Cambios de Volumen en El Movimiento de Tierras

CAMBIOS DE VOLUMEN EN EL CAMBIOS DE VOLUMEN EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS MOVIMIENTO DE TIERRAS

EL MOVIMIENTO DE TIERRASEL MOVIMIENTO DE TIERRAS

Se denomina Se denomina movimiento de tierrasmovimiento de tierras al al

conjunto de operaciones que se realizanconjunto de operaciones que se realizan

con los terrenos naturales con los terrenos naturales


Las operaciones del movimiento de tierras en elLas operaciones del movimiento de tierras en elcaso más general son:caso más general son:

• • Excavación o arranque.Excavación o arranque. • • Carga.Carga. • • Acarreo.Acarreo. • • Descarga.Descarga. • • Extendido.Extendido. · Humectación o desecación. Compactación.· Humectación o desecación. Compactación. • • Servicios auxiliares (refinos, saneos, etc.). Servicios auxiliares (refinos, saneos, etc.).


Los materiales se encuentran en la naturaleza enLos materiales se encuentran en la naturaleza enformaciones de muy diverso tipo, que seformaciones de muy diverso tipo, que sedenominan denominan bancosbancos, en , en perfilperfil cuando están en la cuando están en latraza de una carretera, y en traza de una carretera, y en préstamospréstamos fuera de fuera deella. La excavación consiste en extraer o separarella. La excavación consiste en extraer o separardel banco porciones de su material. Cada terrenodel banco porciones de su material. Cada terrenopresenta distinta dificultad a su excavabilidad ypresenta distinta dificultad a su excavabilidad ypor ello en cada caso se precisan mediospor ello en cada caso se precisan mediosdiferentes para afrontar con éxito su excavación.diferentes para afrontar con éxito su excavación.


Los productos de excavación se colocan en un Los productos de excavación se colocan en un medio de transporte mediante la operación de medio de transporte mediante la operación de carga. Una vez llegado a su destino, el material carga. Una vez llegado a su destino, el material es depositado mediante la operación de es depositado mediante la operación de descarga. Esta puede hacerse sobre el propio descarga. Esta puede hacerse sobre el propio terreno, en tolvas dispuestas a tal efecto, etc.terreno, en tolvas dispuestas a tal efecto, etc.

Para su aplicación en obras públicas, es Para su aplicación en obras públicas, es frecuente formar, con el material aportado, frecuente formar, con el material aportado, capas de espesor aproximadamente uniforme, capas de espesor aproximadamente uniforme, mediante la operación de extendido. mediante la operación de extendido.


CAMBIOS DE VOLUMEN.CAMBIOS DE VOLUMEN. El volumen de una porción de material no El volumen de una porción de material no

es fijo, sino que depende de las acciones es fijo, sino que depende de las acciones mecánicas a que lo sometamos. El mecánicas a que lo sometamos. El volumen que ocupa en una situación dada volumen que ocupa en una situación dada se llama volumen aparente.se llama volumen aparente.


Por esta razón, se habla también de densidadPor esta razón, se habla también de densidadaparente, como cociente entre la masa de unaaparente, como cociente entre la masa de unaporción de terreno, y su volumen aparente:porción de terreno, y su volumen aparente:

da : densidad aparente.Va : volumen aparente.

M : masa de las partículas más masa de agua.


El movimiento de tierras se lleva a caboEl movimiento de tierras se lleva a cabofundamentalmente mediante acciones mecánicasfundamentalmente mediante acciones mecánicassobre los terrenos. Se causa así un cambio desobre los terrenos. Se causa así un cambio devolumen aparente, unas veces como efectovolumen aparente, unas veces como efectosecundario (aumento del volumen aparentesecundario (aumento del volumen aparentemediante la excavación) y otras como objetivomediante la excavación) y otras como objetivointermedio para conseguir la mejora delintermedio para conseguir la mejora delcomportamiento mecánico (disminución mediantecomportamiento mecánico (disminución medianteapisonado).apisonado).


La figura 1.2 representa la evolución del volumen aparente (tomando comoLa figura 1.2 representa la evolución del volumen aparente (tomando como

referencia 1 m3 de material en banco), durante las diferentes fases delreferencia 1 m3 de material en banco), durante las diferentes fases del

movimiento de tierras movimiento de tierras


ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO.ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO. Al excavar el material en banco, éste resulta removido Al excavar el material en banco, éste resulta removido

con lo que se provoca un aumento de volumen. Este con lo que se provoca un aumento de volumen. Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la producción de excavación y dimensionar producción de excavación y dimensionar adecuadamente los medios de transporte necesarios.adecuadamente los medios de transporte necesarios.

En todo momento se debe saber si los volúmenes de En todo momento se debe saber si los volúmenes de material que se manejan corresponden al material en material que se manejan corresponden al material en banco (Banco, bank, B) o al material ya excavado banco (Banco, bank, B) o al material ya excavado (Suelto, loose, S).(Suelto, loose, S).


Se denomina factor de esponjamiento (Swell Factor) a la relación deSe denomina factor de esponjamiento (Swell Factor) a la relación de

volúmenes antes y después de la excavación.volúmenes antes y después de la excavación.

FW : factor de esponjamiento (swell)VB : volumen que ocupa el material en bancoVS : volumen que ocupa el material sueltodB : densidad en bancodS : densidad del material suelto.


Otra relación interesante es la que se conoce como porcentaje deOtra relación interesante es la que se conoce como porcentaje deesponjamiento. Se denomina así al incremento de volumen que experimenta elesponjamiento. Se denomina así al incremento de volumen que experimenta elmaterial respecto al que tenía en el banco, o sea:material respecto al que tenía en el banco, o sea:

SW : % de esponjamientoO en función de las densidades:


Son frecuentes las tablas en las que aparece el valor delSon frecuentes las tablas en las que aparece el valor del

esponjamiento para diferentes materiales al ser excavados. Convieneesponjamiento para diferentes materiales al ser excavados. Conviene

por ello deducir la relación entre volúmenes o densidades en banco ypor ello deducir la relación entre volúmenes o densidades en banco y

en material suelto. Para volúmenes se tieneen material suelto. Para volúmenes se tiene


El porcentaje de esponjamiento y el factor de esponjamiento estánEl porcentaje de esponjamiento y el factor de esponjamiento están

relacionados: relacionados:

y por consiguiente conociendo el % de esponjamiento de un material se conoce su factor de esponjamiento, y viceversa, sin más que operar en la expresión anterior.


CONSOLIDACION Y COMPACTACION.CONSOLIDACION Y COMPACTACION. Las obras realizadas con tierras han de ser Las obras realizadas con tierras han de ser

apisonadas enérgicamente para conseguir apisonadas enérgicamente para conseguir un comportamiento mecánico acorde con el un comportamiento mecánico acorde con el uso al que están destinadas. Este proceso uso al que están destinadas. Este proceso se conoce genéricamente como se conoce genéricamente como compactación y consolidación del material compactación y consolidación del material (Shrinkage).(Shrinkage).

La compactación ocasiona una disminución La compactación ocasiona una disminución de volumen que ha de tenerse en cuenta de volumen que ha de tenerse en cuenta para calcular la cantidad de material para calcular la cantidad de material necesaria para construir una obra de tierras necesaria para construir una obra de tierras de volumen conocido. Se denomina factor de volumen conocido. Se denomina factor de consolidación a la relación entre el de consolidación a la relación entre el volumen del material en banco y el volumen volumen del material en banco y el volumen que ocupa una vez compactado.que ocupa una vez compactado.

Fh : factor de consolidación (Shrinkage).VC : volumen de material compactado.


Otra relación interesante es la que se denomina porcentaje deOtra relación interesante es la que se denomina porcentaje de

consolidación. Expresa el porcentaje que representa la variación deconsolidación. Expresa el porcentaje que representa la variación de

volumen del material en banco al material compactado, respecto alvolumen del material en banco al material compactado, respecto al

volumen del material en banco, multiplicada por 100:volumen del material en banco, multiplicada por 100:


Con ello la relación entre volumen en banco y volumen delCon ello la relación entre volumen en banco y volumen del

material compactado queda:material compactado queda:

Sh : % de consolidación.


VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR.VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR.

En cada caso concreto conviene estudiar los valores de Fw, Sw, para poder En cada caso concreto conviene estudiar los valores de Fw, Sw, para poder calcular con exactitud los cambios de volumen que va a experimentar el calcular con exactitud los cambios de volumen que va a experimentar el material en las distintas operaciones.material en las distintas operaciones.

A falta de un estudio particular, pueden adoptarse los valores que aparecen A falta de un estudio particular, pueden adoptarse los valores que aparecen en la tabla 1.1.en la tabla 1.1.

Al dimensionar los medios de transporte habrá de tenerse en cuenta no Al dimensionar los medios de transporte habrá de tenerse en cuenta no solo la capacidad (m3) que cada vehículo tiene, sino considerar su carga solo la capacidad (m3) que cada vehículo tiene, sino considerar su carga máxima. Para no sobrepasarla es necesario conocer la densidad del máxima. Para no sobrepasarla es necesario conocer la densidad del material que se transporta.material que se transporta.

En la tabla 1.1 se exponen las densidades del material en banco y suelto, En la tabla 1.1 se exponen las densidades del material en banco y suelto, para los casos más frecuentes del movimiento de fierras. Respecto al para los casos más frecuentes del movimiento de fierras. Respecto al transporte, ha de considerarse la densidad del material suelto.transporte, ha de considerarse la densidad del material suelto.


CONSIDERACIONES PRACTICAS CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS.EN EL EXTENDIDO DE CAPAS.

La compactación en obra se realiza La compactación en obra se realiza sobre capas de material, previamente sobre capas de material, previamente extendido, que se conocen con el extendido, que se conocen con el nombre de tongadas.nombre de tongadas.

El efecto de la compactación sobre la El efecto de la compactación sobre la tongada se refleja exclusivamente en tongada se refleja exclusivamente en la disminución de altura, puesto que la disminución de altura, puesto que sus dimensiones horizontales apenas sus dimensiones horizontales apenas varían.varían.

En la figura 1.4 se observa como al En la figura 1.4 se observa como al compactar una tongada de material compactar una tongada de material (capa rayada en el dibujo), su anchura (capa rayada en el dibujo), su anchura a a y su longitud y su longitud l l no varían, mientras no varían, mientras que su espesor que su espesor hL hL pasa a ser, por pasa a ser, por efecto de la compactación, efecto de la compactación, hC.hC.


Por lo anterior queda claro que el cambio de volumen del material está Por lo anterior queda claro que el cambio de volumen del material está fielmente reflejado en el cambio de altura de la tongada.fielmente reflejado en el cambio de altura de la tongada.

Habida cuenta que el proyecto constructivo fija la altura de tongada en Habida cuenta que el proyecto constructivo fija la altura de tongada en perfil, o sea después de la compactación hC, conviene conocer la relación perfil, o sea después de la compactación hC, conviene conocer la relación entre hC y hL para extender las tongadas con el espesor hL adecuado. entre hC y hL para extender las tongadas con el espesor hL adecuado.


Se denomina disminución de espesor a la relación entre la diferenciaSe denomina disminución de espesor a la relación entre la diferencia

de espesor producida por la compactación y el espesor inicial,de espesor producida por la compactación y el espesor inicial,

multiplicada por 100:multiplicada por 100:

Se : % de disminución de espesor (en obra es denominado impropiamente esponjamiento).hL : espesor inicial de tongadahC : espesor de la tongada después de la compactación


La disminución de espesor depende del tipo de material, métodos de La disminución de espesor depende del tipo de material, métodos de compactación, etc. Sincompactación, etc. Sin

embargo, en los materiales granulares (gravas, suelos - cemento, zahorras, etc.) embargo, en los materiales granulares (gravas, suelos - cemento, zahorras, etc.) muy frecuentes en la compactación debido a su excelente comportamiento muy frecuentes en la compactación debido a su excelente comportamiento mecánico, su escasa sensibilidad a la humedad, etc., se ha observado que la mecánico, su escasa sensibilidad a la humedad, etc., se ha observado que la disminución de espesor es aproximadamente el 20 %.disminución de espesor es aproximadamente el 20 %.

En el caso general:

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