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Ingeniería de Suelos en Vías Terrestres Hugo S. Haas Mora Objetivos Presentar los diversos aspectos que se deben tomar en cuenta en la actividad geotécnica en los ámbitos del proyecto, construcción y mantenimiento de las diversas obras que integran las vías terrestres, de tal manera que estas resulten seguras, económicas y duraderas, y que armonicen con el medio ambiente. Camino Maya Introducción La Ingeniería de Suelos participa activamente en el proyecto y construcción de las Vías Terrestres, y se debe reconocer las aportaciones que esta especialidad ha tenido en los últimos 50 años en el desarrollo de la infraestructura en nuestro país. Para estimar el grado en que la Ingeniería de Suelos puede ser útil, es necesario señalar que las propiedades de los suelos involucrados suelen ser críticas y que sin soluciones ingenieriles sería imposible y arriesgado afrontar los problemas que se presentan. Camino Real de Catorce En ocasiones los suelos poseen características tan favorables que existe la tentación de proceder al margen de las normas técnicas correspondientes. Pero es de suma importancia convencer a los colegas de la aplicación razonable de estas ante situaciones difíciles y peligrosas. Los estudios geotécnicos deben realizarse buscando entre otras cosas: • niveles de información general, • detección de casos especiales como: – presencia de suelos blandos. – zonas inundables. – geología desfavorable con inestabilidad de laderas naturales. • justificación de los estudios de detalle. Talud Rocoso La Geotecnia se ha venido aplicando a las vías terrestres de una manera aislada sin integrarla en forma general, por lo que se desaprovecha la posibilidad de retroalimentar los conocimientos obtenidos al analizar problemas aislados, que permitan la eficiencia de la disciplina. La Geotecnia se aplica tanto a * Muros de contención. * Estabilidad de taludes. * Cimentación de puentes. * Problemas de compactación. * Obtención de datos para el cálculo de la curva-masa así como a otros aspectos diversos. Protección de talud El estudio geotécnico es uno de los esfuerzos en los que México ha sido pionero, en el se integran los conocimientos de la Geología, la Mecánica de Suelos, y la Mecánica de Rocas, en un intento de situar a la Vía Terrestre como un conjunto dentro de un ambiente natural, armonizando la ubicación de la obra, considerando la topografía afectada, las formaciones de suelos y rocas presentes así como los métodos de exploración y transporte de los materiales, que permiten definir el costo de la obra, se dan las recomendaciones para la construcción, el tratamiento de los materiales a emplear, la detección de los problemas especiales que requieren de un estudio detallado, se puntualiza la protección de las obras ante el medio ambiente, señalando la necesidad de las obras de drenaje, así como las obras complementarias de protección. Muros de Gavión Se contempla en conjunto la obra vial de un ambiente geológico y geotécnico, como un todo que ha de preservarse durante su vida útil. Es frecuente encontrar en la literatura numerosos ejemplos de costosas fallas ocurridas como resultado de un comportamiento no previsto del sistema suelo-cimentación. Puente Mezcala Pocas veces se hace mención de los que han sido llevados a cabo con éxito, o de los que están sobrediseñados. En uno u otro caso el error cometido puede atribuirse a una inadecuada o poco confiable información que se obtuvo acerca de las características del subsuelo y las implicaciones de éstas en el proyecto. La práctica de la Geotecnia constituye una especialidad apasionante, que exige del especialista los conocimientos básicos y suficientes de las técnicas auxiliares de la Geotecnia, que le permitan conformar un modelo geotécnico del proyecto. Puente Belisario Domínguez Esta especialidad, requiere del apoyo de un grupo de técnicos en donde destacan: – Geólogos. – Fotointerpretadores. – Geofísicos. Los que participan conjuntamente en la investigación, acumulación y evaluación de datos, que se traducen en recomendaciones prácticas. Técnicas de apoyo • • • • • Proyecto Geométrico. Ingeniería de Tránsito. Ingeniería de Sistemas. Diseño Estructural. Hidrología e Hidráulica. La concepción de una vialidad es por tanto el producto de un equipo multidisciplinario, siendo evidente que todas ellas están afectadas por el costo que ha de pagarse para alcanzarse. El cual no se refiere únicamente a su construcción sino también a la conservación y operación del sistema. Desarrollo de los estudios Geotécnicos • Estudios de reconocimiento. • Estudios de proyecto preliminar. • Estudios para proyecto definitivo. ESTUDIOS GEOTECNICOS PARA VIAS TERRESTRES DIAGRAMA CONCEPTUAL ACTIVIDADES PARA PLANEACION 1. DEFINIR OBJETIVOS Y PLANTEAR INCOGNITAS 2. EVALUAR INFORMACION EXISTENTE, RESOLVER INCOGNITAS 3. PLANEACION DE INVESTIGACIONES PARA RESOLVER INCOGNITAS PENDIENTES ACTIVIDADES PARA PROYECTO 4. ESTUDIOS DE CAMPO, OBTENCION DE DATOS SEMICUANTITATIVOS PRUEBAS DE CAMPO Y DE LABORATORIO, CUANTIFICACION DE PARAMETROS 5. ANALISIS DE DATOS, RESPUESTA A LAS INCOGNITAS 6. EVALUACION DE ALTERNATIVAS Y OPTIMIZACION, FORMULACION DE RECOMENDACIONES ACTIVIDADES DURANTE LA CONSTRUCCION INVESTIGACION BANCO DE DATOS ACTIVIDADES PARA MANTENIMIENTO ACTIVIDADES PARA EVALUACION Viaducto Pensil Estudios de Reconocimiento • Información necesaria para analizar diversas alternativas, estudios de prefactibilidad, planeación de la siguiente etapa. • Participan un geotecnista y un geólogo • No se recurre a métodos exploratorios o bien a mínima escala. Información obtenida • • • • • • • acceso al sitio. topografía. formaciones de suelos y rocas. litología. geomorfología. drenaje y subdrenaje. presencia de suelos blandos. • problemas especiales de estabilidad. • comportamiento de corrientes superficiales de agua, acuíferos. • bancos de materiales. Esta información servirá como base para la elaboración del anteproyecto y para el análisis de alternativas y estudios de prefactibilidad. Bajada de Agua Estudios de proyecto preliminar Estos deben realizarse con suficiente amplitud para conocer a detalle: • la estratigrafía del subsuelo. • las propiedades ingenieriles para construcción, definidos en calidad y cantidad. • posición del nivel de agua freática. • flujo de agua subterránea y superficial. • identificación de áreas que requieran mayor investigación (suelos blandos y compresibles, zonas de deslizamientos, cimentaciones de puentes, túneles, etc.). En esta fase se incluye el programa de exploración en el campo, pruebas de laboratorio y algunos análisis de Mecánica de Suelos. La exploración de campo puede realizarse mediante métodos directos e indirectos.El número y espaciamiento de las exploraciones será la que permita obtener la información requerida a un mínimo costo. Puente Papagayo Se establece como regla general que las exploraciones deben realizarse a espaciamientos comprendidos entre 50 y 300 m., en cuanto a su profundidad, se debe tomar en cuenta la magnitud y la distribución de cargas aplicadas , así como las características del terreno de cimentación ubicándolos de tal manera que coincidan con: • Terraplenes y cortes a lo largo de la vialidad, en zonas de préstamo lateral de terraplenes, en sitios en que se localicen obras menores de drenaje. • Evidencias de flujo de agua, nivel fréatico, deslizamiento potencial. • Areas de ubicación de bancos de materiales. Falla en autopista En cuanto a los métodos geofísicos aplicables en las vías terrestres, los más comunes son: Geosísmico de refracción sísmica, proporciona información sobre la profundidad de las formaciones rocosas, espesor de suelos granulares en bancos de materiales, posición de nivel freático y atacabilidad del material y su uso se extiende al estudio de cortes y bancos. Uso de Métodos Geofísicos • Geoeléctrico de resistividad, se emplea para estimar los espesores de suelo o roca alterada que cubren el manto rocoso y posición del nivel freático. Para la utilización óptima de estos métodos, se debe recurrir a técnicos y especialistas para la realización e interpretación de las mediciones, la información debe complementarse con métodos de exploración directa. Estudios de proyectos definitivos En está etapa se tendrán definidos problemas específicos como: • la presencia de suelos blandos. • cortes de materiales inestables. • cimentaciones de puentes. • viaductos. • túneles. Bulevar La Quebrada Investigaciones a realizar • Condiciones del sitio. Topografía, drenaje, acceso, erosión, peligro de inundación, comportamiento de agua superficial y subterránea. • Condiciones geológicas. Geología detallada, sismicidad. • Condiciones del terreno de cimentación. Estratigrafía, y zonificación de materiales. • Agua subterránea. Nivel freático, permeabilidad, flujo de agua, niveles piezométricos. • Formaciones rocosas. Posición y tipo de roca, grado de intemperismo. juntas, fallas, índice de calidad de la roca, propiedades físicas y mecánicas. • En está fase se llevarán a cabo sondeos para obtener muestras inalteradas y alteradas tanto en suelos como en roca, excavaciones de pozos, lumbreras y galerías, en combinación con mediciones geofísicas. • Se requerirán pruebas especializadas en suelos, para cimentación de estructuras, para bancos y cortes en roca. • Al final de esta etapa se tendrán los datos que permitan evaluar los parámetros que permitirán resolver los problemas planteados. Sistema de clasificación de carreteras • Para fines de planeación, proyecto, construcción, conservación y operación de una red vial, es preferible una clasificación más consistente, en la que intervenga el aspecto funcional de las vías. • Bajo este contexto se propone un sistema de clasificación: Sistema de clasificación técnico funcional Libramiento Carretero • Red de autopistas, conforman las carreteras de la red troncal, de alta velocidad, sus características permiten el tránsito de todos los vehículos. • Red troncal, en conjunto con las autopistas integran una red de rutas continuas, deben cumplir con lo siguiente: – Operar como corredores de tránsito de largo itinerario y servir con movimientos de largos recorridos estatales o interestatales. – Servir a las capitales de los estados, así como a ciudades con 50,000 habitantes y comunica a la mayoría de las zonas urbanizadas con 25,000 habitantes. – Proporcionar una red integrada sin conexiones que representen cuellos de botella. • Red colectora, conforma una red de carreteras para comunicación regional, vinculadas con la red troncal y cuyas características permiten velocidades de recorrido relativamente altas y sus principales funciones son las siguientes: – Se integra para el servicio interestatal o intermunicipal. – Se ubica a intervalos consistentes con la densidad de población. • Red alimentadora, conforma una red de caminos que principalmente prestan servicios dentro del ámbito municipal y con longitudes de recorrido promedio relativamente cortos. Sus principales características son: – servir a los puntos más apartados de un estado, enlazando poblaciones de 100 habs o más. – Conectar zonas parcialmente productivas de un municipio con la red secundaria. – Servir para el traslado de los productos de la región y para el tránsito de maquinaria agrícola. Túnel Acapulco