Los estudios geotécnicos son fundamentales y deben ser realizados por un ingeniero civil con experiencia en geotecnia, quien será el responsable del estudio y del diseño estructural vial. El objetivo principal es recopilar antecedentes geotécnicos para programar la exploración del sitio.

Identificación de Unidades de Suelo y Zonas Críticas

Mediante la observación de cortes naturales y artificiales, como los producidos por erosión o deslizamientos, es posible definir las principales unidades o estratos de suelo superficiales. La importancia de esta etapa radica en identificar zonas vedadas o poco recomendables para el trazado de un proyecto vial, tales como áreas con deslizamientos activos, laderas rocosas con fracturamiento, entre otras.

Es importante destacar que no existe un método universal para la realización de estos estudios.

Pauta General de Exploración

1. Ubicar puntos de estudio a distancias aproximadamente iguales, para luego densificar la exploración si se estima pertinente.
2. Identificar aquellos puntos que soportarán rellenos y aquellos donde la rasante estará muy próxima al terreno natural (a menos de 60 cm).
3. Identificar zonas con cortes de importancia y los cambios de corte a terraplén para conocer el material a nivel de subrasante.
4. Reconocer el subsuelo en aquellos puntos donde se ubicarán obras de arte y estructuras importantes.

Métodos de Exploración de Superficie

Los métodos más utilizados para los estudios de superficie que conducen al perfil de formaciones rocosas son:

• Calicatas
• Sondajes
• Perfiles de refracción sísmica

Calicatas

Las calicatas permiten la inspección directa del suelo, proporcionando la información más confiable y completa. En el caso de suelos con grava, es el único método de exploración con un costo bajo. Es necesario registrar la ubicación y cota de cada pozo, los cuales son numerados de acuerdo a su ubicación. En caso de no registrar la información de un pozo, se debe registrar la mención «no registrado» en lugar de cambiar el número para evitar confusiones.

La profundidad de las calicatas se determina por las exigencias de la investigación, pero generalmente está influenciada por la presencia de agua. Para el caso de caminos, la profundidad mínima de reconocimiento será de 1.5 metros, medida desde el punto más próximo al exterior propuesto. La sección mínima de la calicata es de 0.080 m a 1.00 m.

El material excavado deberá depositarse en la superficie de forma ordenada y separado según la profundidad y el horizonte. Se debe desechar todo el material contaminado con estratos diferentes. Se dejarán plataformas de 0.30 a 0.40 m al cambio de estrato. Se dejará una pared lo menos remodelada y contaminada posible para representar la estratigrafía.

Este estudio puede ser realizado por un laboratorista con experiencia, orientado por el ingeniero especialista responsable. El laboratorista debe registrar el espesor de cada estrato y efectuar una descripción del mismo mediante identificación visual. Los suelos poseen 3 grupos principales (fracción fina, fracción gruesa y materia vegetal), los cuales pueden estar compuestos, pero se pueden discernir para conocer el componente predominante.

Características de los Suelos para Descripción

Tamaño

Se refiere a aquellas partículas cuya mitad es visible, excluyendo las mayores a 80 mm. Sin embargo, esta fracción debe ser estimada visualmente y su porcentaje indicado independientemente del material inferior a 80 mm. La fracción gruesa comprende los tamaños de grava y arena, y la fracción fina los limos y arcillas. En caso de suelos mixtos, se identificará la fracción predominante: de 0 a 10% se considera «poco», de 20 a 35% «algo», y de 35 a 50% «abundante».

Color

Se debe indicar el color predominante.

Olor

Las muestras recientes de suelos orgánicos tienen un olor distintivo que ayuda a su identificación. El olor se puede intensificar calentando una muestra húmeda.

Humedad

En las muestras recientes, se debe registrar la humedad, ya que la sequedad puede presentar problemas de compactación. Los materiales húmedos están cerca del contenido óptimo; los mojados necesitarán secarse, y los saturados se encuentran bajo un nivel freático.

Estructura

Si los materiales presentan capas alternadas de varios tipos o colores, se denominarán estratificados. Si las capas o colores son delgadas (inferiores a 6 mm), se describirá como laminado. Si presenta grietas definidas, será fisurado; y si presenta inclusiones de suelos de textura diferente, será lenticular.

Cementación

Algunos suelos muestran evidencia definida de cementación en estado inalterado. Esto debe destacarse e indicar el grado de cementación, descrito como débil o fuerte. Se verifica con ácido clorhídrico si la cementación se debe a carbonatos y su intensidad (ninguna, débil o fuerte).

Densificación

Puede ser suelta o densa, dependiendo de la dificultad de penetración de una cuña de madera. En el caso de suelos cohesivos, se determina en el sitio o sobre muestras inalteradas. Los valores dependen del penetrómetro de bolsillo usado para medir la consistencia.

Clasificación

Pueden usarse clasificaciones dobles cuando un suelo no pertenece claramente a uno de los grupos, pero tiene fuertes características de ambos. Estas clasificaciones deben colocarse entre paréntesis para indicar que han sido estimadas.

Nombre Local

Ayuda a identificar sus condiciones naturales.

Análisis de Laboratorio y Determinación de Propiedades

Las muestras se someterán a los siguientes análisis de clasificación:

1. Granulometría
2. Límite líquido
3. Límite plástico
4. Densidad de partículas sólidas

Una vez realizados estos análisis, con el objeto de abreviar los ensayos correspondientes a la determinación del valor de soporte (CBR) y la relación humedad-densidad (Proctor), se podrán agrupar las muestras de características similares a una muestra patrón representativa, siempre que cumplan los requisitos establecidos.

El ensayo CBR también puede aplicarse a muestras inalteradas, siempre que se cuide de colocarlas en el molde sin perturbaciones y que, además, se rellene con parafina sólida u otro material similar el espacio que pueda existir entre las muestras y las paredes del molde. Hay suelos en los que este trabajo presenta dificultades insalvables, lo que hace necesario recurrir a la realización de un ensayo de CBR in situ.

El suelo ensayado no debe contener partículas mayores que el tamiz 20 mm. Para definir el tamaño de la muestra de suelo que se deberá tomar en terreno destinada a ser ensayada en laboratorio, se deberá tener en cuenta:

• Los ensayos que se han programado ejecutar.
• El tamaño máximo de partículas.
• La reutilización de las muestras en ensayos de compactación.

Es conveniente, dentro de cada región o provincia del país, tener un catastro de pozos de materiales y su factibilidad de empleo en los distintos tipos de obras viales. Para su ubicación, se deben distinguir dos tipos de materiales:

Áridos Directos

Es necesaria la extracción y clasificación; es decir, que se emplean como están en la naturaleza.

Áridos Indirectos

Se necesita un proceso intermedio, como la elaboración o chancado, selección, etc., por no ser utilizables en el tamaño en que se extraen.

Simbología Gráfica para Suelos

Recomendaciones para la Descripción de Suelos

Se recomienda utilizar como pauta las definiciones y recomendaciones contenidas en la norma ASTM D 2488, denominada «Descripción de Suelos (Procedimiento Visual-Manual)», la cual debe contener como mínimo:

1. Identificación de la calicata mediante un número, especificando su ubicación con respecto al kilometraje del eje o sus coordenadas, nombre del laboratorista y fecha de la inspección.
2. Profundidad total.
3. Profundidad de la napa de agua, referida al nivel del terreno natural y fecha de observación.
4. Profundidades entre las que se extiende el estrato por describir, referidas al nivel del terreno natural.
5. Descripción del suelo empleando la terminología que se da en las tablas y según se trate de suelos gruesos o finos, respectivamente.
6. Cantidad y tipo de las muestras tomadas en la calicata.
7. Observaciones y otras características relevantes.

DESDE LAS PAREDES Y PISO DE LAS CALICATAS SE DEBEN OBTENER LAS MUESTRAS QUE SERÁN LLEVADAS A LABORATORIO. TODAS LAS MUESTRAS QUE SE OBTENGAN DEBEN SER PERFECTAMENTE IDENTIFICADAS, INCLUYENDO AL MENOS LOS SIGUIENTES DATOS: IDENTIFICACIÓN DE LA CALICATA, PROFUNDIDAD A LA QUE FUE TOMADA, NOMBRE DE LA PERSONA QUE LA TOMÓ Y FECHA DE LA OBTENCIÓN.

Tipos de Muestras

Muestras Perturbadas

Se obtienen, en general, de las paredes de los pozos y comprenden estratos determinados o bien la suma de algunos de ellos, como es el caso de la investigación de yacimientos. Estas muestras deben guardarse en bolsas impermeables y de resistencia adecuada. Cada bolsa debe identificarse clara e indeleblemente con una etiqueta fuera de la bolsa y otra en su interior.

Muestra Sin Perturbar

Este tipo de muestra se recorta de las paredes de los pozos y compromete estratos bien definidos. Después de cortadas, deben revestirse con una capa de parafina sólida aplicada con brocha. La muestra debe llevar claramente marcada su cara superior.

Terminología para la Descripción de Suelos Gruesos

Terminología para la Descripción de Suelos Finos

Es conveniente agregar alrededor de un 30% de cera virgen a la parafina sólida con el fin de que la capa protectora sea menos rígida. Si la consistencia de la muestra es relativamente blanda, debe rodearse de grasa y recubrirse una vez más con parafina sólida y cera. Una vez dado el tratamiento anterior, debe colocarse en cajas de madera con aserrín u otro producto que actúe como amortiguador de golpes.

Las muestras sin perturbar deberán tomarse apenas excavadas las calicatas, en especial cuando se trate de suelos cuya estructura se ve afectada por los cambios de humedad. En todo caso, al tomar una muestra no perturbada, debe elegirse la pared de la calicata menos expuesta al sol y debe excavarse el espesor superficial que haya sido afectado por los cambios de humedad.

No deben escatimarse esfuerzos en el embalaje adecuado de las muestras, ya que el grado de perturbación que se le ocasione a una muestra es irrecuperable y lleva a resultados erróneos.

En las calicatas, es posible realizar ensayos in situ tales como pruebas de carga con placa, CBR, permeabilidades, medidas de densidad, etc. Las pruebas de carga pueden realizarse contra el fondo de la perforación o contra las paredes de la misma. Cada vez que sea necesario realizar un ensayo en una calicata, la excavación deberá realizarse considerando este hecho, dado que este tipo de prueba obliga a tomar medidas especiales que determinan la forma de excavación o bien es necesario dejar bancos intermedios.

Otros tipos de ensayos que también pueden clasificarse como in situ son los que se realizan con instrumentos para suelos finos como el penetrómetro de bolsillo y la veleta. Indican aproximadamente la resistencia a la compresión no confinada y la cohesión, respectivamente. Los resultados obtenidos deben considerarse como cualitativos y pueden ser correlacionados con valores obtenidos sobre muestras no perturbadas en laboratorio, siendo su mayor ventaja el lograr sectorizar el suelo en tramos homogéneos.

El muestreo es tan importante como el ensayo, y se deben tomar precauciones para obtener muestras que exhiban la naturaleza real y las condiciones de los suelos que representan. Salvo situaciones que exijan determinación de resistencia o consolidación, las muestras necesarias para el diseño de la superestructura de obras viales serán perturbadas.

Cada muestra deberá identificarse completamente y se llevará un registro paralelo para ser enviado al laboratorio que ejecute los análisis. Se deben indicar: nombre del proyecto, ubicación, número de pozo, horizonte, profundidad, número de muestra y si está contenida en uno o más envases.

Sondaje

Para que el especialista de suelos pueda proyectar una estructura adecuada, debe tener un conocimiento razonable de las propiedades físicas y la disposición de los materiales del subsuelo. A las operaciones de campo y de laboratorio necesarias para obtener esta información esencial se les llama exploración del suelo o programa de exploración.

Debido a la complejidad de los depósitos naturales, ningún método de exploración es el mejor para todos los casos. El método que más se adapta a una variedad de condiciones consiste en hacer sondeos en el terreno y extraer muestras para su identificación y, en algunos casos, para hacerles pruebas. Después de que se han conocido, mediante sondeos preliminares, las características generales de los materiales del subsuelo, puede ser adecuado un programa más extenso de sondeo y muestreo.

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