Características y Tipos de Suelos

Suelos Granulares

Este tipo de suelos está formado por partículas agregadas y sin cohesión entre ellas, dado el gran tamaño de las mismas. Su origen obedece fundamentalmente a procesos de meteorización física.

Las características principales de este tipo de suelos son su buena capacidad portante y su elevada permeabilidad, lo que permite una rápida evacuación del agua en presencia de cargas externas. Esta capacidad de drenaje es proporcional al tamaño de las partículas, o dicho de otro modo, al volumen de huecos o porosidad del suelo. Dentro de esta clase de suelos se distinguen dos grandes grupos: el de las gravas y el de las arenas. El límite entre ambos grupos viene dado por su granulometría, considerándose arena la fracción de suelo de tamaño inferior a 2 mm.

Suelos Cohesivos

Esta categoría de suelos se caracteriza por un tamaño más fino de sus partículas, lo que les confiere unas propiedades de superficie ciertamente importantes.

La cohesión es la principal propiedad desde el punto de vista mecánico de este tipo de suelos. La cohesión es importante desde el punto de vista de la estabilidad de taludes, ya que aumenta la resistencia de un suelo frente a esfuerzos cortantes o de cizalla. Dentro de los suelos cohesivos también puede establecerse una subdivisión en dos grandes grupos:

• Los limos, formados por partículas de grano muy fino (entre 0.02 y 0.002 mm).
• Las arcillas, compuestas por un agregado de partículas microscópicas procedentes de la meteorización química de las rocas.

Este tipo de suelos se caracteriza por su baja permeabilidad, al dificultar el paso del agua por el reducido tamaño de sus poros, y su alta compresibilidad.

Suelos Orgánicos

Dentro de esta categoría se engloban aquellos suelos formados por la descomposición de restos de materia orgánica de origen animal o vegetal –predominando esta última– y que generalmente cubren los primeros metros de la superficie.

Se caracterizan por su baja capacidad portante, alta compresibilidad y mala tolerancia del agua, a lo que se une la existencia de procesos orgánicos que pueden reducir sus propiedades resistentes. Este tipo de suelos es nefasto para cualquier obra de infraestructura, por lo que deben eliminarse mediante operaciones de desbroce.

Rellenos

Se entiende por relleno todo depósito de materiales procedentes de aportes de tierras de otras obras. También son depósitos de escombros procedentes de demoliciones, vertederos industriales, basureros, etc.

La problemática que presentan este tipo de suelos artificiales es su baja fiabilidad, ya que por lo general no suelen compactarse al ser depositados. El comportamiento mecánico esperable es muy malo, ya que al no estar compactados presentarán altos índices de compresibilidad y la aparición de asientos excesivos e impredecibles.

Obras de Tierra – Terraplenes

Los terraplenes son grandes acumulaciones de tierra adecuadamente tratadas y compactadas para asegurar su estabilidad y servir de soporte a la vía. Se construyen en zonas de cota inferior a la prevista en proyecto mediante aportes de tierras, pudiendo aprovecharse las extraídas en zonas de desmonte –siempre que sean aptas– o emplear tierras de préstamo traídas de zonas cercanas.

Construcción de Terraplenes

El proceso constructivo de un terraplén comprende diversas etapas y operaciones encaminadas a conseguir las características resistentes y estructurales exigidas a cada capa, y que aseguren un correcto funcionamiento del mismo. Una mala ejecución puede ocasionar diversos problemas que afectarán a la funcionalidad de la carretera. Así, una humectación o compactación deficiente provocará asentamientos excesivos del terraplén que fisurarán y alabearán la superficie de rodadura; la incorrecta ejecución del cimiento en una ladera puede provocar problemas de inestabilidad, ocasionando el colapso y desmoronamiento de la obra.

En este tipo de obras, pueden distinguirse diversas fases de ejecución:

Fases de Ejecución

1. Operaciones Previas: desbroce de la vegetación existente, remoción de la capa superficial del terreno, escarificación y precompactación.
2. Construcción del Terraplén (Operaciones Cíclicas por Tongada):
   • Extendido de la capa de suelo.
   • Humectación a la humedad óptima Proctor.
   • Compactación de la tongada.
3. Terminación del Terraplén: Comprende operaciones de perfilado y acabado de taludes y de la explanada sobre la que se asentará el firme.

Terraplenes sobre Laderas

Las obras asentadas sobre laderas –especialmente las lineales, como es el caso de las carreteras– suponen un reto para el ingeniero, ya que plantean una serie de problemas relacionados con la estabilidad mecánica.

Existen diversas técnicas constructivas que favorecen la estabilidad de este tipo de elementos; la más inmediata –pero también la más cara– es tender los taludes de la explanación. El inconveniente es el notable incremento del volumen de tierras que puede llegar a suponer.

En el caso de laderas en roca, una buena medida es eliminar la capa de material erosionado y de origen aluvial que queda almacenada en superficie, en el caso de que presente un espesor reducido (del orden de 6 m.) y se dude de sus características mecánicas y de estabilidad. Si la potencia es grande, puede optarse por estabilizarlo. En laderas con taludes superiores a 2:1 –e incluso a 4:1 o 6:1– es aconsejable escalonar la superficie de contacto entre terreno y terraplén; si además existe riesgo de filtraciones, deben disponerse drenes longitudinales en cada uno de los escalones para evitar presiones intersticiales que desestabilicen la obra. Dichos escalones deberán tener una anchura suficientemente holgada para permitir el paso de maquinaria sobre ellos.

Obras de Tierra – Desmontes

Mediante el desmonte puede materializarse el citado recorte del terreno, excavándose una trinchera por donde discurrirá la carretera. Mecánicamente, el desmonte es un desafío a la estabilidad de una ladera que ve roto el equilibrio forjado a lo largo de cientos de miles de años. El principal problema que se plantea es asegurar la estabilidad de sus taludes, ya que las características resistentes de ese suelo de nada servirán si se producen continuos deslizamientos que pongan en peligro la funcionalidad de la carretera a la que sirven de soporte.

El deslizamiento de un talud se produce por la rotura y posterior desplazamiento de una cuña de suelo a lo largo de un plano de debilidad, lo que ocasiona un desmoronamiento total o parcial de dicho talud. Las causas que producen este deslizamiento son muy diversas –filtraciones de agua, vibraciones, socavaciones…– lo que hace difícil su encuadre analítico.

Consolidación de Laderas Inestables

1. Armado del terreno: Esta técnica consiste en proporcionar resistencia al terreno empleando elementos ajenos al mismo. Dos claros ejemplos son el micropilotaje, que consiste en hincar pilotes de hormigón para recompactar y fijar el terreno, o la ejecución de pantallas ancladas al terreno mediante bulones metálicos, sujetos al mismo mediante inyecciones de cemento.
2. Muros y revestimientos: Un muro puede ser la solución ideal para taludes que necesitan una pendiente suave, ya que evita el desmonte de gran cantidad de terreno. Por su parte, un revestimiento superficial con gunita –hormigón proyectado– creará una pantalla impermeable al agua y ayudará a evitar pequeños desprendimientos. Ambas técnicas pueden combinarse con un sistema de anclaje al terreno, aumentando en mucho su efectividad.
3. Sistemas de drenaje: El agua es un gran enemigo para todo suelo sometido tensionalmente, ya que debilita su estructura y favorece su colapso. Por ello, un adecuado sistema de drenaje que aísle al terreno del agua infiltrada contribuirá a mejorar la estabilidad del talud.

Dispositivos de Protección y Seguridad

1. Bermas y cunetones: Los taludes de gran altura con desprendimientos ocasionales pueden escalonarse, construyendo para ello diversas bermas cuya misión es amortiguar la caída de las rocas procedentes de la coronación, reduciendo de esta forma su energía y velocidad, e impidiendo su penetración en la calzada. El dispositivo se completa con una amplia cuneta de recepción y almacenamiento en el pie del desmonte y una barrera de protección situada entre dicha cuneta y la carretera.
2. Muros de contención: Se construyen en el pie del desmonte siguiendo el eje de la vía a la que protegen. Suelen ser de hormigón armado, lo que los hace resistentes a cualquier impacto y permiten la acumulación de rocas en la cuneta de almacenamiento existente en su intradós.
3. Mallas de triple torsión: Este tipo de elementos cubren la totalidad de la superficie sospechosa de desprendimiento, impidiendo la salida de cualquier fragmento rocoso al exterior. La malla se sujeta firmemente en la coronación del terraplén mediante correas de anclaje, lastrándose en el pie del mismo empleando barras de acero o gaviones (jaulas metálicas de forma cúbica rellenas de material pétreo). Asimismo, es conveniente disponer puntos de anclaje cada 2 o 3 m. a lo largo del talud para ceñir la malla al terreno.
4. Barreras dinámicas: Surgen como evolución de las anteriores, y suponen un complemento de aquellas a la hora de detener bloques de gran tamaño. El sistema se fundamenta en la absorción de impactos mediante la progresiva disipación de su energía cinética, convirtiéndola en trabajo de frenado. Para ello, se dispone una malla de cables de acero montada sobre postes metálicos articulados en su base, a los que van unidos cables de disipación de energía, que son los que efectúan la detención.

Elección de la Inclinación del Talud

En terrenos no rocosos, el talud máximo generalmente viene determinado por el ángulo de rozamiento interno del suelo. Son habituales en obras de carreteras taludes de 1:1 para suelos granulares, 3:2 para los intermedios y 2:1 o incluso más para suelos arcillosos, limosos o con características especiales.

Drenajes

Drenaje Superficial

Conjunto de obras destinadas a la recogida de las aguas pluviales o de deshielo, su canalización y evacuación a los cauces naturales, sistemas de alcantarillado o a la capa freática del terreno. Se divide en dos grupos:

• Drenaje Longitudinal: Canaliza las aguas caídas sobre la plataforma y taludes de la explanación de forma paralela a la calzada, restituyéndolas a sus cauces naturales. Para ello se emplean elementos como las cunetas, caces, colectores, sumideros, arquetas y bajantes.
• Drenaje Transversal: Permite el paso del agua a través de los cauces naturales bloqueados por la infraestructura viaria, de forma que no se produzcan destrozos en esta última. Comprende pequeñas y grandes obras de paso, como puentes o viaductos.

Drenaje Profundo

Su misión es impedir el acceso del agua a capas superiores de la carretera –especialmente al firme–, por lo que debe controlar el nivel freático del terreno y los posibles acuíferos y corrientes subterráneas existentes. Emplea diversos tipos de drenes subterráneos, arquetas y tuberías de desagüe.

Firmes de Carreteras

Funciones de los Firmes

1. Resistir las solicitaciones del tráfico previsto durante el período de proyecto del firme, así como servir de colchón de amortiguamiento de las cargas verticales para las capas inferiores, de forma que a la explanada llegue una pequeña parte de aquellas, compatible con su capacidad portante.
2. Proporcionar una superficie de rodadura segura y cómoda, cuyas características se mantengan uniformes durante el periodo de funcionamiento de la vía, produciéndose a lo largo de este deformaciones admisibles y deterioros que puedan ser objeto de actuaciones eventuales de conservación y mantenimiento.
3. Resguardar la explanada de la intemperie, especialmente de las precipitaciones y del agua en cualquiera de sus formas, ya que en determinados suelos produce una merma considerable en sus características resistentes, pudiendo además provocar lavados de parte del material e incluso fenómenos de deslizamiento.

Constitución de Firmes

1. Pavimento: Es la parte superior del firme, encargada de resistir directamente las solicitaciones originadas por el tráfico.
2. Capas de base y sub-base: Situada justo debajo del pavimento, tiene una función eminentemente resistente, amortiguando gran parte de las cargas verticales. Pueden estar formadas por zahorras naturales o artificiales.
3. Capas especiales: Se emplean en circunstancias especiales, como en terrenos heladizos (capa anti-hielo) o en suelos de mala calidad.
4. Explanada mejorada: Es la capa más superficial de la obra de tierra que soporta el firme, estando convenientemente preparada para su recepción.