Compactación de pedraplenes

Geotecnia vial. Sistemas de protección costera. Zonas. Transición. Núcleo. Cimiento. Materiales. Granulometría. Superficie de asiento. Compactación. Tongadas

  • Enviado por: Edgar Hj
  • Idioma: castellano
  • País: Costa Rica Costa Rica
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COMPACTACIÓN DE PEDRAPLENES

DEFINICIÓN

El pedraplén consiste en la extensión y compactación de materiales pétreos idóneos, procedentes de excavaciones en roca. Esta unidad incluye las siguientes operaciones:

  • Preparación de la superficie de asiento del pedraplén.

  • Precauciones especiales a tener en cuenta en la excavación, carga y transporte del material pétreo idóneo.

  • Extensión y compactación del material en tongadas.

ZONAS DEL PEDRAPLÉN

En los pedraplenes se distinguirán las siguientes zonas (Figura 1.2):

Transición. Formada por la parte superior del pedraplén y con un espesor igual a un metro (1 m), a no ser que el ingeniero a cargo de la obra modifique este valor.

Núcleo. Parte del pedraplén comprendida entre el cimiento y la transición.

Cimiento. Formada por la parte inferior del pedraplén en contacto con el terreno. El cimiento podrá tener las mismas características que el núcleo. En caso contrario el ingeniero a cargo de la obra fijará su espesor.

Zonas especiales. Son zonas del pedraplén con características especiales, tales como zonas inundables, zonas exteriores del núcleo, etc. De existir, el profesional a cargo de la obra deberá fijar sus características y dimensiones.

'Compactación de pedraplenes'

Figura 1.2. Ejemplo: sección del pedraplén de “El Cañarete”, Autovía el Parador.

MATERIALES

Los materiales a emplear pueden ser productos pétreos procedentes de la excavación de la explanación o pueden proceder también de préstamos. Algunas características de los materiales pueden ser las siguientes:

Calidad de la roca

Para su empleo en pedraplenes las rocas se clasifican en los siguientes grupos:

  • Rocas adecuadas: Granitos, granodioritas y sienitas. Aplitas, pórfidos y porfiritas. Gabros. Diabasas, ofitas y lamprófidos. Riolitas y dacitas. Andesitas, basaltos y limburgitas. Cuarcitas y mármoles. Calizas y dolomías. Areniscas, conglomerados y brechas.

  • Rocas inadecuadas: Serpentina. Tobas volcánicas y rocas volcánicas piroclásticas. Micacitas y filitas. Anhidrita, yeso y rocas solubles. Tobas calcáreas y caliches. Arcosas y limolitas. Las rocas que se desintegren espontáneamente al estar expuestas a la intemperie o que, al ser compactadas, sufran una trituración importante o adquieran una consistencia terrosa.

  • Rocas que requieren estudio especial: Pertenecen a este grupo todas las rocas no incluibles en ninguno de los dos anteriores.

Granulometría

El material deberá cumplir las siguientes condiciones granulométricas:

  • El tamaño máximo no será superior a dos tercios (2/3) del espesor de la tongada compactada.

  • El contenido, en peso, de partículas que pasen por el cedazo 25 UNE será inferior al treinta por ciento (30%).

  • El contenido, en peso, de partículas que pasen por el tamiz 0,080 UNE será inferior al diez por ciento (10%).

Las condiciones anteriores corresponden al material compactado. Las granulometrías obtenidas en cualquier otro momento de la ejecución sólo tendrán valor orientativo, debido a las segregaciones y alteraciones que puedan producirse en el material.

Además de cumplir las anteriores condiciones, la curva granulométrica total se ajustará al siguiente uso, en el que D es el tamaño máximo del material:

Tamiz

% que pasa

D

90-100

D/4

45-60

D/16

25-45

D/64

15-35

En la Figura 1.3 se muestra una guía más generalizada para la definición de la granulometría idónea de los materiales usados en terraplenes, pedraplenes, rellenos tipo “todo uno” y escolleras.

'Compactación de pedraplenes'

Figura 1.3. Rangos granulométricos para obras de relleno.

Forma de las partículas

Salvo autorización expresa del profesional a cargo de la obra, el contenido en peso de partículas con forma inadecuada será inferior al treinta por ciento (30%). A estos efectos se consideran partículas con forma inadecuada aquellas en que se verifique:

siendo: L = longitud = separación máxima entre dos planos paralelos tangentes a la partícula.

G = grosor = diámetro del agujero circular mínimo que puede ser atravesado por la partícula.

E = espesor = separación mínima entre dos planos paralelos tangentes a la partícula.

Los valores de L, G y E se pueden determinar en forma aproximada y no deben ser medidos necesariamente en tres direcciones perpendiculares entre sí.

EJECUCIÓN

Preparación de la superficie de asiento

Antes de proceder al extendido y compactación de los materiales pétreos debe efectuarse, de acuerdo con lo estipulado, la limpieza del terreno y la excavación de tierra vegetal y material inadecuado, si lo hubiera, en toda la profundidad requerida.

Cuando sea necesario construir pedraplenes directamente sobre terrenos inestables, turbas o arcillas blandas, se asegurará la eliminación de este material o su consolidación.

En los pedraplenes a media ladera, el ingeniero a cargo de la obra podrá exigir, para asegurar su perfecta estabilidad, el escalonamiento de aquella mediante la excavación que considere pertinente.

Si el pedraplén tuviera que construirse sobre tierra y existiera una capa de roca sana próxima a la superficie del terreno, se podrá eliminar todo el material que halla por encima de dicha capa y asentar directamente el pedraplén sobre la roca sana.

Ejecución por tongadas

Una vez preparada la superficie de asiento del pedraplén, se procede a su construcción, empleando materiales que cumplan las condiciones establecidas anteriormente, los cuales serán extendidos en tongadas sucesivas de espesor uniforme y sensiblemente paralelas a la superficie de la explanada.

El material de cada tongada se descargará en obra sobre la parte ya extendida de dicha tongada y cerca de su frente de avance. Desde esta posición será empujado hasta el frente de la tongada y extendido a continuación de éste mediante tractor de orugas equipado con pala de empuje, realizándose la operación de forma que se corrijan las posibles segregaciones del material.

El espesor de las capas de pedraplén depende del tamaño máximo de los fragmentos de roca. Los fragmentos de menos de 30 cm suelen disponerse en capas de 50 cm de espesor en estado suelto. En el caso le los grandes fragmentos, este espesor puede aumentar hasta un metro o más.

El espesor de las tongadas será suficientemente reducido para que, con los medios disponibles, se obtenga la compacidad deseada. Salvo autorización expresa del profesional a cargo de la obra, el espesor máximo de las tongadas, una vez compactadas, se fijará mediante los siguientes criterios:

  • Núcleo. El espesor máximo será de un metro (1 m).

  • Zona de transición. El espesor de las tongadas decrecerá desde la parte baja de la zona hasta su parte superior, con objeto de establecer un paso gradual entre el núcleo y la coronación. Asimismo, se comprobará que entre dos (2) tongadas sucesivas se cumplen las siguientes condiciones:

  • siendo la abertura del tamiz por el que pasa el x % en peso de material de la tongada inferior y la abertura del tamiz por el que pasa el x % en peso del material de la tongada superior.

    Compactación

    El método de compactación elegido deberá garantizar la obtención de las compacidades mínimas necesarias. Con este deberá elegirse adecuadamente, para cada zona del pedraplén, la granulometría del material, el espesor de tongada, el tipo de maquinaria de compactación y el número de pasadas del equipo.

    Si en la compactación se utilizan rodillos vibratorios, el peso estático del equipo no deberá ser inferior a diez toneladas (10 t).

    Cuando los pedraplenes son relativamente limpios y no están formados por fragmentos muy grandes, de más de 30 cm, con rodillos vibratorios de 10 a 15 ton. de peso, con un mínimo de seis pasadas, una frecuencia mínima de mil vibraciones por minuto, y a una velocidad de tres a cuatro kilómetros por hora. Los enrocamientos más gruesos o los de escasa altura, formados por material muy bien graduado, pueden compactarse con un tractor pesado, con mínimo de 4 pasadas. Los enrocamientos contaminados, con más de 15% de material fino plástico, se han compactado exitosamente con rodillos neumáticos muy pesados, de 50 ton o aún más.

    Puesta a punto del método de trabajo

    El contratista o el profesional a cargo de la obra propondrá por escrito el método de construcción que considere más adecuado para cada tipo de material a emplear. En la propuesta se especificará:

    • Características de toda la maquinaria a utilizar.

    • Método de excavación, carga y transporte de los materiales pétreos.

    • Método de extensión.

    • Espesor de tongadas, método de compactación y número de pasadas del equipo.

    • Experiencias, con materiales análogos, del método de ejecución propuesto.

    Salvo que se aporte suficiente experiencia sobre el método de trabajo propuesto, la aprobación de éste por el profesional a cargo de la obra estará condicionada a su ensayo en obra. Dicho ensayo consistirá en la construcción de un tramo experimental con un volumen no inferior a tres mil metros cúbicos (3.000 m3), con objeto de comprobar la idoneidad del método propuesto o proceder a adaptarlo al caso considerado.

    Durante la construcción del pedraplén experimental se determinará la granulometría del material extendido, y la granulometría y densidad del material compactado. Para determinar estos valores se utilizarán muestras representativas, de volumen no inferior a cuatro metros cúbicos (4 m3). Se efectuarán al menos diez (10) ensayos de cada tipo. Se controlarán, mediante procedimientos topográficos, las deformaciones superficiales del pedraplén, después de cada pasada del equipo de compactación, y la densidad media del material compactado.

    A la vista de los resultados obtenidos, el profesional a cargo de la obra decidirá sobre la conveniencia de aprobar, modificar o rechazar el método propuesto.

    En los pedraplenes se busca conseguir un material muy resistente, con alto ángulo de rozamiento interno (puede llegar a los 40-50º) y permeable, lo que permite construir rellenos de gran altura (más de 50 m) y con inclinaciones de talud elevadas (1.5H:1V a 1H: 1V).

    Los suelos gruesos y los fragmentos de roca dan lugar a muy serios problemas de compresibilidad cuando están sujetos a los altos niveles de esfuerzos que suponen los actuales pedraplenes altos; seguramente deben vigilarse estos problemas en estructuras cuyas alturas sobrepasen los 20 ó 30 m.

    La experiencia ha demostrado que es una práctica recomendable para reducir la compresibilidad de los pedraplenes el humedecimiento del material al colocarlo. Este hecho está corroborado por investigación de laboratorio, donde se ha visto que al hacer pruebas de compresibilidad a los materiales gruesos y someterlos en un momento dado a un humedecimiento intenso, se produce en ese momento un aumento drástico y muy rápido en la deformación. De esta manera, la práctica del humedecimiento conduciría a producir la deformación del pedraplén durante la construcción, evitando que se presentase posteriormente.

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