4. Mecànica de Sòls
3
Fases del sòl, granulometria,
plasticitat, cohesió, assajos
de compactació...
5. Conceptes Bàsics Per determinar les característiques dels sòls s’utilitzen
les normes NLT del Centre d’Estudis i Experimentació
d’Obres Públiques (CEDEX).
Mostres inalterades: S’utilitzen per conèixer les
propietats del terreny en el seu estat natural: humitat,
Fases del sòl permeabilitat...
Mostres alterades: Són les que s’agafen normalment
Fase sòlida: Agregat natural de partícules minerals que en la construcció de vies perquè a nosaltres ens
poden ser separades fàcilment. (γs = 2.6-2.7 t/m3) interessa les característiques dels sòls modificats.
Fase líquida: Aigua amb sals (γw = 1t/m3)
Fase gaseosa: Aire (ocupa els buits del sòl) Granulometria
Es defineix coeficient de saturació comm el quaocient Les partícules es classifiquen per mides:
entre el volum de l’aigua i el volum dels buits que té un
Graves (+2mm)
sòl.
Sorres (2 - 0.06mm)
Mostres inalterades i alterades
Llims (0.06 - 0.002mm)
Les mostres són percions de terreny que coserven totes
o algunes de les propietats i que s’extreuen pel seu Argil·les (<0.002mm)
estudi en al laboratori. Per classificar-les s’empra un tamisat normalitzat.
4
6. Consistència dels Índex Plàstic
Sòls: Plasticitat S’obté a aprtir de:
IP = LL- LP
Graus de plasticitat i Consistència LR, LL I LP són els límits d’Atterberg i són %
d’humitat referents al sòl sec. Es determinen segons
una norma NLT.
Si partim d’un terrós d’argila i li anem afegint
pauletinament aigua, observem diferents estats de Un elevat índex plàstic també indica una elevada
consistència o plasticitat: plasticitat.
Estat dur: Es desfà amb dificultat. Uns valors alts de plasticitat són dolents perquè tenen
excessiva elasticitat i probabilitat d’inflament. Les sorres
Límit de retracció (LR): El terrós s’infla.
tenen molt poca plasticitat, per contra certes argil·les
Estat tou: Es desfà amb facilitat. tenen índex plàstics pròxims a 100.
Límit plàstic: El terròs comença a moldejar-se. La plasticitat del sòl està en correspondència amb altres
propietats com són la cohesió, la permeabilitat o la
Estat plàstic: El terròs comença a moldejar-se.
compresibilitat.
Limit líquid: Es moldeja amb facilitat.
Estat líquid: No es pot amassar degut a que fluïdifica.
5
7. Classificació de A través de la taula i mitjançant les dades obtingudes
abans podem classificar el sòl.
Sòls Classificació HBR
Materials Granulars
Mètode HBR - Barreges ben graduada de graves, sorres i fins.
Se sol utilitzar la classificació HBR (Highway Research (A-1)
Board) es necessita:
- Sorres fines (A-2)
-Anàlisi granulomètric
- Graves i sorres argiloses o llimoses (A-3)
-LL
- IP
Materials llimo-argilosos
- Índex de Grup
- Sòls llimosos (A-4), (A-5)
L’IG és un nombre enter obtingut de calcular el valor
- Sòls argilosos (A-6), (A-7)
arrodonit de l’expressió:
IG = 0.2a + 0.005a · c + 0.01b · d
Els materials granulars són bons per a l’explanació
Els valors de a, b, c i d es calculen a partir del tamís nº (disseny dels talussos de pistes) mentre que els
200 i de LL i IP, ens donen la relació a l’examen. materials llimo-argilosos no són gaire adequats.
6
8. Cohesió, entumiment Entumiment
i Fregament intern S’origina per la capacitat de fixar aigua de les partícules
del sòl. Es produeix un inflament; alhora produeix dos
treballs un des de l’interior i l’altre per forces exteriors.
L’entumiment, com la cohesió està lligat a la superfície
específica del sòl. Però l’entumiment per contra es pot
Cohesió dur a terme en sòl absents d’argil·la.
La cohesió dels sòls és la resisitència que el terreny
Fregament intern
ofereix a ser tallat. Es deguda a l’atracció entre les
seues partícules, és més alta en argil·les. Fregament que es produeix entre les diferents partícules
del sòl a les càrregues. És major en materials grans que
Els sòls cohesius tenen una superfície específica molt en materials fins.
elevada. Anb un augment de la humitat, la cohesió
disminueix degut a l’entumiment. També determina el pendent màxim que podem aplicar
al talús. Aquest pendent màxim es determina amb la
La cohesió és una característica dels sòls argilosos i per fòrmula:
tant s’associa a la plasticitat. Sòls sense argil·la no
poden ser cohesionats. tg ϕ = τ/σ
S’expressa en Kp/cm2 o t/m2 On τ és la força normal sobre el pla i σ és la força
tangencial de tall sobre el pla.
7
9. Equivalent de sorra, Consolidació
consolidació i Procés natural en el que es disminueix el volum de
buits d’un sòl per reorganització de les seues partícules
compactació que es disposen de forma més compacte, per efecte de
càrregues estàtiques que actuen durant un període de
temps molt llarg.
Equivalent de sorra (EA)
Consisiteix en determinar l’excés de material fi, que Compactació
passa pel tamís 200, en un material granular.
Procés provocat per l’acció de càrregues dinàmiques
Dóna una idea ràpida de la qualitat del material que es que obliguen a les partícules a acoplar-se entre si de
va a utilitzar a l’obra. S’utilitza principalment per evaluar manera que augmenta la densitat seca. D’aquesta
sòls granulars de baixa plasticitat per els que la manera també augmenta la resistència i disminueix la
determinació dels límits d’Atterberg (LL, LP...) és díficil. permeabilitat.
Consisteix en introduir en una probeta graduada una És adequat realitzar treballs de compactació a l’hora de
mostra de sòl juntament amb una solucó tipus. Després construir un camí, perquè tindrem una pista
d’agitar la barreja i deixar repossar es procedeix a llegir impermeable i resistent.
la graduació de la probeta l’altura a la que ha arribat la
sorra i la altura a la que ha arribat l’argil·la. Si afegim aigua, disminuira el fregament intern per
lubricació i serà més fàcil la compactació. Tot i així un
EA= Lsorra/Largil·la x 100 excés d’aigua disminueix la densitat i redueix la
Valors elevats d’EA són sòls poc fins. compactació perquè es fluïdifica.
8
10. Sección 6
Assajos de Assaig CBR
Serveix per comprobar la resisitència a ser tallat del sòl
compactació del camí. També es podria considerar assaig de duresa.
Es realitza sobre un sòl ja compactat amb unes
densitats i humitats controlades.
Assaig Proctor
És un assaig de penetració a velocitat constant sobre el
Hi ha una relació entre la densitat seca d’un sòl i la seua
sòl ja preparat. Els valors oscil·len entre el 0 i el 100.
humitat per a cada valor del treball de compactació.
Com més alt és l’índex, més resistent. Per sota de 12
Per a cada treball de compactació que s’aplica a un sòl són sòls dolents i poc compactats.
es pot arribar a una densitat seca màxima si el contingut
d’aigua del sòl és la humitat òptima ( 90-95% saturació Assaig de los Àngeles
del sòl). És un assaig de desgast dels àrids del camí. Consisteix
en posar una mostra neta de l’àrid, seca i pesada en un
tambor amb unes boles d’acer.
Índex de compactació:
Després d’un nombre de voltes a velocitats
Tant per cent de compactació aconseguida a l’obra en normalitzades es treu i es passa pel tamís 12ASTMA o
relació a la màxima que e pot aconseguir i que es pot 1,6UNE i es pesa el que queda retingut. La quantitat
calcular a laboratori. dàrid perdut sobre la mostra inicial és el coeficient,
es bo que sigui baix (20) ja que indica poc desgast.
9
11. Explanació
4
Definició. funcions de
l’explanació. Passos de
l’explanació.
12. Definció: Fases:
Les fases que comprèn la construcció de l’explanació
L’explanació és la part de l’obra d’un camí definida són:
geomètricament pel perfil longitudinal i transversal.
Sobre la superfície de la qual s’assenta el ferm. A
vegades la pròpia explanada fa la funció de ferm (en -Desbroçament del terreny
pistes forestals on no hi ha pressupost per construir-ho).
-Demolicions
Està formada pels desmonts i talussos necessaris per
-Escarificació i compactació
arribar als rasants i altres cotes que figuren als plans.
-Excavació de l’explanació
-Excavació de franges
Funcions:
-Excavacions de talussos en roca
-Talussos
-Soportar les accions transmeses pel ferm.
-Pedraplens
-Si no hi ha ferm fer les funcions del ferm.
-Finalització i refinament de l’explanació
-Defensar el ferm de la humitat que pugui arribar de
sota.
11
13. Desbroçament del terreny Excavació
Retirar tots els objectes, arbres, plantes que entrin dins Comprén el conjunt d’operacions d’excavar, evacuar i
la franja d’actuació de la via. Les restes vegetals nivellar les zones on ha d’establir-se el camí.
s’hauran d’enretirar de la zona i apartar-les en algun lloc
Això inclou la plataforma, talussos i voravies, així com la
establert. Cal arrencar les arrels i les soques del terra
zona de prèstecs que poden necessitar-se.
per poder explanar bé.
En vies forestals s’acostuma a minimitzar l’excavació
per tal d’evitar un impacte ambiental elevat.
Demolicions
Hi ha 3 tipus d’excavació:
Consisteix en la demolició de les construccions
-En terra: Es pot excavar amb retroexcavadora (terrenys
(generalment murs de pedra) que es troben en el futur
de sorres i materials molt tous).
traçat de la via.
-En terreny de trànsit: Zones de roques descompostes o
terra compacta.
Escarificació i compactació
-En roca: Excavació en roca, s’utilitzen explosius o
Consisteix en la disgregació de la superfície del terreny, martells pneumàtics.
efectuada per mitjans mecànics i la seua posterior
Les excavacions també es fan en totes les obres de
remoció, substitució o compactació.
drenatge.
L’escarificació es fa amb bulldozers amb rippers o
escarificadors i per la compactació s’utilitzen
compactadors.
12
14. Teraplens Tipus de Sòls
Es construeixen amb el sòl de les zones adjacents Sòls seleccionats
barrejat amb un sòl corrector que millori les
M. O. < 0,2 %, sals solubles < 0,2%
característiques mecàniques.
Sòls adequats
Les operacions per la realització del terraplè són:
M.O. < 1%, LL < 40, % que passa pel tamís 0,08 < 35%
-Preparació de la superfície d’assentament del terraplè
Sòls tolerables
-Extensió d’una capa de sòl (cos del terraplè)
M.O. < 2%, guixos < 5%, LL< 65
-Dessecació de la capa del sòl
Sòls marginals
-Compactació del terraplè
M.O. < 5%
La compactació es repeteix varis cops per tal d’arribar a
l’espessor necessari. Sòls inadequats
El terraplè compte de 3 parts: el ciment, el nucli i la Aquells que no entren en les classificacions anterior,
coronació. que tinguin molta matèria orgànica o bé que siguin
insalobres.
En terrenys a mitja vessant i amb talussos d’elevada
pendent és necessari construir talls al vessant en forma Els sòls de les parts del ciment i nucli poden ser
de terrasses perquè el terraplè pugui descansar sense tolerables, adequats o seleccionats. Mentre que els de
patir deslliçaments i desprendiments. la coronació només poden ser adequats o seleccionats.
13
15. Estabilització de
Sòls
5
Estabilitat i estabilitzció de
sòls. Barreges de sòls i
mòdul granulomètric.
16. Estabilitat de sòls Quan un sòl no és estable li haurem d’afegir allò que li
falta. Per exemple en una argil·la pura on l’angle de
fregament intern (φ) és 0, li haurem de donar estructura
mitjançant un sòl granular que augmenti φ.
També quan un sòl presenta valors baixos de cohesió
Sòl estable: Aquell que presenta una bona resistència a (c), com és el cas dels sòls gravosos li haurem d’afegir
la defeormació i es poc sensible a la presència d’aigua. un lligant (argil·les) per millorar la cohesió.
D’aquesta manera si barreixem sòls obtenim uns
Quan un sòl se’l sotmet a una càrrega crítica i provoca
resultant amb unes resistències de tall superiors a les
en ell una deformació irreversible amb un deslliçament
anteriors perquè resenten millor resistència a la
de les masses adjacents se l’anomena càrrega portant,
deformació.
que és el límit de la seua resistència.
L’altra condició d’estabilitat és que el sòl sigui poc
La fòrmula de resistència al esforç de tall de Columb és:
sensible a la presència d’aigua. Això s’aconsegueix amb
τ = c + б x tg φ la disminució de buits existents al sòl mitjançant la
compactació de la barreja de sòls a una humitat i
Expresa que les tensions límits de fractura estan
densitat òptima. Cal reduir els materials que tenen un alt
lligades a l’equació de Coulomb, que expressa la
entumiment.
situació límit de les deformacions elàstiques del sòl
(capacitat portant); aquestes tensions límits depenen de Per l’estabilització de sòls o podem fer via
la cohesió del sòl (c) i de l’angle de fregament intern (φ). estabilització granulomètrica (explicada anteriorment)
Un sòl estable té elevats valors de τ. o bé per estabilització química.
15
17. Estabilització Quan apliquem cada valor del tamís a la fòrmula ens
dóna la gràfica, que la identifiquem amb el diàmetre
Granulomètrica màxim de les partícules del sòl.
Per tan una estabilització amb la gràfica Talbot a 1” de
diàmetre màxim ens donarà la següent taula:
Està basada en la mescla binària de sòls. Normalment
no es barregen més sòls perquè augmentaria el cost de
l’execusió.
Hem d’aconsgir la màxim compactació possible, això
s’aconsegueix amb una compactació mecànica i també
en una tria adequada de les proporcions del diàmtre de
les partícules del sòl
El A seràn per a pistes sense recobriment asfàltic (pistes forestals).
Per aconseguir la màxima compacitat, Talbot va establir
la següent equació.
Estabilització Sorra - Argil·la
% % % % P = 100 ( d/D )n
Estabilització particular on només intervé la sorra com a
P= % de partícules que passen pel tamís d
material granular i l’argil·la com a material lligant o fi.
D=diàmetre màxim de les partícules del sòl Les sorres hauran de ser silíciques (molt anguloses) i
les argil·les han de tenir un inflament baix.
n=Exponent que varia en funció de D
16
18. Mescla de Sòls Per trobar la proporció adequda haurem de calcular el
mòdul granulomètric deduit de les taules de l’equació
Talbot. Sabent els mòduls de cada sòl farem un sistema
d’equacions tal que:
(Ma * X)/100 + (Mb * Y)/100 = Mg
L’estabilitazació de sòls es fa mitjançant la barreja X + Y = 100
binària de 2 sòls diferents. El sòl existent a l’obra i que
Ma = mòdul granulomètric del sòl A
volem corretgir s’anomena sòl a corretgir i el que té
qualitats que volem s’anomena corrector. Mb = mòdul granulomètric del sòl B
La granulometria de la mescla pot esablir-se mitjançant
Mètode de la Plasticitat
el mòdul granulomètric i a partir d’aquí coneixent la
granulometria dels sòls es pot saber la proporció de Determinar la proporció en que s’han de barrejar dos
sòls. També es poden trobar les proporcions si sabem sòls en que els índexs plàstics es coneixen per tenir un
els índex de plasticitat i la plasticitat que volem. IP prefixat.
Mòdul granulomètric: També pot ser que ens demani la IP final coneixent la
proprció dels sòls.
És la suma de tots els retinguts acumulats de cada
tamís, quants més tamissos tinguem millor. Els que mai De totes formes s’utilitzen les taules de G. Trocchi, on
faltaran seran els nº 4, 10, 40 i 200. expliquen cada pas quins càlculs fer.
17
20. Importancia dels El camí si no tingués cap tipus de drenatge, actuaria
com un canal colector que intercepteria totes les línies
Drenatges de drenatge existents en la seua trajectòria. Sobretot si
pensem en camins a mitja vessant. El flux d’aigua
seguirà dues trajectòries fundamentalment:
Pista de plataforma inclinada al sentit del pendent:
- Els impactes ambientals originats pels camins són
inevitables per això s’ha d’intentar minimitzar-los. l’aigua atravessa transversalment per la superfície del
camí per seguir la trajectòria de vessant avall. Això pot
- Els problemes causats per l’aigua són els principals
deteriorar i erosionar, depenent de la quantitat d’aigua a
culpables del deteriorament del camí.
evacuar.
- L’evacuació correcta de l’aigua dels camins colabora a
minimitzar les destroces i danys i ajuden a mantenir la
qualitat i la durabilitat del camí. Pista abombada o amb contrapendent:
- Els drenatges utilitzats a carreteres són molt cars però l’aigua es recollirà al llarg de l’explanada pels seus
molt efectius. A pistes i vies forestals utilitzem drenatges marges fins a arribar un punt de cota mínima on
alternatius que són obres de menor cost però de major atravessarà superficialment la pista. Es produirà tan
grau de manteniment. erosió longitudinal com transversal.
- Pel càlcul d’aquestes obres s’ha de saber quanta
aigua pot interceptar el camí.
19
21. Dimensionament Per estimar els cabals podem utilitzar la fòrmula
Racional:
dels Drenatges Q = (K · I · S)/360
Q: Cabal (m3/s)
Càlculs hidrològics K: coeficient d’escorrentia (el trobem a partir de la taula)
I: intensitat en mm/h
S’utilitza els mètodes de les microconques vertents al
S: superfície de la conca.
camí basat en condicions hidrogràfiques del lloc, i els
valors màxims de precipitació esperables a la zona. Per trobar el factor K hem d’observar les taules
S’aliquen models de càlculs típics de la hidrologia que té d’escorrentia.
en compte àrees vertents, tipus de sòl, vegetació,
Per calcular la intensitat agafem les dades
orografia...
d’observatoris propers o bé a través del mapa d’isolinies
Primer hem de calcular els cabals sense tenir en d’intensitats.
compte el traçat de la pista i després calculant amb el
Per l’estimació del cabal en un punt en concret haurem
treçat de la pista, i ab tots els canvis de flux que aquesta
de tenir en compte a partir de l’aigua abocada de la
comporta.
microconca, l’aigua provinent de la pista i de la desviada
per altres factors.
20
22. Càculs Hidràulics
Una vegada tenim els cabals a desguassar als diferents
punts del camí, calculem les dimensions del elements
de drenatge, a través de la fòrmula de Manning.
Q = S · V = S · R2/3 · J1/2 · K
Q = cabal
S = Àrea de la secció
V = velocitat de l’aigua
R = radi hidràulic
J= pendent
K = coeficient de rugositat
Un cop calculades les seccions, s’ha de mirar si les
velocitats del flux seràn més baixes de les admissibles,
ja que a unes velocitats altes, es produirà un
deteriorament dels drenatges.
La velocitat màxima admissible és aquella velocitat
màxima que el drenatge pot soportar.
21
