8/14/2019 DISEO Y CALCULO DE MOVIMIENTO DE TIERRA
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cnicas de construccinRepblica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educacin
Instituto Universitario Politcnico
Santiago Mario
Profesor: Bachiller:
Ing. Antonio Yriarte Gilmar Valverde
Seccin: CM C.I: 20.634.529
Barcelona, Noviembre 2013
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cnicas de construccin
INTRODUCCION
El propsito de esta Prctica Recomendada es el de establecer unprocedimiento que garantice la calidad en la ejecucin de la actividad de
construccin conocida como Movimiento de Tierras.
El procedimiento que aqu se define debe ser controlado minuciosamente
para asegurar la calidad el producto. Esta Prctica Recomendada se pondr a
prueba, se discutir y refinar hasta obtener una Norma aplicable en el medio
para la correcta ejecucin y aceptacin de esta actividad.
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Movimiento de Tierra.
Los movimientos de tierra son actividades constructivas muy frecuentes
en la ejecucin de la infraestructura vial, el desarrollo urbano, social eindustrial 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.
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:
En estas no se produce una modificacin sustancial de la topografa,
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cnicas de construccingeneralmente 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).
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.
Clasificacin de la E.T:
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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).
Escolleras: Estructuras formadas por rocas de granulometrauniforme, y de gran tamao.
Pedraplenes: Estructura mixta formada por rocas degranulometra distribuida y suelos seleccionados, con una
estructura de esqueleto resistente.
Partes de un terrapln:
En relleno:
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Seccin Transversal.
Coronacin: Capa de suelo, generalmente de 0.15-0.50 m con suelosgranulares 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.
Secciones en excavacin a media ladera:
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Seccin en corte.
Seccin en semiexcavacion (a media ladera).
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cnicas de construccinPartes o elementos principales de una explanada o terraza:
Isomtrico de una explanada o terraza.
Las explanaciones se pueden clasificar segn su:
1. Diseo:
Dado el caso de ser no compensada es preferible que suceda lo primero
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cnicas de construccin(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.
2. Por su forma y dimensiones:Terrazas(explanadasoplataformas)Enestaselreapredominaconrespectoalaaltura:
Vista area de una explanada.
Terraplenes
Enestospredominalalongitudconrespectoalanchoyaltura,comolosterraplenesdecarreteras,vasfrreas,autopstas,pistasdeaterrizajedeaeropuertos,etc.
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cnicas de construccinVista de terrapln de una va rural.
Sinopsis Histrica.
La tecnologa de construccin de explanadas ha tenido una rpidatransformacin principalmente en los pasados siglos XIX y XX, pudindosedefinirse las siguientes etapas.
Tabla 1: Etapas de la evolucin histrica de la tecnologa de construccinde explanadas.
ETAPAS. CARACTERSTICASPRINCIPALES:1.EtapanoTecnolgica.(hastafinalesdelpasadosigloXIX) -Usodematerialesnaturalesdetodotipo,insuficiente o nulo conocimiento de las
propiedadesfsico-mecnicasdelossuelos.-Pobrecalidaddelostrabajos.-Cortaduracinovidatildelasobras.-Predominiodelarealizacinmanualdelostrabajos,loqueoriginababajaproductividadygranempleodemanodeobra.-Iniciosdelamecanizacindelaconstruccin.-Plazosdeejecucinextensos.
2.EtapaPre-Tecnolgica.(PrimeraMitadsigloXX) -Usodematerialesnaturales,seleccionando losmejoresapartirdel conocimientodealgunas
propiedadesgeneralesdelossuelos.-Secomienzaaexigiraunqueincipientementelacalidaddelostrabajos.-Impulsoaldesarrollodelamecanizacindelostrabajosdelaconstruccin.-Reduccindelosplazosdeduracin.-Mejoraenlacalidaddelostrabajosdemovimientodetierra.
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EsimportantesealarqueenlaEtapaActualnosenieganlosavanceslogradosenlasetapasanteriores.
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.
3.EraTecnolgica.(Dcadasdel:50-80) -Sehacenyexigeninvestigacionesingenierogeolgicaspreviasparadisearyconstruirobras
detierras.-Seestablecenespecificacionesacumplirporlossuelosapartirdeconocersuspropiedadesfsico-mecnicas.
-Seestablecen exigenciasenelcontroldelacompactacindelasexplanacionesmejorndoselacalidad.-Seproduceunampliodesarrolloyusodemecanizacindelaconstruccin.-Se reducen significativamentelos plazosdeduracin.
4.EtapaActualoModerna.(Dcadadelosaos90hastalaactualidad)
-RigurososestudiospreviosIngeniero-Geolgicospormtodosmodernos.-Mximoaprovechamientodelosmaterialeslocalesyusodematerialesreciclables.-Mecanizacinintegraldelostrabajosconmximorendimientodelamaquinariayportantoconplazosdeduracinmnimos.-Controlrigurosodelacalidaddelostrabajosconequipamientomoderno.-Mnimaafectacinalmedioambiente.
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cnicas de construccinIngeniero -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.
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 economaposible.
-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.
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-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.
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 lamaquinaria y tcnica constructiva a emplear.
Si en el proyecto y la construccin se cumplen estas condiciones se lograr
alcanzar:
-La mayor economa posible.
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cnicas de construccin-Cumplimiento o reduccin del plazo de construccin.
-Mxima durabilidad.
Cumplir con los principios antes planteados asegura la mayor eficiencia
constructiva de la obra.
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 laconstruccin 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
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cnicas de construccinatribuyen 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 ladisminucin 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.
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:
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Paradigmas.
Precisamente las condiciones bsicas a cumplir por una explanacin antes
relacionadas deben convertirse en los paradigmas a lograr en su proyecto y
construccin.
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cnicas de construccinAhora 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:
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- 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.
Impactos Directos de las Tecnologas Constructivas en el MedioAmbiente.
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.
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cnicas de construccinTabla3:Impactosdirectosdelastecnologasconstructivasenelmedioambiente.Factor afectado Acciones impactantes Impactos directos
Suelo Movimientosdetierras.Usosdeequipospesadosdeconstruccin.InvestigacionesIngenierogeolgicas.Aperturadeprstamoso
canteras.
Destruccindelacapavegetal.Compactacin de suelos.Contaminacin ambiental.Erosin.
Creacindebarrerasfsicas.
Vegetacin Movimientosdetierraydeequipospesados.Generacindepolvoatmosfricoenla
obra.
Destruccindirectadelafloraylavegetacin.Afectacionesalasespecies endmicasyprotegidaspordestruccinycontaminacindelhbitatdela
biodiversidad.Agua Rellenos de acuferos.
Afectacionesmodificaciones al drenajenatural.Vertidodesustancias
nocivasyaguasalbaales.
Contaminacindelasaguassuperficialesysubterrneas.Inundaciones.Destruccinydesvos de acuferos.Disminucin del mantofretico.Creacindebarreras
fsicas.Paisaje Aperturadeprstamosen
canteras. Construccin deexplanaciones. Diseosurbanos y arquitectnicos
ajenosalsitio.
Afectacionesyprdidadelpaisajenaturalenlavidasilvestre. Afectaciones alpatrimonionaturalycultural.Cambios negativos en laestructurapaisajstica.
Atmosfera Uso de las mquinas demovimiento de tierra.Construccin deexplanaciones.Aperturade
canteras.Voladuras.
Contaminacin por gases,polvoyruido.Modificacindelmicroclima.Modificacindel rgimen de vientos,alteracin de la dinmicaelicadelascostas.Afectacin
delbienestarhumano.Socio cultural Construccindeexplanadasy
obras viales en zonas dondese afecta el hbitat de lospobladores o sitios de intershistrico. Modelos dedesarrollo arquitectnicos yurbanos inadecuados.
identidad cultural, lascostumbres y modos de vidatradicionales. Modificacionesen la accesibilidad adeterminadas reas o zonas.Efectos negativos sobre elpatrimonio cultural construido.
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cnicas de construccinComo 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.
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
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cnicas de construccinsobrante 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.
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:
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cnicas de construccin- 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.
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).
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cnicas de construccin3-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.
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.
1-Etapa preliminar:
Contempla las actividades de: replanteo preliminar, desobstaculizacin,
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:
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cnicas de construccinReplanteo 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 sobranteen 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:
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cnicas de construccin-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).
Estados de los Suelos: Naturales, Esponjado,Compactado.
Transformacin de un estado a otro.
Estado natural:(tambin denominado sobredesmonte) es aquel sueloque 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 enm3 naturales, ejemplo: todo tipo de excavaciones en explanaciones.
Estado esponjado:es aquel que por efecto de la excavacin ha sidodisgregado, 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.
Estado compactado: es aquel sobre el cual se ha ejercido unacompresin tal que se logra un incremento en su peso especfico, es
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cnicas de construccindecir, 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:
Material a caballero: cuando la cantidad de material a excavar essuperior 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 delmaterial sobrante se denomina:
material a caballero y se expresa en m3 esponjados.
Material compensado: es aquel suelo cuyo volumen excavado en unaexplanacin servir para rellenar otra zona de la propia obra de tierra,
siendo compactado a mxima densidad, se expresa en m3 compactados.
Material de relleno o prstamo: cuando no puede producirse unacompensacin 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
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cnicas de construccinzona donde se toma prstamo lateral, cantera de prstamo o
simplemente prstamo (en otros pases del rea es conocido tambin por
banco de materiales).
Material de mejoramiento o rocoso: su definicin es similar a laanterior 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.
Transformacin entre los diferentes estados segn el tipo dematerial.
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.
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
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cnicas de construccinpresupuestos 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 m3.
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cnicas de construccinMtodos 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.
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cnicas de construccinEn 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).
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: Mtododel 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.
Mtodo de la Media de las Secciones Extremas:
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cnicas de construccinSi 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:
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 engran 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.
Mtodo de las Secciones:
En este se presentan dos casos bsicos:
a) Cuando dos secciones transversales consecutivas (en excavacin o enrelleno o terrapln) el volumen entre ambas secciones se calcula
fcilmente por:
b) Cuando una seccin est en excavacin y la otra seccin consecutivaest en relleno o terrapln:
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cnicas de construccin
En este caso:
Entonces:
Como la lnea o-p (lnea cero o lnea donde se produce el cambio de
excavacin a relleno) posee rea nula:
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cnicas de construccin
Sustituyendoy efectuando con los valores parciales de d1 y d2
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).
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).
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cnicas de construccinEjemplo:
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:
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cnicas de construccin-reas secciones transversales y tipo de suelo.
Clculo de volmenes.
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cnicas de construccin
Resumiendo y organizando los clculos en la Tabla Resumen y sumando para
obtener Vol. totales excavacin y rellenos.
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cnicas de construccinb) 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.
Rta/ No existe compensacin el vol. relleno < vol. excavac.
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.
Recomendaciones para el Diseo y Construccin de Explanadas o Terrazas.
1-Ubicar la terraza adecuadamente: debe asegurarse que las edificaciones quese 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.
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cnicas de construccin2-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.
Su ubicacin en un partidor o a media ladera, facilita la compensacin detierras 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.
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
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cnicas de construccintanto 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 movimientosde tierra de este tipo de explanacin.
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 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:
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cnicas de construccin15 x 20 m 20 x 25. No debe emplearse cuando exista una topografa muy
irregular pues no se logra buena precisin en los clculos.
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 dimensionesadecuadas procediendoa 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.
7. Definir en planta la configuracin de los taludes en corte y relleno,
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cnicas de construccinrepresentndolos debidamente segnnormas 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 elagua 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 laexplanada, 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:
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cnicas de construccin1ero: Clculo hidrolgico para determinar el gasto o caudal de llegada a los
mismos.
2do: Clculo y diseo hidrulico de cada dispositivo.
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
Dnde:
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.
TR = 0,483(L / s ) 0,64
Dnde:
TR: es el tiempo de concentracin o retardo, en minutos.
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cnicas de construccinL: longitud del cauce principal, en metros.
S. pendiente media del cauce, en %
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
2. CALCULO:
a. Detectar los diferentes casos que pueden presentarse para el clculo,agrupando las cuadrculas en las de: relleno, excavacin y mixtas.
b. Calcular los volmenes de tierra de cada cuadrcula, segn casocorrespondiente, empleando las expresiones ms usuales que aseguren
la suficiente precisin.
c. Calcular los volmenes de tierra de los taludes segn el caso oexpresin correspondiente, lo que asegura la mxima precisin.
d. Determinar los volmenes totales de excavacin y de relleno de laexplanacin.
e. Resumir los clculos en una Tabla Resumen.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
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cnicas de construccin
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:
b.2 Media Ponderada: (por ejemplo para la explanada mostrada seguidamente)
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cnicas de construccin
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.
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.
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cnicas de construccin
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.
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cnicas de construccin1er 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.
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 de excavacin deber cumplirse que h < 0 (negativa).
En este caso el volumen se calcula por la expresin.
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cnicas de construccin
2do Caso: Cuadrcula totalmente en relleno.
De acuerdo a que:
h = Cota Rasante Cota Terreno.
Como: Cota Rasante > Cota Terreno.
h > 0, es decir, el nivel de la rasante es superior que el nivel de la superficie
del terreno (es positiva).
Cuando las cuadrculas tengan todos sus vrtices con niveles del mismo signo
se denominan simples (que son los casos anteriores).
3er Caso. Cuadrculas Mixtas.
Estas cuadrculas son aquellas que poseern un volumen de relleno y otro de
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cnicas de construccinexcavacin, son llamadas tambin: Mixtas.
Estas cuadrculas estn compuestas por una zona en excavacin y una en
relleno.
Ahora bien, como las cuadrculas poseen volmenes en excavacin y en
relleno, pueden presentarse dos casos:
I- Cuando la lnea cero (lnea que delimita las zonas en excavacin y
relleno) corta dos lados paralelos de la cuadrcula.
Veamos las expresiones que se emplean para determinar los volmenes deexcavacin y de relleno son:
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cnicas de construccinAqui:
hE = hF = 0
Para representar la lnea cero se emplean las propiedades de la Semejanza
de Tringulos y por la Regla de Tres se halla la posicin del punto en cada
cuadrcula donde existan lados con vrtices de signos diferentes, para
finalmente unindolos mediante lneas se determina el recorrido de dicha
lnea. a travs de la explanada, la cual puede originar diferentes situaciones.
Determinando los valores AE, BF, EC, Y FD, lo cual lo calcularemos por
semejanza de tringulos de la forma siguiente:
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cnicas de construccin
EC = a AE
Se puede afirmar que:
AE --------ha
ha + hc -------a
Tener cuidado aqu al ubicar el punto E o de cambio, a escala, partiendo desde
el vrtice de referencia. Debe controlarse que den valores lgicos (menor o
igual a a).
B-Cuando la curva de nivelacin o lnea cero corta dos lados perpendiculares
de la cuadrcula.
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cnicas de construccin
Se puede calcular por cualquiera de las tres variantes siguientes:
El volumen de la zona de relleno se corresponde con el de un prisma BaseTriangular. (Vprisma = 1/3 A base. h).
El volumen de la zona de relleno se corresponde con el de un Prisma Base
triangular:
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cnicas de construccin(Vprisma= 1/3 A base: h).
Para este caso particular:
Si: hd < ha + hb + hc Vrell < Vexc
Entonces: Vdif = Vexc Vrell,, en m3 naturales
despejando:
Vexc = Vdif + Vrell, m3 naturales (deben llevarse ambos m3 a estado natural o
al estado compactado)
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cnicas de construccin
Una manera ms sencilla de realizar el clculo de los volmenes de relleno y
excavacin se plantea seguidamente a partir del esquema inicial que se emple
en el anlisis anterior, los volmenes de excavacin y relleno se pueden hallar
fcilmente segn:
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cnicas de construccinDistribucin de Masas de Suelos, definicin, objetivos y principios a
cumplir.
Hasta el momento se conocen cules son los diferentes tipos de explanaciones
y como calcular los volmenes de trabajo y en especial, los volmenes de
tierra de terraplenes y terrazas, una vez que estos han sido diseados
previamente. Ahora bien, antes de pasar a la fase de construccin de las
mismas, debe organizarse eficientemente los movimientos de tierras a realizar
o dicho de otra manera distribuir eficientemente la masa de suelo a mover.
Entonces se definir o entender por: Distribucin de Masa de Suelo: a
aquella distribucin de tierras que garantice la construccin de la explanacin
en el mnimo nmero de movimientos, a las mnimas distancias posibles.
En caso de lograrse lo anterior se ha logrado la ptima distribucin de las
masas de suelo.
Los objetivos para realizar una ptima distribucin de movimiento de tierras
son:
1. Lograr la mxima economa posible.
2. El mnimo plazo de duracin de los trabajos.
Existen mtodos que permiten expresar de forma concreta la distribucin
ptima o al menos racional de las masas de suelo en Terraplenes y Terrazas.
Adelante se estudiar cmo proceder en este ltimo tipo de explanacin: LasTerrazas o Explanadas.
Los Principios para realizar la Distribucin de Masas de Suelo (D.M.S)
ptima son:
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cnicas de construccin1-Mxima compensacin posible de los volmenes de tierra a mover.
2- Realizar el movimiento de tierra efectuando el mnimo de nmero o
cantidad de movimientos posibles.
3- Efectuar dichos movimientos con las mnimas distancias de acarreo o
traslado de tierra posible.
Definiciones Bsicas. Centros de Masa y Distancias Medias de
Compensacin.
Centro de Masas (c.m.)
Ser aquel punto donde se puede considerar concentrada toda la masa de suelo
a excavar o a rellenar. Esto significa que existirn c.m., en las zonas de
rellenos y en las de depsito a caballero o vertederos.
La adopcin de esta definicin tiene un significado prctico muy importante,
pues as se simplifican los anlisis y clculos a realizar para lograr una
correcta D.M.S. asegurando la adecuada precisin, con un menor nmero deactividades a contemplar.
Distancia Media de Acarreo o Transporte de Tierra.
Es aquella distancia que existe entre los centros de masa (c.m.) de excavacin
y de relleno o depsito del material excavado. Estas pueden ser de varios
tipos:
a) Distancia Media de Compensacin (D.M.C): Es la que existe entre losc.m.. de una zona en corte y otra de relleno que se compensar
longitudinalmente o transversalmente.
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cnicas de construccin
b) Distancia Media de Acarreo (D.M.A): esta podr medirse desde:
1-El c.m. de una zona en tramo en corte hasta el c.m. de la zona donde sedepositar a caballero o en un vertedero el material excavado sobrante o
indeseable.
2-El c.m. de un prstamo lateral hasta el c.m. de un tramo en relleno en la
explanacin.
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cnicas de construccin
Cmo determinar los Centros de Masa (c.m.) y las Distancias Medias de
Compensacin (D.M.C.)?
Para ello se conocern dos mtodos para las Terrazas o Explanadas.
Cartograma de Masas.
En sntesis este no es ms que: la forma grfica de expresar la estrategia de
distribucin de las masas de tierra necesarias para ejecutar la explanada o
terraza. Para ello se requiere que previamente se hayan calculado los
volmenes de movimiento de tierra de la terraza, determinado sus centros de
masa y distancias medias de compensacin y/o acarreo de tierras, procediendo
seguidamente a:
1-Hacer el Esquema de Distribucin. Este consiste en decidir las distancias
de compensacin y/o acarreo de tierra de las zonas, cuadrculas o lugares de
excavacin hasta las de relleno o depsito, distribuyendo con la mxima
racionalidad posible (mnimos movimientos a realizar) en un plano en planta
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cnicas de construccin(generalmente a escala: 1:500) de la Terraza. Generalmente conlleva varios
tanteos escogindose finalmente la variante de mnima distancia media de
compensacin.
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cnicas de construccin2- Confeccionar la Tabla de Distribucin de Masas de Suelo donde se
especifiquen los movimientos a realizar, con el siguiente encabezamiento:
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