Tema 1. Movimiento de Tierras 2015-2016

8/19/2019 Tema 1. Movimiento de Tierras 2015-2016

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ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN Profª. Mª Auxiliadora Barbudo Muñoz

PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN GRADOS DE INGENIERÍA CIVIL y

DE RECURSOS ENERGÉTICOS Y MINEROS

CURSO 2015-2016

TEMA 1. El movimiento de tierras


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ÁREA DE INGENIERÍA DE LA CONSTRUCCIÓN

Profª. Mª Auxiliadora Barbudo Muñoz

1. Operaciones del movimiento de tierras. 2. Cambios de volumen. 3. Esponjamiento y factor de esponjamiento. 4. Consolidación y compactación. 5. Clasificación y tipos de maquinarias de movimiento

de tierras. 6. Técnicas de ejecución de movimiento de tierras.

ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR DE BÉLMEZUNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN GRADOS DE INGENIERÍA CIVIL y

DE RECURSOS ENERGÉTICOS Y MINEROS

CURSO 2015-2016

TEMA 1. El movimiento de tierras


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Movimiento de tierras: conjunto deoperaciones que se realizan con los terrenosnaturales, con el objeto de modificar su formao aportar materiales útiles en obras públicas,minería ...

Dichas actuaciones puede realizarse en formamanual o en forma mecánica.

Previo al inicio de cualquier actuación, se deben

efectuar los “trabajos de replanteo” , prever losaccesos para maquinaria, camiones, rampas, etc.

Tema 1. Movimiento de tierras

BANCO: lugar donde seencuentran los materiales.


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1. Operaciones del movimiento de tierras

Consiste básicamente en 5 fases:

DESCARGA

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1.1. Excavación: extracción o separación de porciones de material del banco.

Cada terreno presenta una distinta dificultad a su excavación, que medimosmediante su excavabilidad . Según la excavabilidad del terreno, tendremos

que utilizar máquinas diferentes.

La excavabilidad de un terreno depende de su constitución, cohesión,grado de humedad, compactación previa (natural o artificial), clase ypotencia de los medios mecánicos utilizados.

Tipos de excavación

Se pueden dividir en tres grupos:

- A cielo abierto- en seco- con agotamiento

- Subterránea: túnel, galería o pozo

- Subacuática: sobre fondos de arena y fangos

Material excavado Medios auxiliares

Roca Explosivos Terreno duro Explosivos o Ripado Terreno de tránsito Medios mecánicos

Tierra Medios mecánicos o manual Fangos Medios especiales o desecación

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Selección delequipo de

carga

Puntos aconsiderar

Producciónrequerida

Zona detrabajo o

carga

Amplitud

Condicionantes

Material acargar

En banco

Ripado

Volado

Disponibilidadrequerida

Equipo detransporte

disponible

1.2. Carga: consiste en colocar los productos de la excavación en un mediode transporte.

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http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/RIPADO%20D-11.mp4http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_1/RIPADO%20D-11.mp4


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Transportes

Cortadistancia

Tractores

Excavacióndifícil

Palascargadoras Traillas

Excavaciónfácil

Largadistancia

Camionesbasculantes

Dumpers

Nuevautilización

A vertedero

1.3. Transporte: consiste en trasladar el material desde el banco (origen)hasta el destino.

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http://www.kellytractor.com/esp/inicio.aspxhttp://www.kellytractor.com/esp/inicio.aspxhttp://www.kellytractor.com/esp/inicio.aspxhttp://www.kellytractor.com/esp/inicio.aspx


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1.4. Descarga: consiste en depositar el material transportado una vezllegado a su destino.

1.5. Extendido: consiste en formar con el material aportado capas deespesor uniforme (tongadas).

1.6. Humectación o desecación: consiste en conseguir un grado dehumedad óptimo por la compactación.

1.6. Compactación: consiste en un apisonado enérgico.

Compactación Fuerzas queintervienen

Manipulación

Presión

Impacto

Vibración 9



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2. Cambios de volumen

Los terrenos, ya sean suelos o rocas mas o menos fragmentadas, estánconstituidos por la agregación de partículas de tamaños muy variados. Entreestas partículas quedan huecos, ocupados por aire y agua.

Si mediante una acción mecánica variamos la ordenación de esas partículas,modificaremos así mismo el volumen de huecos.

Es decir, el volumen de una porción de material no es fijo, sino que depende de

las acciones mecánicas a que lo sometamos El volumen que ocupa en unasituación dada se llama volumen aparente.

Terreno + Acción mecánica =Modificación de la ordenación de las

partículas y del volumen de los huecos

Por esta razón, se habla también de densidad aparente, como cociente entrela masa de una porción de terreno, y su volumen aparente:

a

a

V

M d

da: Densidad aparenteVa: Volumen aparenteM : Masa de las partículas más masa de agua 10



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Esquema de la operación de cambio de volumen

Material en banco Material suelto Material compactado

En la práctica se toma como referencia 1 m3 de material en banco y losvolúmenes aparentes en las diferentes fases se expresan con referencia a esem3 inicial de terreno en banco.

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Evolución del volumen aparente (tomando como referencia 1 m3 de material enbanco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras.

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Mientras no se produzcan pérdidas o adición de agua, una porción de suelo orocas mantendrá constante el producto de su densidad aparente por suvolumen aparente, siendo esta constante la masa de la porción de terreno que

se manipula:

Sin embargo, esta expresión se satisface muy pocas veces, ya que en elmovimiento de tierras existen fenómenos de desecación natural, adición deagua…

A partir de ahora, cuando hablemos de volumen y densidad, nos referimos a

Va y da.

aa d V M

Variaciones en volúmenes y densidades en las operaciones del movimiento detierras



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Al excavar el material en banco, éste resulta removido con lo que se provoca un

aumento de volumen.En las operaciones de movimiento de tierras debemos saber si los volúmenes dematerial que se manejan corresponden al material en banco (B) o al materialexcavado (S) (suelto).

El factor de esponjamiento (Fw) se define como la relación de volúmenes antesy después de la excavación:

Siendo:

Vb el volumen que ocupa el material en banco

Vs el volumen que ocupa el material sueltoDb la densidad del material en bancoDs la densidad del material suelto

El Fw será < 1;

OJO: hay bibliografía que considera Fw > 1, ya que considera la relación al revés.

b

s

s

b

w

d

d

V

V F

3. Esponjamiento y factor de esponjamiento



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Por otra parte, el porcentaje de esponjamiento (Sw), es el incremento de

volumen que experimenta el material respecto al que tenía en banco:

Sw y Fw están relacionados mediante la siguiente expresión:

100

b

b s

w

V

V V S

1100

1

wS

Fw


100

s

sb

w

d

d d S

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Al dimensionar los medios de transporte habrá de tenerse en cuenta no solo la

capacidad (m3) que cada vehículo tiene, sino considerar su carga máxima.

Para no sobrepasarla es necesario conocer la densidad del material que setransporta.

En la tabla siguiente se exponen las densidades del material en banco ysuelto, para los casos más frecuentes del movimiento de fierras. Respecto al

transporte, ha de considerarse la densidad del material suelto.



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MATERIAL ds (t/m3) dB (t/m3) Sw (%) Fw

Caliza 1,54 2,61 70 0,59

Arcilla

Estado natural 1,66 2,02 22 0,83

Seca 1,48 1,84 25 0,81

Húmeda 1,660 2,08 25 0,80

Arcilla y gravaSeca 1,42 1,66 17 0,86

Húmeda 1,54 1,84 20 0,84

Roca alterada

75% roca-25% tierra 1,96 2,79 43 0,70

50% roca- 50% tierra 1,72 2,28 33 0,75

25% roca - 75% tierra 1,57 1,06 25 0,80

Tierra

Seca 1,51 1,90 25 0,80

Húmeda 1,60 2,02 26 0,79

Barro 1,25 1,54 23 0,81

Granito fragmentado 1,66 2,73 64 0,61

Grava

Natural 1,93 2,17 13

Seca 1,51 1,69 13 0,89

Mojada 2,02 2,26 13 0,89

Arena y arcilla 1,60 2,02 26 0,79

Yeso fragmentado 1,81 3,17 75 0,57

Arenisca 1,51 2,52 67 0,60

Arena

Seca 1,42 1,60 13 0,89

Húmeda 1,69 1,90 13 0,89

Empapada 1,84 2,08 13 0,89

Tierra y gravaSeca 1,72 1,93 13 0,89

Húmeda 2,02 2,23 10 0,91

Tierra vegetal 0,95 1,37 44 0,69

Basaltos ó diabasas fragmentadas 1,75 2,61 49 0,67

Nieve Seca 0,13 -- -- --

Húmeda 0,52 -- -- --

Suelto

Banco

Esponjamiento

Alto Sw – Bajo Fw

Alto Sw – Bajo Fw

Bajo Sw – Alto Fw

Próximo a 1 17



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Los términos compactación y consolidación se refieren a una compresión delsuelo, lo que resulta en una disminución de volumen del suelo.

Las obras realizadas con tierra han de ser apisonadas enérgicamente paraconseguir un comportamiento mecánico acorde con el uso proyectado.

El suelo se compone de tres elementos principales: las partículas sólidas,huecos y vacíos de aire de agua.

La compactación ocurre cuando un elemento de tensión externo aprieta losvacíos de aire del suelo, disminuyendo su volumen (Va) y aumentando sudensidad.

En contraste, la consolidación es el acto de exprimir los huecos de agua fueradel suelo y se realiza a menudo con instrumentos similares a los usados para lacompactación.

La elección entre compactación sobre la consolidación (o viceversa) dependepor completo de las características del suelo: suelos más secos se compactan,mientras que los suelos más húmedos se consolidan.

En general, la consolidación es más difícil y requiere mucho tiempo decompactación, especialmente cuando se trata de completamente saturados

suelos de grano fino.

4. Consolidación y compactación

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A la relación entre el volumen del material en banco y el volumen que ocupa una

vez compactado, se llama factor de consolidación (Fh).

Siendo:

Vb el volumen que ocupa el material en bancoVc el volumen que ocupa el material compactadodb la densidad del material en bancodc la densidad del material compactado

El % de consolidación (Sh) representa la variación de volumen del material en

banco al material compactado, respecto al volumen del material en banco.

Sh y Fh están relacionados mediante la siguiente expresión:

100100

c

bc

b

cb

h

d

d d

V

V V S

100

1

1

h

hS

F

b

c

c

b

h

d

d

V

V F

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4. Consolidación y compactación


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La compactación en obra se realiza sobre capas de material, previamente

extendido en tongadas.

Al compactar una tongada (capa rayada), la anchura “a” y su longitud “l” novarían, mientras que su espesor pasa de “hl” a “hc” .

En el proyecto de ejecución, viene fijado “hc” por lo que es necesario conocer la

relación entre “hc” y “hl” .

5. Consideraciones prácticas en el extendido de tierras



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Por tanto, el cambio de volumen del material está fielmente reflejado en elcambio de altura de la tongada.

Habida cuenta que el proyecto constructivo fija la altura de tongada en perfil, osea después de la compactación hC, conviene conocer la relación entre hC y hL para extender las tongadas con el espesor hL adecuado.

Se denomina % de disminución de espesor (Se) a la relación entre ladiferencia de espesor producida por la compactación y el espesor inicial,

multiplicada por 100:

Se: % de disminución de espesor (en obra es denominado incorrectamenteesponjamiento).hL : espesor inicial de tongadahC : espesor de la tongada después de la compactación

La disminución de espesor depende del tipo de material, métodos decompactación, etc.

Sin embargo, en materiales granulares (gravas, suelo-cemento, zahorras) es muyfrecuente en compactación, por su excelente comportamiento mecánico.

Se suele tomar un Se=20% hl=1.25 hc

100

l

cl

e

h

hhS

5. Consideraciones prácticas en el extendido de tierras



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Se pueden clasificar la maquinaria de excavación y movimiento de tierras,

atendiendo a su traslación, en tres grandes grupos:A) Máquinas que excavan y trasladan la carga

- tractor con hoja empujadora- motoniveladora- tractor con escarificador- mototrailla

- bulldozer o retroexcavadora- cargadora

B) Máquinas que excavan situadas fijas, sin desplazarse- excavadoras hidráulicas con cazo o martillo de impacto- excavadoras de cables. Dragalinas- excavadoras de cangilones

- dragas de rosario- rozadoras o minadoras de túnel

C) Máquinas especiales- topos- dragas y bimbas de succión- dardos y chorros de agua

- fusión térmica

6. Clasificación y tipos de maquinaria de movimiento de tierras

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