Fundamentos de Geotecnia y Materiales para Infraestructuras

Conceptos Clave en Ingeniería Geotécnica y Materiales de Construcción

Este documento aborda diversos conceptos fundamentales en la ingeniería geotécnica y la ciencia de los materiales, esenciales para el diseño y la construcción de infraestructuras.

Asiento Inmediato

El asiento inmediato (Si) es un tipo de deformación que se produce de manera instantánea tras la aplicación de las cargas. Se caracteriza por la ausencia de drenaje y una distorsión sin cambio de volumen (V) del suelo.

Asiento de Consolidación

El asiento de consolidación se clasifica en dos tipos principales:

• Consolidación Primaria (Sc): Se produce de manera diferida, conforme el suelo expulsa el agua de sus poros.
• Consolidación Secundaria (Ss): Aparece tras la disipación de las tensiones intersticiales. La deformación continúa, aunque a una carga constante (cte.).

Ambos procesos implican drenaje, compresión y un cambio de volumen (V) en el suelo.

Estabilización Arena-Arcilla

La estabilización arena-arcilla (Ar-Ac) se emplea comúnmente como subbase en caminos rurales, donde ambos elementos cumplen acciones complementarias. Su objetivo principal es corregir la calidad de la mezcla del suelo.

En esta mezcla, la arena aporta la estructura granular, mientras que la arcilla actúa como ligante. La aplicación de esta técnica depende del suelo de partida:

1. Si el suelo original es arcilla, las arenas corregirán su plasticidad y granulometría.
2. Si el suelo original es arena, la arcilla aportará cohesión al suelo.

Se recomienda que la arena sea silícea, dura y angulosa. Por su parte, la arcilla debe poseer una plasticidad moderada, un hinchamiento nulo ante la humedad y ser homogénea.

Tratamiento Superficial vs. Aglomerado Asfáltico en Frío

Estos son dos métodos distintos para la construcción de pavimentos:

Tratamiento Superficial (T. Sup.)

Consiste en la aplicación por riego asfáltico, donde la capa se extiende en estado líquido sobre la base a altas temperaturas. Los riegos pueden configurarse de varias maneras:

• 1 mano de ligante y 1 extensión de árido.
• 1 mano de ligante y 2 extensiones de áridos.
• 2 manos de ligante y 2 extensiones de áridos.

Los áridos se producen y suministran con granulometrías diferenciadas, que se manejan por separado.

Aglomerado Asfáltico en Frío (Agl. Asfáltico)

Implica la extensión y compactación de la mezcla a temperatura ambiente. Los áridos no se calientan antes de mezclarlos. La mezcla es una combinación de áridos y un ligante bituminoso.

Pilotes (Cimentaciones Profundas)

Se aconseja emplear pilotes, que son un tipo de cimentación profunda, cuando los estratos más resistentes del suelo se localizan a una profundidad considerable y la colocación de cimentaciones superficiales como zapatas o losas resulta inviable. Los pilotes tienen la función de trasladar las cargas de la estructura hasta estos estratos más resistentes.

Proceso de Asientos de Consolidación

El proceso de asientos de consolidación se desarrolla en varias fases (referencia a un dibujo o esquema):

1. Partiendo del punto inicial (0) de aplicación de la carga, lo primero que aparece es el asiento inmediato (Si). En este tramo, la magnitud de Si es proporcional al aumento de la carga aplicada.
2. Se pasa a la siguiente fase cuando aparece el asiento de consolidación primaria (Sc). En este tramo, la deformación aumenta al mismo ritmo que las presiones intersticiales (provocadas por la salida de agua de los poros), las cuales se igualan a las cargas transmitidas por la estructura.
3. Por último, aparece el asiento de consolidación secundaria (Ss). Este es un proceso mucho más lento en el tiempo, que se origina una vez que las tensiones intersticiales se disipan y las partículas del terreno comienzan a reorganizarse. La deformación en esta fase es mucho más constante (cte.).

Zahorra Artificial

La zahorra artificial es un material que se puede utilizar como base en caminos rurales. Es una mezcla de áridos total o parcialmente machacados, caracterizada por una granulometría de tipo continuo. La variante más resistente es la de 1 pulgada (1").

Suele fabricarse a partir de materiales limosos, por lo que su plasticidad es cero. En este caso, no puede usarse sin una capa asfáltica, ya que los vehículos levantarían el material. Se diferencia de las zahorras naturales en que pasa por un proceso de machaqueo en plantas de tratamiento de áridos.

Estabilización con Cementos en Suelos

Esta técnica se utiliza en suelos de base granular con un Índice de Plasticidad (IP) inferior a 6. La mezcla de suelo natural, cemento y agua crea una capa cohesionada que aumenta la estabilidad del suelo y su impermeabilización, gracias a la asociación de hidrosilicatos e hidroaluminatos con los granos del suelo.

Se aconseja el uso de cementos tipo CEM I, CEM II/A-P y CEM II/A-V. No se recomienda para suelos yesosos o con un alto contenido en sulfatos (superior al 1%) o materia orgánica (MO) superior al 2,5%.