ndice Captulo 1. Movimiento de tierra. Pgs.
2.1Generalidades. 1
2.2 Sinopsis Histrica. 7
2.3 Invariantes del Diseo y Construccin de Explanaciones. 8
2.4 Condiciones bsicas a cumplir, por las Explanaciones. 9
2.5 Problemas Principales y ms frecuentes de las Explanaciones. 10
2.6 Paradigmas. 12
2.7 Impactos directos de las tecnologas constructivas en el medio ambiente. 13
2.7.1 Principales medidas para minimizar el Impacto Medio Ambiental en la Fase
Constructiva. 14
2.8 Principios de Diseo y Construccin de Explanaciones. 16
2.8.1 Etapas y Actividades Componentes. 16
2.9 Estados de los suelos: naturales, esponjados, compactado, y la transformacin
de un estado a otro. 18
2.9.1 Estado natural. 18
2.9.2 Estado esponjado. 18
2.9.3 Estado compactado. 18
2.9.4 Material a caballero. 19
2.9.5 Material compensado. 19
2.9.6 Material de relleno o prstamo. 19
2.9.7 Material de mejoramiento o rocoso. 19
2.9.8 Transformacin entre los diferentes estados segn el tipo de material. 19
2.10 Clculo de volmenes de trabajo. 20
2.10.1Mtodos de Clculo de Volmenes de Movimiento de Tierra. 21
2.10.2 Mtodo de la Media de las Secciones Extremas. 22
2.10.3 Mtodo de las Secciones. 23
2.10.4 Ejemplos. 25
2.10.5 Mtodos Aproximados, Mtodo de la Cota Roja. 30
2.11 Diseo Geomtrico de Explanadas, Terrazas o Plataformas. 31
2.11.1 Recomendaciones para el Diseo y Construccin de Explanadas o
Terrazas. 31
2.11.2 Datos bsicos a poseer para el diseo. 32
2.11.3 Mtodo de las Cuadrculas. 32
2.12 Procedimiento General de Diseo de las Terrazas y de Clculo de Volmenes. 33
2.13 Metodologa para el clculo de Volmenes de Movimiento de Tierra en Explanadas
o Terrazas (Mtodo de las Cuadrculas). 40
2.13.1 Clculo de Volmenes de Movimiento de Tierra. 47
2.14 Distribucin de Masas de Suelos, definicin, objetivos y principios a cumplir. 54
2.14.1 Definiciones Bsicas. Centros de Masas y Distancias Medias de
Compensacin. 55
2.14.1.1 Centros de Masas. 55
2.14.1.2 Distancia Media de Acarreo o Transporte de Tierra. 55
2.14.1.3 Mtodos para determinar las Distancias Medias de
Compensacin y/o Acarreo de Tierras en Terrazas o Explanadas. 57
2.14.1.4 Mtodo grfico para determinar las Distancias Medias de
Compensacin de Tierras en Terrazas o Explanadas. 57
2.14.1.5 Resumen del procedimiento a seguir en el Mtodo Grfico. 58
2.15 Cartograma de Masas. 59
Captulo 2. Equipos y Tcnicas Constructivas. 3.1 La Maquinaria de Construccin, Sinopsis de su Evolucin Histrica. 61
3.2 Tendencias de Desarrollo de las Maquinarias de Construccin. 63
3.3 Clasificacin general de las Maquinas de Construccin. 63
3.4 Partes fundamentales de las Maquinas de Construccin, funciones. 65
3.5 Conceptos Bsicos, Rendimiento de una Mquina. 68
3.5.1 Rendimiento Nominal. 68
3.5.2 Productividad o Rendimiento Real. 69
3.5.3 Coeficiente Horario. 69
3.5.4 Coeficiente de Adaptabilidad o Adaptacin. 70
3.5.5 Coeficiente de Organizacin. 70
3.5.6 Factor de Eventualidad. 70
3.6 Normas de Rendimiento. 71
3.7 Dinmica de las Mquinas, Conceptos Bsicos. 72
3.7.1 Importancia Tcnica Econmica. 72 3.7.2 Conceptos Bsicos. 73
3.7.3 Definicin de Potencia Nominal. 73
3.7.4 Fuerza Motriz. 76
3.7.5 Fuerzas Resistentes al Movimiento. 77
3.7.6 Resistencia a la Rodadura. 77
3.7.7 Resistencia del Aire. 78
3.7.8 Resistencia a las Pendientes. 78
3.7.9 Resistencia a la Inercia. 79
3.7.10 Fuerza de Adherencia. 80
3.7.11 Fuerza en el Gancho o disponible en la barra de traccin. 83
3.7.12 Condiciones Bsicas para el Movimiento. 84
3.8 Problema. 85
3.9 Buldceres. 90
3.9.1 Definicin de Buldcer. 90
3.9.2 Sistemas de Mando de la Hoja. 91
3.9.3 Campo de Aplicacin. 93
3.9.4 Mtodos de Trabajo. 96
3.9.5 Rendimiento Nominal. 103
3.9.6 Resistencias adicionales a vencer en la excavacin y acarreo. 109
3.9.7 Anlisis Tcnico Econmico. 114
3.10 Las Trallas. 121
3.10.1 Campo de Aplicacin de las Trallas. 122
3.10.2 Seleccin. 122
3.10.3 Mtodos de Trabajo de las Trallas al ejecutar las labores. 123
3.11 Las Mototrallas. 124
3.11.1 Campo de Aplicacin. 124
3.11.2 Seleccin. 125
3.11.3 Mtodos de Trabajo. 126
3.11.4 Recomendaciones Generales. 126
3.12 Rendimientos de Trallas y Mototrallas. 127
3.13 Resistencias adicionales durante la excavacin y llenado de las Trallas
y Mototrallas. 130
3.14 Determinacin de la Cantidad de Chivos necesarios para atender
satisfactoriamente un grupo de TS o MT. 135
3.14.1 Problemas. 139
3.15 Metodologa para determinar el rendimiento de un grupo de Trallas o
Mototrallas. 150
3.16 Gras Excavadoras. 151
3.16.1 La Excavadora Frente de Pala. 152
3.16.1.1 Campo de Aplicacin. 154
3.16.1.2 Criterios de Seleccin. 154
3.16.2 Las Retroexcavadoras. 155
3.16.2.1 Campo de Aplicacin de las Retroexcavadoras. 156
3.16.2.2 Criterios de Seleccin. 156
3.16.2.3 Rendimientos Nominales. 156
3.16.3 Los Cargadores. 159
3.16.3.1 Campo de Aplicacin. 160
3.16.3.2 Mtodos de Trabajo. 160
3.16.3.3 Seleccin. 162
3.16.3.4 Rendimiento Nominal de los Cargadores. 162
3.16.3.5 Medidas a cumplir para garantizar el trabajo coordinado de los Cargadores
con las Mquinas de Transporte. 164
3.17 Mquinas de Transporte de Tierras o Rocas. 166
3.17.1 Camiones de Volteo. 167
3.17.1.1 Caractersticas principales. 167
3.17.2 Semi-remolques de Volteo. 168
3.17.3 Camiones fuera de Camino. 168
3.17.3.1 Los DUMPERS Articulados. 170
3.17.4 Campo de Aplicacin. 170
3.17.4.1 Campo de Aplicacin de Camiones de Volteo. 170
3.17.4.2 Campo de Aplicacin de los Semi Remolques de Volteo. 171 3.17.5 Rendimiento Nominal. 174
3.17.6 Determinacin de la Cantidad de Equipos de Transportacin necesarios
para Mantener un flujo de transportacin ininterrrumpida (n). 176
3.17.6.1 Problemas. 178
3.17.7 Anlisis Econmico de las Mquinas de Transporte. 181
3.18 Motoniveladoras. 182
3.18.1 Sistema de mando de la hoja. 183 3.18.2 Campo de Aplicacin. 184 3.18.3 Seleccin de las Motoniveladoras. 187 3.18.4 Rendimientos. 187 3.18.5 Expresiones para calcular el Rendimiento Nominal. 190 3.18.6 Problema. 192
3.19 Los Compactadores. 196
3.19.1 Conceptos Bsicos de la compactacin de suelos. 196
3.19.2 Caractersticas principales de cada tipo de compactador. 199
3.19.2.1 Cilindros de llantas lisas. 199
3.19.2.2 Compactador sobre neumticos. 201
3.19.2.3 Pata de cabra. 203
3.19.2.4 Cilindros vibratorios de remolque y autopropulsado. 204
3.19.2.5 Compactadores ligeros. 205
3.19.3 Campo de Aplicacin de los compactadores. 207
3.19.4 Rendimiento de los Equipos de Compactacin. 210
3.19.5 La Tcnica de compactacin de terraplenes. 212
3.19.6 El control de la calidad de la compactacin. 218
3.20 Conjuntos de Mquinas. 219
3.20.1 Mquina Principal. 219
3.20.2 Mquinas Secundarias. 219
3.20.3 Principios a cumplir para la conformacin de los conjuntos
de mquinas. 220
3.20.4 Determinacin del Rendimiento de Conjuntos de Equipos. 220
3.20.5 Costo unitario de Ejecucin de los trabajos de Movimiento de Tierra. 221
3.20.6 Seleccin ptima de los conjuntos de equipos. 222
3.20.7 Evaluacin econmica de la maquinaria. 223
3.20.8 Criterios para la reposicin de los equipos. 230
3.20.9 Criterios para el alquiler de los equipos. 231
3.20.10 Criterios para la adquisicin o compra. 231
3.20.11 Control de Explotacin de los Equipos. 233
3.21 Tcnicas de Construccin de Terraplenes. 254
3.21.1 Zonas llanas con favorables condiciones geolgicas e hidrulicas. 254
3.21.1.1 La tcnica Constructiva General y ms usual a emplear. 255
3.21.1.2 Exigencias a cumplir por los suelos, su correcta disposicin. 256
3.21.2 Zonas Cenagosas o con suelos de cimentacin dbil. 257
3.21.2.1 Exigencias a cumplir por las rocas usadas en la
construccin de pedraplenes. 261
3.21.2.2 Tcnica constructiva general de construccin de pedraplenes. 262
3.21.3 Tcnica de Construccin en zonas montaosas. 263
3.21.3.1 Construccin de Explanaciones en zonas montaosas. 264
3.21.3.2 Tcnica de Construccin. 265
3.21.3.3 Voladuras a cielo abierto en tierra y/o roca. 266
3.21.3.4 Tipos de explosivos o sustancias explosivas. 267
3.21.3.5 Sistemas de voladuras y medios explosivos. 271
3.21.3.6 Equipos de construccin para los trabajos de voladuras. 274
3.21.3.7 Procedimiento de clculo de las voladuras ms utilizadas
en la construccin de explanaciones. 280
Captulo 3. La Organizacin de la Ejecucin de las Explanaciones. 4.1 Definicin de Organizacin de la Ejecucin de las Explanaciones. 290
4.2 Objetivos especficos a lograr en esta etapa de organizacin. 291
4.3 Caractersticas principales de las explanaciones. 291
4.4 Principios a cumplir para efectuar la racional organizacin de los trabajos. 292
4.5 El Proyecto Ejecutivo de Organizacin de las Explanaciones. 292
4.6 La Organizacin de la Ejecucin Mecanizada. Mtodos de Organizacin. 292
4.6.1Mtodos de organizacin de la ejecucin mecanizada. 293
4.7 Diagrama Espacio vs. Tiempo. 294
4.7.1 Utilidad del diagrama Espacio vs. Tiempo. 296
4.8 Organizacin de los trabajos en los prstamos laterales. 297
4.9 La distribucin racional de las Masas de Suelo para la Construccin
de Terraplenes. 298
4.9.1 Diagrama de Masas. 298
4.9.2 Propiedades de la Curva de Volmenes Acumulados o curva del
Diagrama de Masas. 300
4.9.3 Utilidad del Diagrama de Masas. 300
4.10 Mtodos grficos para determinar distancias medias de
compensacin en terraplenes. 301
4.11 Anlisis econmico de la distribucin de tierras en terraplenes. 303
4.12 La programacin de la ejecucin de las explanaciones. 305
4.12.1 Mtodo de programacin. 307
4.12.1.1 Mtodo de Barra de Gantt. 307
4.12.1.2 Mtodo de la red de actividades nodal (METRAN). 308
4.13 El balance de los recursos en la construccin de explanaciones
y el cronograma general de la obra. 317
4.13.1 Balance de Recursos, definicin, importancia y objetivos. 317
4.13.2 Procedimiento de balance y transformacin del MERTRAN a Barras
de Gantt. 320
4.13.3 Resumen general del procedimiento de organizacin, programacin
y balance de recursos de las explanaciones. 323
Bibliografa. 325
Anexos (Tablas). 331
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
1
Movimiento de Tierra.
Los movimientos de tierra son actividades constructivas muy frecuentes en la ejecucin de la
infraestructura vial, el desarrollo urbano, social e industrial de un pas. Estas actividades son
de la competencia de los profesionales de la construccin y en especial de los Ingenieros
Civiles, por tal razn deben ser estudiadas para ser capaces de disear y construir con
eficiencia tales trabajos.
2.1 Generalidades.
Los movimientos de tierra son aquellas acciones que realiza el hombre para variar o modificar
la topografa de un rea, faja o zona, con vista a adaptarla al proyecto previamente
confeccionado, generalmente de forma mecanizada, mediante el empleo de las maquinarias
diseadas especialmente con esta finalidad.
Estos se pueden clasificar en:
- Conformaciones.
Ejemplos: Parque Lnin, Jardn Botnico
Nacional, Zoolgico Nacional, Parque
Baconao, Parque Carlos Marx, etc.
- Explanaciones.
Ejemplos: Terrazas, Explanadas o Plataformas
para urbanizaciones, Terraplenes de obras
viales, etc.
Conformaciones:
-En estas no se produce una modificacin sustancial de la topografa, generalmente se evitan
cambios bruscos, que no existan oquedades, riscos, barrancos, etc., que dificulten o pongan en
peligro la vida de las personas.
Explanaciones:
- En stas si se acometen grandes modificaciones de la topografa lo cual conlleva al
movimiento de grandes volmenes de tierras (excavaciones y rellenos).
Clasificacin.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
2
Las explanaciones se ejecutan usando el suelo como principal material de construccin,
empleando las denominadas mquinas de movimiento de tierra, las tcnicas constructivas,
las estrategias y medidas organizativas idneas, que aseguren su construccin en menor plazo
de tiempo posible, mnimos costos y adecuada calidad acorde con su importancia, todo lo cual
ser abordado en este libro.
Las Estructuras de Tierra y/o Roca.
Las explanaciones se ejecutan realizando Estructuras de Tierra y/o Roca (E.T.). Estas no
son ms que rellenos construidos con materiales trreos y/o ptreos naturales o artificiales
(asimilables) compactados a mxima densidad, con el objetivo de servir de apoyo de las
obras viales y estructurales.
- Terraplenes y Terrazas: empleando materiales de relleno,
generalmente usando suelos naturales de calidad adecuada.
(desde los A- l hasta los A-3 segn clasificacin AASHTO o HRB).
Clasificacin - Escolleras: Estructuras formadas por rocas de granulometra uniforme,
y de gran tamao.
de las E.T.
- Pedraplenes: Estructura mixta formada por rocas de granulometra
distribuida y suelos seleccionados, con una estructura de
esqueleto resistente.
Foto 1: Escollera o coraza del pedrapln. Foto 2: Vista de un pedrapln con
finalidad vial.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
3
Partes de un Terrapln:
a) En relleno:
Fig. 1: Seccin Transversal.
Coronacin: Capa de suelo, generalmente de 0.15-0.50 m con suelos granulares de buena a
excelente a buena calidad, compactados a mxima densidad.
Ncleo: Zona hecha con capas de suelos compactados seleccionados debidamente colocados
y compactados a mxima densidad.
Cimiento: Es el suelo de cimentacin o de soporte de la E.T. Pueden ser firmes o dbiles
(pantanosos) e incluso el lecho del mar.
Berma: Es un elemento estabilizador de los taludes en relleno del terrapln y protector
contra las inundaciones.
b) Secciones en Excavacin y a Media Ladera.
Fig. 2: Seccin en corte.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
4
Fig. 3: Seccin en Semiexcavacin.
(a media ladera)
Partes o elementos principales de una Explanada o Terraza:
.
Talud en corte
rea til de la explanada o terraza
Talud en relleno
Ncleo o Levante.
Suelo de cimentacin.
Fig. 4: Isomtrico de una Explanada o Terraza.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
5
Las Explanaciones se pueden clasificar segn:
a) Su diseo:
Es lo ideal que debe suceder, significa
que se puede ejecutar usando el suelo natural,
- COMPENSADAS logrndose la mxima economa.
(Vexc = Vrell)
Explanaciones
- NO COMPENSADAS Significa el suelo sobrante se debe colocar
a caballero , o en un rea de depsito o (Vexc > Vrell) vertedero cercano.
Significa que se necesitara trasladar el mate-
(Vrell > Vexc) rial de relleno desde un banco o prstamo
lateral cercano.
Dado el caso de ser no compensada es preferible que suceda lo primero (Vexc > Vrell) para
asegurar el diseo con la mayor economa posible, solo usar el segundo caso (Vrell > Vexc)
cuando no quede otra opcin, por ser la solucin menos econmica.
b) Por su forma y dimensiones:
-Terrazas (explanadas o plataformas) En estas el rea predomina con respecto a la altura:
Foto 3: Vista area de una explanada.
-Terraplenes
En estos predomina la longitud con respecto al ancho y altura, como los terraplenes de
carreteras, vas frreas, autopstas, pistas de aterrizaje de aeropuertos, etc.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
6
Foto 4: Vista del terrapln de una carretera rural.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
7
2.2 Sinopsis Histrica.
La tecnologa de construccin de explanadas ha tenido una rpida transformacin
principalmente en los pasados siglos XIX y XX, pudindose definirse las siguientes etapas.
Tabla 1: Etapas de la evolucin histrica de la tecnologa de construccin de
explanadas.
ETAPAS. CARACTERSTICAS PRINCIPALES:
1. Etapa no Tecnolgica.
(hasta finales del pasado siglo XIX)
- Uso de materiales naturales de todo tipo,
insuficiente o nulo conocimiento de las
propiedades fsico-mecnicas de los suelos.
- Pobre calidad de los trabajos.
- Corta duracin o vida til de las obras.
- Predominio de la realizacin manual de los
trabajos, lo que originaba baja productividad y gran
empleo de mano de obra.
- Inicios de la mecanizacin de la construccin.
- Plazos de ejecucin extensos.
2. Etapa Pre-Tecnolgica.
(Primera Mitad siglo XX)
-Uso de materiales naturales, seleccionando los
mejores a partir del conocimiento de algunas
propiedades generales de los suelos.
-Se comienza a exigir aunque incipientemente la
calidad de los trabajos.
-Impulso al desarrollo de la mecanizacin de los
trabajos de la construccin.
-Reduccin de los plazos de duracin.
-Mejora en la calidad de los trabajos de movimiento
de tierra.
3. Era Tecnolgica.
(Dcadas del: 50-80)
- Se hacen y exigen investigaciones ingeniero
geolgicas previas para disear y construir obras
de tierras.
-Se establecen especificaciones a cumplir por los
suelos a partir de conocer sus propiedades fsico-
mecnicas.
- Se establecen exigencias en el control de la
compactacin de las explanaciones mejorndose la
calidad.
- Se produce un amplio desarrollo y uso de
mecanizacin de la construccin.
-Se reducen significativamente los plazos de
duracin.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
8
4. Etapa Actual o Moderna.
(Dcada de los aos 90 hasta la
actualidad)
-Rigurosos estudios previos Ingeniero- Geolgicos
por mtodos modernos.
-Mximo aprovechamiento de los materiales locales
y uso de materiales reciclables.
-Mecanizacin integral de los trabajos con mximo
rendimiento de la maquinaria y por tanto con plazos
de duracin mnimos.
-Control riguroso de la calidad de los trabajos con
equipamiento moderno.
-Mnima afectacin al medio ambiente.
Es importante sealar que en la Etapa Actual no se niegan los avances logrados en las etapas
anteriores.
2.3 Invariantes del Diseo y Construccin de Explanaciones.
Para disear y construir una Estructura de Tierra deben invariablemente cumplirse con los
siete pasos siguientes:
I. Realizacin de Investigaciones Previas.
Topogrficas.
Ingeniero - Geolgicas (principales fenmenos geolgicos de inters y estudio de las propiedades fsico mecnicas de los suelos).
Hidrolgicas.
Hidrulicas.
De trnsito.
Climatolgicas.
De impacto medio ambiental.
Otras.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
9
II. Proyecto Geomtrico de la Explanacin.
-Definicin del trazado en la planta, diseo del perfil y secciones transversales,
asegurando mnimo impacto ambiental y la mayor economa posible.
-Diseo del sistema de drenaje.
III. Diseo y/o Revisin Geotcnica de la Explanacin.
- Aseguramiento de la debida estabilidad y resistencia (diseo y/o revisin de la
estabilidad de los taludes, determinacin de asentamientos en secciones crticas,
diseo y control de la compactacin).
IV. Preparacin Tcnica y Organizacin de los trabajos.
-Proyecto Ejecutivo de Organizacin de las Explanaciones.
-Presupuestacin.
V. Construccin de la Obra.
-De las Explanaciones y del sistema de drenaje
-Control de la calidad de realizacin de los trabajos, de su avance fsico y del
presupuesto.
2.4 Condiciones Bsicas a cumplir por las Explanaciones.
En todo el proceso anterior debe asegurarse que se cumplan las siguientes condiciones
bsicas:
1. Necesaria estabilidad y resistencia ante las acciones externas.
2. Aceptable deformabilidad durante el perodo de diseo.
3. Factibilidad y economa constructiva.
En la fase constructiva estas condiciones se logran:
- Cumpliendo con las exigencias especificadas en el proyecto ejecutivo respecto a los
materiales a utilizar, calidad de la compactacin y ptima seleccin de la maquinaria y
tcnica constructiva a emplear.
Si en el proyecto y la construccin se cumplen estas condiciones se lograr alcanzar:
- La mayor economa posible.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
10
- Cumplimiento o reduccin del plazo de construccin.
- Mxima durabilidad.
Cumplir con los principios antes planteados asegura la mayor eficiencia constructiva de la
obra.
2.5 Problemas principales y ms frecuentes de las Explanaciones.
Los principales problemas ms frecuentes en el diseo tanto geomtrico como geotcnico y
en la construccin de las explanaciones son:
1- Excesivos asentamientos.
2- Inestabilidad ante las cargas o acciones exteriores.
3- Excesiva erosin debido a los agentes del intemperismo.
4- Deficiencias durante su construccin.
Por tal razn a la hora de disear y construir las explanaciones hay que asegurarse que:
- Se realice un correcto trazado en planta teniendo presente el suelo donde se asentar
la misma (suelo de cimentacin).
- Se disponga correctamente los suelos seleccionados tanto para la construccin del
ncleo o levante, como para la construccin de la capa de coronacin hasta subrasante.
- Se haga una correcta compactacin de las capas de suelo en la construccin de rellenos
antes mencionados.
- Se disee y construya un eficiente Sistema de Drenaje (superficial y soterrado) que
minimice los efectos erosivos del agua.
Los efectos negativos del agua (principal enemiga de las explanaciones) se atribuyen
a:
- Los cambios fsicos y geotcnicos que se experimenten en las laderas de los tramos en
cortes y los taludes de las explanaciones.
- La reduccin de la resistencia a cortante del suelo debido a la disminucin de la
presin de poros.
- Incremento del peso del suelo en los taludes de los tramos en corte y de relleno, lo cual
provoca un aumento del esfuerzo cortante de la posible superficie de falla de los
mismos.
- Al aumento de los esfuerzos cortantes debido al incremento de las fuerzas de
filtracin.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
11
Por tales razones debe prestrsele siempre la mxima prioridad e importancia al diseo y
oportuna construccin oportuna del Sistema de Drenaje de las Explanaciones.
Los principales y ms frecuentes problemas estructurales, desde el punto de vista de su diseo
geotcnico, as como constructivo se muestran de manera resumida en la siguiente tabla:
Tabla 2: Problemas ms frecuentes que se presentan en las partes o elementos de una
explanacin.
Parte o elemento. Problemas Estructurales. Problemas constructivos.
Suelo de
Cimentacin.
-Excesiva consolidacin
-Susceptibilidad a cambios
de volumen.
-Insuficiente capacidad de
carga (zonas pantanosas
costeras plataforma insular
etc.).
- Complejidad ejecutiva
cuando hay presencia de roca o
de cieno.
- Necesidad de empleo de
equipos especiales y tcnicas
constructivas adecuadas.
Ncleo (o levante )en
Excavacin.
-Inestabilidad de los
taludes, hinchamiento y/o
contraccin de suelos.
- Prdida de capacidad
soportante por presencia
de agua (manantiales,
filtraciones, etc).
-Dados por mala seleccin de
equipos acorde con el tipo de
suelo a trabajar.
-Mala ejecucin del sistema de
drenaje.
-Mayor complejidad en el caso
de realizar los trabajos de
voladura.
Ncleo (o levante) en
relleno o terrapln.
- Inestabilidad de taludes
en terraplenes altos por
deficiente diseo o
ejecucin (compactacin)
-Excesivos asentamientos
originados por
consolidacin.
- De grandes compresiones
por los terraplenes altos.
-Mala eleccin del material de
relleno.
-Incorrecta disposicin de los
suelos o materiales al ejecutar
los rellenos.
-Definir compactacin, sobre
todo en los terraplenes de
aproche.
-Mala ejecucin del sistema de
drenaje.
-Insuficiente control de la
calidad de los trabajos,
principalmente de la
compactacin de rellenos.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
12
2.6 Paradigmas.
Precisamente las condiciones bsicas a cumplir por una explanacin antes relacionadas deben
convertirse en los paradigmas a lograr en su proyecto y construccin.
Ahora bien Qu medidas deben adoptarse para cumplir con dichos paradigmas?, estas deben
ser las siguientes:
1. Lograr la necesaria estabilidad y resistencia ante las acciones externas:
Para ello hay que efectuar la:
- Correcta compactacin de los rellenos.
- Ejecucin oportuna del sistema de drenaje superficial y/o soterrado.
- Correcta construccin de taludes en corte y relleno.
- Correcta disposicin de los suelos y/o rocas en las partes de la explanacin.
2. Lograr la adecuada deformabilidad:
Para lo cual hay que hacer:
- Seleccin y disposicin idnea de los materiales (suelos) a utilizar.
- Correcta compactacin de los rellenos de las explanaciones.
- Determinacin y control de los asentamientos y su correccin en caso
necesario.
3. Garantizar la factibilidad y economa constructiva:
Lo que se logra mediante:
- Seleccin de las tcnicas constructivas idneas que aseguren la ejecucin en
tiempo y con calidad de las explanaciones a realizar.
- Distribucin ptima de las masas de suelo a mover.
- Seleccin y uso de la maquinaria idnea que asegure mximos rendimientos y
mnimos costos.
- Disminucin al mnimo de las afectaciones al medio ambiente.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
13
2.7 Impactos Directos de las Tecnologas Constructivas en el Medio Ambiente.
Las explanaciones son obras civiles que impactan negativamente el medio ambiente
natural, por lo que tanto en la fase de diseo como de su construccin deben conocerse que
factores se afectan, cuales son las principales acciones impactantes, as como algunos de los
efectos de dichos impactos, con la finalidad de mitigar los mismos con acciones correctoras
tanto en su diseo como en su construccin
En la siguiente tabla se relacionan los factores afectados, las acciones impactantes y
los impactos directos al emplear la tecnologa mecanizada de construccin de las
explanaciones.
Tabla 3: Impactos directos de las tecnologas constructivas en el medio ambiente.
Factor afectado. Acciones impactantes. Impactos directos.
Suelo. Movimientos de tierras. Usos
de equipos pesados de
construccin. Investigaciones
Ingeniero geolgicas.
Apertura de prstamos o
canteras.
Destruccin de la capa vegetal.
Compactacin de suelos.
Contaminacin ambiental.
Erosin.
Creacin de barreras fsicas.
Vegetacin. Movimientos de tierra y de
equipos pesados. Generacin
de polvo atmosfrico en la
obra.
Destruccin directa de la flora
y la vegetacin. Afectaciones a
las especies endmicas y
protegidas por destruccin y
contaminacin del hbitat de la
biodiversidad.
Agua. Rellenos de acuferos.
Afectaciones y
modificaciones al drenaje
natural. Vertido de sustancias
nocivas y aguas albaales.
Contaminacin de las aguas
superficiales y subterrneas.
Inundaciones. Destruccin y
desvos de acuferos.
Disminucin del manto
fretico. Creacin de barreras
fsicas.
Paisaje. Apertura de prstamos en
canteras. Construccin de
explanaciones. Diseos
urbanos y arquitectnicos
ajenos al sitio.
Afectaciones y prdida del
paisaje natural en la vida
silvestre. Afectaciones al
patrimonio natural y cultural.
Cambios negativos en la
estructura paisajstica.
Atmsfera. Uso de las mquinas de
movimiento de tierra.
Construccin de
explanaciones. Apertura de
canteras. Voladuras.
Contaminacin por gases,
polvo y ruido. Modificacin
del microclima. Modificacin
del rgimen de vientos,
alteracin de la dinmica
elica de las costas. Afectacin
del bienestar humano.
Socio cultural. Construccin de explanadas y Alteracin y prdida de la
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
14
obras viales en zonas donde
se afecta el hbitat de los
pobladores o sitios de inters
histrico. Modelos de
desarrollo arquitectnicos y
urbanos inadecuados.
identidad cultural, las
costumbres y modos de vida
tradicionales. Modificaciones
en la accesibilidad a
determinadas reas o zonas.
Efectos negativos sobre el
patrimonio cultural construido.
Como puede observarse la construccin de explanaciones, el empleo de las maquinarias de la
construccin y las obras viales tienen un significativo impacto sobre el medio ambiente, ya
que las mismas:
1- Crean el efecto barrera (dividen propiedades, vara la permeabilidad del suelo, afecta el
drenaje, etc.).
2- Ocupan gran espacio (se ocupa un rea considerable, toda lo que ocupa la faja de la va,
la que ocupan los prstamos).
3- Se producen ruidos indeseables o dainos durante su construccin y posterior
explotacin.
4- Destruccin o modificacin de sitios de inters histrico, cambios climticos, etc.
Sin embargo para lograr el desarrollo socioeconmico no hay otra opcin que construirlas. La
solucin consiste en disminuir al mnimo las afectaciones sobre el medio ambiente.
2.7.1 Principales medidas para minimizar el Impacto Medio Ambiental en la Fase
Constructiva.
Estas estarn encaminadas a reducir en la mayor medida posible el impacto en cada uno de los
factores afectados antes expresados:
1- Suelo:
- Realizar el descortezado de la base de las explanaciones segn el proyecto, para evitar
la eliminacin innecesaria de la capa vegetal.
- Distribuir racionalmente las masa de los suelos a mover, asegurando el mximo de
compensacin posible, ubicando convenientemente el material sobrante de tramos o
zonas en corte o excavacin (minimizar movimiento de tierra y afectaciones al medio
ambiente con material sobrante o indeseable.
- Emplear nicamente la faja de emplazamiento establecida en el proyecto para la
construccin de las explanaciones.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
15
2- Vegetacin:
- Realizar el desmonte o tala de rboles y desbroce de la vegetacin imprescindible,
solo dentro de los lmites de la faja de emplazamiento establecida en el proyecto de la
explanacin.
- Minimizar la apertura de trochas, caminos de acceso provisionales hasta la obra y
hacia los prstamos.
- Recubrir siempre que sean factible los taludes de las explanaciones con capa vegetal.
- Posibilitar con un racional acarreo y disposicin el uso de rboles maderables talados.
3- Agua:
- Evitar la contaminacin de las aguas superficiales y subterrneas al explotar las
maquinarias de construccin.
- Construir correctamente el sistema de drenaje proyectado y mejorarlo si es posible
durante su construccin.
- Evitar destruccin y desvos de los acuferos en la construccin de las explanaciones.
4- Paisaje:
- Ubicar correctamente los prstamos laterales, no tan cercanos que afecten el entorno
de manera evidente y a la vez no tan distante de la obra para no elevar los costos de
transportacin.
- Explotar correctamente los prstamos laterales, usando el rea imprescindible que
asegura los volmenes de tierra necesarios.
- Adoptar cuanta medida contribuye al cuidado del paisaje durante la fase constructiva.
5- Atmsfera:
- Usar las tcnicas de voladuras de tierra y/o roca solo en casos estrictamente
necesarios.
- Mantener un buen estado tcnico de funcionamiento el parque de mquinas disponible
para ejecutar los diferentes trabajos, para reducir as en la mayor medida posible el
escape de gases, derrame de combustibles y lubricantes, as como la generacin de
ruidos innecesarios.
- Evitar o disminuir el mnimo de creacin de nubes de polvo (polvaredas) al construir
explanaciones, mediante riego de agua, riegos asflticos u otras medidas.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
16
2.8 Principios de Diseo y Construccin de Explanaciones.
Para lograr un racional diseo y eficiente construccin de las explanaciones se deben
cumplimentar los siguientes principios:
1- Mxima compensacin de volmenes de tierra con materiales locales.
2- Optima distribucin de las masas de suelo a mover (mnima cantidad de movimientos a
mnimas distancias de recorrido).
3- Seleccin idnea y empleo racional de la maquinaria en su ejecucin, que asegure
mximos rendimientos.
4- Correcta organizacin de los trabajos que propicie la conclusin en tiempo o en el menor
plazo posible de stos.
5- Adecuada calidad en las labores acorde con la importancia de la obra.
6- Asegurar el mnimo impacto ambiental.
Todo lo anterior conlleva a que los plazos de duracin y los costos de construccin sean los
menores posibles, lo que garantiza alcanzar la mxima eficiencia constructiva.
2.8.1 Etapas y Actividades Componentes.
En la construccin de las explanaciones se deben desarrollar tres etapas que son las
siguientes:
1. Etapa preliminar o preparatoria.
2. Etapa fundamental (o de actividades gruesas).
3. Etapa final o de terminacin.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
17
1- Etapa preliminar:
Contempla las actividades de: replanteo preliminar, desaobstaculizacin, demoliciones,
construccin de caminos provisionales de acceso a la obra o a los prstamos, apertura de
prstamos laterales, desmonte o tala de rboles, desbroce de vegetacin y arbustos.
2- Etapa fundamental o de actividades gruesas:
Replanteo definitivo, descortezado o eliminacin de la capa vegetal en la faja o rea de la
obra (incluye capa de transicin si es necesario), excavaciones para la construccin del
sistema de drenaje, compensaciones longitudinales, compensaciones transversales,
excavaciones de material indeseable o sobrante en tramos en corte y su acarreo a zonas de
depsito o vertederos, construccin de terraplenes con tiro desde prstamos laterales.
3- Etapa final o de terminacin:
Perfilados de taludes en corte, reapertura y perfilado de cunetas, canales, etc. que conforman
el sistema de drenaje, perfilado de explanadas, perfilado de la corona de los terraplenes,
recubrimiento de taludes con capa vegetal, restauracin de las afectaciones al medio
ambiente.
Definicin de Actividades Simples y Complejas:
De un anlisis a lo antes expresado puede afirmarse que existen actividades simples y
complejas
Actividad Simple: Se definir as a aquella de fcil o simple complejidad de ejecucin,
generalmente conformada por una operacin y donde se emplea generalmente un solo equipo
de construccin. Ejemplos de estas actividades son:
Desmonte y desbroce (actividades preliminares); perfilado de taludes y explanadas
(actividades de terminacin)
Actividad Compleja: Como indica su nombre es aquella que posee de mediana a gran
complejidad constructiva, donde para acometerlas hay que realizar varias operaciones y
emplear generalmente conjuntos de mquinas para ejecutarlas. Ejemplos de actividades
complejas son:
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
18
- Todas las actividades gruesas (principalmente los rellenos o terraplenes y las
compensaciones).
-Excavaciones en tramos en corte y disposicin del material sobrante o indeseable a caballero
o en vertedero o zonas de depsito.
- Recubrimiento de taludes con capa vegetal (actividad de terminacin).
2.9 Estados de los Suelos: Naturales, Esponjado, Compactado.
Transformacin de un estado a otro.
2.9.1 Estado natural: (tambin denominado sobredesmonte) es aquel suelo que se encuentra
en su estado primitivo, antes de ser excavado, disgregado o removido. El volumen del suelo
calculado en estas condiciones es llamado: volumen natural o sobredesmonte. Este es el
volumen que se debe utilizar para cuantificar y pagar el movimiento de tierra realizado, ya
que solo mediante su determinacin por secciones transversales y longitudinales
peridicamente, es que se puede conocer realmente el volumen de material que ser
excavado. Este se expresa en m3 naturales, ejemplo: todo tipo de excavaciones en
explanaciones.
2.9.2 Estado esponjado: es aquel que por efecto de la excavacin ha sido disgregado,
experimentndose un aumento de volumen del mismo, al aumentar su volumen de huecos, es
decir, las distancias entre las partculas constituyentes. El volumen as determinado se
denomina: Volumen Esponjado y se expresa en m3 esponjados, ejemplo: el suelo que se
traslada sobre mquinas de transporte, el contenido en los cubos, cucharas o palas de las
maquinarias, etc.
2.9.3 Estado compactado: es aquel sobre el cual se ha ejercido una compresin tal que se
logra un incremento en su peso especfico, es decir, el suelo este ms compacto que en su
estado original. Al material en ese estado se denomina suelo compactado y su unidad de
medida es el m3 compactado.
En general el volumen compactado es menor que el natural y mucho menor que el esponjado.
Es evidente que entre los tres volmenes existe una relacin, la cual se explica seguidamente.
No obstante antes se darn a conocer algunos conceptos de amplia utilizacin en los
movimientos de tierra que son los siguientes:
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
19
2.9.4 Material a caballero: cuando la cantidad de material a excavar es superior a la de
rellenar, es necesario disponer del material en exceso a la disposicin en las reas aledaas a
la obra (en forma de pila, cordn lateral) a dicha disposicin del material sobrante se
denomina: material a caballero y se expresa en m3 esponjados.
2.9.5 Material compensado: es aquel suelo cuyo volumen excavado en una explanacin
servir para rellenar otra zona de la propia obra de tierra, siendo compactado a mxima
densidad, se expresa en m3 compactados.
2.9.6 Material de relleno o prstamo: cuando no puede producirse una compensacin de
volmenes, por no alcanzar el material natural o no tener las condiciones adecuadas, surge la
necesidad de obtener para ejecutar el relleno un material o suelo en una zona distante del
rea de la obra; al mismo se le denomina material de prstamo o de relleno y a la zona donde
se toma prstamo lateral, cantera de prstamo o simplemente prstamo (en otros pases del
rea es conocido tambin por banco de materiales).
2.9.7 Material de mejoramiento o rocoso: su definicin es similar a la anterior solo difiere
en que este material tiene un alto peso especfico y posee de buenas a excelentes
caractersticas para su empleo como relleno, por lo que preferiblemente se utiliza en las capas
de coronacin de las explanaciones para hacerlas ms resistentes. Se extrae de los prstamos y
tramos en corte de las vas.
2.9.8 Transformacin entre los diferentes estados segn el tipo de material.
Tal como se ha afirmado existe una relacin entre los volmenes de los materiales o suelos en
sus tres estados. Esa relacin puede obtenerse de la siguiente tabla, la cual aparece en la
Norma de Trabajo: Rendimiento de Maquinaria de Construccin, del MICONS, de 1978
(vigente actualmente en Cuba) en la cual se subdivide en 4 grupos o clases de suelo y se
plantean los valores medios de los coeficientes que nos ayudan a determinar la relacin entre
los volmenes de los estados de los suelos. Esta se muestra en la Tabla 2 del Anexo.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
20
2.10 Clculo de Volmenes de Trabajo.
Es una de las acciones ms frecuentes e importantes que realiza un Ingeniero Civil, pues de su
exactitud depender en gran medida las programaciones y los presupuestos de las obras a
construir.
Consiste en determinar la cantidad o magnitud de los diferentes trabajos a realizar para la
construccin de una obra, en nuestro caso para la construccin de las explanaciones.
En las explanaciones se emplean variadas unidades de medidas (UM) como son: m, m2 y m
3.
Tabla 4: Unidades de Medida a emplear para las distintas actividades:
No.Ord
en.
Denominacin de la labor o actividad. U.M.
1 Replanteo definitivo. m (lineales)
2 Demolicin de elementos estructurales del rea o faja
de la obra.
m3
3 Desmonte o tala de rboles. u ( 0,30m)
4 Desbroce de vegetacin. m2
5 Descortezado o eliminacin capa vegetal. m3 (naturales)
6 Excavaciones en explanaciones (con o sin transporte
horizontal)
m3 (naturales)
7 Excavaciones del sistema de drenaje (cunetas, canales,
etc.)
m lineales o m3
nat.
8 Compensacin de tierras (longitudinales y
transversales).
m3 (compactados)
9 Construccin de rellenos en los terraplenes, terrazas,
etc., desde prstamos laterales.
m3 (compactados.)
10 Recubrimiento de taludes con capa vegetal. m3 (compactados)
11 Perfilado de taludes en corte y relleno. m2
12 Perfilado de explanadas.
m2
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
21
2.10.1 Mtodos de Clculo de Volmenes de Movimiento de Tierra.
Estos se clasifican en:
1. Mtodos Exactos.
2. Mtodos Aproximados.
Como es conocida la exactitud de los mtodos de clculo en las actividades de movimiento
de tierra es un concepto relativo, generalmente la magnitud absoluta del error es despreciable
cuando la comparamos con los enormes volmenes de trabajo, es decir, el error relativo ( R)
en general es despreciable, no obstante existe la clasificacin anterior ajustada a las etapas de
proyecto.
Mtodos Exactos:
Mtodo del Prismoide: Recibe este nombre ya que la forma del clculo que se forma entre
dos secciones transversales consecutivas se asemeja a un
Prismoide, es decir, un slido limitado por dos caras planas y
paralelas (bases) y por una superficie reglada engendrada por una
recta que se apoya en ambas caras.
A2
n+1
Am
n A1
Grfico 1.
En este caso la frmula del Prismoide ser:
V = d/6 (A1 + 4Am + A2) , m3
donde:
d: distancia entre las bases, en metros.
A1 y A2: reas de las bases n y n + 1
Am = rea media.
(Las reas deben expresarse en m2).
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
22
La inexactitud en los clculos se origina al determinar las magnitudes de las reas de las
bases del Prismoide debido a la forma irregular de la superficie del terreno, por tal razn debe
calcularse las magnitudes de las reas lo ms exacto posible, para ello se recomienda:
- En clculos preliminares al nivel de Anteproyecto:
Determinar el rea por el mtodo grfico aproximado denominado: Mtodo del Comps.
- En clculos definitivos, en el mbito del Proyecto Ejecutivo:
1. Asignacin de figuras geomtricas conocidas (trapecios, rectngulos, tringulos, etc.) a las
reas de las secciones transversales, para sumndolas obtener el rea total.
2. Mtodo del Planmetro: Determinar reas de las secciones representadas a escala (1:100
1:200 generalmente) usando este instrumento.
2.10.2 Mtodo de la Media de las Secciones Extremas:
Si las generatrices del Prismoide son paralelas a un plano director, es decir, si entre dos
secciones transversales no se experimenta un brusco cambio del terreno, se cumplir que el
rea media es:
Am =22
211 AAAA nn
luego: V = )2
( 21AA
. d ,m3 (Expresin Bsica del mtodo)
El error cometido con relacin a la frmula del Prismoide ser:
mm AAAdAAAdAAd 23/46/2/ 2121211
Este error puede ser positivo o negativo segn el signo del trmino (A1+A2 2Am).
Los clculos hechos por el mtodo aproximado de la Media de las Secciones Extremas o
simplemente Mtodo de las Secciones tendrn suficiente exactitud, siempre y cuando la
diferencia entre las reas de las secciones extremas no sea tan grande. Si esta situacin
persiste que es lo ms usual en gran parte del trazado de la va y si se considera que el error en
unos casos es positivo y en otro podr ser negativo, se produce una compensacin parcial de
los errores, lo cual contribuye a la exactitud y a la obtencin de magnitudes pequeas del
error relativo.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
23
2.10.3 Mtodo de las Secciones:
En este se presentan dos casos bsicos:
a) Cuando dos secciones transversales consecutivas (en excavacin o en relleno o terrapln) el
volumen entre ambas secciones se calcula fcilmente por:
V = dAA re ).
2( , m
3
b) Cuando una seccin est en excavacin y la otra seccin consecutiva est en relleno o
terrapln:
Grfico 2.
En este caso:
e
r
A
A
d
d
2
1 , como: d = d1+ d2
entonces: d1 _ re
r
AA
Ad
d2 _ re
er
AA
Ad 2
Como la lnea o-p (lnea cero o lnea donde se produce el cambio de excavacin a relleno)
posee rea nula:
22
011
rrrell
Ad
AdV
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
24
22
022
ee
exc
Ad
AdV
Sustituyendo y efectuando con los valores parciales de las distancias d1 y d2:
re
Rrell
AA
AdV
2
2/ m3 compactados
re
eexc
AA
AdV
2
2/ m3 naturales
Ahora bien, cuando ambas secciones transversales consecutivas estn a media ladera o una a
media ladera y la otra en excavacin o relleno el procedimiento a seguir genera un nuevo caso
(caso c).
EJE EJE
B o E1 B D E1 E2 o D
T1 T1
E3
E2 E3
A A C o T3 C
T2
Grfico 3. Grfico 4.
En este caso se realiza una Construccin Auxiliar subdividindose las reas de las secciones
a partir de los puntos de cambio de excavacin a terrapln, para as poder aplicar las
expresiones bsicas explicadas (casos incisos a y b).
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
25
2.10.4 Ejemplos:
1. Determine los volmenes de movimiento de tierra entre las secciones A-A y
B-B caso: c), antes explicado.
Solucin:
Como se aprecia hacia la izquierda del punto de cambio las reas estn totalmente en
excavacin y totalmente en relleno, luego estamos en presencia del caso b) por lo que hay que
emplear las siguientes expresiones:
2
12
2
12
2
2
2
1
102/202/
TE
E
TE
E
AA
AdV
re
eexc , m
3 naturales
2
12
1
12
2
1
210
2/202/TE
T
TE
T
AA
AdV
re
rrell , m
3 compactados
A la derecha del punto ambas reas estn en excavacin, luego se estar en presencia del caso
a) donde la expresin a emplear ser:
2
20)2
( 21312EE
dEE
Vexc , m3 naturales
Luego, el volumen total de excavacin y relleno ser:
Luego 2
2020
10 21
12
221
EE
TE
EVVV excexctotalexc
Respuesta: Vrell = 12
2
110
TE
T m
3 compactados
2. Volmenes de excavacin y relleno entre las secciones C-C y D-D.
Procediendo de forma similar, trabajando de izquierda a derecha para llevar a las expresiones
bsicas conocidas: casos a) y b), los volmenes sern:
Hacia la izquierda ,202
31
1
EEVexc ,m
3 naturales
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
26
Zona central:22
2
2
2
)(2/20
TE
EVexc , ,m
3 naturales
22
2
21
)(2/20
TE
TVrell ,m
3 compactados
Hacia la derecha: 202
31
2
TTVrell ,m
3 compactados
Entonces los Volmenes Totales son:
Vt exc = Vexc1 + Vexc 2 , m3 naturales
Vt rell = Vrell 1 + Vrell 2 , m3 compactados
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
27
2. Se ha proyectado geomtricamente el terrapln de una carretera, un tramo posee el
siguiente Perfil Longitudinal y las siguientes secciones transversales:
Considere un suelo rocoso excelente como material de relleno. Determine:
a) Los volmenes de movimiento de tierra a realizar.
b)Se logra la compensacin de volmenes en dicho tramo?
Solucin:
a) Datos:
- reas secciones transversales y tipo de suelo.
Clculo de volmenes.
Secciones 1-1 hasta 2-2: .60000202
60000
2
321Re compml
AAV ll
V2-3 = .108000202
60004800
2
332 compmdAA
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
28
V3-4 : excV .45671024001300
1300
220
2
32
34
2
4 natmT
E
E
.38500202
14502400
2
343 compmdTT
Vterr
.155671024001300
2400
2
2
23
2
34
2
3
compmdT
E
T
Vterr
.5406715567385003
. compmV totalterr
V4-5 :
.44000202
31001300 31 natmVE
.8.211201031001450
3100 32
2 natmVE
.8.46201031001450
1450 32
1 compmVT
.8.651203
. natmV totalexc
V5-6 : E5 = 6200m2 Ambas en excavacin. .8300020
2
21006200 3natmVexc
E6 = 2100m2
V6-7 : A6 = 2100m2 (excavacin) .3.607410
51602100
2100 32
natmVexc
A7 = 5160m2 (relleno) .3.3667410
51602100
5160 32
compmVrell
Resumiendo y organizando los clculos en la Tabla Resumen y sumando para obtener Vol.
totales excavacin y rellenos.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
29
Estacionado. Areas (m2) Volmenes (m
3) Observaciones.
Aexc. Arell. Vol.exc. Vol.rell.
1 0 0 - - Seccin
de cambio.
2 - 6000 - 60000 m3comp.
3 - 4800 - 108000 m3comp.
4 1300 1450 4567 54067 nat y comp.
respectivam.
5 6200 - 65120.8 4620.8 nat y comp.
respectivam.
6 2100 - 83000 - m3 nat.
7 - 5160 6074.3 36674.3 nat y comp.
respectivam.
158762.8
m3nat.
263362.1
m3comp.
b) Se logra la compensacin de volmenes en dicho tramo?
Para contestar esta interrogante hay que compensar ambos volmenes pero en el mismo
estado, llevando de natural a compactado.
.8.14288590.01.1587621.158762 3.. compmf compN
.Ncompf Tabla en Norma rendimiento de Equipos o Libro Fund. de la Const., Francisco
Fernndez, pg 91.
= 100Vmayor
VmenorVmayor
= 1001.62.2633
8.1428851.26332
Rta/ No existe compensacin el vol. relleno < vol. excavac.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
30
2.10.5 Mtodos Aproximados. Mtodo de la Cota Roja Media.
Dado el perfil longitudinal de un tramo de longitud L de un terrapln:
Grfico 5.
Determinando la altura media ym del perfil, todo en excavacin o todo en relleno, de forma
grfica o analtica entonces:
S = ym. L
donde: S = rea de la superficie PMQ. Suponiendo el terreno horizontal para cada una de las
secciones transversales, entonces el rea media de la seccin en la cota roja ym ser:
Am = ym (ym / i + 2a)
Entonces el volumen del slido del terrapln entre las secciones transversales consideradas P
y Q ser:
V = Am . L = (ym / i + 2a) ym . L = S (ym / i + 2a)
donde:
Am: rea de la seccin transversal media o de cota roja)
Entonces: V = L m
m yai
y)2(
Como se aprecia, consiste esencialmente en determinar los volmenes de cada tramo en
corte y cada tramo en relleno, multiplicando el rea de la seccin transversal media de dichos
tramos, por las longitudes de los mismos. Este procedimiento no brinda gran precisin en los
clculos, por todo lo antes asumido, por tal razn se debe usar en tanteos preliminares al
nivel de anteproyectos.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
31
En la actualidad estos clculos se efectan con auxilio de programas de computacin como el
Soft.Car, lo cual agilizan grandemente los mismos, pero los Ingenieros Civiles deben saber
realizar los mismos de forma manual con la mayor exactitud posible, por ser tan necesarios en
la etapa de programacin, para la presupuestacin y para la certificacin de los volmenes de
trabajo de las obras, como antes se ha afirmado.
2.11 Diseo Geomtrico de Explanadas, Terrazas o Plataformas.
A continuacin se procede a explicar el procedimiento a seguir para garantizar el racional
diseo de este tipo de explanacin. Antes se dan a conocer las siguientes recomendaciones a
tener presente.
2.11.1 Recomendaciones para el Diseo y Construccin de Explanadas o Terrazas.
1- Ubicar la terraza adecuadamente: debe asegurarse que las edificaciones que se construyan
en stas posean satisfactoria ventilacin natural y correcta posicin respecto al sol,
aprovechando al mximo la iluminacin natural. Para ello debe ubicarse la terraza
perpendicular al viento predominante y provocar la mnima afectacin ambiental.
2-Disear las dimensiones adecuadas del rea de la terraza y estar acorde con la funcin que
la misma desempear, es decir, no tan pequea que dificulte la movilidad hacia y entre los
objetos de obra ubicados en la misma, ni tan grande que atente contra la economa en su
construccin.
3- Ubicar la terraza donde se logre un econmico movimiento de tierras, asegurando la
mxima compensacin de tierras posible, si el terreno natural rene las condiciones para su
empleo como relleno, es decir, disear terrazas balanceadas si el terreno natural lo permite.
Dado el caso que el suelo no sirva como relleno, deber ubicarse la terraza donde
predominen los volmenes de excavacin respecto a los de relleno.
4- Garantizar un eficiente drenaje de las aguas pluviales para evitar la saturacin de los
rellenos y afectacin por erosin. Por consiguiente en la terraza a construir debe usarse
pendientes entre 0,5 y 2,0 % en la superficie de las mismas y disear las cunetas necesarias.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
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Su ubicacin en un partidor o a media ladera, facilita la compensacin de tierras y el drenaje.
Decidir una cota rasante que evite inundaciones y seguro acceso y empleo de la explanada
durante toda poca del ao.
5- Cumplir con las normas y regulaciones vigentes en la construccin para contribuir as
lograr la necesaria calidad de los trabajos.
2.11.2 Datos Bsicos a poseer para el diseo.
1- Carta topogrfica de la zona o escala adecuada (preferiblemente 1:500).
2- Si el suelo natural rene los requisitos para su uso como material de relleno tanto para
ncleo como para coronacin (al menos clasificacin segn AASHTO o HRB).
3- Nocin general del drenaje del rea, niveles de crecida o riada y/o de posibles inundaciones
del mar.
4- Finalidad de las edificaciones, ubicacin y dimensiones de los distintos objetos de obra de
las mismas.
Al concebir el proyecto y al efectuar su construccin debe tenerse muy en cuenta el
cumplimiento de los principios y conceptos antes expresados, para lograr la realizacin con
el mnimo costo y la debida calidad, los movimientos de tierra de este tipo de explanacin.
2.11.3 Mtodo de las Cuadrculas.
Este es un mtodo que clasifica entre los exactos para el clculo de los volmenes de
movimiento de tierra, el que se ajusta a aquellas explanaciones donde predomina el rea
respecto a la altura, es decir, es el adecuado para las terrazas, explanadas o plataformas.
Su nombre o denominacin surge al buscar un calificativo que permita emplear cualquier
figura geomtrica para subdividir el rea de la terraza a calcular (en cuadrados, rectngulos,
trapecios, tringulos, etc). Empricamente se aconseja que las dimensiones de las cuadrculas
(si son cuadradas) deben oscilar alrededor de 20 x 20 m lo cual asegura una aceptable
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
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precisin en los clculos a su vez permite replantear y dirigir la ejecucin de la misma
satisfactoriamente en la fase constructiva y como es lgico, evitar clculos innecesarios.
Otros valores usuales recomendados validados por la prctica son:
15 x 20 m 20 x 25. No debe emplearse cuando exista una topografa muy irregular pues no
se logra buena precisin en los clculos.
2.12 Procedimiento General de Diseo Geomtrico de las Terrazas y de
Clculo de los Volmenes de Movimiento de Tierras:
1. DISEO:
1. Analizar la carta topogrfica para seleccionar la posicin idnea (aquella
que garantice la mxima compensacin posible y por lo tanto economa,
buen drenaje, mnimas afectaciones medio ambientales, etc.).
2. Definir adecuadas dimensiones y forma en planta (subdividirla en
cuadrculas con dimensiones adecuadas procediendo a numerarlas
correctamente y denotar sus vrtices (se numeran de izquierda a derecha y de
arriba hacia abajo)
3. Determinar por interpolacin la Cota de Terreno en cada vrtice de las
cuadrculas (Cota Terreno = Cota Terreno Natural Espesor Capa Vegetal).
4. Definir la cota de rasante de referencia de la terraza, para ello se pueden
emplear dos procedimientos analticos y uno grfico, que se explican
posteriormente.
5. Calcular las alturas ( h) de cada vrtice segn: h = C rasante. C terreno.
(si h (+) relleno y h (-) excavacin), asegurando que la inclinacin de la
superficie de la explanada posea el drenaje adecuado (0,5 - 2%).
6. Definir recorrido de la lnea o lneas cero o de cambio de excavacin a
relleno en cada cuadrcula y en la explanada en general.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
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7. Definir en planta la configuracin de los taludes en corte y relleno,
representndolos debidamente segn normas de dibujo vigentes,
confeccionando una vista en planta de la explanada o terraza
8. Diseo del Sistema de Drenaje Superficial.
Una vez definidas las dimensiones de la superficie del rea neta de la
explanada o terraza, as como la pendiente o pendientes de la misma en cada
vrtice y de sta en general, debe procederse a disear los dispositivos de
drenaje superficial que completan el sistema de drenaje, los que seguidamente
se enumeran:
1. Cunetas o cunetillas al pi de los taludes en corte(para captar y evacuar el agua
pluvial y/o filtraciones de zonas altas)
2. Cunetas de guarda o contracunetas (para captar y eliminar el agua lluvia de
aquellas reas que tributan hacia los tramos en corte).
3. Cunetas o cunetillas cercanas al pi de los taludes en terrapln( para proteger
dichos taludes de posibles inundaciones o efectos erosivos de los
escurrimientos pluviales de zonas altas)
4. Cunetas escalonadas( para captar y evacuar el agua pluvial en zonas de fuertes
pendientes, generalmente recubiertas con lajas de rocas naturales o con
hormign)
La decisin de usar uno, varios o todos dichos dispositivos depender del
anlisis que se realice de la topografa existente en la zona aledaa a la
explanada, debiendo definirse en el Plano en Planta la posicin y longitud de
los mismos, pero faltara an por definir sus secciones transversales de manera
tal que sean capaces de desempear su funcin adecuadamente, para lo cual
habr que realizar:
1ero
: Clculo hidrolgico para determinar el gasto o caudal de llegada a los
mismos.
2do
: Clculo y diseo hidrulico de cada dispositivo.
A continuacin se explica como hacerlo, basndose en los procedimientos y
las tablas que se exponen en el libro: Proyecto de Carreteras del Ing. Civil
Ral Bentez Olmedo (5).
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
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-Clculo Hidrolgico:
El gasto o caudal de llegada se determinar por el Mtodo Racional por ser el
ms adecuado para cuencas tributarias con reas menores de 30 km2 y ser el
recomendado para el caso concreto de Cuba. La expresin a utilizar es la de
este mtodo que es:
Q = 16,66 C. I. A en: m3/segundos
Donde:
Q: Gasto o Caudal de llegada al dispositivo en m3/segundos
c: Coeficiente de escorrenta o escurrimiento el que se obtiene por la TABLA
3.4 del libro antes citado, en funcin de la pendiente predominante en la cuenca
tributaria(%). Si la topografa de la cuenca no es uniforme se determinar un
coeficiente promedio pesado o ponderado a partir de los obtenidos con las
diferentes pendientes:
I: Intensidad media de la precipitacin mxima de duracin igual al tiempo de
concentracin y frecuencia correspondiente al perodo de retorno establecido
en el proyecto, expresado en mm/min.
Esta se determina generalmente para precipitaciones mximas diarias del 1%
de probabilidad de ocurrencia, haciendo uso del Mapa Isoytico de la
Repblica de Cuba (Figura 3.34 del libro) donde se obtiene el parmetro HP
(mm), segn la posicin geogrfica de la obra y la isoyeta mas cercana.
Seguidamente se procede a determinar el tiempo de concentracin o retardo
(tiempo que demora el agua para trasladarse desde el punto ms alejado de la
cuenca hasta el dispositivo de drenaje) el cual se calcula por la expresin:
TR = 0,483(L / s ) 0,64
Donde:
TR: es el tiempo de concentracin o retardo, en minutos.
L: longitud del cauce principal, en metros.
S. pendiente media del cauce, en %
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
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Tambin puede determinarse de forma grfica por la figura 3.33 del libro antes
mencionado.
Finalmente se calcula la Intensidad I en mm/min entrando a la figura 3.35 con
las magnitudes del parmetro HP y del TR.
Si se desea hallar el gasto o caudal para otra probabilidad diferente al 1% se
proceder tal como se expone en la pgina 110 del libro multiplicando Q por
diferentes coeficientes.
- Clculo y diseo geomtrico del dispositivo:
La capacidad hidrulica que es capaz de circular por una cuneta se puede
determinar
por la expresin de Manning para canales abiertos o de manera ms
fcil por unos ABACOS (bacos de la figuras 3.10 a la 3.26 de libroProyecto
de Carreteras de Ral Bentez (5)) los que estn conformados para diferentes
secciones transversales de cunetas triangulares y trapezoidales. La manera de
utilizar estos bacos es la siguiente:
a) Se escoge o propone una seccin transversal (triangular o trapezoidal) prefijndose de
antemano el baco a utilizar.
b) Se fija la pendiente longitudinal de la cuneta (mnima del 0,5% sin revestir o del 2% si
est revestida y mxima del 2% sin revestir o del 30% revestidas) para as evacuar el
agua sin producir erosin perjudicial (ver en Tablas 3.1 y 3.2 las velocidades mximas
permisibles para evitar la erosin segn diferentes recubrimientos de las cunetas). Se
intercepta la curva correspondiente a dicha pendiente con la lnea discontinua de la
altura de la lmina de agua que se propone circule por la cuneta( generalmente entre
0,10 y 0,50 m)
c) Con el punto de interseccin hallado en el baco se determina en el Eje de las Abcisas
d) (Eje X) la velocidad de circulacin de agua en la cuneta, comparndose dicho valor
contra las especificaciones de velocidades establecidas en las Tablas 3.1 y 3.2, para
detectar si se cumplen o violan las mismas.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
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e) Con el mismo punto de interseccin hallado en el paso 3 se obtiene en el Eje de las
Ordenadas (Eje Y) la magnitud del gasto o Caudal en litros /segundo.
Las magnitudes de la V (m/seg) y de Q(l/seg) dependen del coeficiente de
rugosidad, los que se determinan previamente por la Tabla 3.3 acorde al tipo de
revestimiento de la cuneta.
f) Se comprueba si el gasto o caudal de llegada es menor que el determinado por el
baco pudiendo originarse dos situaciones:
-Si Q llegada en menor Q obtenido por el baco: La cuneta diseada o
propuesta es capaz de evacuar adecuadamente el gasto que llega a ella.
-Si sucede lo contrario habr que modificar el diseo hasta que se cumpla la
anterior condicin.
9. Una vez diseado el sistema de drenaje se proceder a confeccionar una o
varias secciones transversales donde se muestren los detalles correspondientes,
as como la representacin en planta de la misma, incluyendo los dispositivos
de drenaje proyectados, conformando as finalmente la informacin grfica
indispensable a presentar en el proyecto ejecutivo de la explanada o terraza.
2. CALCULO:
10. Detectar los diferentes casos que pueden presentarse para el clculo,
agrupando las cuadrculas en las de: relleno, excavacin y mixtas.
11. Calcular los volmenes de tierra de cada cuadrcula, segn caso
correspondiente, empleando las expresiones ms usuales que aseguren la
suficiente precisin.
12. Calcular los volmenes de tierra de los taludes segn el caso o expresin
correspondiente, lo que asegura la mxima precisin.
13. Determinar los volmenes totales de excavacin y de relleno de la
explanacin.
14. Resumir los clculos en una Tabla Resumen.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
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Para ganar en una mayor comprensin de este mtodo, se realizar seguidamente una
explicacin adicional sobre el paso # 4 de la metodologa antes descrita, as como se
resolver un ejemplo de clculo de volmenes en una terraza.
Como se coment en el paso # 4 se determina una cota de referencia (centroide) para lograr
la compensacin de tierras por varios procedimientos, los cuales se muestran a continuacin:
a) Grfico:
Consiste en determinar dicha cota sumndole a la cota mnima el trmino H/2, es decir, la
altura media obtenida como la diferencia entre la mxima cota de terreno y la mnima,
sumrsela a la mnima cota de terreno de los vrtices de las cuadrculas
Grfico 6.
H = Cota terreno mx.- Cota terreno mn.
Cota referencia = Cota terreno mnima + H/2
b) Analtico: consiste en calcular la cota de terreno mediante la media aritmtica o por el
promedio pesado.
b.1 Por la Media Aritmtica de las cotas terreno de cada vrtice:
n
CtCtmedia i
b.2 Media Ponderada: (por ejemplo para la explanada mostrada seguidamente)
nt
CTCtCtCtCtCtCtCtCtCtpp PHGFEDCBA
..........244222
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
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Grfico 7.
Es necesario agregar que no siempre la cota de rasante de la explanada ser la que garantice la
compensacin de tierras, definindose la misma por otras razones como pueden ser: evitar su
inundacin por crecidas de ros o arroyos aledaos, para garantizar un nivel obligado
impuesto por obras existentes, etc., lo que puede originar terrazas totalmente en relleno,
totalmente en excavacin o parcialmente compensadas.
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
40
2.13 Ejemplo de aplicacin de la Metodologa para el Clculo de Volmenes
de Movimiento de Tierra en Explanadas o Terrazas (Mtodo de las
Cuadrculas).
Se desea determinar los volmenes de tierra a mover en una terraza rectangular, la cota o
nivel de la terraza se ha decidido sea la 50. Determine los volmenes de excavacin y de
relleno.
Del esquema puede deducirse fcilmente que se presentan 3 casos:
1. - Las cuadrculas: 1, 2, 3, 7 y 8 hay que excavarlas.
2.- Las cuadrculas: 6.11.12 hay que rellenarlas.
3.- Las cuadrculas: 4, 5, 9 y 10 poseen una parte en excavacin y otra en relleno (mixtas)
Por convenio se adopta: Signo (+) para el relleno y Signo (-) para la excavacin.
80
Captulo 1. Movimiento de Tierra.
41
1er Caso: Toda la cuadrcula est en excavacin:
Simbologa:
Puntos con la cota de nivel de la Rasante.
Puntos con la cota o nivel del Terreno.
D
hd
C
A hc
ha
B
a
a
hb
a = Lados de la cuadrcula.
ha, hb, hc, hd = alturas de los puntos A,B,C, Y D, respectivamente.
Dichas alturas se calculan como la diferencia entre los niveles de la superficie del terreno, a
lo que se le denomina tambin desniveles de trabajo:
h = Cota Rasante - Cota Terreno
Para que sea volumen
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