de los cables.

Puentes de vigas Gerber; - tienen tableros isostáticos apoyados - - sobre voladizos de otros

tramos también isostáticos o hiperestáticos.

4. Según su uso.

4.1.Peatonal: es cuando su uso se circunscribe al tráfico de peatones, exclusivamente.


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4.2.Carretero: es el más corriente. Se utiliza para el paso de una carretera sobre un cursó de agua o el

paso sobre otra vía, o a cierta altura sobre un valle.

4.3.Ferrocarrilero: para el paso del ferrocarril.

4.4.Compuestos.

4.5.Acueducto, para el soporte dé tuberías de agua, gas, petróleo etc.

5. De acuerdo al Sistema Constructivo empleado.

En general esta clasificación se refiere al tablero.

5.1.Vaciado en sitio, si la colada de concreto se hace sobre un encofrado dispuesto en el lugar definitivo.

5.2.Losa de concreto armado o postensado sobre vigas prefabricadas (de concreto armado o

precomprimido vigas inetálicas, etc.).

5.3.Tablero construido por voladizo sucesivos (por dovelas prefabricadas o vaciadas en sitio); puede

ser construido por adición sucesiva de elementos de acero, soldados 6 empernados.

5.4.Tableros atirantados (tipos de puente sobre el Lago de Maracaibo).

5.5.Tableros tipo arpa, con doble fila de soporte o una sola fila.

5.6.Tablero lanzado, en el cual el tablero se construye en uno de los extremos del vano a cubrir y se

lleva a su sitio deslizándolo sobre rodillos, suplementando el extremo delantero de la estructura

con un elemento estructural auxiliar, llamado "nariz de lanzamiento"; algunas veces se utilizan

apoyos auxiliares provisionales para facilitar el lanzamiento; otras veces se enlazan provisionalmentevarias estructuras isostáticas para realizar el lanzamiento:, después del cual se desacoplan para que

trabajen de forma isostática.

6. Según la ubicación de la calzada

6.1.De calzada superior es cuando la estructura portante tablero está ubicada íntegramente debajo de la

calzada

6.2.De calzada inferior son los tableros cuya estructura portante esta ubicada a los lados de la

calzada sobresaliendo de su superficie o que esté ubicada por encima de la misma.


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Hay casos de puentes que tienen estructura por encima de calzada en algunos sectores y por

debajo de ella, en otro (puente sobre la Bahía de Sydney, Puente Forth en Escocia, etc.

Los puentes de doble nivel de calzada constituyen u mezcla auténtica de los dos tipos de

calzada (Puente sobre Bahía de Oakland, Puente Brooklin, etc.).

7. Puentes en Esviaje.

Se dice que el tablero de un puente tiene esviaje, que está construido en esviaje, cuando la

forma en planta del tablero no es rectangular. Esto quiere decir que los apoyos del tablero forman un

ángulo distinto a 90 grados, con el eje longitudinal del tablero.

Consto que no se habla de relación geométrica de ejes calzada superior con vías inferiores, ya

que el caso de esviaje que se presentara por estas condiciones, podría resolverse con pilas

monocolumnas. Generalmente, los apoyos de un puente suele ubicarse paralelos a las vías inferiores

por razones simplicidad, de menor molestia a los usuarios de las calzadas que pasan debajo de los

tableros, o para facilitar el flujo del flujo de agua. Sin embargo el esviaje en el tablero, complica análisis

y diseño y su construcción.

Los tableros con planta curva también tienen las mismas dificultades, las cuales aumentan

mientras menor sea el radio de curvatura, mayor la longitud de los tramos.

8. Alcantarillas.

Son estructuras menores, aunque pueden llegar a ser obras de cierta importancia, de acuerdo a

circunstancias específicas.

Generalmente se utilizan como pasos a través de terraplene. por lo cual quedan enterradas,

detectándose su presencia por (cabezales que asoman en cada extremo por una cierta

prolongación de la misma alcantarilla).

Pueden ser de cuatro tipos:

8.1. Alcantarillas de cajón, formadas por dos pared laterales, tapa y fondo, generalmente de

sección constante y cartelas en las esquinas. Algunas veces no tienen relleno encima por lo cual

las cargas rodantes estarán en contacto con la lo. de tapa; otras veces tienen relleno encima, no

mayor de unos 8 mts A menor tamaño del cajón, el relleno puede ser mayor.


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8.2. Alcantarillas circulares. Son tubos enterrado, diámetros no menores de 90 cm, para facilitar

Sin limpieza;. tubos de diámetros grandes son muy costosos.

8.3. Bóvedas de concreto armado. Son estructuras que resisten grandes rellenos encima de su

techo. Casi siempre formadas por secciones de espesores variables y con geometría de

arcos circulares 6 parabólicos.

8.4. Alcantarillas metálicas, formadas por chapas acanaladas, de acero galvanizado, premoldeadas

para formar tubos de diámetro, previsto. Funcionan como estructuras elásticas ó flexibles, por lo

cual se adaptan a las presiones del relleno que soportan.

El relleno mínimo sobre las alcantarillas metálicas será de 60 cm. y pueden soportar el paso de

grandes cargas rodantes sobre la calzada.

9. Según el fundamento arquitectónico utilizado.

9.1.Colgantes.

9.1.1. Con armadura superior.

9.1.2. Con armadura Inferior.

9.2.Atirantado.

9.2.1. Forma de arpa.

9.2.2. Forma de abanico.

9.2.3. Forma de haz.

9.3.En arco.

9.3.1. Superior.

9.3.2. Inferior.

9.3.3. A nivel intermedio.

9.4.Móviles.

9.4.1. Giratorio.

9.4.2. Basculase.


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9.4.3. Levadizo.

9.5.Losa maciza.

9.5.1. Un tramo.

9.5.2. Varios tramos ( isostática e hiperestatica )

9.5.3. Articuladas o gerber.

9.6.Con vigas simplemente apoyadas.

9.6.1. Un tramo.

9.6.2. Varios tramos.

9.6.3. Articuladas o gerber.

9.6.4. Articuladas o gerber con pilas tipo consolas.

9.6.5. Losa apoyada en vigas cajón.

9.7.Pórticos.

9.7.1. Empotrados.

9.7.2. Trilátero biarticulado.

9.7.3. Con soportes inclinados.

9.7.4. De pórticos triangulados.

9.8.Armadura metálica.

9.8.1. Armadura y arriostramiento inferior.

9.8.2. Armadura y arriostramiento superior.

9.8.3. Tipo Bayley.

9.9.Compuestos.


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PUENTE DE PÓRTICOS

CAJÓN DE CONCRETO ARMADO

PUENTE CON ARMADURA METÁLICA Y ARRIOSTRAMIENTO INFERIOR

PUENTE CON ARMADURA METÁLICA Y ARRIOSTRAMIENTO SUPERIOR


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PUENTE CON ARMADURA METÁLICA INFERIOR TIPO BAYLEY

PUENTE CON ARMADURA METÁLICA SUPERIOR TIPO BAYLEY

DISPOSITIVOS PARA EL CONTROL DE TRANSITO.

Se entiende por volumen de transito cierta cantidad de vehículos de motor que transitan por un camino endeterminado tiempo y en el mismo sentido. Las unidades comúnmente empleadas son: vehículos por díao vehículos por hora. Se llama transito promedio diario (T.P.D.) al promedio de los volúmenes de transitoque circulan durante 24 horas en un cierto periodo. Normalmente este periodo es el de un año, a no ser


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de que se indique otra cosa. El T.P.D. es normalmente empleado en los estudios económicos, ya querepresenta la utilización de la vía y sirve para efectuar distribuciones de fondo, mas no se pueden emplearpara determinar las características geométricas del camino, pues no es un valor sensitivo a los cambiossignificantes de los volúmenes y no indica las variaciones de transito que pueden presentarse en lashoras, días y meses del año.

Los volúmenes horarios son los que resultan de dividir él numero de vehículos que pasan por undeterminado punto de un periodo, entre el valor de ese periodo en horas. Los volúmenes horariosmáximos son los que se emplean para proyectar los aspectos geométricos de los caminos y se les

denomina Volumen Directriz. Este Volumen Directriz usualmente equivale en USA. al 15% de T.P.D.como sé vera a continuación en México se usa el 12% del T.P.D.

CAPACIDAD DE UN CAMINO

El ingeniero necesita saber cual es la capacidad practica de trabajo de un camino tanto para los nuevosque va a construir y en los cuales pueden prever los volúmenes de transito que va a alojar, como para loscaminos viejos los cuales pueden llegar a la saturación y entonces requieren la construcción de otrocamino paralelo o el mejoramiento del anterior. La capacidad practica de trabajo de un camino es elvolumen máximo que alcanza antes de congestionarse o antes de perder la velocidad estipulada, como la

estructura del mismo, es necesario que dicho transito sea estimado de la mejor manera posible previendocualquier aumento.

La manera de conocer el tipo de transito en un camino ya construido no presenta dificultad alguna ya quese reduce de una serie de conteos horarios que indican el volumen de dicho transito y su tipo. No sucedelo mismo cuando apenas sé esta proyectando el camino. En este caso es necesario llevar a cabo estudiosgeográficos – físicos, socioeconómicos y políticos de la región para poder obtener datos con los cualesproyectar. Para el conteo de los vehículos el método mas empleado es el automático que consiste en untubo de hule cerrado en un extremo por una membrana.

El tubo se coloca transversalmente a la vía y al paso de cada eje de un vehículo sobre el tubo, se produceun impulso de aire sobre la membrana que establece un contacto eléctrico con un aparato que vasumando él numero de impulsos recibidos. Los contadores automáticos tienen la desventaja de que nopueden clasificarse los vehículos por tipo, cosa que si es factible cuando el conteo se hace manual, sinembargo el conteo manual es caro ya que se necesita alrededor de una persona por cada mil vehículospor hora en la vía, mientras que si se emplea un contador automático se facilita el trabajo.

El departamento de Caminos Federales de los Estados Unidos de América, indica que la capacidadpractica máxima total que puede alcanzar un camino de dos carriles es de 900 vehículos totales por horay por ambos carriles cuando dicho camino tiene condiciones ideales, es decir, dos carriles de 3.66 m cadauno, pendiente y alineamiento adecuado, etc.

La capacidad de una carretera se mide generalmente en vehículos por hora y por carril, o bien envehículos por hora por ambos carriles, en caso de caminos de dos carriles.

La capacidad teórica de un camino ha sido determinado tomando en cuenta velocidades con promedioentre 70 y 80 kilómetros por hora y separaciones entre vehículos de aproximadamente 30 metros.

Como resultado de los anterior, se ha obtenido una cifra cercana a los dos mil vehículos por hora;aplicando la formula:

Q = 1000 V / S

En la que V es la velocidad media de los vehículos en ese momento y S el intervalo medio entre ellos.

3. DRENAJE DE LA PLATAFORMA Y MARGENES. CRITERIOS DE PROYECTO

3.1 CONDICIONES GENERALES

3.1.1. Factores a considerar


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El drenaje superficial deberá proyectarse como una red o conjunto de redes que recoja laescorrentía superficial -y, en algunos casos, las aguas subterráneas- procedentes de laplataforma de la carretera y de los márgenes que viertan hacia ella, y las conduzca a undesagüe. Además del coste, deberán tenerse en cuenta factores:

• Topográficos: altitud, posición de la explanación respecto al terreno contiguo,espacio disponible, origen y posible punto de desagüe de cada red, situación de obras dedrenaje transversal o de paso previstas o necesarias, transiciones de peralte, presencia demediana, puntos altos y bajos.

• Climatológicos: régimen seco con chubascos, régimen de lluvias continuas.• Hidrológicos: presencia, nivel y caudal de aguas subterráneas, aportación y

desagüe de aguas superficiales, escorrentía.• Geotécnicos: naturaleza y condiciones de los suelos, posibilidad de corrimientos y

erosión, permeabilidad.

Se procurará definir tramos homogéneos, en relación con estos factores, a los que sepueda dotar de redes de drenaje superficial del mismo tipo.

Se prestará especial atención a la posibilidad de modificar el trazado donde la inclinaciónde la línea de máxima pendiente de la plataforma resulte muy baja y a las repercusiones dealgunos elementos del drenaje superficial -tales como las cunetas de guarda y las balsas

laminadoras de crecidas- en las necesidades de ocupación de terrenos.

Se recomienda elegir soluciones que, además de eficientes, sean sencillas, robustas y defácil mantenimiento.

Donde se considere aconsejable (por ejemplo, donde se dispongan balsas laminadorasde crecida) deberá comprobarse que el drenaje superficial de la plataforma y sus márgenesfunciona satisfactoriamente también en régimen transitorio.

3.1.2. Punto de desagüe

A fin de disminuir todo lo posible los caudales a evacuar, se desaguará la red de drenajesuperficial siempre que sea posible, excepto en zonas muy sensibles a la contaminación dondeconvenga evitar todo vertido de aguas pluviales:

• En zona urbana, donde exista una red de alcantarillado y el uso del sueloconduzca a mayores coeficientes de escorrentía, será generalmente preciso recurrir asumideros –a menudo mixtos en presencia de aceras- y colectores que desagüen alalcantarillado, cuya capacidad ante estas aportaciones deberá comprobarse. El aguaprocedente del drenaje superficial deberá llevarse separada de las aguas negras, salvo queel alcantarillado sea unitario y esté provisto de sifones.

• En zona periurbana, donde no se disponga de un sistema generalizado dealcantarillado -aunque haya un cierto uso urbano del suelo- no se podrá desaguar a caucesnaturales sin antes comprobar su capacidad ante la aportación del drenaje superficial y, en

su caso, prever las medidas a adoptar, acondicionamiento del cauce, colectores, balsaslaminadoras de crecidas, etc.

• Fuera de poblado, el desagüe del drenaje superficial deberá hacerse, en general,a dónde y como iría normalmente el agua de no existir la carretera, o a cauces naturales oartificiales, dotados de las protecciones necesarias para evitar erosiones o sedimentacionesperjudiciales, disponiendo si es preciso dispositivos de disipación de energía, especialmentedonde se vierta en régimen rápido o sea preciso desviar un cauce. En particular, las aguasprocedentes de desmontes no deberán verterse por los terraplenes contiguos sin disponerlas cunetas o protecciones necesarias.

Donde sea preciso desaguar por infiltración a un terreno permeable se distribuirá elcaudal de forma que la velocidad sea reducida, para facilitar aquélla.

MÉTODO DE ANÁLISIS PARA LA DETERMINACIÓN DE ZONAS VITALES

El método de planeación adoptado para cada una de las subzonas, combina un subprocedimientoanalítico con otro grafico. El primero, un estudio socioeconómico, tuvo como finalidad descubrir y valorar


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las características de población, el grado de aprovechamiento de los recursos naturales, el rendimientoobtenido de las diferentes actividades productivas y los niveles de consumo; en resumen, la investigacióna tenido por objeto mediante la comparación de ciertos coeficientes, encontrar las categorías de cadazona, según la mayor o menor actividad humana que realicen, para después asignarles prioridades en laconstrucción de caminos.

En cuanto a población se refiere, fue necesario conocer sus tendencias generales de crecimiento, sudistribución en núcleos urbanos, suburbanos o rurales, su estructura ocupacional y su repartición sobre lasuperficie considerada; el cuadro total así obtenido se completo tratando los aspectos sanitarios –

asistenciales, mortalidad por enfermedades endémicas, alfabetización, educación y característicashabitacionales.

El análisis económico por otra parte, comprendió los factores principales de la producción, la distribución yel consumo, a saber:

AGRICULTURA.- Monto de la producción; rendimiento de cada cultivo por hectárea y por trabajadoragrícola; índice de productividad o eficiencia de la tierra; irrigación; problemas edafológicos; superficiecosechada y superficie susceptible de abrirse al cultivo; mercado interno y externo de productos agrícolas;tendencia de la tierra; problemas, deficiencias y posibilidades.

GANADERÍA.- Valor de la producción; tipo de explotación pecuaria, calidad y cantidad de los ganados;abundancia, escasez y clase de pastos; posibilidades para formar una industria ganadera integral; tamañode la propiedad; el mercado de carne; rendimientos obtenidos y productividad del ganado; problemas yperspectivas.

SILVICULTURA.- Valor de la producción forestal; especies explotadas; aprovechamiento eficiente de losbosques; mercados y medios de transporte; posibilidades de la industria de la transformación;conveniencia y rendimiento de la explotación actual; problemas y perspectivas.

PESCA.- Valor de la producción; calculo de los recursos marinos; rendimientos actuales en función de losprocedimientos aplicados; perspectivas para la industrialización de los productos pesqueros; problemas y

posibilidades.

MINERÍA.- Valor de la producción; principales minerales objeto de explotación; el problema de susmercados; yacimientos minerales; transportes, posibilidades de establecer empresas que transformenciertos minerales en manufacturas metálicas; problemas y perspectivas

INDUSTRIA DE LA TRANSFORMACIÓN.- Valor de producción; industrias existentes; facilidades parauna conveniente localización; eficiencia y rendimiento de las industrias establecidas; mercado ytransportes; problemas y perspectivas.

ACTIVIDADES COMERCIALES.- Estado actual y posibilidades de desenvolvimiento.

CRÉDITO Y HACIENDA.- Difusiones y alcances; crédito de las diversas ramas de la producción, créditorefaccionario agrícola y ganadero; crédito de habilitación y avio; el seguro agrícola; recursos de lahacienda municipal; impuestos; posibilidades y perspectivas.

COMUNICACIONES Y TRANSPORTES.- Estado actual; numero de vehículos; líneas establecidas;posibilidades y perspectivas. Posible transito inducido y generado.

El procedimiento analítico hasta aquí descrito se complementa con el sistema grafico, que se llevo a caboal mismo tiempo y utilizando los mismos datos estadísticos; este ultimo consiste en plasmar y localizarsobre mapas geograficos regionales, la realidad economica y social.

El transito inducido se obtiene del análisis de origen y destino de caminos existentes, y el generado seobtiene del desarrollo probable de la región al hacerse la vía.

ZONAS VITALES.- Considerando en conjunto todos los factores hasta aquí someramente expuestos, quese reducen al análisis de la población, recursos, producción y consumo, se llega al conocimiento de zonasvitales, como aquellas que soportan una gran actividad humana y económica.


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LA MECÁNICA DE SUELOS Y LAS CIMENTACIONES

EN LAS CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES

Introducción

En estos apuntes se trata el suelo y el terreno como un elemento básico que participa

de las construcciones en general, y que desarrollaremos especialmente aplicado a las


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Construcciones Industriales.

El suelo o terreno desde la selección de la implantación de la Industria hasta como

soporte del Edificio industrial juega un papel determinante, bien como elemento

estructural-soporte de lo que se le coloca encima, bien como material aprovechable para

terraplenes y/o rellenos, bien incluso como material de construcción en diques, presas u otras

obras de tierras comunes en nuestras Obras Industriales.

Luego es menester analizar el suelo, según el uso y/o empleo que del mismo

hagamos en nuestra Obra.

A) Como lugar de Implantación de la Industria

El análisis de las características del suelo y/o terreno como lugar de

implantación de un Complejos Industrial lo desarrollamos en la UD4 de estas

Notas de Clases, y tiene como vertientes principales las topográficas,

edafológicas, geológicas e hidrogeológicas.

B) Como elemento soporte de las cimentaciones

El análisis de las particularidades del suelo o terreno como elemento soporte de

las diferentes tipos de cimentaciones de las Obras Industriales, es un estudio

particularizado de su estructura y componentes físico-químicos y el

comportamiento de estos ante las cimentaciones superficiales, profundas, con

cargas estáticas o dinámicas aplicadas sobre el mismo.

C) Como elemento estructural

En toda obra de tierras y en especial en las de carácter industrial se realizan

rellenos (terraplenes o pedraplenes); se hacen obras de sostenimiento o

contención; se realizan excavaciones superficiales y subterráneas; se crean

infraestructuras para las obras viales, propias o inducidas de la industria y en todas

ellas el suelo o terreno juega un papel como elemento estructural.

D) Como producto

Es una manera de ver el suelo o terreno como material de


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construcción. De las Canteras de Prestamos o de las Canteras de Grava o

Piedras nos abastecemos de los materiales fundamentales para nuestras

Obras. Minas a cielo abiertas o subterráneas nos proporcionan de estos

importantes componentes de la construcción industrial.

E) Como Acuífero

El suelo o terreno, es nuestra gran reserva de agua y en muchas

ocasiones le mantenemos como grandes reservas acuíferas subterráneas o

superficiales.

De todo ello se desprende que el suelo o terreno, no es sólo un elemento portante o

de soporte de las construcciones sino que participa y aporta innumerables elementos

aprovechables.

En este Capítulo, nos encargaremos fundamentalmente del suelo o terreno como

elemento portante de las cimentaciones de las Construcciones Industriales.

CONSTRUCCIONES INDUSTRIALES


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LA MECANICA DE SUELOS Y LAS CIMENTACIONES

EL SUELO COMO ELEMENTO PORTANTE DE LAS CIMENTACIONES

Las cargas que transmite la cimentación a las capas del terreno causan tensiones y por tanto, deformaciones en la capa del terreno soporte. Como en todos los materiales, ladeformación depende de la tensión y de las propiedades del terreno soporte. Estas

deformaciones tienen lugar siempre y su suma produce asientos de las superficies decontacto entre la cimentación y el terreno.

La conducta del terreno bajo tensión está afectada por su densidad y por lasproporciones relativas de agua y aire que llenan sus huecos. Estas propiedades varían con eltiempo y dependen en cierto modo de otros muchos factores.

* Variación del volumen de huecos como consecuencia de la compactación del terreno.

* Variación del volumen de huecos como consecuencia del dezplazamiento de las partículas.

* Variación del volumen de huecos como consecuencia de la deformación de las partículas del terreno.

Los cimientos constituyen lossubsistemas de cualquier edificación quetransmiten directamente las cargas de estahacia el suelo o terreno; su función esdistribuir las cargas del edificio,dispersándolas en el suelo adyacente, demodo que éste y los materiales que lossostienen tengan suficiente fuerza y rigidez

para soportar las sin sufrir deformacionesexcesivas.

Debido a las interacciones de suelos y cimientos, las características de los suelo o terrenos sobre los que se construyeinfluyen de modo determinante en laselección del tipo y tamaño de loscimientos usados; estos últimos a su vez, afectan significativamente el diseño de la superestructura, el tiempo de construcción del edificio y, en consecuencia, los costos de la obra.

Por tanto, para lograr una edificación segura y económica es fundamental disponer

de cierto conocimiento de la mecánica de suelos y del diseño de cimentaciones.



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El estudio de los suelos, sus propiedades, y comportamiento, desde el punto de vista

de la ingeniería civil, es el campo de la Mecánica de Suelos. En el presente capítulo se

estudia la aplicación de la mecánica de suelo al diseño y la construcción de cimentaciones para

edificaciones industriales.

Propiedades Físicas de los suelos o terrenos

Los geólogos definen los suelos o terrenos como rocas alteradas, mientras que los

ingenieros pr efieren definirlos como el material que sostiene o carga el edificio por su base.

tipos:

Los materiales que están presentes en los suelos naturales se clasifican en cuatro

- arenas y grava,

- limos,

- arcillas

- materia orgánica.

Las arenas y grava son materiales

granulares no plásticos.

Las arcillas, se componen de partículas mucho más pequeñas, exhiben propiedades de

plasticidad y son muy cohesivas.

Los limos son materiales intermedios en el tamaño de sus partículas y se comportan,

de modo típico, como materiales granulares, aunque pueden ser algo plásticos. La

materia orgánica consta principalmente de desechos vegetales.

El origen de las capas de suelo o terreno (edafológicas) y la forma como se

depositan, arroja mucha luz sobre su naturaleza y variabilidad en el campo.

Los suelos son de dos orígenes: residual y sedimentario.

Los suelos residuales se forman in situ por la intemperización química de las rocas y,

puesto que jamás han sido perturbados físicamente, conservan las características geológicas

menores del material rocoso de origen. (En el campo, la transición de roca a suelo suele ser

gradual.)



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Los suelos sedimentarios son transportados y depositados por la acción de ríos,

mares, glaciares y vientos. En general, el mecanismo de sedimentación regula la

granulometría (tamaño de las partículas), sus variaciones, y la estratigrafía y uniformidad de

las capas edafológicas.

Para la completa identificación de un suelo o terreno el ingeniero necesita saber lo

siguiente:

- tamaño - granulometría - forma - orientación - composición química de las partículas - las fracciones coloidales y sedimentables que contiene.

No obstante, las propiedades físicas del suelo pueden hacerse variar

considerablemente mediante la incorporación de pequeñas cantidades de sustancias

químicas la aplicación de métodos electroquímicos.

Cuando las propiedades superficiales de las partículas son importantes, las formas deéstas adquieren por lo menos la misma importancia que la granulometría. En condiciones

normales, una característica significativa es la ubicación relativa de las partículas dentro del suelo, lo que determina la resistencia a los desplazamientos internos y constituye, por lo menos, una medida cualitativa de las fuerzas de resistencia a las fuerzas cortantes y a la compresión.

Se han realizado muchos intentos de clasificación de los suelo o terrenos con base enpropiedades comunes e identificables. Sin embargo, conforme se ha ido acumulandoinformación acerca de las propiedades de los suelos, los sistemas de clasificación se han

tornado cada vez más elaborados y complejos.

Una de las principales dificultades consiste en que se quieren utilizar las mismasclasificaciones para distintos usos; por ejemplo, un sistema utilizable para el diseño de

carreteras ya no es tan útil cuando el problema se relaciona básicamente con el diseño decimentaciones para edificios industriales.

Estados de la materia que afectan el comportamiento de los suelos



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Humedad del suelo

El agua suele estar presente en los suelos o terrenos en forma de una delgada capa

absorbida a la superficie de las partículas o como líquido libre entre éstas.

Si el contenido de

agua de un suelo está l

principalmente en forma de

capa, o humedad absorbida,

entonces no se comporta

como líquido. Todos los

sólidos tienden a absorber o 1

condensar en su superficie

cualquier líquido (y gas) que

entra en contacto con ellos.

POROS Va

Vh

AGUA Vw

V

SÓLIDO Vs

Vs - es más constante que V El tipo de ión, o de elemento metálico, presente en la composición química de un sólido,

influye considerablemente en la cantidad de agua que éste pueda absorber. Por tanto, los

procedimientos de intercambio iónico para la estabilización de los suelos y el control de la

percolación forman parte importante de la mecánica de suelo.

Las capas delgadas de agua son más fuertes que el agua de poros. En 1920, Terzaghi

estableció que las películas de agua de menos de 5.04 x 10 -5 mm de espesor se comportancomo semi-sólidos; no hierven ni se congelan a temperaturas normales.

En consecuencia con lo anterior, los suelos o terrenos saturados se congelan con más

facilidad que los suelos anegados, y los cristales de hielo cr ecen al tomar humedad libre de

los poros. Luego un deshielo repentino libera grandes cantidades de agua, lo que suele tener

drásticos resultados. Cuando los líquidos se evaporan, lo primero que hacen es formar capas, por

lo que se requiere un considerable aumento térmico para efectuar el cambio de estado entre la

película líquida y el vapor. Por consiguiente, el efecto de temperatura sobre

el estado físico del suelo se explica en términos de la reducción del espesor de las capas de líquido

al elevarse dicha temperatura.

La presencia de humedad en el suelo o terreno es fundamental para controlar la



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PROPIEDADES DEL SUELO IMPORTANTES EN INGENIERÍA

Las propiedades edafológicas normalmente muy importantes son las que se exponen

a continuación.

Densidad:

La cantidad de materia sólida presente por unidad de volumen recibe el nombre de

densidad en seco del material. En el caso de los suelos granulares y orgánico-fibrosos, la

densidad en seco es el factor más importante desde el punto de vista de sus propiedades

ingenieriles. Una de esas propiedades es el estado o grado de compactación, que se expresa

generalmente en términos de densidad relativa, o razón (como porcentaje) de la diferencia entre

la densidad del suelo natural en seco y su densidad en seco mínima, dividida entre la diferencia

que hay en sus densidades máxima y mínima en seco.

Sin embargo, durante la construcción de rellenos ingenieriles, el grado de

compactación suele especificarse como el cociente de densidad real en seco, in situ,

dividida entre la densidad máxima en seco, determinada con una prueba de laboratorio

diseñada para el cálculo de la relación humedad-densidad (ASTM Dl557 o D698).

Fricción Interna:

La fricción pura de Coulomb equivale a la simple resistencia a la fuerza cortante en

la teoría de la elasticidad. La fricción interna suele expresarse geométricamente como el ángulo

de fricción interna ö (phi), donde tan ö = f , el coeficiente de fricción. Entonces la componente friccional de la resistencia a la cortante, Tmax de una masa de suelo, equivale a

N tan ö , donde N es la fuerza perpendicular que actúa sobre dicha masa.

Los valores de Ö (phi) van desde unos 28 en el caso de arenas sueltas y limos no

plásticos, hasta unos 48 en el de arenas sueltas y gravillas. El valor aumenta junto con la

densidad, la angularidad y la granulometría de las partículas; disminuye cuando el suelo

contiene mica; es relativamente indiferente a la velocidad de carga y el tamaño de las

partículas; y puede aumentar o disminuir bajo cargas repetitivas o cíclicas.

Muchos ingenieros utilizan el valor de Tmax como equivalente de la resistencia total a

la fuerza cortante (suposición que también se hace en casi todas las ecuaciones para el cálculo

de la presión en suelo o terrenos).

Cohesión:



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Es la máxima resistencia del suelo a la tensión. Resulta de la compleja interacción

de muchos factores, como la adherencia coloidal de la superficie de las partículas, la

tensión capilar de las películas de agua, la atracción electrostática de las superficies

cargadas, las condiciones de drenaje y el historial de esfuerzos. Sólo existe verdaderamente

cohesión en el caso de arcillas que tienen contacto de canto con cara entre sus partículas. Los suelo o terrenos no plásticos de grano fino pueden exhibir una cohesión aparente cuando

están en condiciones de saturación parcial.

El valor de cohesión que se utiliza al diseñar depende directamente de las

condiciones de drenaje bajo la carga impuesta, así como del método de prueba que se

emplee para calcularlo, por lo que todo se debe evaluar cuidadosamente.

Compresibilidad:

Esta propiedad define las características de esfuerzo-deformación del suelo. La

aplicación de esfuerzos agregados a una masa de suelo origina cambios de volumen y

desplazamientos.

Estos desplazamientos, cuando ocurren a nivel de la cimentación, provocan

asentamientos en ella. La limitación de los asentamientos a ciertos valores permisibles suele

regir el diseño de las cimentaciones, sobre todo cuando los suelo o terrenos son granulares.

En el caso de los suelos granulares, la compresibilidad se expresa en términos del

módulo de Young E, el cual suele considerarse equivalente al módulo secante de la curva deesfuerzo-deformación, obtenida por medio de una prueba triaxial estándar. El módulo

disminuye al aumentar el esfuerzo axial, pero se incrementa al elevar la presión de

confinamiento y al someter la muestra a cargas repetitivas.

La comprensibilidad de las arcillas saturadas se expresa como el índice de

compresión Cc, junto con una evaluación de la máxima presión a la que hayan sido

sometidos antes.

Ambos valores se calculan por medio de pruebas de laboratorios unidimensionalesestándar de consolidación (ASTM D2435). Cc, representa el cambio en la proporción de vacíos

por ciclo logarítmico de esfuerzo y es una función del historial de esfuerzos del terreno. Para

fines prácticos, es necesario saber el valor dentro de los límites específicos de esfuerzos que se

desea manejar.



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Permeabilidad:

Es la capacidad de una masa de suelo o terreno de permitir el flujo de líquidos a

través de un gradiente hidráulico. En el diseño de cimentaciones, por lo general lo único que

es necesario saber es la permeabilidad en condiciones de saturación. Las

permeabilidades de casi todos los tipos de suelo son muy variables y dependen en granmedida de variaciones relativamente pequeñas de la masa edafológica.

Puesto que generalmente depende del tamaño y la continuidad del espacio poroso del

suelo y, en consecuencia, del tamaño de las partículas de éste, la permeabilidad es

típicamente una propiedad anisotrópica cuyo valor es más alto en la dirección horizontal que en

la vertical.

Los valores de permeabilidad de

las distintas clasificaciones del suelo o

terreno varían por un factor de más de

10 millones, lo que se ha constatado

directamente por medio de pruebas de

permeabilidad en el campo o en el

laboratorio, e indirectamente por

pruebas de consolidación y análisis del

tamaño de las partículas. Las mejores

cuantificaciones se obtienen con pruebas de bombeo en pozos a cielo abierto en el campo.

Otras propiedades:

Existen algunas otras propiedades menores de los suelo o terrenos que, en ciertos casos,

adquieren relevancia.

Por ejemplo, el contenido de materia orgánica del suelo puede afectar la fijeza de

cualquiera de las propiedades inducidas por tratamiento. Así los suelos muy ricos en

materia vegetal descompuesta, que contienen ácidos tánicos, no son adecuados para la

estabilización con cemento.

A modo de ejemplo, los suelo o terrenos con un alto contenido de polvo de caliza se debilitan

con el flujo de agua a través del suelo o se desintegran con la percolación de aguas

de albañal o algunos otros líquidos residuales.



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IDENTIFICACIÓN, MUESTREO Y EVALUACIÓN DE SUELOS

Para facilitar la aplicación de la experiencia previa al estudio de las condiciones

nuevas del suelo, es necesario disponer de un sistema estándar de identif icación de suelos o

terrenos. Con ese fin, la clasificación de estos se basa generalmente en propiedades físicas que

se evalúan según procedimientos normalizados. Las pruebas de evaluación de laspropiedades de los suelos o de sus reacciones ante cargas constan de procedimientos de

laboratorio y campo.

Identificación de suelos

Las investigaciones de campo para la identificación de suelo o terrenos se pueden

hacer por medio de levantamientos superficiales, estudios aéreos o análisis exploratorios

geofísicos o superficiales. El conocimiento completo de la estructura geológica de un área

permite hacer una identificación definida a partir de la inspección superficial. Junto con una

clasificación mineralógica de las capas más externas, la inspección permite cuando menos

identificar la estructura de ciertos suelos. Sin embargo, no basta para conocer el

comportamiento del suelo, a menos que se hayan encontrado previamente condiciones

idénticas.

En casi todos los países existen mapas

geológicos y/o agronómicos del suelo o terreno, junto con

informes detallados, que son bastante útiles para este

fin.

En Estados Unidos, por ejemplo, dichos

mapas son publicados por el U.S. Departament of

Agriculture, U.S. Geological Survey y sus

correspondientes oficinas estatales. En España los

edita el Instituto Geográfico Nacional, Instituto

Geológico y Minero, y el Ministerio de Agricultura. Los levantamientos viejos tienen gran valor para la

localización de las líneas originales de playas y arroyos, así como para conocer

la existencia de cambios superficiales.

Para grandes Obras, se precisa o detallan los mapas existentes y/o en dependencia de la magnitud de la Obra se confeccionan específicamente para ella. En el Anexo... se muestra

un ejemplo del editado por el M.O.P.T. para la construcción de la línea del AVE

en el tramo Getafe-Córdoba.

Es necesaria una inspección completa del sitio de obra a fin de complementar los



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datos obtenidos a partir de mapas y levantamientos, y en la mayor parte de los casos

ayudará también a aclar ar las cuestiones de uniformidad. Además, la inspección de las

estructuras vecinas servirá para destacar algunas de las posibles dificultades.

La inspección aerofotogramétrica se ha desarrollado hasta el punto en que es factible

hacer una rápida evaluación de los suelos, a muy bajo costo en grandes áreas.

Los datos que se obtienen mediante fotografías aéreas estereoscópicas, obtenidas de

vuelos propios y/o de satélites, correlacionadas con patrones normalizados, permiten

identificar los tipos de suelos o terrenos en base a su color, textura, características de

drenaje y cubierta vegetal.

Clasificación de los suelos:

El sistema de clasificación de suelos más aceptado es la Unifield Soil Classification (Clasificación Unificada de Suelos) que se presenta en la Tabla... En ella se encuentrancriterios definidos para la nomenclatura de los suelos y una lista en la que éstos se agrupandentro de divisiones fijas conforme al tamaño de sus partículas y a los resultados de prueba de laboratorio acerca de sus características físicas.

Exploración Sub-superficial

Esta es la fase de campo del análisis de suelos o terrenos y del diseño de sub-estructuras, por lo que es muy importante.

La obtención de información inadecuada, imprecisa o errónea en esta fase del

tr abajo es la causa más común de que se produzcan diseños excesivamente costosos de

excavación y cimentación, que además quedan expuestos a fallas. Por tanto, la palabra clave

es: exploración. La finalidad de este trabajo es esclarecer, mediante técnicas exploratorias,

la naturaleza de las condiciones sub-superficiales del sitio de obra correspondiente y su

impacto sobre el diseño. Por consiguiente, el trabajo se debe planificar y ejecutar de modo que

revele la naturaleza de los suelos, y no se debe realizar como un simple procedimiento rutinario.

Así el tipo y magnitud de las técnicas de exploración, de las pruebas in situ y de

los métodos de muestreo se deben elegir con base en las incógnitas asociadas al terreno, los

peligros geológicos que cabe esperar razonablemente, la carga que va a imponer la

estructura por construir y el grado de asentamientos que puede tolerar la edificación ya

terminada.

La intensidad y metodología del trabajo exploratorio varían mucho (no existe ningún método estándar aplicable a todos los casos, y no conviene imponerlo).

En zonas bastante urbanizadas, donde las condiciones superficiales y características



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ingenieriles del terreno ya se conocen bastante bien gracias a trabajos previamente realizados en otras estructuras, una investigación apropiada podría consistir en hacer untrabajo pequeño de confirmación de datos, incluso cuando la estructura en un proceso dediseño sea una edificación grande.

Por el contrario, cuando se va a implantar una estructura ligera en una región

aislada, con malas condiciones sub-superficiales, conviene realizar una investigación

exhaustiva. Algunos reglamentos de construcción exigen programa de exploración del suelo; sin

embargo, no se debe olvidar que sólo se trata de los criterios mínimos. Por tanto, el pliego

literal a dichas exigencias no constituyen una práctica ingenieril prudente. La mejor norma es: el

ingeniero de cimentación debe estar razonablemente seguro de que no quedan incógnitas de

importancia respecto al terreno, y debe conocer cuáles son las características más determinantes

de los materiales del subsuelo.

Conforme a esta filosofía profesional general, a

menudo es recomendable hacer investigacionessubsuperficiales en dos o más fases, cada una de las cuales

aportan un número mayor de detalles. Se puede

comenzar por unos cuantos barrenos o algún otro tipo de

exploración en la que se manejen inter -espacios grandes. A

partir de estas técnicas se pueden establecer la

estratigrafía y propiedades generales del suelo o terreno.

Luego se planifica una segunda fase, cuya finalidad es llenar

los huecos que dejó la primera, confirmar la uniformidad

o predecibilidad del terreno y delinear y definir cualquier

anomalía. En una tercera fase de detalle sólo se acabará de

definir las anomalías o se realizaran las pruebas especiales

impuestas por los problemas

específicos de la edificación que se está diseñando.

Técnicas de detección remotas

Estos métodos aportan pruebas indirectas de la naturaleza de los minerales del

subsuelo. No indican de modo directo las propiedades ingenieriles del terreno, pero sí

permiten conocer las profundidades de los estratos en muchos casos, así como hacerevaluaciones cualitativas de los materiales.



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Las inspecciones aéreas son

muy apropiadas cuando es necesario

explorar grandes extensiones. Ver

Tabla... Clasificación Unificada de

Suelos, incluyendo datos de

identificación y descripciones. El

análisis de fotografías aéreas

estereoscópicas ordinarias, fotografías

infrarrojas térmicas y de colores

falsos, fotografías multiespectrales de

satélite o imágenes de radar aéreo de

soslayo puede revelar la topografía y

drenaje superficial de los terrenos, las

características lineales que reflejan la

estructura geológicas de éstos, su tipo

de suelo superficial y, a menudo, el

tipo de roca subyacente.

Estas técnicas son particularmente útiles para localizar sumideros rellenos en

regiones de tipo karst, donde estos pueden estar muy próximos entre sí.

La exploración geofísica aporta gran información muy rápidamente y es muy

económica como manera de complementar los datos obtenidos mediante barrenos o

perforaciones exploratorias. Las técnicas geofísicas incluyen reflexión y refracción sísmica,

pruebas sísmicas de tiro y galería, resistividad eléctrica, cuantificaciones microgravimétr icas

y elaboración de perfiles acústicos del subsuelo.

La exploración sísmica de los subsuelos es resultado secundario de las prácticas

estandarizadas de exploración petrolera para la detección de discontinuidades en la

estructura del suelo. Los principios que entran en juego son las conocidas características de

transmisión, reflexión y refracción de las ondas sonoras al pasar a través de materiales con

distintas densidades. El método consiste en registrar el tiempo que tardan las ondas sonoras

inducidas por explosiones o golpes de martillo en llegar a diversos puntos del terreno.



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En una técnica parecida, se utiliza la variación en

la conductividad eléctrica de las diversas densidades del suelo

y de las discontinuidades de contacto de las capas. Para el

método microgravimétrico se utilizan

pequeñísimas variaciones en el campo de gravedad, lo que permite ubicar huecos subsuperficiales o cambios en el tipo de

roca. La elaboración de perfiles del subsuelo se emplean en

estudios marinos para obtener un registro continuo, a partir

de la reflexión sísmica, de los contactos

estratigráficos del subsuelo marino.

En muchos casos, los métodos geofísicos permiten obtener un buen cuadro de propiedades del suelo o terreno, profundidad de las capas y profundidad hasta la rocasubyacente. Sin embargo, no cabe esperar que produzcan más que un cuadro promedio o

estadísticos de las condiciones, o que permitan más que una identificación aproximada de los tipos de suelos. No obstante la información que se obtiene de ellos es una guía excelente para programar una investigación exploratoria completa y puede ser inapreciable para deducir la información correspondiente al terreno ubicado entre barrenos muy distantes entre sí.

Exploración in situ y técnicas de prueba

Existe una amplia variedad de técnicas para la investigación in situ de lascondiciones subsuperficiales del suelo.

Algunos de esos métodos se han estandarizado y muchos de ellos se utilizan en todo el mundo.

a) Pozos y zanjas de prueba a cielo abierto

Estos métodos permiten hacer una observación visual directa yposibilitan la toma manual de muestras del suelo, aunque estánlimitados a profundidades prácticas de 3 ó 4 m. Las zanjas son útiles para ubicar los puntos de contacto con estratos que se profundizanagudamente.

Los pozos de prueba son un medio rápido y económico de obtener información delsubsuelo, pero no se deben utilizar por separado, a menos que se conozcan los materiales que

hay por debajo del pozo o cuando esta información no tiene importancia. Los suelos

descubiertos con los pozos o zanjas a cielo abierto se muestrean fácilmente clavando a mano

tubos de pared delgada en el fondo o los taludes de la excavación.



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b) Sondas

Se trata de sondas taladradas o clavadas, sin toma de muestras, cuya finalidad es

localizar la roca madre y obtener cortes destinados a la identificación del suelo o terreno. Las

sondas clavadas permiten evaluar adecuadamente las propiedades del suelo. Las sondas para la

localización de la roca madre también aportan información sobre la solidez relativa de ésta, lo que se mide a partir de la velocidad de penetración de la barrena cuando ésta es

sometida a una presión descendente constante.

c) Perforaciones

El método tradicional de exploración del subsuelo consiste en perfor ar (taladrar) y

examinar agujeros y el material que de ellos se extrae. Sin embargo muchos de los

problemas de

construcción

de

cimientos,

que

a menudo

son

muy

costosos,

resultan

del

uso

de métodos inapropiado de muestreo por horadación o de una confianza excesiva en la

extrapolación de los resultados. En consecuencia, para la planificación y ejecución de las

exploraciones del suelo o terreno mediante perforaciones se debe recurrir a una evaluación

ingenieril experta.

Sólo cabe esperar que una perforación permita conocer a ciencia cierta las

condiciones que prevalecen en el sitio en que ésta se práctica. En consecuencia, la

información así obtenida puede ser representativa o no de las condiciones que prevalecen entre

una perforación y otra. Por tanto el número y ubicación de las horadaciones requieren una buena

experiencia y juiciosa evaluación.

En muchos reglamentos municipales y estatales de construcción se especifican un

número mínimo de perforaciones para cada tamaño de terreno. La información así

obtenida, sin embargo, puede ser insuficiente para el diseño y la construcción de los

cimientos. Muy a menudo, después de haber realizado las perforaciones que exigen los

reglamentos, se retira del sitio el equipo de perforación; luego, durante la excavación o

construcción de los cimientos, se descubren capas de discontinuidad en el sitio.

Cuando ya se está en esa fase de la construcción, el costo de nuevas perforaciones es muy

elevado; no obstante, es necesario hacerlas.

Sin excepción, el costo de esta exploración representa apenas una pequeña parte del

desperdicio que representaría, de otro modo, el sobrerefuerzo de la cimentación para

compensar la falta de información, o las revisiones de corrección que serían necesarias

durante la construcción de los cimientos de la industria.



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La estrategia más usual para realizar las perforaciones complementarias es elegir el

punto intermedio de la distancia entre las perforaciones previas que arrojan resultados

diferentes. Luego si la nueva perforación

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