Tecnologia de Construccion de Las Explanciones

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


3.11.2 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


3.17.4.1 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.


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.


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.


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.


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.


6

Foto 4: Vista del terrapln de una carretera rural.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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


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.


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.


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.


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:


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:


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.


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


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).


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.


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


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).


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


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


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


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.


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.


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.


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.


32

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


33

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.


34

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).


35

-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 %


36

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.


37

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.


38

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


39

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.


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


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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