Movimiento de Tierras

El movimiento de tierra es el proceso de aflojar, acarrear y depositar los materiales de la corteza terrestre de su localización inicial a otra localización con otra distribución al final en una construcción. Este proceso se ejecuta para moldear el terreno a las necesidades dela edificación, sea en seco o bajo el agua. O el conjunto de actuaciones a realizarse en un terreno para la ejecución de una obra. Dicho conjunto de actuaciones puede realizarse en forma manual o en forma mecánica.

El movimiento de tierra necesario para la construcción de una carretera se determina a partir de los perfiles o secciones transversales obtenidos a lo largo del eje de la vía. La longitud de estos perfiles, su espaciamiento y la forma de obtener la información depende de diferentes factores. Sobre cada uno de los perfiles transversales del terreno se debe ubicar, a partir del estudio de estabilidad de taludes y del diseño horizontal, transversal y vertical la explanación necesaria con el fin de cuantificar las áreas de excavación o de terraplén.

El cálculo del movimiento de tierra debe realizarse por medio de secciones transversales por las siguientes razones:

• El volumen debe ser discriminado por sectores de acuerdo al tipo de suelo ya que los costos de explanación varían de acuerdo a este.

• A partir de las secciones transversales se obtienen los chaflanes que deben ser ubicados en el terreno con el fin de indicar los límites de la explanación y la altura de los taludes.

• Para elaborar el diagrama de masas y manejar de la mejor forma los volúmenes de tierra excedentes se requiere obtener cantidades como mínimo cada 100 metros.

• La gran mayoría de entidades, oficiales y privadas, exigen la presentación del diseño transversal y el movimiento de tierra por medio de secciones transversales debido a que se tiene una información gráfica mucho más completa y detallada.

• Para el diseño del drenaje, principalmente cunetas y alcantarillas, se requiere tener dibujadas las secciones transversales.

El movimiento de tierras se clasifica en:

• Conformaciones

• Explanaciones

•         Arranque o excavación

•     Carga

•       Acarreo o transporte

v  Los acarreos pueden ser:

•   Compactación

En esta no se produce una modificación sustancial de la topografía, generalmente se evitan cambios bruscos, que no existan oquedades, riscos, barrancos, etc., que dificulten o pongan en riesgo la vida de las personas.

La conformación del terreno es esencial para la localización física de la vía, ya que esto afecta los alineamientos horizontales, las pendientes, distancias de visibilidad y las secciones transversales. Desde el punto de vista topográfico, el Ministerio de Transporte, clasifica los terrenos en cuatro categorías:

Terreno plano.

Terreno ondulado.

Terreno montañoso.

Terreno escarpado.

A partir de esta clasificación el terreno asignado para el diseño lo consideramos en general montañoso, debido a que presenta pendientes medias superiores al 13%, esto se tomó de las pendientes obtenidas en los perfiles de las líneas que representaban la máxima pendiente.

Es el conjunto de cortes y terraplenes q se realizan para lograr obtener un nivel adecuado del suelo para la ejecución de un proyecto. Se aplican actuaciones de remodelación del terreno mediante la adición o retirada de materiales, de forma que se consiga una superficie de geometría y capacidad de soporte adecuadas para el apoyo del firme y del resto de la superestructura. Las obras de explanación suponen una parte importante tanto del presupuesto como del plazo de ejecución de la obra. Por ello, es necesario identificar y cubicar las diferentes unidades de obra de explanaciones, minimizando sus volúmenes resultantes, y estudiar la compensación de los materiales afectados, optimizando su aprovechamiento y determinando el coste de las unidades de obra de explanación.

Para ello, hay que tener en cuenta que el volumen excavado en los desmontes de la traza se puede transportar a un vertedero sin aprovecharlo o se puede destinar a la compensación, construyendo con él unos rellenos. Asimismo, el material de un relleno puede proceder de un préstamo (excavaciones fuera de la traza) o de una compensación, es decir, de desmontes realizados en la traza.

Las explanaciones se clasifican según su:

a)      diseño:

Ø  compensadas (Vexc = Vrell): es lo ideal que debe suceder, significa que se puede ejecutar usando el suelo natural, lográndose la máxima economía.

Ø  no compensadas (Vexc > Vexc): Significa que el suelo sobrante debe colocar a caballeros en un área de depósitos o vertederos.

Ø  con Vrell > Vexc: Significa que se necesitara trasladar el material de relleno desde un banco o préstamo lateral cercano.

b)      forma y dimensiones:

Ø  terrazas: En estas el área predomina con respeto a la altura.

Ø  terraplenes: Es el relleno que se hace con tierra para emparejar o anivelar el terreno, cuando el relleno se realiza con piedra se le conoce como piedraplen. En este caso predomina la longitud con respecto al ancho y altura, como el caso de carreteras, vías férreas, autopistas, pistas de aterrizajes en aeropuertos, etc.

Partes de un terraplén:

Ø  coronación: capa de suelo generalmente de 0,15m-0,50m con suelos granulares de buena a excelente calidad, compactado a máxima densidad.

Ø  núcleo: zona echa con capas de suelos compactados seleccionados debidamente colocados y compactados a máxima densidad.

Ø  cimiento: es el suelo de cimentación o de soporte de la explanación del terreno. pueden ser firmes y débiles (pantanosos) e incluso el lecho del mar.

Ø  berma: es un elemento estabilizador de los taludes en relleno del terraplén y protector contra las inundaciones.

Terraplén.

v Corte: 

Es el corte que se necesita realizar para abrir el espacio donde ira la vía, en la mayoría de los casos el residuo de este corte es utilizado como terraplén.

Seccion en corte

  v Taludes

La excavación de los taludes se realizara adecuadamente para no dañar su superficie final, evitar la descompresión prematura o excesiva de su pie y contrarrestar cualquier otra causa que pueda comprometer la estabilidad de la excavación final.

Fases funcionales de un Movimiento de Tierra

La excavación, mediante el cual el material existente es disgregado y separado en partículas susceptibles de ser transportadas, puede realizarse mediante medios mecánicos, en materiales de poca cohesión; mediante escarificado, en materiales fisurados o relativamente blandos; o mediante voladura, en roca.

En materiales de escasa cohesión, el arranque se debe realizar con medios mecánicos, que tienen un rendimiento adecuado.

En roca muy fisurada o blanda, los explosivos no tienen un rendimiento aceptable y los equipos de arranque por medios mecánicos se ven superados, por lo que es necesario realizar el arranque mediante escarificado. El escarificado se realiza con un equipo dotado de uno a tres dientes, que penetran en el terreno de 20 a 60 cm y es arrastrado por un tractor potente.

v  Existen varios tipos de excavación:

Ø  Excavación común: Se realizará en terrenos blandos, cuando la profundidad de excavación no supere los 2.0 m. La excavación y desalojo del material será realizada manualmente sin el uso de maquinaria.

Ø  Excavación en terreno semi-duro: Este tipo de excavación puede ser ejecutado manualmente o mediante el uso de maquinaria. Se aconseja la utilización de maquinaria con la finalidad de ahorrar tiempo y dinero.

Ø  Excavación en roca: Será necesario un estudio previo de suelos para determinar su posterior ejecución con maquinaria.

ØExcavación con traspaleo: Cuando la altura de excavación es mayor a 2.0 m, esta será ejecutada por traspaleo, que consta en conformar alturas menores a 2.0 m para retirar el material excavado en dos tiempos,  ya que el alcance vertical máximo del retiro manual es de 2.0 m.

Si el material es granular y sea necesaria la excavación por traspaleo es aconsejable que se la realice con retro-excavadora. 

Ø  Excavación con agotamiento y entubamiento: Cuando en la excavación se presenta nivel freático de agua muy elevado se deberá prever equipo de bombeo para evacuar el agua, lo que generalmente se llama excavación con agotamiento.

Se ubicará una zanja a un costado de la excavación, donde se colocará el succionador de la bomba.

Para la protección de las paredes de excavación, deberán utilizarse entibados para evitar posibles deslizamientos del terreno y proveer de toda la seguridad necesaria a los trabajadores y a la obra en ejecución.

v  Equipos para arranque y carga de los materiales

a) Material de fácil excavabilidad -”Tierra”

Con Bulldózer y Cargadora:

Ø  Con Bulldózer y Mototrailla: Son máquinas sobre neumáticos integradas por un tractor (Chuto) y un vagón (traílla). Estas máquinas se utilizan para cortar capas uniformes de terrenos de una consistencia suave, abriendo la cuchilla que se encuentra en la parte frontal del vagón.

Con Retroexcavadora: Estos equipos se utilizan excavar  zanjas. Para remover tierra  suelta y cargarla en vehículos de transporte, como camiones. Son generalmente articuladas para permitir maniobras en un espacio reducido

b) Material de difícil excavabilidad -”Tránsito”

Ø  Con Bulldózer: Su función es remover material a poca profundidad y arrastrar hacia otro lado a distancias cortas. Se usa además para para empujar o halar unidades de carga o de compactación. Se le adaptan deferentes elementos  como un gancho trasero “Ripper” que sirve para escarificar el terreno.

Ø  Con Bulldózer y Retroexcavadora:

c)      Material de difícil excavabilidad -”Roca”

Ø  Mediante Voladura y carga con Retroexcavadora

Ø  Mediante Voladura y carga con Pala de Ruedas

Ø  Con Retroexcavadora y Martillo de alta producción   

Proceso de excavación

v  Limpieza al final de la excavación

Al terminar los trabajos de excavación, el Constructor deberá limpiar y conformar las zonas laterales de la vía, las de préstamo y las de disposición de sobrantes, de acuerdo con lo que establezca el plan ambiental y las indicaciones del Interventor.

La carga es la maniobra que se realiza para depositar los materiales producto de varios trabajos  como la demolición, la excavación o la explotación de bancos de préstamo por medio de un vehículo (camión) o herramienta (carretilla) para ser transportados posteriormente.

Equipos empleados para la carga de material:

Ø  Payloader: Estos equipos se utilizan para cargar camiones en trabajos menos rudos, de fácil acceso, buena superficie y poca pendiente. Especialmente en áreas urbanas. Es más rápido que el anterior y puede desplazarse a distancias considerables.

Ø  Retroexcavadora. Estos equipos se utilizan excavar  zanjas. Para remover tierra  suelta y cargarla en vehículos de transporte, como camiones.

Los acarreos son el transporte del material producto de bancos, cortes, excavaciones, desmontes, despalmes y derrumbes, desde el lugar de extracción hasta el sitio de su utilización, depósito o banco de desperdicios, según lo indique el proyecto o apruebe la Secretaría. De acuerdo con la distancia de transporte.

Ø  Acarreo libre: El que se efectúa desde el sitio de extracción del material hasta una distancia de veinte (20) metros o hasta la distancia que establezca el proyecto como acarreo libre. Este acarreo, se considera como parte del concepto correspondiente a la extracción del material transportado, por lo que no será objeto de medición y pago por separado.

Ø  Acarreo hasta 100 metros: El que se efectúa hasta una distancia de cien (100) metros, es decir, cinco (5) estaciones de veinte (20) metros, medida desde el término del acarreo libre.

Ø  Acarreo hasta un  kilómetro: El que se efectúa hasta una distancia entre ciento uno (101) y mil (1.000) metros, es decir, hasta diez (10) hectómetros, medida desde el término del acarreo libre.

Ø  Acarreo mayor de un kilómetro: El que se efectúa hasta una distancia mayor de mil (1 000) metros, es decir, un (1) kilómetro, medida desde el término del acarreo libre.

vEquipos para transporte de los materiales excavados:

Ø  Camión Volquete

Ø  Tracto-camión “Bañera”

Ø  Dúmper Articulado

Ø  Dúmper Rígido

v       Vertido

Material empleado para la compactación o como relleno para obtener el nivel apropiado de manera que se pueda realizar los trabajos del proyecto que se desea ejecutar.

Este tipo de material es seleccionado mediante estudios previo en el laboratorio, dependiendo de sus condiciones químicas y físicas se le da gran importancia ya que para  obtener una buena compactación del terraplén depende de su calidad cohesiva.

v Extendido

Si la tierra es simplemente vertida ocupa de un 10% a un 20% más de volumen de lo que ocupaban las tierras en origen (1'10 a 1'20).

Compactar es la operación previa, para aumentar la resistencia superficial de un terreno sobre el cual deba construirse una carretera y otra obra. Aplicando una cantidad de energía la cual es necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de hueco del material utilizado.

El suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los diversos factores que lo influyen. Un cambio de este equilibrio puede provocar una alteración física, química o biológica. La compactación es la principal causa de alteración del suelo.

Hay dos situaciones con elevado riesgo de compactación: áreas con fuerte tránsito de vehículos y personas, y áreas cercanas a lugares en construcción. Hay suelos con una tendencia más o menos acentuada a la compactación, en función de la composición, estructura y contenido de humedad. Las constructoras a menudo trabajan con maquinarias muy pesadas, sin delimitar la zona en la que se encuentran y se plantarán árboles. Se desconocen cuál es la superficie que abarca el aparato radical, así como, se ignoran los efectos derivados de la compactación y dificultad que se encuentran para intentar resolverlo.

Objetivos de la compactación:

Las obras hechas con tierra, ya sea un relleno para una carretera, un terraplén para una presa, un soporte de una edificación o la subrasante de un pavimento, debe llenar ciertos requisitos:

•Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas.

•No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta.

•No debe ni retraerse ni expandirse excesivamente.

•Debe conservar siempre su resistencia e incompresibilidad.

•Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función.

Equipos empleados en la compactación:

Ø  Rodillo Vibro compactador: Utilizado para compactar material granular luego que la motoniveladora la ha extendido, el tambor vibra para el proceso de compactación.

Ø  Rodillo Pata de Cabra: Es empleada para compactar material normalmente arcilloso.