Correlación entre los resultados obtenidos del ensayo de CBR de campo y el ensayo de resistencia a la penetración estándar SPT en condiciones normales, en suelos cohesivos localidad de Suba Ciudad de Bogotá D C

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(1)CORRELACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DEL ENSAYO DE CBR DE CAMPO Y EL ENSAYO DE RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN ESTANDAR SPT EN CONDICIONES NORMALES, EN SUELOS COHESIVOS LOCALIDAD DE SUBA CIUDAD DE BOGOTÀ D.C.. JAIRO SADOC PUENTES MORALES, CÓDIGO: 20091279028. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERIA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2018. 2.

(2) JAIRO SADOC PUENTES MORALES, CÓDIGO: 20041279009. Trabajo presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil.. Director: Ingeniero Civil Hernando Villota Posso. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERIA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2018. 2.

(3) Nota de aceptación. El Director después de revisar y hacer un análisis aprueba. ----------------------------------------------------------. -----------------------------------------------------------. -----------------------------------------------------------. -----------------------------------------------------------. -----------------------------------------------------------. ----------------------------------------------------------JURADO. ----------------------------------------------------------JURADO. BOGOTÁ, AGOSTO 2018. 3.

(4) AGRADECIMIENTOS. Expreso mis agradecimientos a:. Primero que todo a Dios todopoderoso por haberme bendecido e iluminado y regalado el gusto, capacidad y fortaleza de estudiar como proyecto de vida. A mi abuela María, hermanos, padres, y en especial a mis hijos que con su amor son la fuerza de mi superación personal. De igual manera, a todos los amigos que me brindaron su apoyo moral e incondicional, como también, a los docentes que me guiaron y formaron en este proceso profesional.. 4.

(5) CONTENIDO INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………...15 IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA…………………………….17 JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………………………17 OBJETIVOS.......................................................................................................... 19 OBJETIVO GENERAL............................................................................................19 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………………………………………….19 1.. MARCO TEÓRICO……….................................................................................... 21. 1.1. INFORMACION GENERAL SUBSUELO DE LA CIUDAD BOGOTÁ D.C…21. 1.1.1 LITOESTRATIGRAFÍA................................................................................22 1.1.1.1 FORMACIÓN CHIPAQUE (KSCB)………………………............................................................20 1.1.1.2 GRUPO GUADALUPE (KSG)….................................................................22 1.1.1.3 FORMACIÓN GUADUAS (KTG)...............................................................................23 1.1.1.4 FORMACIÓN CACBO (TPC)..................................................................... 24 1.1.1.5 FORMACIÓN BOGOTÁ (TPB)......................................................................................................................24 1.1.1.6 FORMACIÓN ARENISCA LA REGADERA (TPR) ..................................25 1.1.1.7 FORMACIÓN USME (TPU)………………………………………………………………..25 1.1.1.8 FORMACIÓN TUNJUELO (QPT)............................................................................................................25 1.1.1.9 FORMACIÓN SABANA (QS)...................................................................26 1.2. LOCALIZACIÓN Y CARACTERÍSTICAS GEOMORFOLÓGICAS DE LAS. ZONAS DONDE SE DESARROLLO EL TRABAJO DE CAMPO…………………..30 1.3. EL PAVIMENTO..........................................................................................35. 1.3. CARACTERÍSTICAS DE UN PAVIMENTO........................................................ 35 5.

(6) 1.3.1 PROPIEDADES DE LOS SUELOS DE SUBRASANTE..............................37 1.3.2 CRACTERÍSTICAS DE LA SUBRASANTE......................................................37 1.3.4 CONSULTA Y EVALUACIÓN DE SUELOS PARA EL DISEÑO DE UN PAVIMENTO...........................................................................................................38 1.4. ANTECEDENETES................................................................................................. 47. 2.. RESULTADOS OBTENIDOS……………………………...............................56. 2.1. GRÁFICAS DE DISPERSIÓN……………….....................................................59. 2.1.1 Gráficas dispersión para CBR de campo, límite líquido, índice de plasticidad e índice de liquidez………………………………………………………………………60 2.2 PRIMER ANÁLISIS DE LAS ECUACIONES Y CALCULO COEFICIENTE DE CORRELACIÓN……………................................................................................................62 2.3 SEGUNDO ANÁLISIS DE LAS ECUACIONES Y CALCULO COEFICIENTE DECORRELACIÓN……………..........................................................................................73 3.. ANÁLISIS ESTADISTICO…..……………………………...............................85. 3.1. LA MUESTRA………………...………………......................................................86. 3.1.1 Medidas de dispersión y tendencia central del segundo caso planteado....87 3.2. CORRELACIÓN……………...………………......................................................92. 3.2.1 Coeficientes de Correlación............................................................................93 3.3. REGRESIÓN LINEAL SIMPLE……..……………………..............................96. 3.4. LINEAS DE TENDENCIA…….……..……………………..............................96. 4.. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS…..………………...............................99. 5.. CONCLUSIONES………………………....………………..............................106. 6.. RECOMENDACIONES………………....………………................................109. LISTA DE ANEXOS ………….………………....………………...............................110 BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………..114. 6.

(7) ÍNDICE DE ILUSTRACIONES. Ilustración 1. Mapa geológico de Bogotá D.C. Fuente: INGEOMINAS.........................................................................................................26 Ilustración 2. Mapa de zonificación geotécnica de Bogotá D.C. Fuente: INGEOMINAS.......................................................................................................27 Ilustración 3. Mapa por localidades de la ciudad de Bogotá D.D. Fuente: www.fopae.gov.co/portal/page/portal/fopae/localidades........................................................28 Ilustración 4. Mapa geológico localidad de Suba. Fuente: Dirección de prevención y atención de emergencias………………………………………………………………..31 Ilustración 5. Mapa geotécnico localidad de Suba. Fuente: Dirección de prevención y atención de emergencias....................................................................................32 Ilustración 6. Valor aproximado estático elástico de K y el CBR. Fuente: http://libropavimentos.blogspot.com/2012/01/relacion-entre-cbr-y-valoraproximado.htm......................................................................................................44 Ilustración 7. Relación entre N-STP y el índice CBR considerando el 100% del proctor normal. Fuente: PROPUESTA DE CORRELACIÓN ENTRE PROPIEDADES GEOTÉCNICAS DE MATERIALES DE EDAD TRIÁSICA EN LAS CORDILLERAS BÉTICAS (ANDALUCÍA, ESPAÑA)…………………………………52 Ilustración 8. Tabla correlación CBR – STP. Fuente: Instrucción para el Diseño de Firmes de la Red de Carreteras de Andalucía………………………………………54 Ilustración 9. Grafica correlación CBR – STP. Fuente: Instrucción para el Diseño de Firmes de la Red de Carreteras de Andalucía España…………………………….54 Ilustración 10. Esquema Carta de Plasticidad de Casagrande para los valores obtenidos de los 30 apiques realizados. Suelos tipo CH……………………………59 Ilustración 11. Gráfico de dispersión del CBR de campo vs. Límite líquido, en condiciones normales. Para suelos tipo CH en la localidad de Suba, Bogotá D.C…………………………………………………………………………………………60 Ilustración 12. Gráfico de dispersión del CBR de campo vs. Índice de plasticidad, en condiciones normales. Para suelos tipo CH en la localidad de Suba, Bogotá D.C…………………………………………………………………………………………60 Ilustración 13. Gráfico de dispersión del CBR de campo vs. Índice de liquidez, en condiciones normales. Para suelos tipo CH en la localidad de Suba, Bogotá D.C........................................................................................................................61 Ilustración 14. Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: Lineal. Suelos tipo CH………………………………..64 Ilustración 15.Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: exponencial. Suelos tipo CH………….....................66 Ilustración 16. Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: logarítmica. Suelos tipo CH…………………………..68 7.

(8) Ilustración 17. Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: polinómica. Suelos tipo CH…………………………...70 Ilustración 17.Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: potencial. Suelos tipo CH……………………………..72 Ilustración 18. Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: Lineal. Suelos tipo CH…………………………………76 Ilustración 19.Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: exponencial. Suelos tipo CH………………………….78 Ilustración 20. Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: logarítmica. Suelos tipo CH…………………………...80 Ilustración 21. Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: polinómica. Suelos tipo CH…………………………...82 Ilustración 22.Gráfico de correlación entre valores de campo para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: potencial. Suelos tipo CH…………………………….84 Ilustración 23. Gráfico de Valores de Máximos y Mínimos de la Desviación Estándar para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: polinómica. Suelos tipo CH……………………………………………………………………………………90 Ilustración 24. Gráfico de Valores de Máximos y Mínimos de la Desviación Estándar para SPT y CBR (%). Línea de tendencia aplicada: logarítmica. Suelos tipo CH……………………………………………………………………………………90 Ilustración 25. Tabla correlación CBR – STP. Fuente: Instrucción para el Diseño de Firmes de la Red de Carreteras de Andalucía España……………………………100 Ilustración 26. Grafica correlación CBR – STP. Fuente: Instrucción para el Diseño de Firmes de la Red de Carreteras de Andalucía España………………………..100 Ilustración 27. Gráfico de valores comparativos regresión logarítmica para estimación del CBR a partir del N-SPT. Fuente: del autor…………………………101 Ilustración 28. Gráfico de valores comparativos regresión logarítmica para estimación del CBR a partir del N-SPT. Fuente: del autor………………………….101. 8.

(9) ÍNDICE DE TABLAS. Tabla 1. Criterios para la ejecución de perforaciones en el terreno, para definir un perfil de suelos. Fuente: MONTEJO FONSECA ALFONSO. Ingeniería de pavimentos para carreteras...........................................................................................................38 Tabla 2. Límites para selección de resistencia de diseño. Fuente: MONTEJO FONSECA ALFONSO. Ingeniería de pavimentos para carreteras....................................46 Tabla 3. Ensayos de laboratorio realizados. Fuente: del autor. ............................56 Tabla 4. Cuadro de resumen de apiques y ensayos de laboratorio para los suelos tipo CH……………………………………………………………………………….........57 Tabla 5. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión lineal, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH…………………………………………..63 Tabla 6. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión exponencial, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH………………………………65 Tabla 7. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión logarítmica, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH………………………………67 Tabla 7. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión polinómica, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH………………………………69 Tabla 8. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión potencial, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH………………………………71 Tabla 9. Cuadro de resumen prescindiendo datos de apiques y ensayos de laboratorio para los suelos tipo CH……………………………………………………..74 Tabla 10. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión lineal, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH…………………………………………..75 Tabla 11. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión exponencial, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH………………………………77 9.

(10) Tabla 12. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión logarítmica, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH………………………………79 Tabla 13. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión polinómica, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH………………………………81 Tabla 14. Consolidado de valores de SPT y CBR de campo en (%) en columnas 2 y 3, correspondientes al método convencional. Columna 4: valores de CBR (%) obtenidos mediante la ecuación de regresión potencial, aplicando el método alternativo propuesto por el autor, para suelos tipo CH………………………………83 Tabla 15. Consolidado de valores de variables estadísticas ecuación regresión lineal, para los datos obtenidos mediante el método convencional y el método propuesto por el autor, en el cual se encuentran valores de CBR (%) de campo a partir del N- SPT para suelos tipo CH………………………………………………….87 Tabla 16. Consolidado de valores de variables estadísticas ecuación regresión exponencial, para los datos obtenidos mediante el método convencional y el método propuesto por el autor, en el cual se encuentran valores de CBR (%) de campo a partir del N- SPT para suelos tipo CH……………………………………….88 Tabla 17. Consolidado de valores de variables estadísticas ecuación regresión logarítmica, para los datos obtenidos mediante el método convencional y el método propuesto por el autor, en el cual se encuentran valores de CBR (%) de campo a p Tabla 18. Consolidado de valores de variables estadísticas ecuación regresión potencial, para los datos obtenidos mediante el método convencional y el método propuesto por el autor, en el cual se encuentran valores de CBR (%) de campo a partir del N- SPT para suelos tipo CH.a partir del N- SPT para suelos tipo CH…………………………………………………………………………………………..89 Tabla 19. Consolidado de valores de variables estadísticas ecuación regresión potencial, para los datos obtenidos mediante el método convencional y el método propuesto por el autor, en el cual se encuentran valores de CBR (%) de campo a partir del N- SPT para suelos tipo CH………………………………………………….89 Tabla20. Valores coeficientes de correlación. Fuente:https://es.slideshare.net/ifumek/correlacion-de-pearson-y-de-sperman60636976………………………………………………………………………………….94. 10.

(11) RESUMEN. El Ensayo CBR (California Bearing Ratio: Ensayo de Relación de Soporte de California), este se desarrolló por parte de la División de Carreteras de California en 1929 como una forma de clasificación y evaluación de la capacidad de un suelo para ser utilizado como sub-base o material de base en construcciones de carreteras mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo y para poder evaluar la calidad del terreno para subrasante, sub base y base de pavimentos.. Se realiza bajo condiciones controladas de humedad y densidad. Este es uno de los parámetros necesarios obtenidos en los estudios geotécnicos previos a la construcción, como también lo son el ensayo Proctor y los análisis granulométricos del terreno. Este trabajo de investigación está enmarcado en el área de mecánica de suelos, en lo referente a la evaluación de pruebas de campo y laboratorio. En esta investigación se pretende realizar una búsqueda de información mediante la correlación entre los ensayos de CBR de campo y el ensayo SPT con fines de poder encontrar los parámetros de resistencia del suelo en condiciones normales.. Se trata de establecer una correlación entre los ensayos de CBR de campo y de resistencia a la penetración estándar SPT, en suelos tipo CH, bajo condiciones normales en la localidad de Suba, ciudad de Bogotá D.C, mediante la aplicación de métodos numéricos y estadísticos, para estimar la resistencia de los suelos.. Para establecer dicha correlación entre los ensayos, se utilizó el método de la regresión, que consiste en las distribuciones bidimensionales que siguen una dependencia estadística, se utilizan graficas de puntos para representar sus tendencias. No obstante dichas tendencias pueden apuntar a una ley de tipo funcional que pueda explicar el comportamiento global de la distribución. 11.

(12) Para ésto se hará uso de la técnica de regresión y correlación, la cual resulta una herramienta muy útil a la hora de analizar el comportamiento de dos o más variables relacionadas. Esta dependencia se refleja en una nube de puntos que representa la distribución, de modo que los puntos de esta grafica aparecen condensados en algunas zonas.. En tales casos se pretende definir una ecuación de regresión que sirva para relacionar las dos variables de la distribución. Así mismo, de acuerdo a los cálculos realizados se logró determinar que no es fiable al 100% estimar un CBR para suelos cohesivos tipo CH.. De igual manera, se logró obtener información como guía y método comparativo de estudios realizados con la misma tendencia; entre los títulos más destacados se encuentran: “Aproximación a la zonificación del CBR en la localidad de chapinero”, “Propuesta de correlación entre propiedades geotécnicas de materiales de edad triásica en las cordilleras béticas (Andalucía, España).” e “Instrucción para el diseño de firmes de la red de carreteras de Andalucía, España.”. 12.

(13) SUMMARY. The California Bearing Ratio Test (CBR), this was developed by the California Highway Division in 1929 as a way of classifying and assessing the capacity of a soil to be used as a sub-soil. Base or base material in road constructions measures the shear strength of a soil and to be able to evaluate the quality of the ground for subgrade, sub base and pavement base.. It is carried out under controlled humidity and density conditions. This is one of the necessary parameters obtained in the geotechnical studies prior to construction, as are the Proctor test and the granulometric analysis of the terrain.. This research work is framed in the area of soil mechanics, in relation to the evaluation of field and laboratory tests. This research intends to carry out an information search by means of the correlation between the field CBR tests and the SPT test in order to find the parameters of soil resistance under normal conditions.. The aim is to establish a correlation between field CBR and SPT standard penetration resistance tests, in CH type soils, under normal conditions in the town of Suba, Bogotá DC, through the application of numerical and statistical methods. to estimate the resistance of soils.. To establish this correlation between the trials, we used the regression method, which consists of two-dimensional distributions that follow a statistical dependence, using point graphs to represent their tendencies. However, these trends may point to a law of functional type that can explain the overall behavior of the distribution.. For this, the regression and correlation technique will be used, which is a very useful tool when analyzing the behavior of two or more related variables. This dependence is reflected in a cloud of points that represents the distribution, so that 13.

(14) the points of this graph appear condensed in some areas.. In such cases it is intended to define a regression equation that serves to relate the two variables of the distribution. Likewise, according to the calculations made, it was determined that it is not 100% reliable to estimate a CBR for CH type cohesive soils.. Similarly, information was obtained as a guide and comparative method of studies conducted with the same trend; Among the most outstanding titles are: "Approach to the zoning of the CBR in the town of Chapinero", "Proposal of correlation between geotechnical properties of Triassic age materials in the Betic mountain ranges (Andalusia, Spain)." and "Instruction for the design of the road network of Andalusia, Spain. ". 14.

(15) INTRODUCCIÓN. El presente trabajo compila los resultados de los ensayos de CBR de campo y el ensayo de resistencia a la penetración estandar SPT en condiciones normales en los barrios de Rincón Norte, Los Naranjos, Villa Elisa, Potrerillo, Villa María, La Gaitana Oriental, La Gaitana y Aures para suelos cohesivos en la localidad de Suba ciudad de Bogotá D.C.; con el objetivo de obtener un factor de correlación a partir de los resultados entre los Índices obtenidos en dichos ensayos. Para tal fin, se realizaron sobre treinta (30) apiques estableciendo las propiedades físicas y mecánicas de los materiales que conforman el subsuelo en el sector los cuales van a ser objeto de la correlación planteada en el marco del presente proyecto. De igual manera, se llevó a cabo un programa de exploración, el cual consiste en la ejecución perforaciones con equipo manual, las cuales alcanzarán profundidades de 2,0m, así como un completo programa de ensayos de laboratorio.. Durante la ejecución de los apiques serán identificados y descritos visualmente los materiales que conforman los diferentes estratos. Se tomaron muestras inalteradas tipo CBR, y así mismo se adelantó, el ensayo de penetración estándar (SPT), con la respectiva recuperación de la muestra alterada mediante el tubo de cuchara partida (Split Spoon), con el fin de tomar datos para posteriormente realizar la respectiva correlación objeto del presente trabajo.. En nuestro medio se presentan situaciones en las que los ingenieros deben, de forma rápida y eficaz, tomar decisiones que demuestren soluciones ante las adversidades que evidencia el medio y el proyecto en general.. Es por esta razón que se plantea esta investigación una correlación entre CBR de campo inalterado y N-SPT, con el fin de obtener un modelo matemáticoestadístico que pueda ser usado en campo de manera práctica y así poder tomar 15.

(16) la decisión más adecuada para el buen desarrollo del proyecto.. Cabe resaltar, que la información en cuanto a correlación entre los resultados obtenidos del ensayo de CBR de campo y el ensayo de resistencia a la penetración estandar SPT en condiciones normales, para suelos cohesivos en Colombia es escasa como modelo de investigación referentes para medir la resistencia a un terreno de esta manera.. De igual manera, todos los resultados de los ensayos de campo y de laboratorio (CBR de campo inalterado, perfil estratigráfico, clasificación del suelo, ensayos de SPT) se encuentran consignados al final del proyecto en los anexos respectivos.. 16.

(17) IDENTIFICACION Y DESCRIPCION DEL PROBLEMA. Se puede afirmar que la información en cuanto a correlación entre los resultados obtenidos del ensayo de CBR de campo y el ensayo de resistencia a la penetración estándar SPT en condiciones normales, para suelos cohesivos en Colombia es escasa, por tanto, nace la necesidad de realizar un proyecto de investigación para correlacionar estos dos tipos de estudios (CBR de campo y el SPT) en suelos cohesivos para la localidad de Suba ciudad de Bogotá D.C.. La reunión y caracterización de los datos de campo, como también, los análisis geotécnicos que ofrecen los procesos normales logrados durante la fase de exploración del subsuelo, es de trascendental importancia para el óptimo desarrollo de los proyectos. En este orden de ideas se puede concluir que veces se requiere diseñar un pavimento bien sea flexible o rígido con CBR y no se tiene la información necesaria por solo tener datos de SPT, entonces se podría utilizar la correlación antes mencionada.. JUSTIFICACIÓN. Para satisfacer la necesidad se presenta este estudio de correlacionar el CBR de campo y el SPT caracterizando materiales propios de la localidad de Suba en Bogotá D.C, los cuales se utilizarán para tal fin, y lograr el objetivo deseado.. La recopilación de la información geotécnica que brindan los métodos tradicionales obtenidos mediante la etapa de indagación del subsuelo, es de vital importancia ya que estos datos se obtienen en forma rápida, confiable y económica, para lo cual se pretende alcanzar paralelamente un método experimental matemático y estadístico con el fin de generar un análisis mediante regresiones de dos variables llegando a ser éstas de gran importancia en una investigación de ensayos de campo y de laboratorio, con el fin de concentrar la atención en el efecto que tiene una modificación predeterminada, de una variable sobre la otra. 17.

(18) Se puede disponer un experimento, de tal forma que, pueda probar sus teorías mediante el empleo adecuado de una variable independiente en busca del acercamiento al comportamiento de una variable dependiente mediante una regresión estadística, además de conocer el tipo de relación entre las dos variables estudiadas se requiere conocer un coeficiente de correlación x, y. Entendiendo que el coeficiente de correlación se define como la medida de la intensidad de la relación existente entre dos variables, el planteamiento de la fórmula del coeficiente de correlación se debe a Person. Dado lo expresado anteriormente, se buscara la correlación entre los ensayos mencionados, analizando las ventajas y desventajas de cada uno.. En nuestro medio se presentan situaciones en las que los ingenieros deben de forma rápida y eficaz tomar decisiones y presentar soluciones ante las adversidades que presenta el medio y el proyecto en general, es por esta razón que se plantea esta investigación con el fin de obtener un modelo matemático y estadístico que pueda ser usado en campo de manera práctica y así poder tomar la decisión más adecuada para el buen desarrollo del proyecto.. 18.

(19) OBJETIVOS. Objetivo general.. Determinar una correlación entre los ensayos de CBR de campo y el ensayo de resistencia a la penetración estándar SPT, en suelos tipo CL, CH en la localidad de Suba, en la ciudad de Bogotá D.C. Objetivos específicos •. Realizar e interpretar el programa de exploración del subsuelo y ensayos de laboratorio, con el fin de establecer la caracterización física y mecánica de los materiales que conforman el perfil estratigráfico representativo del sector en estudio.. •. Ejecutar la toma de muestras CBR insitu, registro en campo del ensayo de resistencia a la penetración estándar y con los datos obtenidos realizar la correlación.. •. Establecer correlaciones entre los resultados de los ensayos a efecto de establecer curvas de correlación.. •. Tabular y graficar el análisis estadístico, realizado con los ensayos de laboratorio.. •. Obtener la curva de regresión a estudiar, mediante los datos obtenidos en los ensayos de campo y laboratorio y análisis estadísticos.. •. Calcular el la correlación entre el CBR de campo y el SPT en condiciones normales.. 19.

(20) •. Analizar los resultados obtenidos estadísticamente y realizar comentarios de acuerdo a conclusiones acerca de la investigación.. •. Proporcionar una herramienta útil a la hora de evaluar resultados en pruebas de campo y sus respectivas correlaciones.. 20.

(21) 1. MARCO TEÓRICO. 1.1 INFORMACIÓN GENERAL SUBSUELO DE LA CIUDAD BOGOTÁ D.C.1 Bogotá se encuentra localizada sobre el eje de la cordillera Oriental de Colombia. Geomorfológicamente, se diferencian dos zonas: la primera que comprende la zona plana de la ciudad y se encuentra ubicada hacia los sectores central, occidental, norte y suroccidental, donde se asienta la mayor cantidad de población, y la segunda, el relieve montañoso hacia los sectores oriental principalmente y noroccidental (Cerros de Suba), donde gran parte de estos cerros se encuentran habitados y otro tanto, destinados a la explotación minera.. Geológicamente la ciudad se localiza sobre un extenso relleno sedimentario que conforma la Sabana y está rodeada por cerros constituidos por rocas antiguas del Terciario principalmente de areniscas, arcillolitas y conglomerados.. La zona plana es drenada por el río Bogotá que corre en sentido NNE-SSW con sus afluentes Tunjuelito, Fucha y Juan Amarillo. La zona montañosa es drenada por los ríos Tunjuelito, San Francisco y quebradas de menor caudal que corren en sentido S-N y E-W que al entrar a la zona plana sus cauces se utilizan como canales de conducción de las aguas servidas de la capital a los ríos Bogotá y Tunjuelito. Geológicamente la ciudad se localiza sobre un extenso relleno sedimentario que conforma la Sabana de Bogotá y está rodeada por cerros constituidos por rocas de tipo arenisca, arcillolitas y conglomerados.. 1. INSTITUTO DE DESARROLLO URBANO - IDU 1998.. 21.

(22) 1.1.1. LITOESTRATIGRAFÍA. En la ciudad de Bogotá D.C., afloran rocas sedimentarias de origen marino y continental, con edades entre el Cretáceo y Terciario y depósitos sedimentarios poco consolidados de edad Pleistoceno a reciente. A continuación se describen las unidades en orden cronológico de la más antigua a la más reciente.. 1.1.1.1 Formación Chipaque (Kscb). Constituida por lutitas-arcillosas de color negro carbonosas pintosas y laminadas, en bancos hasta de 10m de espesor, con intercalaciones de areniscas cuarzosas de grano muy fino, en estratos de 0.2 a 1.0m, que se acentúan hacia el tope. En los anticlinales de Bogotá, la parte que aflora tiene 130m de espesor y en el de Cheba 205m.. 1.1.1.2 Grupo Guadalupe (Ksg). Está compuesto por las formaciones de arenisca dura, plaeners y labor – tierra, cuyas características principales son las siguientes: . Formación arenisca dura (Ksgd): aflora en los ejes y flancos de los anticlinales de Bogotá y Cheba y conforma los cerros más prominentes del área, tales como: Guadalupe, Monserrate, alto el Cable, la Cruz, la Viga y Cheba. Está constituida por areniscas cuarzosa, duras de grano fino y color gris claro, bien cementadas, con intercalaciones esporádicas de capas de arcillolitas silíceas. Su espesor de acuerdo con columnas estratigráficas. 22.

(23) levantadas varía entre 308 y 460m. Es importante económicamente como acuífero y como material para la construcción. . Formación Plaeners (Ksgp): Aflora en los flancos de los anticlinales de Bogotá y Cheba. Consta de tres conjuntos litológicos: a) uno inferior donde predominan arcillolitas silíceas con un espesor aproximado de 40m. b) otro intermedio donde alternan arcillolitas silíceas y areniscas de grano fino, con un espesor entre 70y 117cm y c) el superior donde predominan las arcillas silíceas con un espesor de aproximadamente 50m. Se utiliza como fuente de recebo, caolín y como acuífero en zonas fracturadas.. . Formación labor-Tierra (Ksglt): Esta unidad aflora en el flanco occidental del Anticlinal de Bogotá D.C. y flanco oriental del Anticlinal de Cheba. Consta de tres conjuntos: a) uno inferior conformado por areniscas cuarzosas de color gris claro, de grano fino a medio, ligeramente friable y de espesor entre 135 a 165m; b) un conjunto intermedio donde predominan arcillolitas silíceas, con espesor de 10 a 15m y c) el conjunto superior constituido por areniscas cuarzosas y feldespáticas, gris claras, de grano medio a grueso, con estratificación cruzada, en estratos de 0.2 a 3.0m y de espesor variable ente 90 y 110m. Es importante como acuífero y proporciona la mayor parte de la “arena de peña”, para la construcción.. 1.1.1.3 Formación Guaduas (Ktg). Aflora en los cerros de Suba, en el piedemonte de los cerros orientales y en los sectores sur y suroeste de la ciudad de Bogotá D.C. Consta de tres conjuntos litológicos; a) parte inferior conformada por arcillolitas y areniscas de grano fino y con 70m de espesor; b) conjunto intermedio constituido por areniscas cuarzosas de color gris claro, de grano fino a grueso y con intercalaciones de arcillolitas y un 23.

(24) manto de carbón de 0.4m, tiene un espesor de 606m y c) conjunto superior constituido por arcillolitas de color gris oscuro, con intercalaciones de areniscas cuarzosas, de grano medio a grueso y mantos de carbón. Su espesor es de aproximadamente 324m. Esta unidad posee el carbón a nivel comercial en la sabana de Bogotá D.C., las arcillas como producto de meteorización de la roca, se utilizan para la fabricación de ladrillo, bloque, teja y tubería. El nivel intermedio se considera importante como acuífero y como fuente de arena para la construcción.. 1.1.1.4 Formación Cacbo (Tpc). Aflora a lo largo del piedemonte oriental de la ciudad de Bogotá D.C., haciendo parte del flanco occidental del anticlinal de la ciudad. Litológicamente está constituida por areniscas de color amarillo rojizo, grano grueso con estratificación cruzada, en estratos de 0.1 a 2.0m y con un espesor de 50m. Es importante como acuífero y sus arenas se explotan como material de construcción.. 1.1.1.5 Formación Bogotá (Tpb). Aflora en los campos del sinclinal de Usme-Tunjuelito. Consta de dos conjuntos; a) el inferior constituido por alternancia de arcillolitas y areniscas cuarzosasfeldespáticas, gris verdosas, de grano fino hacia la base y grueso hacia el tope, con un espesor de 620m; b) el conjunto superior constituido por arcillolitas gris oscuro, gris verdoso y marrón, por meteorización. Su espesor sobrepasa los 100m. Las arcillas como producto de meteorización se utilizan para la fabricación de ladrillo, teja y tubería y como lechos impermeables para depósitos de basura.. 24.

(25) 1.1.1.6 Formación Arenisca La Regadera (Tpr). Aflora hacia la parte media en las laderas del Valle del río Tunjuelito, haciendo parte del sinclinal Usme-Tunjuelito. Está constituido por capas de areniscas de cuarzo y fragmentos líticos, de color gris claro, con abundante matriz arcillosa e intercalaciones de arcillolitas de color gris claro a oscuro, blandas y plásticas, las cuales predominan hacia el tope de la unidad. Su espesor es de 360m. Sus arenas son importantes como material de construcción; tiene poca importancia como acuífero por su alto contenido de matriz arcillosa.. 1.1.1.7 Formación Usme (Tpu). La parte inferior aflora a lo largo del eje sinclinal de Usme-Tunjuelito. La parte que aflora está constituida por limolitas y arcillolitas de colores gris oscuro y amarillo por meteorización. Se presenta en bancos de 4 a 20m, con intercalaciones esporádicas de areniscas cuarzosas de grano muy fino a medio. La parte que aflora tiene un espesor de 150m.. 1.1.1.8 Formación Tunjuelo (Qpt). Aflora a lo largo del piedemonte oriental de la ciudad de Bogotá D.C., pero sus mejores afloramientos se presentan en el Valle del río Tunjuelito, entre Yomasa y la escuela de artillería. Su litología está compuesta por bancos de bloques, guijarros, guijos y gránulos de areniscas, limolitas, arcillolitas y chert, dentro de una matriz areno-arcillosa poco consolidada. Ocasionalmente se presentan intercalaciones de capas de arena y limo-arcilloso de aspecto lenticular y 25.

(26) estratificación horizontal, su espesor se estima en unos 100m. De esta unidad se extrae la gravilla de mejor calidad que existe en la sabana de la ciudad de Bogotá y se utiliza como agregado para concretos de alta resistencia.. 1.1.1.9 Formación Sabana (Qs). Constituye la mayor parte de la superficie plana del área de estudio, geomorfológicamente corresponde al nivel de terraza alta descrita en el mapa geológico de la ciudad de Bogotá D.C., consta de arcillas plásticas de color gris oscuro, en estratos de 0.4 a 1.0m de espesor, con interestratificaciones de lentes de arena y grava e intercalaciones de ceniza volcánica de color gris blancuzco, las cuales son más abundantes hacia la parte media del depósito, sus niveles arenosos y de gravas son importantes para el almacenamiento de agua. El espesor total alcanza los 320m.. . Depósitos aluviales (Qtb - terrazas bajas - Qta – terrazas altas): Los afloramientos son escasos y su delimitación se realiza exclusivamente con base geomorfológica. Algunos de los afloramientos están constituidos por limos y arenas.. . Coluvión (Qdp): Son los depósitos producto de fracturación meteorización y erosión de rocas preexistentes, que han tenido transporte por acción del agua y de la gravedad y se han depositado en las partes media e inferior de las laderas. Sus mejores afloramientos se presentan en los piedemontes orienta, suroriental y suroccidental del área.. . Suelo residual (Qrs): Es el material producto del intemperismo de las rocas y son importantes por su espesor hasta de 10m, en la parte suroeste. Por 26.

(27) tratarse de suelos predominantemente arcillosos, su permeabilidad es baja y su comportamiento geomecánico pobre. . Rellenos de excavaciones (Qr): Son los depósitos que han resultado de acciones antrópicas para la adecuación de terrenos en el desarrollo urbanístico, principalmente en zonas pantanosas y deprimidas, donde el material utilizado es sobrante sacado de las excavaciones. Estos depósitos abundan principalmente en los alrededores de Guaymaral, Aeropuerto Internacional El Dorado, Autopista Norte y Norte de Bosa.. . Rellenos de basura (Qb): Están conformados por desechos sólidos que produce la ciudad y que se han concentrado sobre lechos relativamente impermeables, previamente excavados y acondicionados. Se destacan los rellenos sanitarios de El Cortijo, Gibraltar, Santa Cecilia y Doña Juana.. 27.

(28) Ilustración 1. Mapa geológico de Bogotá D.C. Fuente: INGEOMINAS.

(29) Ilustración 2. Mapa de zonificación geotécnica de Bogotá D.C. Fuente: INGEOMINAS.

(30) 1.2 LOCALIZACIÓN Y CARACTERÍSTICAS GEOMORFOLÓGICAS, DE LAS ZONAS DONDE SE DESARROLLO EL TRABAJO DE CAMPO.. Ilustración 3. Mapa por localidades de la www.fopae.gov.co/portal/page/portal/fopae/localidades. ciudad. de. Bogotá. D.D.. Fuente:.

(31) El trabajo de investigación y sondeos del subsuelo fue en la localidad de Suba situada en el sector norte de Bogotá, que limita al norte con el municipio de Chía, con el Río Bogotá de por medio; al oriente con la localidad de Usaquén, con la Avenida Paseo de los Libertadores o Avenida Carrera 45 de por medio; al sur con las localidades de Engativá y Barrios Unidos; y al occidente con el municipio de Cota con el Río Bogotá de por medio.. La topografía de Suba combina una parte plana a ligeramente ondulada ubicada al occidente de la localidad y otra parte inclinada a muy inclinada localizada en los Cerros de Suba. La temperatura superficial de Suba puede referirse a los datos registrados por la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá, en la Estación Guaymaral durante los años 2008: a 2010, el promedio de estos últimos tres años es de 14,37 grados centígrados18.. En cuanto a los recursos hídricos, la Ficha Ambiental de Suba (Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente-DAMA, 2003) destaca: “La Localidad de Suba, cuenta con algunos de los ecosistemas más importantes de la ciudad, como son los humedales de La Conejera, Juan Amarillo, Córdoba y Guaymaral. Son ecosistemas intermedios entre el medio acuático y el terrestre, caracterizados por porciones húmedas, semi-húmedas y secas, de gran importancia para las especies vegetales y animales, típicos de los ambientes acuáticos que son propios de estas zonas y están sujetas a condiciones climáticas especiales porque en ellos se producen los nutrientes necesarios para la reproducción de aves, insectos, ranas, lagartijas, entre otros, además de ser el albergue transitorio de las aves que recorren países y continentes. Otra de las funciones importantes de los humedales es el actuar como una esponja que retiene el agua sobrante en épocas de lluvias, reservándolas para las temporadas secas, regulando los efectos perjudiciales de las crecientes de los ríos y de las inundaciones.”2. 2. SECRETARÍA DISTRITAL DE AMBIENTE. Informe Anual de Calidad del Aire de Bogotá 2010 [en línea]. Bogotá: marzo de 2011 . Disponible en http://201.245.192.251:81/. 31 31.

(32) En la localidad de Suba se desarrollan diferentes usos del suelo: residencial, comercial y dotacional, principalmente. La Reserva Forestal Regional Productora del Norte de Bogotá Thomas van der Hammen, ha sido declarada el 19 de julio de 2011 por el Consejo Directivo de la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca (CAR); su régimen de usos estará sujeto al Plan de Manejo Ambiental que expida la CAR en el término de un año a partir de la Por otra parte la localidad de Suba, cubre un área de 10.055 hectáreas, ubicadas a una altura sobre el nivel del mar de 2.615 m, limita al norte con el municipio de Chía y el río Bogotá; al sur, con la calle 100 (Localidad de Barrios Unidos) y el río Juan Amarillo (Localidad de Engativá); al occidente, con el río Bogotá (Municipios de Cota y Chía), y al oriente, con la Autopista Norte (Localidad de Usaquén). La localidad está regada en sus límites por los ríos Bogotá y Juan Amarillo, y acoge los espejos de agua que aún conservan sus humedales Juan Amarillo (laguna de Tibabuyes), La Conejera, Córdoba y Torca Guaymaral. Suba presenta una zona plana y en algunos sectores suavemente inclinada, constituida por la llanura cuaternaria de origen fluviolacustre y una zona montañosa aislada o separada, conformada por sedimentos de rocas arenosas, duras y resistentes a la erosión, y por rocas arcillosas blandas, con edades del cretáceo superior al terciario superior. La llanura aluviolacustre está constituida por limos y arcillas orgánicas superficiales, es decir, por suelos blandos en proceso de consolidación, susceptibles a las inundaciones y se localiza en los terrenos de rondas de ríos y humedales. 3. 3. FICHA TÉCNICA LOCALIDAD DE SUBA. Instituto Distrital de Cultura y turismo, Bogotá D.C., 2004. 32 32.

(33) Ilustración 4. Mapa geológico localidad de Suba. Fuente: Dirección de prevención y atención de emergencias.. 33 33.

(34) Ilustración 5. Mapa geotécnico localidad de Suba. Fuente: Dirección de prevención y atención de emergencias.. 34 34.

(35) 1.3 EL PAVIMENTO4. Un pavimento está constituido por un conjunto de capas superpuestas, relativamente horizontales, que se diseñan y construyen técnicamente con materiales. apropiados. y. adecuadamente. compactados.. Estas. estructuras. estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una vía obtenidas por el movimiento de tierras en el proceso de exploración y que han de resistir adecuadamente los esfuerzos que las cargas repetidas del tránsito le transmiten durante el periodo para el cual fue diseñada la estructura del pavimento.. 1.3 CARACTERÍSTICAS DE UN PAVIMENTO. Un pavimento para cumplir adecuadamente sus funciones debe reunir los siguientes requisitos: . Ser resistente a la acción de las cargas impuestas por el tránsito. . Ser resistente ante los agentes de intemperismo. . Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades previstas de circulación de los vehículos, por cuanto ella tiene una decisiva influencia en la seguridad vial. Además, debe ser resistente al desgaste producido por el efecto abrasivo de las llantas de los vehículos.. . Debe presentar una regularidad superficial, tanto transversal como longitudinal, que permitan una adecuada comodidad a los usuarios en. 4. MONTEJO FONSECA ALFONSO. Ingeniería de pavimentos para carreteras, Editorial: Universidad Católica de Colombia (Bogotá), Año de edición: 2006, Tercera Edición.. 35 35.

(36) función de las longitudes de onda de las deformaciones y de la velocidad de circulación. . Debe ser durable.. . Presentar condiciones adecuadas respecto al drenaje.. . El ruido de rodadura, en el interior de los vehículos que afectan al usuario, así como en el exterior, que influye en el entorno, debe ser adecuadamente moderado.. . Debe ser económico.. . Debe poseer el color adecuado para evitar reflejos y deslumbramientos y ofrecer una adecuada seguridad de tránsito.. En nuestro medio, los pavimentos se clasifican en: pavimentos flexibles, pavimentos semi-rígidos o semi-flexibles, pavimentos rígidos y pavimentos articulados. Teniendo en cuenta la importancia de la subrasante como un factor de diseño para los pavimentos, el desarrollo del presente trabajo se ha direccionado en el análisis y estudio de una eventual correlación entre los ensayos de laboratorio y de campo como lo son el CBR de campo obtenido con el cono dinámico y el penetrómetro de bolsillo, sobre suelos cohesivo y granulares con cohesión, en cinco sectores correspondientes a dos localidades de la ciudad de Bogotá D.C., los cuales determinan la capacidad de soporte o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas de tránsito. Por lo anterior consideramos importante conocer las propiedades, características y comportamiento de esta capa.. 36 36.

(37) 1.3.1 Propiedades de los suelos de subrasante. Las propiedades de los suelos de subrasante son uno de los datos más importantes en el diseño de un pavimento. Estas propiedades siempre estarán presentes aunque cambien mediante tratamientos especiales tales como estabilización, compactación, etc. Para conocer estas propiedades es necesario un muestreo muy amplio que abarque toda la traza, del proyecto. Las probetas se llevan a laboratorio para ser ensayadas (granulometría, humedad, límites de Atterberg, contenido de humedad óptimo, CBR y clasificación). Todos estos datos se vuelcan en el perfil edafológico donde se indican los distintos tipos de suelo y su profundidad. También se confecciona una planilla que, junto con el perfil edafológico, constituyen una herramienta fundamental para el inicio de un proyecto vial.. 1.3.2 Características de la subrasante. Subrasante se denomina al suelo que sirve como fundación para todo el paquete estructural de un pavimento. En la década del 40, el concepto de diseño de pavimentos estaba basado en las propiedades ingenieriles de la subrasante. Estas propiedades eran la clasificación de suelos, plasticidad, resistencia al corte, susceptibilidad a las heladas y drenaje. Desde las postrimerías de la década del 50, se puso más énfasis en las propiedades fundamentales de la subrasante y se idearon ensayos para caracterizar mejor a estos suelos. Ensayos usando cargas estáticas o de baja velocidad de deformación tales como el CBR, compresión simple son reemplazados por ensayos dinámicos y de repetición de cargas tales como el. 37 37.

(38) ensayo del módulo resiliente, que representan mucho mejor lo que sucede bajo un pavimento en lo concerniente a tensiones y deformaciones. Las propiedades de los suelos pueden dividirse en dos categorías: 1. Propiedades. físicas: s o n. usadas. para. selección. de. materiales,. especificaciones constructivas y control de calidad. 2. Propiedades ingenieriles: d a n una estimación de la calidad de los materiales para caminos. La calidad de los suelos para subrasantes se puede relacionar con el módulo resiliente, el módulo de Poisson, el valor soporte del suelo y el módulo de reacción de la subrasante. 1.3.3 Consulta y evaluación de suelos para el diseño de un pavimento. Para la obtención de la información geotécnica básica de los diversos tipos de suelos deben efectuarse investigaciones, de campo y de laboratorio, que determinen su distribución y propiedades físicas. Una investigación de suelos debe comprender:. 1. Selección de las unidades típicas de diseño: consiste en la delimitación de las unidades homogéneas de diseño con base en las características geológicas, pedológicas, climáticas, topográficas y de drenaje de la zona en proyecto. 2. Determinación del perfil de suelos: la primera labor por llevar a cabo en la investigación. de. suelos,. consiste. en. la. ejecución sistemática. de. perforaciones en el terreno, con el objeto de determinar la cantidad y. 38 38.

(39) extensión de los diferentes tipos de suelos, la forma como estos están dispuestos en capas y la detección de la posición del nivel del agua freática. Teniendo en cuenta que es imposible realizar un estudio que permita conocer el perfil de suelos en cada punto del proyecto, es necesario acudir a la experiencia para determinar el espaciamiento entre las perforaciones, con base en la uniformidad que presenten los suelos. Un criterio para la ubicación, profundidad y número de las perforaciones se presenta a continuación:. Criterios para la ejecución de perforaciones en el terreno, para definir un perfil de suelos Tipo de zona 1. Carreteras. Espaciamiento (m) 250-500. 2. Pistas de aterrizaje. Cortes: -3m, debajo de la A lo largo de la línea rasante. Rellenos: -3m, debajo de la central (60-70m) superficie existente del suelo.. 1 perforación 3. Otras áreas pavimentadas 1.000 m². cada. Profundidad (m) 1.50. Cortes: 3m, debajo de la rasante. Rellenos: 3m, debajo de la superficie existente del suelo.. Pruebas suficientes Hasta la profundidad que se para definir propone usar como préstamo. claramente el material. 4. Préstamos. Tabla 1 . Criterios para la ejecución de perforaciones en el terreno, para definir un perfil de suelos. Fuente: MONTEJO FONSECA ALFONSO. Ingeniería de pavimentos para carreteras. La ubicación, profundidad y número de perforaciones deben ser tales que permitan toda variación importante de la calidad de los suelos. En cada perforación que se efectúe, se debe anotar el espesor de las diversas capas encontradas. y. su. posición. exacta. en. sentido. vertical,. así como la. identificación visual de los materiales indicando su color y consistencia. 39 39.

(40) Deberá registrarse además, la posición del nivel freático en caso de detectarse, por cuanto este dato es importante para el diseño de los dispositivos de subdrenaje que sean necesarios en la obra vial. 3. Muestreo de las diferentes capas de suelos: en cada perforación ejecutada deberán tomarse muestras representativas de las diferentes capas de suelos encontradas. Las muestras pueden ser de dos tipos: alteradas o inalteradas. Una muestra es alterada cuando no guarda las mismas condiciones en que se encontraba en el terreno de donde procede e inalterada en el caso contrario. En la obtención de muestras alteradas debe efectuarse el siguiente procedimiento: a) Se retira la parte seca y suelta de cada estrato con el propósito de obtener una superficie fresca. b) Se toma una muestra de cada capa en un recipiente y se coloca una tarjeta de identificación que debe contener: nombre del proyecto, sector en estudio, número de perforación, localización de la perforación,. número. de. la muestra,. espesor. del. estrato. y. enumeración de los ensayos de laboratorio a que será sometida. c) Las muestras se envían en muestras al laboratorio. Para obtener muestras inalteradas, el caso más simple consiste en cortar un determinado trozo de suelo del tamaño deseado, normalmente de 0.30m x 0.30m x 0.30m, cubriéndolo con parafina para evitar pérdidas de humedad y empacándolo adecuadamente para su envío y procesamiento en el laboratorio.. 40 40.

(41) 4. Ensayos de laboratorio a las muestras obtenidas para determinar sus propiedades físicas en relación con la estabilidad y capacidad de soporte de la subrasante: Con el objeto de establecer las propiedades físicas de cada suelo muestreado y estimar su comportamiento bajo diversas condiciones es necesario efectuar varias pruebas. Al respecto, se encuentran normalizadas cierto número de pruebas cuyos nombres identifican las características que determinan. A continuación se indican las pruebas más aplicables en la pavimentación de carreteras y aeropistas. a) Determinación del contenido de humedad: es un ensayo que permite determinar la cantidad de agua presente en una cantidad dada de suelo en términos de su peso en seco. Una masa de suelo tiene tres constituyentes: las partículas sólidas, el aire y el agua. En los suelos que consisten en partículas finas, la cantidad de agua presente en los poros tiene un marcado efecto en las propiedades de los mismos. El conocimiento de la humedad natural de un suelo no solo permite definir a priori el tratamiento a darle durante la construcción, sino que también. permite. estimar. su. posible. comportamiento,. como. subrasante, pues si el contenido natural de agua de un suelo está próximo al límite líquido, es casi seguro que está tratando con un suelo muy sensitivo y si por el contrario, el contenido de agua es cercano al límite plástico, puede anticiparse que el suelo presentará un buen comportamiento.. 41 41.

(42) b) Análisis. granulométrico:. es. una. prueba. para. determinar. cuantitativamente la distribución de los diferentes tamaños de partículas del suelo. Existen diferentes procedimientos para la determinación de la composición granulométrica de un suelo. Por ejemplo, para clasificar por tamaños las partículas gruesas, el procedimiento más expedito es el tamizado. Sin embargo, al aumentar la finura de los granos, el tamizado se hace cada vez más difícil teniéndose entonces que recurrir a procedimientos por sedimentación. c) Determinación del límite plástico de los suelos: el límite plástico se define como la mínima cantidad de humedad con la cual el suelo se vuelve a la condición de plasticidad. En este estado, el suelo puede ser deformado rápidamente o moldeado sin recuperación elástica, cambio de volumen, agrietamiento o desmoronamiento. Para contenidos de humedad mayores que el límite plástico se presenta una caída muy pronunciada en la estabilidad del suelo. d) Determinación del límite líquido de los suelos: el límite líquido es el mayor contenido de humedad que puede tener un suelo sin pasar del estado plástico al líquido. El estado líquido se define como la condición en la que la resistencia al corte del suelo es tan baja que un ligero esfuerzo lo hace fluir. El cálculo del índice de plasticidad es la diferencia numérica ente el límite líquido y el límite plástico, e indica el grado de contenido de humedad en el cual un suelo permanece en estado plástico antes de cambiar al estado líquido. e) Peso específico: se define como peso específico de un suelo a la relación entre el peso de los sólidos y el peso del volumen de agua. 42 42.

(43) que desalojan. El valor del peso específico, que queda expresado por un número abstracto, además de servir para fines de clasificación, determinación de la densidad de equilibrio de un suelo y corrección de la densidad en el terreno por la presencia de partículas de agregado grueso, interviene en la mayor parte de los cálculos de mecánica de suelos. f) Ensayos de compactación de suelo: se entiende por compactación todo proceso que aumenta el peso volumétrico de un suelo. En general, es conveniente compactar un suelo para incrementar su resistencia al esfuerzo cortante, reducir su compresibilidad y hacerlo más impermeable. Para efectos del control de la compactación durante la construcción, es necesario efectuar pruebas que permiten conocer la máxima densidad y el óptimo contenido de humedad de los diferentes tipos de suelo. . Máxima densidad: es el máximo peso seco, obtenido cuando el material se mezcla con diferentes porcentajes de agua y se compacta de una manera normal preestablecida.. . Óptimo contenido de humedad: es el porcentaje de agua con el cual se obtiene la máxima densidad para el esfuerzo de compactación especificado.. g) Determinación de la densidad del suelo en el terreno: este ensayo tiene por objeto determinar el peso seco de una cierta cantidad de suelo de la capa cuya densidad se desea conocer, así como el volumen del orificio excavado para recoger el suelo, el cual se mide mediante una arena y procedimientos normalizados. La relación entre el peso seco del material y el volumen del orificio del cual se. 43 43.

(44) extrajo es la densidad seca de la capa cuyo nivel de compactación se verifica. h) Determinación de la resistencia de los suelos: Los ensayos de resistencia más difundidos en nuestro medio son el CBR (de laboratorio y de campo) y los ensayos de carga sobre una placa. . Ensayo de CBR (Relación California de Soporte): (AASHTOT193-63) 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. Se usa en el diseño de pavimentos flexibles. El CBR se expresa en porcentaje como la razón de la carga unitaria que se requiere para introducir un pistón dentro del suelo, a la carga unitaria requerida para introducir el mismo pistón a la misma profundidad en una muestra tipo de piedra partida.. . Ensayo de carga directa sobre placa: (AASHTO D1195 y D1196):. Esta prueba se utiliza para evaluar la capacidad portante de las subrasantes, las bases y en ocasiones los pavimentos completos. Aunque esta prueba es generalmente aplicada al diseño de pavimentos rígidos, en la actualidad también se utiliza en pavimentos flexibles. El ensayo básicamente consiste en cargar una placa circular, en contacto estrecho con. el. suelo. correspondientes. por a. probar, los. midiéndose. distintos. 44 44. las. deformaciones. finales.

(45) Incrementos de carga utilizados. A través de esta prueba es posible calcular el módulo de reacción de una subrasante dada. Este concepto se define como la presión necesaria que ha de transmitirse a la placa para producir en el suelo una deformación prefijada. Teniendo en cuenta que la mayoría de los laboratorios no poseen los equipos necesarios para elaborar cualquier prueba de resistencia se han establecido relaciones empíricas entre las diversas medidas de resistencia, como las que se muestra en la siguiente ilustración.. Ilustración 6. Valor aproximado estático elástico de K y el CBR. Fuente: http://libropavimentos.blogspot.com/2012/01/relacion-entre-cbr-y-valor-aproximado.htm. 44.

(46) i) Ensayos adicionales: En algunas ocasiones, existen o se prevé condiciones especiales o poco usuales de los suelos, en tales casos es necesario efectuar pruebas adicionales. Por ejemplo, un suelo expansivo afectado por grandes variaciones climáticas de humedad pueda requerir estabilización con algún aditivo, o compactación a baja densidad, con alto contenido de humedad; en cada caso ajustándose a las indicaciones de la práctica local, tipos de superficie y cargas de diseño. Los suelos con bajas densidades de campo y/o susceptibles de consolidación, pueden necesitar un aumento de la densidad hasta mayores profundidades que las necesarias para un diseño normal. Estos suelos de características difíciles deben ser reconocidos y deben tomarse las medidas de corrección adecuadas cuando sea necesario. De otra parte, deberá tenerse en cuenta que todos los suelos de subrasante, cohesivos o no, son susceptibles de consolidarse bajo la acción de las cargas del tránsito a las que serán sometidos cuando trabajen como parte de una obra vial. El grado de consolidación y la magnitud de la corrección aumentan rápidamente con la frecuencia y magnitud de las cargas circulantes del tránsito. El diseño deberá entonces especificar la profundidad y el grado de densificación y/o la estabilización que se requiere para asegurar un comportamiento adecuado del pavimento. 5.. Determinación del suelo típico de subrasante para una unidad de diseño a partir de la determinación de la granulometría y los límites líquidos y plásticos de los diversos suelos encontrados, es posible clasificarlos y dibujar un perfil. 45.

(47) La observación cuidadosa del perfil de suelos de cada unidad, permitirá definir el suelo típico de ella. 6. Medida y selección del valor de resistencia de un suelo típico de subrasante. Sobre los suelos de subrasante que predominan en cada unidad, se adelantarán ensayos “in situ” o en laboratorio, que permitan conocer su resistencia en las condiciones de equilibrio que se espera presenten durante el periodo de servicio del pavimento. La cantidad de ensayos por realizar sobre cada suelo, debe ser tal que permita definir sus características de resistencia, con un apropiado grado de confiabilidad. El número recomendable de pruebas oscila entre seis (6) y ocho (8) y sus resultados deben procesarse por medios estadísticos que permitan la selección de un valor correcto de resistencia de diseño para cada unidad o suelo predominante de cada una de ellas. El criterio más difundido para la determinación del valor de resistencia de diseño es el propuesto por el Instituto de Asfalto, el cual recomienda tomar un valor total, que el 60, el 75 o el 87.5% de los valores individuales sea igual o mayor que él, de acuerdo con el tránsito que se espera circule sobre el pavimento, como se muestra en la siguiente tabla. Límites para la selección de resistencia Número de ejes de 8.2 toneladas en el carril de diseño (N). Percentil a seleccionar para hallar la resistencia. <104. 60. 104 - 106. 75. >10. 6. 87.5. Tabla 2 . Límites para selección de resistencia de diseño. Fuente: MONTEJO FONSECA ALFONSO. Ingeniería de pavimentos para carreteras. 46.