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Transporte de energía eléctrica

Línea eléctrica

Cuando una persona enciende una lámpara de su vivienda, esa simple acción conlleva un largo camino. La energía eléctrica puede venir de numerosas fuentes, como puede ser una central térmica, una central nuclear, una central hidroeléctrica, transformándose la energía calorífica, nuclear o cinética en energía eléctrica. Esta energía producida se creará y transformará mediante circuitos de corriente alterna, al ser esta más fácilmente transformable y transportable, aunque tenga inconvenientes que no tiene la continua, como su peligro y el que ciertos componentes eléctricos con ella no sigan la Ley de Ohm.

El transporte normal de corriente eléctrica, sobre todo a larga distancia, es mediante alta tensión (superior a 1000 V) porque al elevar la tensión eléctrica se reduce la intensidad y por tanto las pérdidas por el efecto Joule. En las subestaciones, instalaciones que modifican los niveles de tensión, se eleva la tensión en origen mediante transformadores.

Las líneas de transporte son las torres eléctricas o apoyos eléctricos a través de las cuales se transporta la energía eléctrica. En ellas hay que distinguir dos elementos: los conductores, cables metálicos, y los soportes, la torre en sí; tanto unos como otros serán distintos dependiendo del tipo de corriente, y del terreno que atraviesen.

Los conductores se diseñarán en función de la corriente que sea transportada. Partiendo de su tensión se elegirá el material y la sección adecuada para minorar las pérdidas por transporte. Son los cálculos eléctricos. Dependiendo del conductor, ya que este tendrá un determinado peso y tensión mecánica, se elegirán y dimensionarán unas determinadas torres. También habrá que tener en cuenta en estas, la zona por la que atraviesan, ya que además de añadir el peso del conductor, habrá que añadir la sobrecarga por viento, y por hielo, si procede, y también las sobrecargas por tensión mecánica como las que se producen cuando la torre se halla situada en ángulo. Son los cálculos mecánicos.

Finalmente, la energía eléctrica, en alta tensión, llega a una subestación de distribución donde se reduce de tensión, luego es enviada a los centros de transformación, donde ya sale en baja tensión (125-380 V). De aquí llega a la vivienda, donde tras pasar por el sistema de protección, limitación y facturación, suministra la energía para poder encender la lámpara.


1. Transporte de energía eléctrica

- Lectura: Wikipedia. Transmisión de energía eléctrica
- Vídeo: yenaroja75. Transporte de energía eléctrica


2. El Reglamento de líneas aéreas eléctricas de alta tensión

- Lectura: BOE. R.D. 223/2008, por el que se aprueban el Reglamento de alta tensión y sus instrucciones técnicas complementarias


3. El Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión

- Lectura: MIET. R. D. 842/2002, por el que se aprueba el Reglamento electrotécnico para baja tensión


4. Cálculo de líneas eléctricas

- Lectura: OCW-UPC. Cálculo de líneas y redes eléctricas (págs. 32-49)
- Lectura: Wikipedia. Cálculo de secciones de líneas eléctricas
- Vídeo: José Ramón Vaello. Cálculo de sección de líneas eléctricas


5. Cálculo mecánico de líneas eléctricas

- Lectura: MIET. Guía técnica de aplicación. Líneas aéreas con conductores desnudos (parte correspondiente de cálculos mecánicos)
- Vídeo: UMHE. Cálculo mecánico de líneas eléctricas aéreas


6. El proyecto de una línea eléctrica

- Lectura: CUVSI. El proyecto de una línea eléctrica


7. Distribución de energía eléctrica

- Lectura: Wikipedia. Red de distribución de energía eléctrica
- Aplicación (flash): UNESA. El complejo camino de distribución de la electricidad


8. Facturación de la energía eléctrica

- Lectura: e-ducativa. Facturación de la energía eléctrica en BT
- Lectura: comparartarifasenergia. La factura eléctrica


Proyectos tipo de líneas eléctricas


Proyecto tipo de líneas aéreas de alta tensión

- Lectura: e-on. Proyecto tipo de líneas de alta tensión aéreas


Proyecto tipo de líneas aéreas de baja tensión

- Lectura: Union Fenosa. Proyecto Tipo Líneas Eléctricas Aéreas de Baja Tensión


Consultas de proyectos de líneas eléctricas

En los boletines oficiales aparecen resúmenes de proyectos de líneas eléctricas para exposición pública. Otra opción es en los buscadores Google, Bing u otros, con el siguiente texto: "proyectos de línea eléctrica" + tipo, zona o características. 

Otra forma de búsqueda son los repositorios de las universidades; se accede a ellos a través de los buscadores: repositorio + universidad de... , encontrándose proyectos de fin de carrera como, por poner ejemplos, este de una línea aérea de 132 kV o este de línea y centro de transformación.


Para saber más y ampliar conocimientos

- Lectura: MIET. Estructura del Sector Eléctrico
- Lectura: Tuveras.com. Parámetros de una línea eléctrica en A.T.
- Lectura: UNED. Transporte y distribución de energía eléctrica (Adenda) (pdf)


Electrificación y vías rurales
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Caminos rurales


Los caminos rurales son caminos realizados para las comunidades rurales, la agricultura, la explotación forestal, la minerías, y en tiempos recientes, también para el senderismo y el turismo rural.

Son caminos de bajo coste realizados frecuentemente en lugares sensibles desde el punto de vista ambiental. Por todo ello, a la hora de realizarlos es importante hacerlos de forma que sean útiles, económicos y el impacto ambiental sea el menor posible.


1. Características

Los caminos rurales son caminos con bajo volumen de tránsito, usados por los agricultores para acceder a sus parcelas, para unir comunidades rurales, y en explotaciones mineras y forestales. En los últimos tiempos también tienen otros usos como utilización para el excursionismo y senderismo, siendo por tanto útiles para el turismo rural.

Son caminos de bajo coste, que deben construirse y conservarse de tal forma que se puedan controlar o evitar los impactos ambientales negativos.

Sus características son las siguientes:

- Material de construcción muy heterogéneo, dependiendo del material que se encuentre en la zona.

- Velocidad de circulación lenta.

- Intensidad de tráfico ligera.

- Cargas por eje muy irregulares.

- Fatiga muy acentuada de la capa de rodadura.

- Grandes fluctuaciones del tráfico dependiendo del tramo y de la estacionalidad.


2. Movimiento de tierras

Se denomina desmonte a la excavación de tierra que se realiza en un determinado lugar para rebajar la rasante del terreno, reduciendo así su cota o nivel y logrando formar un plano de apoyo adecuado para hacer una obra.

Terraplén es la tierra con la que se rellena un terreno para levantar su nivel o cota y formar un plano de apoyo adecuado para ejecutar una obra.

Cubicar es conocer de forma aproximada el volumen real de suelo o material movido en una obra. La cubicación puede ser por perfiles transversales, curvas de nivel o cuadrícula.

La cubicación por perfiles transversales parte del perfil longitudinal, llamando D a la superficie de desmonte y T a la de terraplén. y d a la distancia reducida entre perfiles transversales. El volumen de tierra entre dos perfiles de desmonte será:

Vd = (D1 + D2) / 2 x d
Y el de terraplén:
Vt = (T1 + T2) / 2 x d

La cubicación por curvas de nivel parte de un plano topográfico, empleando la siguiente fórmula:
V = ((S + S') x h) / 2

Siendo S y S' las superficies delimitadas por curvas de nivel contiguas y h la equidistancia entre las mismas.

Es un método poco exacto, que sólo se emplea para medir de forma aproximada grandes volúmenes, como por ejemplo, el caso de un embalse.

La cubicación por cuadrícula requiere una cuadrícula previa en la zona señalizada por estacas. Se conocerá la cota de cada malla replanteada, la cota de la rasante y la pendiente de los taludes.

El volumen será el lado al cuadrado de cada malla, multiplicado por la altura media:

V = L2 x hm

Se puede tomar la altura media de varias mallas y multiplicando por la superficie del cuadrado obtener el volumen de todos ellos a la vez.

La maquinaria más utilizada para la construcción de caminos rurales es la siguiente:

Excavadora Liebherr

El bulldozer es una adaptación del tractor, siendo una máquina muy versatil, pudiendo usarse para excavar; empujar; escarificar o ripear (ripper), con una especie de reja o arado.

Mototraílla o traílla

La mototraílla o traílla corta capas de terreno con la cuchilla, pudiendo transportarlo a otro lugar.

Motoniveladora

La motoniveladora sirve para nivelar terrenos y refirmar taludes con distintas inclinaciones.

Cilindro compactador

La apisonadora o cilindro compactador compacta el terreno mediante peso y vibración.

Otra maquinaria utilizada son los camiones volquetes, palas excavadoras, máquinas con martillo hidráulico, etc.


3. Características geométricas

Partes de un camino

La sección de un camino está formada por la plataforma de un camino, que a su vez está formada por la calzada y los guardafirmes (arcenes); el bombeo o pendientes transversales de esta, y los taludes, que forman la cuneta.

La calzada está formada en los caminos rurales por uno o dos carriles. Carril es la banda o extensión longitudinal de la calzada destinada a la circulación de una sola fila de vehículos.

El guardafirme o arcén es cada una de las márgenes de la plataforma situados a los lados de la calzada continuando el nivel de esta hasta el borde del camino. Su función en los caminos rurales es la de contener lateralmente el firme y evitar que sus bordes sean deteriorados por el tráfico o por la erosión.

Con el fin de evitar que el agua de lluvia permanezca estancada sobre la plataforma, debe darse a la calzada y a los guardafirmes una pendiente transversal suficiente que permita la rápida escorrentía del agua hacia las cunetas. En los caminos con doble carril esta pendiente ha de ser bilateral. Su valor suele oscilar del 1 % al 3 %.

El talud es la inclinación de cada una de las superficies que limitan lateralmente el desmonte o el terraplen. Se mide por la relación entre la base y la altura de la línea de intersección de dichas superficies con la sección transversal. Se mide por la relación entre la base y la altura de la línea de intersección con la sección transversal.

Para tramos en terraplén se adopta un talud variable entre 1,5:1 y 2:1. Un talud fuerte en el terraplén es siempre peligroso y está más sujeto a erosión por el agua de escorrentía pluvial.

Para tramos de desmonte el talud depende de la naturaleza del terreno:

- Terreno sujeto a erosión y desprendimiento: 1,5:1 a 2:1

- Terreno normal: 1:1

- Roca dura: 0,5;1 a 0,25:1


4. Trazado y planificación

El trazado y planificación de los caminos rurales ha de estar en consonancia con el fin al que van a estar destinados.

Los caminos agrícolas o caminos para una zona rural, por ejemplo una zona de concentración parcelaria o de ordenación territorial, deben conectar con las principales vías con el fin de unir localidades. Se dividirán en:

- Caminos generales de zona: vías principales de comunicación.

- Caminos principales de sector: vías de comunicación de los sectores en el que se divide el territorio, comunicando estos con la red general de carreteras.

- Caminos de servicio: cumplen y coordinan las funciones de acceso a las unidades de producción y de servicio a las conducciones de agua para su explotación y vigilancia.

- Caminos complementarios: completan la red de caminos de servicio para dar acceso a pequeños bloques de parcelas que quedan sin comunicación directa, permitiendo a la vez cerrar los circuito de la red de caminos de servicio.

La nomenclatura o denominación de los caminos puede ser diversa. Una utilizada habitualmente, cuando la disposición de los caminos es radial, numerar en sentido de las agujas del reloj, comenzando por las doce en punto, con letras del alfabeto: A, B, C, etc. los caminos que de estos salen a la derecha se numeran con números pares (ejemplo A-2, A-4) y los de la izquierda con impares (ejemplo A-1), y los caminos que unen dos con las letras y números de los que unen (ejemplos B-3-A, Q-1-R-2).

Un aspecto interesante a tener en cuenta cuando se diseña una red de caminos para una zona rural es estudiar la conexión con otros caminos de términos municipales adyacentes, así como los entronques con la red de carreteras estatales.

Las vías de saca o caminos forestales son caminos para gestión y mantenimiento del bosque, para acceder al mismo, para trabajos como el tratamiento de corta, aprovechamiento y saca de madera. Se dividirán en:

- Red básica de pistas: para los medios de transporte, otros usos.

- Red secundaria de pistas: para camiones pequeños o tractores.

- Calles de desembosque: sólo para tractores.

Los caminos mineros son los realizados para el funcionamiento de una explotación minera. Es importante su diseño adecuado para evitar accidentes producidos por polvillo, mala visibilidad, resistencia al deslizamiento y piedras grandes en el camino. Se dividirán en:

- Camino principales.

- Rampas y caminos interiores de la mina.


5. Dimensionado de pavimentos flexibles en caminos rurales

Un camino compactado es un camino construido con suelo natural haciéndolo más resistente con otros productos: suelos naturales, cemento, ligantes bituminosos, cal, emulsión asfáltica, etc.

La compactación mecánica o natural se basa en que la arena y la grava son los elementos resistentes, la arcilla es el ligante y el limo es el relleno.

Tipos de pavimento:

- Rígidos: como el hormigón, que no se emplea por su elevado coste en los caminos rurales.

- Flexibles: de reducida resistencia a la flexión, como las tierras.

El dimensionado se en relación con la capa subyacente. La nomenclatura es la siguiente:

Capas de un pavimento flexible

Las capas de un camino rural son, por orden de arriba a abajo:

- Capa de rodadura

- Base

- Subbase

- Subrasante, cimiento, cimentación, terraplén o excavación

En los caminos rurales, en general, se suprime la capa de rodadura y la subbase.

El dimensionado de pavimentos flexibles lo haremos con tres métodos: el método del índice de grupo o HRB, el método del CBR y el método de Peltier.


1) Método del índice de grupo o HBR

El nombre del HRB del Consejo de Investigación de Carreteras, Highway Research Board usa la fórmula:

ep = 11/4 IG -1/16 IG2 + eb   (en cms)

donde eb:

15 cm para tráfico ligero (hasta 3,2 tm por rueda)

20 cm para tráfico medio (hasta 4,1 tm por rueda

30 cm para tráfico pesado (más de 4,1 tm por rueda)

siendo,

eespesor del pavimento

IG Índice de Grupo


Ejemplo:

Suelo tipo limoso, el 53 % pasa por el tamiz 200, LL = 43, IP = 18 (LL = Límite Líquido, IP = Índice Plástico)

Para un camino rural, aplicando las fórmulas, primero calcularemos el IG (Índice de Grupo, ver Mecánica de suelos):

a = 53 - 35 = 18
b = 53 - 15 = 38
c = 43 - 40 = 3
d = 18 -10 = 8
e = 15 cm (camino rural)

IG = 0,2a + 0,005ac + 0,01bd = 0,2 x 18 + 0,005 x 18 x 3 + 0,01 x 38 x 8 = 6,91 (se toma 7)

Luego hallaremos el espesor del pavimento:

ep = 11/4 x 7 - 1/16 x 49 + 15 = 32 cm

Capa de rodadura + base ( firme) = 15 cm
Subbase = 17 cm

Total espesor = 32 cm


b) Método del CBR

Aunque el método anterior de suficiente aproximación, para el cálculo de pavimentos en suelos con IG próximo a cero especialmente, es mejor utilizar el CBR.

El CBR se calcula en un laboratorio por un método estandarizado.

Se usa esta fórmula para calcular el espesor del camino:
Método del CBR
siendo E el espesor en cm del conjunto de capas que descansan sobre determinada (y por diferencia se halla el espesor de cada una) y P la carga por rueda expresada en toneladas. I es el valor del CBR.

Más exactitud, la suministra el siguiente ábaco, en el que además interviene el tránsito, con las siguientes observaciones:

1) No usar espesores menores de 15 cm en el firme, excepto si se trata de un camino agrícola, de magníficos materiales en el subrasante y de excelente drenaje, que puede reducirse a 12 cm.

2) Si el CBR es superior a 18, no hace falta hallar el espesor, se dan 15 cm (pues si en la fórmula, se hace P = 3 e I = 18, E queda inferior a los 15 cm).

Ejemplo:

Con tráfico máximo de 3 tm por rueda (ligero), subrasante de CBR = 8 y subbase de CBR = 20, hallar las capas para trazar un camino.

Firme: ep = (100 + 150√3) / 8 + 5 = 28 cm

Base + rodadura = ep = (100 + 150 √3) / 20 + 5 = 15 cm

subabse: ep - eb = 28 - 15 = 13 cm


3) Método de Peltier

El método de Peltier o del valor soporte del Laboratorio Central de Ponts et Chaussées utiliza el valor soporte F:

Método de Peltier

Siempre que se obtengan valores de F menores que 20, el valor de F es muy próximo al CBR, lo que evita tener que hallar el CBR cuando no se tenga el aparato adecuado en el laboratorio.

Este valor, sin embargo, ha de ser corregido cuando la fracción c que pasa por el tamiz nº 40 sea menor del 75 %, tomando para el CBR el valor F' que vale:

- Para c menor del 25 %, F' = 40 - 2c/25 (20 - F)

- Para c entre el 25 % y el 75 %, F' = F (2,5 -c/50)


6. Estabilización


Macadam

Está compuesto por piedra partida con recebo (material fina, arena o piedra muy menuda) para impedir su deformación. Sus firmes tienen una notable resistencia específica y en los caminos rurales suelen hacer de capa de rodadura sin tratamiento superficial. Se coloca sobre cimiento bien compactado. La piedra tendrá dos o tres caras partidas, rechazando el material redondeado, acicular, laminar o rocas fácilmente meteorizables.

Cuando el macadam sirve de rodadura, su recebo tendrá como máximo tamaño la sexta parte del tamaño medio de la piedra y la fracción que pasa por el tamiz 40 a efectos de plasticidad cumplirá que LL sea inferior a 35 y el IP está comprendido entre 4 y 10.

No se emplearán recebos limosos pues son muy elásticos y no tienen ni rozamiento interno, ni cohesión. Las arenas ligeramente arcillosas del tipo jabre o granito descompuesto son un excelente recebo.


Pavimentos estabilizados

Estabilización granulométrica

La estabilización de suelos pretende mejorar sus propiedades y darlos una resistencia uniforme y suficiente para soportar las cargas a las que son sometidos. La causa más frecuente de su inestabilidad es la variación del contenido de humedad. Si se estabiliza con este tipo de suelo se denomina estabilización granulométrica natural. Los suelos granulares, por no tener cohesión, se estabilizan con arcillas que los dan rigidez y los suelos plásticos entumecibles se estabilizan con suelos granulares.

Estabilización con cemento

Es aconsejable cuando LL es inferior a 40 y el IP es inferior a 18. La estabilización se logra mezclando de un 4 % a un 15 % de cemento al suelo. No hay que confundirlo con un suelo modificado o corregido con cemento, en que se añade del 1 % al 3 %.

Estabilización con cal hidratada

Se realiza con caliza calcinada y no con carbonatos de calcio, ni calizas trituradas. Se usa cal hidratada sin magnesio, pero puede ser dolomítica (formada de carbonato de cal y magnesio).

Aunque se utiliza en muchos suelos, se usa más en los muy plásticos, pues aprovechan todas las acciones que la cal ejerce sobre la arcilla, que son:

- Descenso del índice plástico. Para ello hay que mezclar al 1-2 %.

- Limita los cambios de volumen y la floculación (coagulación) de las partículas de arcilla, elevación del punto óptimo de humedad, mejora la resistencia a la compresión, aumenta la estabilidad, disminuye la capilaridad y aumenta el CBR. En todos los casos hay que mezclar al 3-8 %.

Estabilización con ligantes bituminosos

Por su elevado precio es la menos usada en caminos rurales. Tiene el mismo límite de plasticidad que el cemento (LL inferior a 40 y el IP inferior a 18). Son cifras de límite máximo, pues no se emplearán bituminosos si el cemento es aconsejable, pues es más barato este último.

El betún es ligante de suelos granulares. El tamaño máximo del grano será menor de 1/3 del espesor total del estrato estabilizado.

La cantidad de betún a utilizar es (se obtienen valores del 3-7 %):

B = 0,02a + 0,045b + 0,18c
siendo,

B = porcentaje de betún efectivo, en relación con el peso del suelo

a = porcentaje de suelo retenido en el tamiz 10

b = porcentaje de suelo retenido en el tamiz 200 (pero pasa por el 10)

c = porcentaje de suelo que pasa por el tamiz 200

El riego de imprimación es la aplicación de una capa delgada de ligante bituminoso sobre una superficie porosa y no tratada con ningún ligante anteriormente. Penetra en los primeros milímetros del espesor de la base tratada. Su objeto es estabilizar los áridos de la superficie de la base, colmatar sus huecos e impermeabilizar a fin de prepararla para recibir otros tratamientos asfálticos.

El riego de curado es un riego asfáltico sin gravilla, ni otro tipo de árido. Tiene por objeto formar una película contínua de ligante que impida la pérdida por evaporación del agua contenida en la base tratada. Se utiliza para favorecer el fraguado de las bases de suelo-cemento o grava-cemento y se aplica después de saturar con agua la superficie a tratar.

El tratamiento superficial es la aplicación de un ligante bituminoso seguido de la extensión y compactación de una capa de gravilla. Es simple cuando este proceso se realiza una sola vez sobre la superficie a revestir y es doble cuando se aplican sucesivamente dos tratamientos simples superpuestos, y en general, de distintas características.

Observaciones

Sobre arcilla no se puede echar cemento, pues presenta mucha superficie a bañar. Se utilizará otro tipo de ligante, asfalto por ejemplo. Con el cemento van muy bien, gravas, gravillas y arenas redondeadas que ofrecen poca superficie a bañar.

Para compactar un camino es importante la humedad. si hay mucha deslizará y formará bolsas haciendo imposible la operación. Ha de tener la justa para que sirva de lubrificante a la granulometría (agua y arcilla), y de esta forma los elementos gruesos deslizarán unos sobre otros ocupando huecos y garantizando la compactación.

En los caminos rurales la capa subrasante o explanación puede dividirse en dos, de acuerdo con el siguiente esquema:

Diagrama de un camino rural

Si el terreno de fundación fuera pésimo (A-5 o A-7) habría que sustituirlo por otro para realizar la explanación, desmontes y terraplenes. No obstante esta incidencia no suele ser normal y si sucede se reducirá generalmente a un corto tramo.

Si el terreno de fundación es regular (A-2-6, A-2-7 y A-4) o bueno (A-3, A-2-4 y A-2-5), se puede prescindir de la subbase, pero no de la base a no ser que fuera excelentemente bueno (A-1-a o A-1-b).

La subbase debe asegurar el drenaje y evitar la subida de agua por capilaridad.

En caminos agrícolas de cargas no grandes y de pequeña repetición, la capa base puede hacer también de rodadura y desparecer la subbase, siempre que la base sea resistente a los cambios de volumen y temperatura, y que el desgaste de los gruesos que la componen sea inferior al 40 % tolerable (realizando el análisis correspondiente).


7. Drenaje de la explanación y pasos de agua

No se deben instalar estructuras de drenaje sin haber haber alguna estimación racional o estadística del caudal de escorrentía. El Método Racional, empleado en hidrología, es muy útil.

Para determinar el volumen de agua de escorrentía emplearemos la siguiente fórmula:

Método Racional
donde,

- Q = Caudal (Flujo), en metros cúbicos por segundo (m3/s).

- C = Coeficiente de Escorrentía. Este coeficiente se selecciona de tal manera que refleje las características de la cuenca de captación, como son topografía, tipo de suelo, vegetación y uso del suelo. El valor de C puede cambiat en el curso de la vida útil del camino, como puede ser debido a cambios en el uso del suelo, terrenos agrícolas a bosque o viceversa o a consecuencia de un incendio en la cuenca de captación.

Se pueden tomar los datos de la siguiente tabla:

Método Racional Valores de “C”
(Coeficiente de Escorrentía)
Uso o tipo de suelo
Valor de “C”
Agricultura

Suelo desnudo
0,20-0,60
Campos cultivados (suelo arenoso)
0,20-0,40
Campos cultivados (suelo arcilloso)
0,30-0,50
Pasto

Praderas de césped 0,10-0,40
0,10-0,40
Áreas escarpadas con pastos
0,50-0,70
Regiones Arboladas / Bosques

Zonas arboladas con terreno a nivel
0,05-0,25
Zonas boscosas con laderas empinadas
0,15-0,40
Zonas desnudas, abruptas y rocosas
0,50-0,90
Caminos

Pavimento asfáltico
0,80-0,90
Pavimento de cantos rodados o concreto
0,60-0,85
Superficie de grava
0,40-0,80
Superficie con suelo nativo
0,30-0,80
Zonas Urbanas

Residenciales, planas
0,40-0,55
Residenciales, moderadamente empinadas
0,50-0,65
Comerciales o céntricas
0,70-0,95

- i = Intensidad promedio de lluvia para una duración igual al tiempo de concentración (mm/h). Es el parámetro más difícil de obtener. Cuando se inicia una tormenta, el agua que escurre por escorrentía desde partes distantes de la cuenca de captación no ha llegado al punto de descarga. Una vez que el agua alcanza el punto de descarga, más allá del tiempo de concentración, se llegará a un régimen de flujo estable. Este periodo inicial constituye el Tiempo de Concentración. Para el caso de cuencas de captación muy pequeñas, se recomienda un tiempo mínimo de concentración de 5 minutos para hallar la intensidad que se utilizará para determinar los caudales de diseño. El tiempo de concentración se puede estimar dividiendo la distancia de la ruta de escurrimiento por la velocidad promedio de escurrimiento (usualmente 0,1 en terreno plano o arbolado a 1 m/s en terreno inclinado o árido).

- A = Área de la cuenca de captación, en hectáreas. Es la superficie de la cuenca de captación que contribuye con aguas de escorrentía hacia el cruce de drenaje. En la superficie de un camino, el área de drenaje es el talud del corte y el área de la superficie de la calzada entre drenes transversales o las cunetas de salida.

Hay que estimar el agua que correrá por las cunetas del camino. Una buena aproximación es utilizando la fórmula de Manning:
Fórmula de Manning
donde,

- V = velocidad promedio del flujo (metros/segundo)

- n = coeficiente de rugosidad (usualmente entre 0,04-0,07 para canales naturales). Varía considerablemente dependiendo de las características de un canal o con la rugosidad de un canal, tubo, etc. Los valores n de Manning para canales naturales y artificiales se encuentran en muchos manuales y guías de hidráulica. Los canales abiertos lisos con fondo de gravas presentan valores comprendidos entre 0,035 y 0,055. Los canales muy tortuosos con vegetación, o los canales muy rocosos tienen valores de entre 0,055 y 0,075. Los canales lisos de tierra o de roca poseen valores de 0,020 a 0,035. Los valores de rugosidad normalmente se incrementan a medida que aumenta la vegetación y los escombros en el interior del canal, a medida que aumenta lo sinuoso de su trayectoria, y conforme aumenta el tamaño promedio de los materiales del canal. El valor disminuye ligeramente a medida que aumenta el caudal de agua.

- S = pendiente del canal (metros/metro). Se determina para el tramo local del canal analizado, al dividir la elevación, o altura en ese tramo entre la longitud de dicho tramo. Esta pendiente se mide generalmente dentro del cauce propiamente dicho, aguas arriba y aguas abajo del sitio, e idealmente también se verifica en un plano topográfico.

- R = radio hidráulico (metros) = A/P donde A y P son: A = área de la sección transversal del canal y P = perímetro mojado. Se determina a partir del área de la sección transversal (A) dividida entre el perímetro mojado (P). El perímetro mojado, P, es simplemente la distancia a lo largo del fondo del canal y/o de los lados que permanece bajo el agua, o dentro del área, A, del flujo. El área se ha de obtener de una o varias secciones representativas del canal de flujo.

Otras aspectos y recomendaciones y en este sentido son:

-Usar enrocamiento bien graduado, duro, angular, y con los tamaños adecuados donde se necesite protección contra la socavación. Además de proteger a la estructura, se evitarán impactos sobre los arroyos.

- Evitar caminos con pendientes muy pronunciadas que pasen de entre 12 y 18%. Resulta muy difícil y costoso controlar debidamente el drenaje en pendiente muy inclinadas.

- Usar estructuras de drenaje, como vados superficiales, alcantarillas de tubo, o alcantarillas abiertas (canalones) para expulsar el agua del camino desde la cuneta interior hasta el talud por debajo del camino. Colocar las estructuras de drenaje transversal muy cercanas entre sí para eliminar toda el agua de escorrentía.

- Al cruzar arroyos naturales, los cruces deben ser perpendiculares y lo más cortos posibles, acorazando tanto el camino como las cunetas. Los pasos se han de realizar en base a la configuración del cauce e idealmente serán tan anchos como el canal activo del arroyo (ancho con el caudal máximo). La construcción debe alterar lo menos posible la calidad del agua y la vida de los peces. Lo ideal es realizarla en momentos de bajo caudal.

- Se deben evitar en la medida de lo posible humedales y zonas encharcadas, pero si no es posible, se deberán utilizar métodos especiales de drenaje o de construcción para reducir los impactos originados por el cruce.

- Las alcantarillas o tubos de drenaje transversal para desaguar cunetas deberían tener típicamente un diámetro de 45 cm. El diámetro mínimo sería de 30 cm. En zonas con escombros, con taludes de corte inestables y con problemas de desmoronamientos, usar tubos de 60 cm de diámetro o mayor.

- Los vados, cruces en estiaje o badenes, tienen la ventaja de que generalmente no son fáciles de obstruir con escombros o vegetación, como sucede en el caso de una alcantarilla de tubo, y además son estructuras menos costosas que las alcantarillas grandes o los puentes. La estructura se puede diseñar como un cimacio (moldura curva en forma de S) de cresta ancha que dejaría pasar un gran caudal de agua sobre la parte superior del vado. Como desventajas tienen que no son apropiados para caminos de mucho tránsito o alta velocidad, los que tienen alcantarillas pueden represar los arrastres y que pueden dificultar la migración de peces si no tienen un adecuado diseño.

- Los puentes son una de las soluciones más adecuadas para salvar cauces, pero son costosos. Hay que evitar la socavación y no colocar estructuras en el cauce. Hay que diseñarlos para 50-100 años de período de retorno, que es el tiempo medio entre dos avenidas con caudales iguales o superiores a uno determinado.


8. Aspectos ambientales

Como buenas prácticas ambientales se pueden mencionar:

- Estabilizar los taludes con elevada pendiente con compactación, piedras o reforestación. Si esto no es suficiente, hay que utilizar contrafuertes. Hay que evitar en todo caso los taludes verticales o casi verticales y evitar el paso del camino en zonas con inestabilidad.

- Conservar la capa vegetal con deshechos de hojas, semillas y material orgánico para volver a colocarla en zonas alteradas para promover el desarrollo de la vegetación autóctona.

- Luchar contra la erosión, alterando lo menos posible el terreno, evitando pendientes elevadas y controlando adecuadamente el drenaje.

- Reducir los impactos en los ecosistemas, manteniendo el flujo y la calidad de arroyos y vías fluviales.

- Diseñar los caminos de forma que causen el menor impacto al medio ambiente y que cuenten con el apoyo de sus usuarios y satisfagan sus necesidades.

- Realizar el menor movimiento de tierras posible.

- Intentar que el camino siga el terreno natural, evitando en la medida de lo posible fuertes pendientes y tierras abruptas.

- Intentar que el camino transcurra por zonas de buen drenaje, evitando áreas encharcada o demasiado planas.

- Intentar evitar zonas problemáticas como rocas, manantiales, o suelos con posibilidad alta de erosión.


Para saber más y ampliar conocimientos

- Lectura: Eduardo Tolosana - UPM. Planificación y diseño de infraestructuras para el aprovechamiento de madera
- Lectura: Equipo minero. Consideraciones para el Diseño de Caminos de Transporte
- Lectura: Figueira González, José Ramón - UNEX. Mediciones en obra
- Lectura: Miguel López-Bachiller Fernández. Reparación de caminos forestales
- Lectura: OCW-UPM. Altimetría de obras
- Lectura: UPM. Proyecto de construcción de una vía de saca en el monte nº 39 de Guadarrama
- Lectura: USDA - Ingeniería de los caminos rurales (pdf)
- Lectura: Wikipedia. Buldócer
- Lectura: Wikipedia. Maquinaria para movimiento de tierras


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Corriente alterna

Motor eléctrico

A finales del siglo XIX, el genial inventor e ingeniero Nikola Tesla construyó el primer motor que funcionaba con corriente alterna. Si se aplica corriente a un motor, este gira. Y si el motor se hace girar mecánicamente produce corriente alterna. Este principio, el principio de inducción electromagnética, es sumamente útil y versátil.

Poco después, basándose en este principio, el físico William Stanley, transfirió corriente alterna entre dos circuitos eléctricamente aislados, enrrollando un par de bobinas en una base de hierro común, denominada bobina de inducción. Había nacido el transformador.

De una forma general, diremos que las ventajas de la corriente alterna son las siguientes: transformabilidad, generación y economía en el transporte; y entre las desventajas estarían su peligro y el hecho de que cuando existen receptores que no tengan únicamente resistencia ohmica (como motores, solenoides, etc.) no se cumple la ley de Ohm.

El sistema que se usa hoy día, basado en la transformación y en el transporte de corriente alterna fue ideado principalmente por Nikola Tesla, siendo la comercialización de la corriente alterna fue de George Westinghouse.


1. Unidades técnicas

- Lectura: Wikipedia. Sistema Internacional de Unidades


2. Corriente alterna sinusoidal

- Lectura: Wikipedia. Corriente alterna
- Vídeo: Adelina Alcantar. Características de la Señal Senoidal


3. Representación fasorial de ondas sinusoidales

- Lectura: Wikipedia. Fasor
- Vídeo: Carlos Calles. Ejemplo de fasor


5. Potencias en régimen sinusoidal

- Lectura: UMH. Potencias en régimen permanente sinusoidal
- Vídeo: Antonio Marín. Régimen senoidal (RES). Potencias instantáneas 


6. Medida de potencias

- Lectura: Wikipedia. Potencia eléctrica
- Vídeo: UPV. Medida de la potencia eléctrica


7. Corrección del factor de potencia

- Lectura: Wikipedia. Factor de potencia
- Vídeo: Luis Carlos Gonzalez Sua. Corrección del factor de potencia


8. Sistemas trifásicos

- Lectura: Wikipedia. Sistemas trifásicos
- Vídeo: ElecTube. Sistema trifásico equilibrado estrella y triángulo


9. Conexión en estrella y triángulo

- Lectura: FJ. Cánovas. Conceptos Generales de Sistemas Trifásicos
- Vídeos: UMH. Receptores trifásicos. Conexión en estrella y conexión en triángulo


10. Potencias trifásicas

- Lectura: Trifásica. Potencia en sistemas trifásicos (páginas 1-9)
- Vídeo: ElecTube. Potencia activa reactiva y factor de potencia trifasica


11. Medida de potencias

- Lectura: Trifásica. Potencia en sistemas trifásicos (páginas 9-24)
- Vídeo: ElecTube. Factor de potencia total sistema trifásico


12. Corrección del factor de potencia

- Lectura: UPME. Corrección del factor de potencia y control de la demanda
- Presentación: Engel Sort. Corrección del factor de potencia en sistemas trifásicos
- Vídeo: Daniela palacio. Corrección de factor de potencia en trifasico


Problemas

- Lectura: Academia de Matemáticas. Análisis de circuitos. Ejercicios resueltos en AC
- Lectura: Amazonaws. Problemas resueltos trifasica
- Lectura (pdf): JFA Castroviejo y DA Rojo. Ejercicios resueltos y explicados de circuitos
- Lectura (pdf): L.Escudero. Problemas resueltos trifásica
- Lectura: Sapiensman. Problemas resueltos de electricidad
- Lectura (pdf): UPM-ETSIT. Ejercicios de sistemas trifásicos propuestos
- Vídeo: UMH. Resolución de problemas. Sistemas trifásicos


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Mecánica de suelos


La mecánica de suelos, también llamada geotecnia, estudia el suelo desde el punto de vista de sus características mecánicas.

Antes de realizar una obra o vía de comunicación, hay que estudiar el suelo para comprobar su estabilidad y propiedades mecánicas.

Su estudio se realiza a partir de ciertos ensayos y de la consulta de mapas geológicos, geotécnicos y pedológicos. Es fundamental tener un conocimiento básico de las características de las propiedades mecánicas del suelo, adquirido a través de los ensayos de identificación, de la clasificación de los suelos y de las pruebas de resistencia mecánica.


Estudio de las características del suelo, su compactación y el desgaste de materiales

Mediante los ensayos de granulometría, plasticidad, índice de grupo y clasificación HBR se estudian las características del suelo. A través de los ensayos CBR y Proctor la compactación del mismo. El desgate de los materiales se comprobará por el ensayo de Los Ángeles.


1. Granulometría

La composición física o textura del suelo se determina por análisis de los tamaños de las partículas o análisis mecánico.

La granulometría es la proporción de partículas que componen un suelo. Para hallar su valor, se hace pasar la tierra por tamices, que van yendo de abertura gruesa a más fina.

Columna de tamices en una máquina de ensayo
Columna de tamices en una máquina de ensayo

Los más utilizados son el nº 4 (4,76 mm), el nº 10 (2 mm), el nº 40 (0,42 mm) y el nº 200 (0,074 mm).

Para partículas de menor tamaño que el tamiz nº 200 se usa la ley de Stokes, que establece que la velocidad de sedimentación de un sólido en un líquido está en proporción al tamaño de las partículas. En el laboratorio se mezcla el material con el agua, se agita y por la velocidad de sedimentación se calcula la granulometría.

El tanto por ciento retenido en cada tamiz es:

r/P x 10 = %
donde,
r = peso a 105 ºC del retenido
P = peso a 105 ºC

El porcentaje que pasa por cada tamiz será:

100 - r/P x 100

Según la clasificación de AASHO (AASHO Road Test), la clasificación de los tamaños es la siguiente:

- Grava: 64 mm - 2 mm

- Arena gruesa: 2 mm - 0,42 mm

- Arena fina: 0,42 mm - 0,074 mm

- Limo: 0,074 mm - 0,005 mm

- Arcilla: 0,005 mm - 0,001 mm

- Coloides: menor de 0,001 mm

Modelo oficial para análisis granulométrico
Modelo oficial para análisis granulométrico (el porcentaje de tamaño inferior en peso es el porcentaje que pasa)
Suelo con elevado porcentaje de finos
Suelo con elevado porcentaje de finos
2. Plasticidad

Es la propiedad de los cuerpos de no recuperar su forma anterior al dejar de actuar una fuerza exterior deformadora. Es lo contrario de elasticidad.

En los suelos, la plasticidad es característica de la arcilla y es la propiedad de un suelo que puede ser deformado continua y permanentemente sin ruptura.

La consistencia, propia de los suelos cohesivos, es la manifestación exterior de las fuerzas de cohesión que exhiben las partículas arcillosas en distintas condiciones de humedad. Puede considerarse como la resistencia ofrecida por el suelo contra las fuerzas exteriores que tienden a deformar o romper sus agregados.

Los límites de consistencia o límites de Atterberg se determinan sobre el material que pasa por el tamiz nº 40 (0,42 mm).

Si en un suelo cohesivo seco (desecado a más de 100 ºC), se va añadiendo agua poco a poco, se irá pasando del estado duro al blando. A este estado se llama límite de retracción (LR o Ws). Es el contenido de humedad, a partir del cual un aumento de humedad no causa una disminución de volumen de la masa del suelo, pero a partir del cual un aumento de humedad causa un aumento de volumen.

Si se sigue añadiendo agua se llega a un estado por debajo del cual se resquebraja al moldear, pero por encima de este se moldea fácilmente, es el límite plástico (LP o Wp). Es el contenido más bajo de humedad con el que se pueden moldear cilindritos de 3,2 mm y 8-10 cm de longitud sin que se rompan del todo (se determina cuando empieza a agrietarse). Por lo tanto, es la humedad del suelo cuando deja de ser plástico.

Si se sigue añadiendo agua hasta el punto que ya no se puede moldear, el material fluye, es una pasta, se ha llegado al límite líquido (LL o Wl). Es el contenido de humedad con el que, al dar 25 golpes a la cápsula de forma de casquete esférico y dimensiones normalizadas (Cuchara de Casagrande) que contiene la muestra, se cierra en una longitud aproximada de media pulgada el canalillo de seccion trapezoidal, de 2 mm de solera y 9,5 mm de altura, abierto en la muestra con una espátula de diseño normalizado, siguiendo un meridiano.

Esquema de Atterberg (límites de Atterberg)
Esquema de Atterberg (límites de Atterberg)

El índice plástico (IP) es una representación numérica del entorno de humedad, en el cual el suelo conserva sus propiedades plásticas. Es el punto en el que el suelo puede experimentar importante cambios de forma que haya una completar reordenación de partículas, pero sin cambio apreciable de volumen.

IP = LL - LP

El límite líquido (LL) da idea de las propiedades plásticas de la arcilla (calidad de la misma), las cuales dependen de la constitución mineralógica y de la superficie específica de los cristales.

El índice plástico (IP) indica la proporción de arcilla en el suelo. La bentonita alcanza LL hasta de 500 %, aumentado de volumen 10 veces. Por el contrario, la arena fina carece de plasticidad por lo que tendría IP = 0.

El índice de consistencia (R) será:

R = (w-LP) / IP

siendo w la humedad natural del suelo.


Clasificación de los suelos por sus índices de consistencia:

Suelo
Grado de plasticidad
Límites de consistencia
LL
LP
IP
Límites
del IP
Arena
Sin plasticidad
20
20
0
0
Limo
Baja plasticidad
25
20
5
<7
Arcilla limosa
Media plasticidad
40
25
15
7-17
Limo arcillosa
Arcilla
Alta plasticidad
70
40
30
>17

Según Burmister:

- IP = 0, Sin plasticidad
- IP = 1-5, ligera plasticidad
- IP = 5-10, baja plasticidad
- IP = 10-20, media plasticidad
- IP = 20-40, alta plasticidad
- IP 40, muy alta plasticidad

- Vídeo: Alfonso Basterra. Determinación del límite líquido de un suelo por el método de Casagrande


3. Índice de grupo

El índice de viene dado por la siguiente expresión empírica:

IG = 0,2a + 0,005ac + 0,01bd

donde,

a = Porcentaje que excede de 35, sin pasar de 75, que atraviesa el tamiz 200 (varía de 0 a 40)

b = Porcentaje que excede de 15, sin pasar de 55, que atraviesa el tamiz 200 (varía de 0 a 40)

c = Parte de LL que excede de 40, sin pasar de 60 (varía de 0 a 20)

d = Parte de IP que excede de 10, sin pasar de 30 (varía de 0 a 20)

En condiciones de campo medias (drenaje y densidad), la calidad de la tierra como material para explanación es inversamente proporcional al valor IG, así:

- IG = 0     Material excelente para explanación (fundación)

- IG = 20    Material muy pobre para explanación

El IG se utiliza para determinar empíricamente el espesor del firme


4. Clasificación de suelos HBR

HBR viene de Highway Board Research, Consejo de Investigación de Carreteras. Es una clasificación de suelos basada en el análisis granulométrico del mismo y el conocimiento de los límites de Atterberg.

La única condición que debe cumplir un material para ser limo-arcilloso es que más del 35 % pase por el tamiz 200. Esto se interpreta como que el material grueso ya no está en contacto entre sí, es decir que si idealmente pudiéramos extraer los finos del material, sin que se movieran los gruesos, estos quedarían separados unos de otros.

Por tanto, los suelos son clasificados de mejor a peor según crece el porcentaje de materiales, del cual depende muy estrechamente la resistencia, la deformación y la sensibilidad al agua y al hielo.

Los suelos se clasifican en dos grandes clases generales. La primera comprende los materiales granulares con una proporción no superior al 35 % de finos pasantes por el tamiz nº 200 y se subdivide en los grupos A-1, A-2 y A-3. La segunda comprende los suelos limo-arcillosos con una proporción superior al 35 % de finos pasantes por el tamiz nº 200, subdividiéndose en los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7.

Conforme aumenta el subíndice de la letra A, va creciendo la cohesión, los fenómenos elásticos y el hinchamiento, es decir el IG, con las peores condiciones para usar el material para cimiento o subrasante de un camino.

Materiales granulares (la proporción pasante por el tamiz nº 200 es inferior o igual al 35 %):

Grupo A-1

Mezclas bien graduadas de grava (o piedra machacada), arena gruesa, arena fina y materiales limo-arcillosos ligeramente plásticos. Incluye materiales gruesos (piedras, grava y arena gruesa), desprovistos de finos ligantes. Comprende los siguientes subgrupos:

- A-1-a: Predominantemente grava o piedra machacada, con o sin elementos finos bien graduados.

- A-1-b: Predominantemente arena gruesa, con o sin material fino bien graduado.


Grupo A-2

Comprende aquellos suelos granulares no incluidos en los grupos A-1 o A-3, a causa del contenido de finos y de las características de plasticidad.

Se subdivide en cuatro grupos: A-2-4, A-2-5, A-2-6 y A-2-7, que tienen, respectivamente, las mismas características de plasticidad que los cuatro últimos grupos de la clasificación, de los que se distinguen únicamente por el contenido de material pasante por el tamiz 200.


Grupo A-3

Arenas finas de playa o de duna sin finos limosos o arcillosos. Comprende también los depósitos fluviales de arenas finas pobremente graduadas y con cantidades limitadas de arena gruesa y de grava.

Materiales limo-arcillosos ( proporción pasante por tamiz nº 200 superior a 35 %): esta clase comprende cuatro grupos de suelos:A-4, A-5, A-6 y A-7, que se distinguen entre sí por las características de plasticidad que presenta el material pasante por el tamiz nº 40:

- Si IP es igual o inferior a 10 y LL es inferior o igual a 40: A-4

- Si IP es igual o inferior a 10 y LL es superior a 40: A-5

- Si IP es superior a 10 y LL es inferior o igual a 40: A-6

- Si IP es superior a 10 y LL es superior a 40: A-7


Grupo A-4

Suelos limosos no plásticos o con plasticidad moderada, generalmente con un contenido no inferior al 75 % de finos pasantes por el tamiz nº 200. Incluye también suelos limosos con un retenido en el tamiz nº 200, inferior al 65 %. La disminución del porcentaje de material grueso se manifiesta por el aumento de IG entre 1 y 8.


Grupo A-5

Suelos limo-arcillosos generalmente portadores de micas o diatomeas descompuestas a las deben su carácter elástico, que se manifiesta por el elevado LL. El IG varía entre 1 y 12 y su crecimiento indica el efecto combinado del aumento del LL de la disminución del material retenido en el tamiz nº 200.


Grupo A-6

Suelos arcillosos plásticos, generalmente con un contenido no inferior al 75 % de material pasante por el tamiz nº 200. Incluye también suelos arcillosos con un retenido en el tamiz nº 200 inferior al 65 %. Generalmente presentan notables cambios de volumen al pasar del estado seco al saturado y viceversa. El IG puede variar entre 1 y 10 y su crecimiento se debe al efecto combinado del aumento del IP y de la disminución del retenido en el tamiz nº 200.


Grupo A-7

Suelos limo-arcillosos semejantes a los del grupo A-6, excepto por el elevdo LL que se parecen al grupo A-5, pudiendo presentar tanto características elásticas como notables cambios de volumen. El IG varía entre 1 y 20, creciendo según aumentan el LL y el IP y según disminuye el retenido en el tamiz nº 200.

Comprende los dos subgrupos siguientes:

- A-7-5: IP igual o inferior a 30 y LP igual o superior a 30

- A-7-6: IP superior a 30 y LP inferior o igual a 30.

Por último estarían los suelos A-B, terrenos caracterizados por un elevado porcentaje de materia orgánica, inviables, ya que no soportan carga.

Los suelos A-1 a A-2-5 van de excelentes a buenos y los suelos A-2-6 a A-7 van de buenos a pobres.


La compactación del suelo

La compactación del suelo es un proceso por el que mediante la aplicación de cargas dinámicas las partículas del suelo se reorganizan y acoplan disminuyendo el volumen de poros del suelo. De esta manera se aumenta el rozamiento interno y se disminuye la probabilidad de cambios en el contenido de humedad.

El proceso de compactación va acompañado solamente de la expulsión de aire y no debe confundirse con el de consolidación que consiste en la disminución gradual del volumen de huecos y por tanto del aumento de densidad bajo la acción de cargas estáticas que actúan durante un tiempo prolongado, como por ejemplo, un terraplén bajo su propio peso o el suelo bajo la presión de una estrutura.

Efectos de la compactación:

1) Aumenta la densidad seca del suelo, y por lo tanto su capacidad portante porque:

2) Eleva la resistencia al corte del suelo.

3) Disminuye la tendencia del suelo a experimentar deformaciones permanentes bajo cargas repetidas.

4) Reduce notoriamente la permeabilidad del suelo, lo que aumenta su estabilidad frente a los cambios de humedad y de temperatura.

Los principales ensayos para medir la compactación del suelo son el CBR y el Proctor


5. Ensayo de compactación CBR

CBR viene de California Bearing Ratio o valor soporte de California. Es uno de los métodos más usados para el cálculo del espesor de los firmes flexibles.

El valor CBR se calcula en un laboratorio, mediante la carga necesaria para hacer entrar un pistón en una muestra de suelo, a velocidad constante de 1,27 mm/minuto a una profundidad de 0,1 y 0,2 pulgadas.

La muestra de tierra de la explanación se compacta en un molde cilíndrico de 15,24 cm de diámetro y 12,7 cm de altura. La humedad de compactación es la máxima que probablemente tendrá la explanación una vez que el camino esté en servicio. La probeta compactada, y en ciertos casos después de sumergida en agua durante cuatro días, se somete a la prueba de carga con el pistón de Stanton, que en esencia es un penetrómetro de sección circular, de 4,96 cm de diámetro con una velocidad uniforme de 1,27 mm/minuto.

La prueba de penetración dura 10 minutos y cada 2 minutos o sea cada 2,54 mm de penetración, hasta llegar a 12,5 mm de penetración máxima, se lee la carga que actúa sobre el pistón. Esta carga, dividida por el área del pistón (3 pulgadas cuadradas), da la presión a la que está sometida la probeta.

Aparato para la determinación del CBR
Aparato para la determinación del CBR

- Vídeo: Freddy J. Sánchez-Leal. Instrucciones para hacer el ensayo CBR
- Vídeo: Javierfloresartista. C.B.R. de laboratorio


6. Ensayo de compactación Proctor

El ensayo de compactación Proctor es uno de los procedimientos de estudio de la compactación de un terreno más utilizados. Determina la compactación máxima de un terreno en relación con su grado de humedad..

Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados: el Ensayo Proctor Normal, y el Ensayo Proctor Modificado. Ambos se diferencian por la distinta energía utilizada, siendo en el Proctor modificado mayor el mayor peso del pistón y mayor altura de caída.

En 1933, con ocasión de la construcción de una presa de tierra, el ingeniero nortemericano Proctor demostró que, para cada suelo:

a) Existe una relación definida entre la humedad del suelo y la densidad seca que se puede alcanzar con un determinado procedimiento y trabajo de compactación.

b) Para un cierto trabajo de compactación aplicado al suelo existe un contenido de agua denominado "humedad óptima" con el cual el suelo alcanza la máxima densidad seca.

Esta relación entre la humedad y la densidad de compactación se representa por una curva, denominada curva Proctor, en memoria de su descubridor, que presenta un máximo, cuyas coordenadas son la humedad óptima (abcisa) y la densidad seca máxima (ordenada).

La traza de la curva, en general de orden hiperbólico, es distinta para cada clase de suelo, y depende fundamentalmente de la forma de las partículas y de su distribución por tamaños.


Recorriendo la curva desde el comienzo de su rama seca se observa que con un esfuerzo de compactación constante, al aumentar la humedad crece la densidad seca, lo cual se debe a que el agua desaloja el aire de los poros y rodea a las partículas más dinas de una película de agua adsorbida que facilita su desplazamiento hacia los huecos que quedan hacia las partículas (este efecto es menos perceptible en los suelos granulares debido a su superficie específica más baja). Al llegar la humedad a un cierto punto (humedad óptima), en el que el agua llena la casi totalidad del volumen de los poros (entre el 90 % y el 95 %), se alcanza la densidad seca máxima para el esfuerzo de compactación aplicado. Si continua creciendo la humedad sobre la óptima ya no se produce expulsión de aire y las partículas se van separando entre sí por la presión del agua instersticial que ocupa los espacios donde aquellas estaban colocadas; de este modo la densidad seca va disminuyendo. La rama húmeda de la curva se aproxima cada vez más a la curva de saturación dada por la ecuación siguiente para S = 100:

S = grado de saturación (0-100)

Generalmente la densidad máxima del ensayo Proctor estándar se sitúa sobre la curva de saturación para S entre 90 % y 95 %. Cuando el suelo se compacta de tal manera que todos los poros quedan llenos de agua, es decir no existe aire en la masa del suelo, entonces el suelo se denomina saturado, su densidad seca máxima es la máxima posible con ese suelo, y su obtiene haciendo S = 100 en la ecuación anterior.

El ensayo de compactación se realiza utilizando varias muestras de un mismo suelo que contienen humedades distintas y que se compactan con un mismo procedimiento y aplicando un mismo trabajo. Las humedades se llevan como abcisas y las densidades secas correspondientes como ordenadas. Uniendo los puntos con una curva contínua se obtiene la curva representativa de la relación humedad-densidad de forma hiperbólica y con el máximo ya indicado. Con objeto de determinar mejor el curso de la curva se procura obtener como mínimo 2 puntos antes y 2 puntos después del máximo.

Las coordenadas del punto máximo representan, como se ha dicho, la humedad óptima y la densidad máxima correspondientes al suelo ensayado y al trabajo de compactación aplicado.

Si el método de compactación se modifica aumentando el esfuerzo de compactación, la curva humedad-densidad se desplaza por encima y ligeramente hacia la izquierda de la anterior, de manera que en la nueva situación presenta una densidad seca máxima mayor y una humedad óptima menor. Variando la energía se obtiene una familia de curvas asintóticas en su rama húmeda a la curva de saturación para S = 100.

La prueba Proctor está limitada a los suelos que pasen totalmente por la malla nº 4, o que tengan retenido un máximo del 10 % en esta malla.

En la práctica caminera se utilizan dos ensayos de compactación normalizados: el ensayo Proctor (o AASHO estándar) y el ensayo Proctor modificado (AASHO modificado). Existe una gran diferencia entre el trabajo de compactación específico estándar (57,2 kgm/l) y el modificado (245,9 kgm/l) para un aumento de densidad relativamente pequeño.

El grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto al ensayo Proctor; es decir, una compactación del 85% de Proctor Normal quiere decir que se alcanza el 85% de la máxima densidad posible para ese terreno.

La relación (en porcentaje) entre la densidad in situ que se obtiene en obra y la densidad seca máxima especificada por ensayo de laboratorio. En la práctica de caminos se suele especificar grados de compactación de 90 % a 95 % en la explanación y del 95 % al 100 % en el firme.


- Vídeo: Vídeos cortos construcción ingeniería. Ensayo Proctor modificado
- Vídeo: Jacinto Gámez. Ensayo de compactación Proctor normal


7. Ensayo de desgaste de Los Ángeles

La maquina de Los Ángeles está formada por un tambor cilíndrico de acero que gira en posición horizontal, que está provisto de una abertura para introducir la muestra que se desea estudiar y un entrepaño para conseguir el volteo del material.

La forma de hacer el ensayo es introducir en la máquina de Los Ángeles una muestra de árido limpio y lavado, con una de las granulometrías indicadas por la norma, y una carga abrasiva que se compone de esferas de fundición o de acero, cuyo peso total depende de la granulometría elegida. Una vez introducidas la muestra y la carga abrasiva en el interior del tambor, se hace girar a una velocidad constante y durante un número determinado de vueltas, tras lo cual se separa la muestra por el tamiz 1,6 UNE (1,6 mm), lavando y secando en estufa la parte de la muestra retenida en él.

El resultado del ensayo es la diferencia entre el peso original de la muestra y su peso al final del ensayo, expresada en tanto por ciento del peso inicial. Este valor numérico se denomina coeficiente de desgaste Los Ángeles.

De una forma general, se puede decir que coeficientes superiores a 50 corresponden a áridos de mala calidad, no aptos para la construcción de capas de firme. Coeficientes inferiores a 20 corresponden a áridos con resistencia al desgaste suficiente para cualquier posible aplicación, y en particular, para capas de rodadura bituminosas que hayan de soportar tráfico pesado.

- Vídeo: Iozz del Carpio Cast. Ensayo de abrasión con máquina de Los Ángeles


Para saber más y ampliar conocimientos

- Lectura: Apuntes de Geotecnia con énfasis en laderas. Consistencia del suelo
- Lectura: Escuela de Ingeniería en Construcción-UCPV. Análisis granulométrico
- Lectura: González, E. y Alloza, A.M. Ensayos para determinar las propiedades mecánicas y físicas de los áridos: métodos para la determinación de la resistencia a la fragmentación. Determinación de la resistencia a la fragmentación por el método de Ensayo de los Ángeles
- Lectura: J. Bartolomé - UNIZAR. Laboratorio de geotecnia (documento doc)
- Lectura: Llamazares Gómez, Olegario. Métodos empíricos para la determinación del espesor de firmes flexibles
- Lectura: Wikipedia. Curva granulométrica
- Lectura: Wikipedia. Ensayo de compactación Proctor
- Lectura: Wikipedia. Límites de Atterberg
- Lectura: Wikivia. Ensayo de desgaste Los Ángeles
- Vídeo: ULL. Ensayos de suelos


Electrificación y vías rurales
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