OBRAS DE TIERRA. JAIME SUAREZ DIAZ UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Bucaramanga - Colombia

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1 OBRAS DE TIERRA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER Bucaramanga - Colombia

2 USO DE LA TIERRA COMO MATERIAL DE CONSTRUCCION LA TIERRA ES UN MATERIAL UTILIZADO POR EL HOMBRE DESDE TIEMPOS INMEMORIALES

3 ESPECIALMENTE EN LA CONSTRUCCION DE VIVIENDA

4 Y EN GENERAL LA MAYOR PARTE DE LAS OBRAS DE INGENIERIA INVOLUCRA REALIZAR OBRAS DE TIERRA TUNELES Los Fiordos - Noruega

5 PANTALLAS ANCLADAS, ETC.

6 La obra de tierra más m s utilizada es el terraplén TERRAPLENES (Embankments) RECUBRIMIENTOS O COLCHONES (Linings and blankets) RELLENO DETRÁS S DE ESTRUCTURAS (Backfill)

7 TERRAPLEN BOTADO (De material común) No requiere compactación Se le utiliza en caminos vecinales y conformaciones donde no se requiere colocar estructuras No debe contener basuras, árboles, residuos o suelos orgánicos Para que sea uniforme debe colocarse en capas horizontales El tráfico debe repartirse durante la construcción n para que sea uniforme NOTA : En todos los casos se van presentar asentamientos importantes y agrietamientos

8 TERRAPLEN BOTADO SELECCIONADO ( Arcilla, grava arena o enrocado Rip Rap) Se le utiliza cuando el relleno requiere de una determinada propiedad ( Permeabilidad ) Ocasionalmente se le aplica algo de compactación. NOTA : Se deben esperar asentamientos importantes

9 TERRAPLEN COMPACTADO AL PASO DE VEHICULOS Es similar al terraplén n botado, pero el tránsito se distribuye para que se logre un efecto ligero de compactación. NOTA : En todos los casos se deben esperar asentamientos importantes.

10 TERRAPLEN COMPACTADO CON COMPACTADOR Se debe controlar la humedad, equipo, espesor de capa etc. PERMITE COLOCAR ESTRUCTURAS SOBRE EL TERRAPLEN

11 TERRAPLEN COMPACTADO CON VIBRACION (Suelo Granular) Se requiere que el suelo sea granular limpio : GW GP SW SP (Menos del 5 % de finos) Se puede utilizar para compactar filtros Puede utilizarse vibrador o rodillo vibratorio El suelo preferiblemente debe estar completamente seco o completamente saturado

12 TERRAPLEN DE SUELO MEZCLADO Algunos suelos no son competentes como relleno pero al mezclarlos con otro suelo se pueden obtener las propiedades requeridas Es muy importante diseñar el sistema de mezclado Un sistema es rellenar en medias capas (Sandwich)

13 RELLENO DE SUELO MODIFICADO (suelo-cemento o cal) Suelo-cemento Suelo-cal Suelo-emulsiónemulsión Suelo-resinas SE REQUIERE DISEÑAR LA MEZCLA

14 RELLENO HIDRAULICO Dragado y colocado con agua Puede ser muy económico especialmente para grandes volúmenes Principalmente suelos granulares Se obtienen densidades muy bajas Puede requerir un proceso posterior de compactación.

15 RECUBRIMIENTOS EJEMPLOS: Capa de RIP-RAP RAP en el talud de una presa Arena o grava debajo del RIP-RAP RAP Enrocado, grava o suelo orgánico en el talud aguas-abajo abajo de una presa. Colchones filtrantes debajo de los rellenos o de las estructuras de concreto Colchones impermeabilizantes en el fondo de reservorios Recubrimiento de canales Recubrimiento de rellenos sanitarios Bases y subbases granulares para carreteras Recebo de carreteras destapadas Bases para ferrocarriles

16 GENERALMENTE SE UTILIZAN MATERIALES SELECCIONADOS ROCA GRAVA Y ARENA GRAVA ARCILLOSA ARCILLA (Impermeable) Suelo orgánico

17 RECUBRIMIENTOS CON ROCA Generalmente son equidimensionales angulares densos durables sólidoss Bloques alargados son indeseables, pero se permiten bloques con dimensiones mínimas m hasta de ¼ de las dimensiones máximas. m En algunos casos se admiten bloques angulosos o sub- redondeados Las Lutitas y las calizas pueden ser indeseables

18 COLCHONES DE ARENA Y GRAVA Existen una gran cantidad de materiales con diversos usos Si son para control de erosión n se requieren gravas preferiblemente bien gradadas y las arenas son indeseables Debajo de una base de grava se requiere una capa de arena como filtro. Debajo de una estructura en concreto se prefiere una capa de material grueso (Grava o piedra triturada) Si es para recebo de carretera destapada se prefieren gravas arcillosas GC

19 COLCHONES Y RECUBRIMIENTOS IMPERMEABLES EL MATERIAL DEBE SER: Impermeable No expansivo Resistente a la erosión Estable cuando se coloca en los taludes de los canales Los mejores materiales son: GW-GC GC GC GM

20 RELLENOS DETRÁS S O EN EXCAVACIONES JUNTO A ESTRUCTURAS Generalmente son rellenos en espacios confinados junto a estructuras de concreto. Debe determinarse si se requiere material drenante o de baja permeabilidad. Generalmente se compactan con pisones mecánicos, placas vibratorias pequeñas benitines, o mediante un proceso de saturación n ynvibración n interna.

21 TERRAPLENES PARA CARRETERAS Troncal del Magdalena

22 Ejemplo : LOCACIONES PARA POZOS PETROLEROS Cupiagua

23 LOCACIONES PARA POZOS PETROLEROS Piedemonte

24 LOCACIONES PARA POZOS PETROLEROS Piedemonte

25 EJEMPLO : AEROPUERTOS Bucaramanga

26 EJEMPLO: PRESAS DE TIERRA La Honda Acueducto de El Socorro - Santander

27 O SIMPLEMENTE SE REQUIERE DEPOSITAR LOS MATERIALES PRODUCTO DE LA EXCAVACION : Residuos variante Romelia-El pollo Pereira (Rio Otun)

28 CANALES EN TIERRA Los canales en tierra requieren de protección n contra la erosión n debido a las velocidades de la corriente. La pérdida p de agua por infiltración n debe disminuirse en el diseño. Es común n que entre el 20 y el 40% del agua de un canal se pierda si el canal no es revestido. Generalmente los canales son largos y atraviesan una variedad de suelos y de situaciones y se van a encontrar condiciones diferentes de materiales y fundación. n. Algunos canales pueden ser totalmente en corte, otros concepciones mixtas y otros en terraplén n y en cada uno de estos casos se deben tener en cuenta en el diseño o las situaciones diferentes.

29 TIPOS DE CANAL Canales sin revestimiento Canales revestidos

30

31 SECCIONES DEL CANAL La sección n del canal debe seleccionarse para satisfacer los siguientes criterios: Ancho suficiente del fondo Profundidad suficiente Taludes laterales estables Borde libre Estas dimensiones deben escogerse para facilitar la operación n eficiente y el mantenimiento

32 TALUDES LATERALES DEL CANAL Para canales sin revestimiento se acostumbra un talud 2H : 1V ó de menor pendiente. Para canales revestidos se utiliza generalmente un talud 1.5H : 1V En algunos casos se requiere construir una berma para mantenimiento o para garantizar la estabilidad de los taludes

33 MATERIALES UTILIZADOS PARA LOS REVESTIMIENTOS Concreto reforzado Concreto simple o mortero Piedra pegada Suelos estabilizados con cemento u otro producto Suelos compactados Geomembranas Asfalto Ladrillo Piedra Vegetación

34 REVESTIMIENTO DE SUELO COMPACTADO Aunque teóricamente se pueden utilizar revestimientos de suelo con espesores tan pequeños como 20 centímetros, debido a dificultades de compactación n se requiere colocar revestimientos entre 0.9 y 2.4 metros de espesor. Los mejores suelos desde el punto de vista de gradación, plasticidad e impermeabilidad, para los revestimientos de suelo compactado son los siguientes en su orden: GW-GC GC GC SW-SC SC SC SM

35 RELLENO DE ZANJAS DE DUCTOS Un ducto enterrado es una estructura que utiliza tanto las propiedades del tubo como las propiedades del suelo alrededor. Los tubos se clasifican como tubos rígidos r o tubos flexibles. En los tubos rígidos r la carga del relleno se transmite desde la parte alta del tubo hacia su cimentación. n. En los tubos flexibles la carga es soportada tanto por la base como por el suelo lateralmente al tubo.

36 CIMENTACION DEL TUBO Si la cimentación n está conformada por suelos blandos, lodos, limos, arcillas o lutitas puede requerirse remover y reemplazar entre 1 y 2 metros por debajo del tubo para obtener una fundación n aceptable. En todos los casos se requiere un mínimo m de relleno compactado seleccionado de 15 centímetros en la base del tubo.

37 MATERIAL SELECCIONADO EN LA CIMENTACION Y ALREDEDOR DE LOS DUCTOS El material debe ser granular, drenante, con menos del 5% de finos y con tamaño o máximo m de ¾ de pulgada. Como alternativa los tubos se pueden cimentar en concreto simple o armado, mortero o en relleno fluido.

38 RELLENO ENCIMA DEL TUBO Para el relleno sobre el tubo se puede utilizar generalmente cualquier tipo de material limitando el tamaño máximo en la zona hasta a 30 centímetros del tubo. El primer metro sobre el tubo debe compactarse utilizando equipos manuales en capas de máximo m 15 centímetros de espesor. Después s de un metro de espesor se pueden utilizar equipos más m s pesados, investigando previamente que la profundidad de influencia del rodillo no alcance el tubo.

39 RELLENO FLUIDO El relleno fluido es una mezcla de suelo, cemento Portland y suficiente agua para hacer que la mezcla tenga una consistencia de un fluido grueso, en esta forma el relleno fluido se involucra en las cavidades y espacios alrededor de la tubería. Típicamente un relleno fluido contiene del 6 al 10% de cemento Portland con relación n a la masa de suelo seco y una relación n agua-cemento de aproximadamente 2.5 a 3.5. Para la colocación n del relleno fluido se utilizan vibradores similares a los que se utilizan para la colocación n del concreto.

40 SUELOS ESTABILIZADOS En ocasiones se requiere estabilizar los suelos previamente a su colocación n con el objeto de obtener ciertas propiedades de resistencia, compresibilidad e impermeabilidad. Los estabilizantes más m s comunes son los siguientes: Cemento Cal (lime) Residuos de la producción n de petróleo Cenizas de la quema de carbón Resinas vegetales La estabilización n de un suelo debe ser objeto de un diseño detallado realizando ensayos de laboratorio para determinar la mezcla óptima.

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