Geotvial 4 ingeniería de suelos tropicales aplicado a obras viales

14/05/2021
1
Ing° Guillermo Lazo Lázaro
Magíster en Ingeniería Geotécnica
Universidad de Sao Paulo
Gerencia de Geotecnia y Pavimentos
COSAPI S.A.
TEMA 3
INGENIERÍA DE SUELOS TROPICALES
APLICADOS A OBRAS VIALES
Universidad de Sao Paulo
Gerencia de Geotecnia y Pavimentos
COSAPI S.A.
ESCUELA DE POS GRADO
1
2

14/05/2021
2
Los códigos de clasificación de suelos de uso común, en las que se
apoyan las obras de ingeniería como cimentaciones, estabilización
de taludes, excavaciones, presas, pavimentos, etc. han sido
elaborados para suelos de climas frios y temperados (AASHTO, SUCS,
etc), normas americanas.
No siempre todos nuestros suelos provienen de climas fríos y
temperados. En gran parte de nuestro territorio se desarrollan
depósitos de suelos provenientes de climas tropicales húmedos.
En este tópico se hace un abordaje teórico a los fundamentos de los
suelos tropicales, enfatizando un análisis racional a los mismos para
específicamente obras viales.
SUELOS TROPICALES – UNA VISIÓN DE SU IMPORTANCIA
MSc. Ing° Guillermo Lazo Lázaro ESCUELA DE POS GRADO
SUELO TROPICAL
Un suelo tropical es aquel que presenta diferencias en sus propiedades y en su
comportamiento comparado con los suelos no tropicales a consecuencia de
haber sufrido procesos geológicos y/o pedológicos, típicos de las regiones
tropicales (Nogami y vilibor, 1995)
El tópico de suelos tropicales es muy amplio. Estos suelos muchas veces
presentan comportamientos distintos a los suelos provenientes de climas fríos
y temperados.
3
4

14/05/2021
3
El estudio de suelos para fines viales exige naturalmente conocimientos de la
mecánica de suelos tradicional, pero aunado al conocimiento y discernimiento de
las peculiaridades de formación y comportamiento de los suelos en clima
tropical húmedo.
(fundada en los trabajos del Dr. Job Shuji Nogami 1971 – 1990 - Universidad de Sao Paulo)
Esta necesidad se asienta en el hecho que con frecuencia las clasificaciones
tradicionales para pavimentos no permiten aprovechar propiedades especiales
para pavimentación que poseen determinados suelos tropicales, con
consecuente menor costo en su utilización.
Si comparáramos las definiciones de suelos por ingenieros, geólogos y
pedologistas encontraremos que existen marcadas diferencias:
Existen contradicciones de clasificación y definición en el tipo de suelo. Por
ejemplo para la pedología solamente interesa examinar el suelo hasta 1.5mts de
profundidad (agricultura), no interesando clasificar a los suelos como residuales
o transportados.
En geología no interesaría mucho clasificar como roca a una arcilla muy rígida o
terciaria.
5
6

14/05/2021
4
La pedología se preocupa con el material no consolidado superficial,
con componentes orgánicos, de interés para la agricultura.
En geología el concepto suelo abarca el estrato superior de sedimentos que
que sufrió acción del intemperismo.
En ingeniería civil el concepto de suelo es en términos de origen
del material no consolidado y su posición relativa del depósito en los horizontes.
 Estudia las transformaciones de la superficie de los depósitos geológicos, dando origen a
horizontes distintos.
 Característico en suelos residuales y transportados.
 Factores que determinan las propiedades de los suelos en pedología
- la roca madre
- el clima
- la vegetación y organismos vivos
- topografía
- el tiempo de exposición de estos factores
PEDOLOGÍA
SUELOS TROPICALES – PEDOLOGÍA / ABORDAJE DE LA ING GEOTÉCNICA
7
8

14/05/2021
5
El clima tropical es aquel en el cual la temperatura media anual supera los 20°C
con lluvias por encima de los 1000mm/año, excluido totalmente el congelamiento
de suelos en los inviernos.
Nogami (1971) presenta
recomendaciones para establecer el
origen de los suelos encontrados en
los climas tropicales húmedos, en
base a su determinación geológica,
analizando características no
abordadas por la mecánica de
suelos tradicional, como el color , su
macrotextura y su composición
mineralógica.
SUELOS TROPICALES – PERFIL ESTRATIGRÁFICO
9
10

14/05/2021
6
 Utilización de procedimientos imprecisos
para suelos tropicales de uso común en
suelos de climas fríos y temperados.
 Muy poco se ha hecho para adaptar el
análisis de suelos de climas fríos y
temperados para las condiciones de
formación en climas tropicales.
 No existe todavía una geotécnica para
pavimentos adecuada para suelos y
condiciones típicas de la región tropical.
PROBLEMÁTICA DE LOS SUELOS TROPICALES
SUELOS
LATERÍTICOS
SUELOS
SAPROLÍTICOS
Resultantes de procesos pedológicos,
en condiciones bien drenadas y clima
húmedo tropical, presentando
características macroscópicas y
constitución peculiar.
Necesidad: Desarrollar procedimientos
para identificar fácilmente los suelos
de comportamiento laterítico
independientemente de la exigencia de
conocimientos geológicos y
pedológicos muy profundos.
Originados por la descomposición
y/o disgregación de una roca
consolidada.
Importante: poder determinar esa
roca matriz, examinando su
macroestructura heredada. Si esa
macroestructura fue destruida por
procesos pedológicos o
geológicos, el suelo no podrá
desde el punto de vista práctico ser
considerado saprolítico.
El suelo saprolítico debe ser
genuinamente residual.
ANOTACIÓN IMPORTANTE
Punto de vista geotécnico: un estrato podrá tener
comportamiento laterítico, a pesar de no pertenecer a
un perfil pedológico laterítico y eventualmente suelos
que pertenecen a un perfil laterítico pueden no tener
comportamiento geotécnico laterítico.
SUELOS TROPICALES – AGRUPACIÓN
11
12

14/05/2021
7
PECULIARIDADES
PECULIARIDADES
1. CONDICIONES NATURALES DE OCURRENCIA
POSICIÓN EN EL PERFIL
- Lateríticos: Parte más superficial del perfil estratigráfico
- Saprolíticos: Siempre subyacentes a un estrato de otro
tipo genético de suelo, sea suelo laterítico, suelo superficial de otro
tipo pedológico, suelo orgánico o inclusive suelo transportado.
ESPESOR DE LOS ESTRATOS
El espesor, en general, no permite distinguir los suelos lateríticos
de los saprolíticos. En muchas circunstancias, cada uno de ellos
puede presentar espesores muy peculiares
SUELOS LATERÍTICOS Y SAPROLÍTICOS
1. CONDICIONES NATURALES DE OCURRENCIA
PECULIARIDADES
PECULIARIDADES
2. ESTRUCTURA DE LA OCURRENCIA
EN SUELOS LATERÍTICOS
Siguen aproximadamente la superficie del terreno. Pueden estar compuestos por
otros estratos poco diferentes, y que también siguen aproximadamente la superficie
del terreno. Designadas de horizontes en pedología, se originan principalmente por
la actuación de procesos pedológicos. Los límites de esos estratos son generalmente
graduales.
EN SUELOS SAPROLÍTICOS
Constituyen estratos de espesores que pueden alejarse sensiblemente de la superficie
topográfica. Sus partes constitutivas tienen con frecuencia formas geométricas de las
más variadas y complejas. Esas partes o estratos presentan formas heredadas de la
estructura de la roca matriz.
13
14

14/05/2021
8
PECULIARIDADES
PECULIARIDADES
3. CONDICIONES HIDROLÓGICAS
Drenaje excelente, de manera que sólo excepcionalmente tales suelos pueden contener
de forma temporal un nivel de agua suspendido
Por ejemplo en situaciones de lluvia muy intensa
Común es encontrar niveles freáticos suspendidos o confinados, dificultando
condiciones de buen drenaje
PECULIARIDADES
PECULIARIDADES
4. CARACTERÍSTICAS MACROSCÓPICAS Y CONSTITUCIÓN
COLOR
Matices rojos y amarillos. Sólo si se observa con bastante detenimiento
se pueden distinguir eventualmente partes con colores diferentes
Manchas y peculiaridades heredadas de la roca matriz o desarrolladas en el proceso
de intemperismo. Muy rara vez se presenta un color único.
Se pueden presentar partes con colores de los más diversos, siendo particularmente
característicos los siguientes: blanco, negro, plomo, rosáceo, morado,verde, azulado, etc.
15
16

14/05/2021
9
PECULIARIDADES
PECULIARIDADES
4. CARACTERÍSTICAS MACROSCÓPICAS Y CONSTITUCIÓN
MACROESTRUCTURA
Apariencia homogénea e isotrópica.
Variedades arcillosas
Exhiben aglomeraciones, formando torrones resistentes, aún sumergidos en agua.
Variedades arenosas
Se observan con frecuencia vacíos intergranulares. Debido a esas peculiaridades, los suelos lateríticos fueron
considerados como “porosos” por su apariencia macroscópica
Heterogeneidades y anisotropías destacadas. Gran parte de estas peculiaridades se relacionan con la estructura
de la roca matriz, considerándose como macroestructura reliquiar o heredada. Muchas peculiaridades también
pueden desarrollarse en el proceso de intemperismo. La estructura “porosa” producto de la formación de torrones
no se da en los suelos saprolíticos; sin embargo podrían existir seudo torrones en las superficies expuestas a las
intemperies debido al proceso de mojado y contracción sucesivas.
PECULIARIDADES
PECULIARIDADES
5. CONSTITUCIÓN MINERALÓGICAY MICROESTRUCTURA
CONSTITUCIÓN MINERALÓGICA Presenta pocos minerales resistentes o estables a la
acción del intemperismo tropical. La fracción arena está constituida por cuarzo y otros
minerales resistentes tanto a las intemperies como a la acción mecánica. Entre estos
minerales se encuentran la magnetita, ilmenita, turmalina, etc. Con frecuencia en esta fracción
y en la fracción grava pueden encontrarse cantidades variadas de concreciones ferruginosas o
aluminosas, conocidas como lateritas, de resistencia mecánica inferior a los minerales
referidos anteriormente.
La fracción arcilla está constituida de arcillo-minerales de la familia de la caolinita y óxidos
hidratados de fierro y/o aluminio. Estos óxidos envuelven los arcillo-minerales, resultando una
microestructura esponjosa muy característica.
17
18

14/05/2021
10
SUELOS LATERÍTICOS Y SUELOS SAPROLÍTICOS PECULIARIDADES
SUELOS LATERÍTICOS Y SUELOS SAPROLÍTICOS PECULIARIDADES
MICROESTRUCTURA LATERÍTICOS
Sus elementos son muy pequenos (diámetro inferior a 2micras);
Debido a la cementación existente entre estos elementos, la granulometría resultante de los ensayos
padronizados puede resultar en un inexacto elevado porcentaje de partículas mayores a las
fracciones limo y arena
Caulinita cimentada
con óxido de fierro,
cuyo cimentante se
pierde en la espatulación
de laboratorio
Desnaturalización del LL , IP
PECULIARIDADES
PECULIARIDADES
CONSTITUCIÓN MINERALÓGICA
Tienen constitución mineralógica muy variada, pudiendo ser desde excepcionalmente simples
hasta extremamente complejos, dependiendo del tipo de roca matriz y de su grado de
intemperización.
Son bastante típicos los casos de mineralogías complejas en todas sus fracciones
granulométricas. En la fracción arena suelen encontrarse minerales no estables al
intemperismo tropical como la mica y feldespatos. En la fracción arcilla minerales expansivos
de la familia de la ilita y de la montmorilonita. Estos minerales se encuentran en la forma de
cristales aislados o paquetes de cristales también aislados. La fracción limo también puede
tener constitución muy variada, destacándose entre sus componente los arcillo-minerales.
19
20

14/05/2021
11
PROBLEMÁTICA ACTUAL
PROBLEMÁTICA ACTUAL
 Como indicado, las peculiaridades de los suelos lateríticos y saprolíticos no se
han incorporado debidamente en los procedimientos para estudiar y utilizar
estos suelos en nuestro país.
 Los procedimientos actuales de los estudios geotécnicos se basan en
sistemática desarrollada para suelos de las regiones no tropicales.
 Nogami y Villibor (1981): Consideran grupos genéticos de suelos. Desarrollan
una nueva sistemática de caracterización y clasificación de suelos tropicales
para obras viales. Nombre: MCT.
PROPUESTA DE SOLUCIÓN
Miniature compaction Tropical
El sistema MCT fue presentado originalmente por los Drs. Nogami y Villibor
(1981) con el objetivo de resolver el problema de las diferentes formas de
comportamiento observadas en suelos lateríticos y saprolíticos (no
lateríticos), con las mismas características de granulometría y
plasticidad, gran parte debido al clima de los tropicos
Esta clasificación se basa en la determinación de las propiedades mecánicas
e hidráulicas de los suelos compactados en pruebas de dimensiones
reducidas (diámetro 5cm). Compactando las muestras con el
procedimiento MCV (Moisture condition Value por Parsons 1976) que se
diferencia del Proctor tradicional por utilizar simultáneamente varias
energías de compactación y obtener así los coeficintes e índices que
permiten clasificar a los suelos tropicales.
Con el fin de mejorar las proiedades geotécnicas de interés en la ingeníería
de pavimentos, Nogami & Villibor propusieron caracerizar parámetros
como:
-contracción
-expansión
-permeabilidad
-compactación
-capacidad de carga en límites de mini CBR
-coeficiente de penetración de agua en suelos
21
22

14/05/2021
12
ESTUDIO DE SUELOS TROPICALES
PROPUESTA : METODOLOGÍA MCT – APLICACIONES VIALES
ESTUDIO DE SUELOS TROPICALES
PROPUESTA : METODOLOGÍA MCT – APLICACIONES VIALES
Nogami y Villibor (1981)
Identificación, clasificación y evaluación del comportamiento mecánico e
hidráulico de los materiales en el estado que va a operar en el pavimento:
compactado.
 Metodología: Involucra una serie de ensayos en cuerpos de prueba de
dimensiones reducidas y compactadas.
 Esta sistemática, desarrollada para el estudio geotécnico de suelos para
pavimentos económicos es efectiva para aplicaciones viales en suelos
tropicales como en la selección de suelos para construcción de
terraplenes, como protección de la franja marginal, etc.
CLASIFICACIÓN DE SUELOS PARA FINES VIALES
Para entender la necesidad de disponer de una nueva
clasificación de suelos para fines viales, se debe fijar la idea
que :
“ una clasificación ideal de suelos sería aquella que busca
relacionar el potencial de un suelo a una aplicación definida
en la capa del pavimento, lo que depende no solamente de
hacer ensayos de sus propiedades físicas, sino también de
evaluar su correlación con el comportamiento observado en
obras al ser empleado”.
Dr.José Tadeu Balbo
Universidade de Sao Paulo
23
24

14/05/2021
13
Sienta sus bases predominantemente en la
observación de tramos experimentales de
pavimentos a escala real, siendo que sus
ensayos se conciben tratando de relacionar
el comportamiento observado en campo
con parámetros de fácil medición en
laboratorio.
Este sistema de clasificación fue
concebido para analizar los suelos
finos tropicales, evaluando sus
propiedades mecánicas
e hidráulicas cuando compactados y
sus potencialidades para uso en
capas de pavimentos
CLASIFICACIÓN MCT - FUNDAMENTOS
25
26

14/05/2021
14
Por comportamiento laterítico, se enfatiza el hecho que depósitos de suelos residuales
maduros o de suelos transportados intemperizados son finos en términos
granulométricos y muy estables (desde el punto de vista de susceptibilidad al agua y a
las condiciones climaticas en general).
El suelo de comportamiento NO laterítico es aquel que presenta semejanza con los suelos residuales
jóvenes o saprolíticos que contienen gran cantidad de minerales inestables, estando sujetos a
alteraciones en función de condiciones climáticas, inclusive no drenando bien el agua presente y
perdiendo mucha resistencia en condiciones de saturación.
CLASIFICACIÓN MCT PARA SUELOS TROPICALES
MSc. Ing° Guillermo Lazo Lázaro
ENSAYOS MECÁNICOS E HIDRÁULICOS
La clasificación MCT depende de una serie de ensayos que
se ejecutan para la determinación de parámetros
relacionados a propiedades mecánicas e hidráulicas de
los suelos finos tropicales.
Todos los procedimientos de ensayo se realizan en muestras
de suelos compactados en moldes cilíndricos de 5cms
de diámetro, compactando a sección plena,
empleándose un peso de 2.27 kgs o de 4.5 kgs con una
caída de una altura 30.5cms.
La altura del cuerpo de prueba a ser moldado se controla
durante la compactación. El ensayo de compactación
padrón MCT corresponde a la norma DNER (ME 228/94).
CLASIFICACIÓN MACT PARA SUELOS TROPICALES
27
28

14/05/2021
15
ENSAYOS MECÁNICOS E HIDRÁULICOS
Los ensayos para finalidades de análisis de los suelos finos en la clasificación MC
son los ensayos de compactación mini MCV y el de pérdida de masa por inmersión.
El ensayo mini MCV de compactación es capaz de
proporcionar el desvío de la humedad con respecto a
la humedad óptima de compactación y también el
grado de compactación de un suelo.
El ensayo consiste en medir la altura del cuerpo de
prueba (avance de densidad) en función de un
número creciente de golpes, relacionando el peso
especifico del suelo en función del logaritmo del
número de golpes.
El suelo se calibra para varias humedades,
determinándose conjuntos de curvas
relacionando el peso específico seco del
suelo compactado con el número de golpes
aplicados para cada humedad deseada.
Se crean así un conjunto de curvas de
deformabilidad. El valor mini MCV en función
del número de golpes (Bi) aplicadosen el
cuerpo de prueba se da por:
mini MCV = 10 x log Bi
Se ejecuta para cuatro valores de humedad después de
secar la muestra al aire con diámetro de partículas
máximo 2mm, empleando 200 grs de suelo. La
compactación se realiza anotando la altura del
cuerpo de prueba para golpes padronizados (2, 3,
4, 6, 8, 12, 16, 32, 64, 128 y 256 golpes.
El ensayo se detiene cuando la variación de altura Ai+1 – Ai
es inferior a 2mm o cuando el cuerpo de prueba exuda. Las
curvas de compactación mini MCV se grafican con Ai x Bi.
Así para cada humedad del suelo será trazada una curva de
alturas en función del número de golpes.
El valor del mini MCV se calcula para la altura de 2mm, al
determinarse Bi para cada contenido de humedad.
29
30

14/05/2021
16
En el punto mini MCV=10 (10 golpes) se
traza una línea recta auxiliar paralela a las
curvas mini MCV entre alturas de 2mm a
6mm, pudiéndose en seguida determinar
el coeficiente angular denominado C´. El
valor de C´ se presenta influenciado por
la granulometría del suelo y es constante
para un rango de humedades.
Así, C´ elevado indica arcillas y suelos
arcillosos
Es menor a 1 para arenas y limos no
plásticos y poco cohesivos.
El coeficiente C´es la inclinación de la
curva más próxima del MCV=10 en el
rango entre alturas de 2mm a 6mm
CLASIFICACIÓN MCT PARA SUELOS TROPICALES - DEFORMABILIDAD
Se determinan las densidades secas para el suelo
en las condiciones de humedad del ensayo
para varias energías de compactación, que
corresponden al número de golpes aplicados
a cada medida de altura Ai.
Se calcula por convención la inclinación de la parte
rectilínea de la curva de compactación MCV
para 12 golpes, en el ramo seco de
compactación, calculando el coeficiente d´,
que es la tasa de reducción de altura en
función del número de golpes, o sea, la menor
o mayor facilidad de densificación presentada
por el material.
CLASIFICACIÓN MCT – ENSAYOS DE COMPACTACIÓN
31
32

14/05/2021
17
En el ensayo de Pérdida de peso por
inmersión la muestra del suelo compactada en
el molde es parcialmente extraída hasta que
se obtenga una saliencia de 1cm del cuerpo de
prueba cilíndrico.
Va inmerso en agua en posición horizontal por
24 horas y con una cápsula colocada por
debajo del área expuesta, se mide la erosión,
es decir, el suelo que cae dentro de la cápsula,
a fin de ser medida la masa desprendida del
cuerpo de prueba.
A partir de este resultado se calcula el valor del
coeficiente e´
Con e´ y c´ se ingresa a la carta de
clasificación de Nogami.
MCT – PERDIDA DE PESO POR INMERSIÓN - CONDICIÓN HIDRÁULICA
METODOLOGÍA MCT
PAVIMENTOS
METODOLOGÍA MCT
PAVIMENTOS
XXIII CURSO DE TITULACIÓN
INGENIERÍA CIVIL – URP
RESUMEN
Con e´y c´
se ingresa a la carta
de clasificación de
Nogami
MSc Ing° Guillermo Lazo Lázaro
33
34

14/05/2021
18
SISTEMÁTICA MCT
L: suelo de comportamiento laterítico
N: suelo de comportamiento no laterítico
A: arena A´: matriz arenosa S´: suelos limosos G´: suelos arcillosos
CARTA DE CLASIFICACIÓN MCT PARA SUELOS TROPICALES FINOS
35
36

14/05/2021
19
RESUMEN
CLASIFICACIÓN MCT PARA SUELOS TROPICALES - SYNOPSIS
Obsérvese que las clasificaciones AASHTO y SUCS no tienen condiciones de indicar un
aprovechamiento favorable de los suelos como subrasantes, ya que no diferencian los
suelos con naturalezas genéticas completamente diferentes y con propiedades
mecánicas e hidráulicas muy distintas
La clasificación SUCS no diferencia en nada. La clasificación MCT establece claras
distinciones entre todos los suelos finos analizados.
CLASIFICACIÓN MCT – TRES CLASIFICACIONES
INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS
37
38

14/05/2021
20
CORRELACIÓN ENTRE MCT AASHTO Y SUCS
RECOMENDACIÓN TÉCNICA MCT PARA
USO DE SUELOS COMO MATERIALES PARA PAVIMENTOS
39
40

14/05/2021
21
GEOTECNIA VIAL Y ESTABILIZACIÓN DE TALUDES
FINALIZACIÓN 4ª SESIÓN
41

Geotvial 4 ingeniería de suelos tropicales aplicado a obras viales

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a Geotvial 4 ingeniería de suelos tropicales aplicado a obras viales

Similar a Geotvial 4 ingeniería de suelos tropicales aplicado a obras viales (20)

Último

Último (20)

Geotvial 4 ingeniería de suelos tropicales aplicado a obras viales