diseÑo y calculo de movimiento de tierra

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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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diseÑo y calculo de movimiento de tierra

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