Movimiento de Tierra.uso de Explosivos en Obras Viales.

DOCENTE: ING. RUIZ SAAVEDRA NEPTO DAVID Página 1

PIMENTEL,16 DE OCTUBRE DEL 2015

Movimiento de Tierras. Uso de explosivos en Obras Viales. Confección y Análisis del Diagrama de Masas

CURSO:CONSTRUCCION DE

CARRETERASCICLO: VIIGRUPO:

8

DOCENTE:

ING. RUIZ SAAVEDRA NEPTO DAVID

INTEGRANTES:

ABANTO CUBAS RAFAEL ASTUDILLO REGALADO,DAWIS ALTAMIRADO VALENCIA,

ELMER DAVILA MONTENEGRO, JUAN CHILCON CARRERA, JUAN

INDICEMovimiento de Tierras. Uso de explosivos en Obras Viales. Confección y Análisis del Diagrama de Masas..................................................................................................................4

I. Movimientos de tierras......................................................................................................4

1. Introducción....................................................................................................................4

2. Definición........................................................................................................................4

3. Planeamiento del Movimiento de Tierras...................................................................5

4. Materiales.......................................................................................................................6

5. Características de los materiales................................................................................7

6. Volumen del Material....................................................................................................7

7. Factor De Contración....................................................................................................8

8. Resistencia a la rodadura.............................................................................................8

9. Penetración de los Neumáticos...................................................................................8

10. Resistencia/asistencia...............................................................................................9

11. Eficiencias...................................................................................................................9

12. Disponibilidad mecánica...........................................................................................9

13. Factores que afectan la disponibilidad mecánica..................................................9

14. Análisis de los requerimientos del proyecto.........................................................10

15. Estudios detallados del trabajo..............................................................................10

16. Investigaciones de campo complementarias.......................................................10

17. Ubicación de fuentes de aprovisionamiento........................................................10

18. Materiales geotécnicos y los cambios de volumen.............................................10

19. Categorización de los materiales..........................................................................11

20. Medidas de volumen...............................................................................................12

Volumen neto.......................................................................................................................12

Clasificación del volumen de corte....................................................................................12

Volumen de desbroce.........................................................................................................13

II. Uso de explosivos en obras viales................................................................................13

1. Uso de explosiones.....................................................................................................13

2. Uso de explosiones en Voladuras:............................................................................13

3. Uso de explosivos en demoliciones:.........................................................................13

4. BARRENO....................................................................................................................14

5. Prevención de accidentes al usar explosivos..........................................................15

6. Instrucciones al utilizar explosivos............................................................................15

7. Instrucciones durante la perforación.........................................................................16

8. Explosivos:....................................................................................................................16

9. Explosión:.....................................................................................................................17


10. Propiedades de los Explosivos..............................................................................17

Fuerza o Potencia....................................................................................................18

Velocidad de Detonación........................................................................................18

Densidad y gravedad específica............................................................................18

Presión de Detonación............................................................................................18

Sensibilidad..............................................................................................................19

Resistencia al Agua.................................................................................................19

Emanaciones............................................................................................................19

11. Métodos de iniciación:.............................................................................................20

12. Aplicación de los métodos de iniciación:..............................................................21

A. Métodos para voladura subterránea.................................................................22

B. Métodos para voladura de superficie................................................................22

C. Métodos para voladuras bajo agua...................................................................23

13. Voladura en Obras Viales:......................................................................................23

Cortes a media ladera y trincheras...............................................................................24

14. Uso de explosivo en una obra de rehabilitación y mejoramiento de la carretera: patahuasi – yauri – sicuani, tramo san genaro – el descanso, km. 11+096 – km. 42+860.......................................................................................................................25

III. Diagrama de masas....................................................................................................28

1. Definición......................................................................................................................28

2. Objetivos del Diagrama de Masas............................................................................28

3. Utilidad del Diagrama de masas................................................................................29

4. El procedimiento para el proyecto de la curva masa es como sigue:..................29

5. DIBUJO DE LA CURVA MASA..................................................................................30

6. Determinación del desperdicio:.................................................................................31

7. Determinación de los préstamos:..............................................................................32

8. CONFECCIÓN DE TABLA PARA DIAGRAMA DE MASA....................................34

9. Ejemplo:........................................................................................................................35


Movimiento de Tierras. Uso de explosivos en Obras Viales. Confección y Análisis del Diagrama de Masas

I. Movimientos de tierras

1. Introducción

Se entiende por movimiento de tierras el conjunto de acciones que es necesario realizar sobre el terreno para la ejecución de la obra.

Por definición, el movimiento de tierras es el conjunto de operaciones que se efectúan de forma manual o mecánica sobre el terreno para ejecutar la obra. Por tanto, el movimiento de tierras depende fundamentalmente de la topografía del terreno donde vamos a construir.

Podemos concluir que las dos actividades que comprende básicamente un movimiento de tierras son:

- La excavación: se trata de realizar un esfuerzo de disgregación de un material

consolidado quitando parte de su volumen para generar una zanja,

una trinchera, un pozo o un desmonte.

- El terraplenado: consiste en realizar una aportación de material para rellenar

un hueco o desnivel.

Dependiendo de las actuaciones que haya que realizar, así como de la topografía del terreno, el movimiento de tierras se puede producir de dos formas:

- De forma manual cuando interviene directamente la mano del hombre.

- De forma mecánica cuando existe una mecanización de los trabajos.

Hoy en día el empleo de procedimientos manuales se puede acotar, básicamente, en obras de pequeño volumen y/o situadas en la vía pública, donde el empleo de maquinaria podría deteriorar la compleja red de servicios u obstaculizar a peatones y otros vehículos.

2. Definición• Son los movimientos de una parte de la superficie de la tierra, de un lugar a

otro, y en su nueva posición, crear una nueva forma y condición física deseada al menor costo posible.


3. Planeamiento del Movimiento de TierrasCuando el ingeniero prepara un plan y el presupuesto para el movimiento de tierras, los atributos críticos que deben determinarse son:

1. Las cantidades involucradas, básicamente el volumen o peso.

2. Las distancias de acarreo

3. Las pendientes de acarreo de cada tramo. La información relevante para el planeamiento deberá incluir cinco aspectos, que se explican a continuación.

La información relevante para el planeamiento deberá incluir cinco aspectos:

• Análisis de los requerimientos del proyecto

• División del proyecto en unidades de trabajo

• Estudios detallados del trabajo

• Investigaciones de campo complementarias

• Ubicación de fuentes de aprovisionamiento


4. MaterialesRocas Tierras

Mezclas


5. Características de los materiales

Granulometría De Los Principales Materiales

Cantos rodados: 76 mm y más (3 “)

Grava: de 3 mm a 76 mm (1/8 " a 3 “)

Arena: de 0,05 mm a 3 mm (0,002 " a 1/8 ")

Limo: de 0,005 mm a 0,05 mm (0,002 " a 0,0002 ")

Arcilla: menos de 0,005 mm (menos de 0,0002 “)

Suelos Cohesivos – Arcilla

• Absorbe agua

• Estructura Microscópica “plaquetas”

• La cantidad de agua es crítica para la compactación

• Importancia de la “manipulación” para compactar

6. Volumen del Materialm3 en Banco m3 Suelto

m3 Compactado


7. Factor De Contración

Se calcula dividiéndose la densidad del material compactado por su densidad de en banco

8. Resistencia a la rodadura

Es la fuerza necesaria para que una rueda gire en el suelo 2% del peso bruto da máquina, + 0,6% del peso bruto por cm de penetración de los neumáticos

• Resistencia a la rodadura

• Pendientes: resistencia/asistencia

• Suma = Resistencia Total

9. Penetración de los Neumáticos


10. Resistencia/asistencia

11. EficienciasEficiencia en la Obra

Ejemplo : 50/60 = 0,83 = 83 %

12. Disponibilidad mecánica

13. Factores que afectan la disponibilidad mecánica

¤ Calidad del equipo

¤ Vida Económica / Número de horas de servicio

¤ Asistencia Técnica (Partes y Servicio)

¤ Prácticas de Mantenimiento/Herramientas

¤ Estandarización

¤ Relaciones Humanas

Ejemplo:

Cuál será la producción horaria de un cargador de ruedas con:

Cucharón de 3,1 m3

Factor de llenado = .90

Tiempo de ciclo = 30 Segundos


Eficiencia en la Obra = 50 min h

Disponibilidad Mecánica = .95

Producción / h = 3,1 x 0,90 x 120 x 0,83 x 0,95 = 264 m3 / h.

14. Análisis de los requerimientos del proyecto

Este análisis se basa en el estudio de los planos y especificaciones, con el fin de identificar los riesgos asociados con las condiciones sub-superficiales, específicamente aquellas inherentes a los tipos de material a lo largo del trazo y su comportamiento durante los procesos constructivos. Para los constructores la única fuente de información es la proporcionada por el propietario. Sin embargo, esto no los disculpa de realizar las verificaciones necesarias de los datos iniciales, y en muchos casos, es imposible realizarlas por el tema económico.

Lo que se suele hacer en algunos contratos públicos es incluir una cláusula que compromete al contratista a asegurar que ejecutará la obra sin ningún contratiempo y en caso de haberlos, serán de total responsabilidad del constructor. Esta situación se compensa con la decisión de contratar estos proyectos a precios unitarios, de modo que será poco probable un perjuicio severo para el contratista.

15. Estudios detallados del trabajo

Hay que profundizar en los detalles del trabajo, llevando a cabo análisis, evaluaciones y comparaciones de diversas soluciones antes de estructurar el plan de trabajo. En algunos casos puede ser necesario analizar la producción de diferentes tipos de equipo antes de hacer una selección final.

16. Investigaciones de campo complementarias

En algunos casos, dependiendo de la complejidad del trabajo, será necesario complementar el análisis de los planos y especificaciones del proyecto con investigaciones de campo, estudios geológicos y de suelos e información meteorológica. Los documentos contractuales usualmente incluyen datos geotécnicos e información que fue recopilada durante la fase de diseño del proyecto. Si no se incluye directamente en los documentos, este material está disponible para los postores como información complementaria.

Los datos geotécnicos sustentan el diseño; interpretar los datos para el diseño es muy distinto a interpretarlos para la construcción: el diseñador está interesado en las capacidades estructurales y el constructor está interesado en el comportamiento del material durante los procesos constructivos.

17. Ubicación de fuentes de aprovisionamiento

Es indispensable ubicar fuentes de aprovisionamiento de materiales o canteras y lugares para la eliminación de desechos. Aunque las canteras normalmente vienen definidas en el proyecto, algunas veces se podrán investigar otras opciones con fines económicos.

18. Materiales geotécnicos y los cambios de volumen


Los materiales geotécnicos –suelos y rocas son los principales componentes de los proyectos de carreteras. Se usan para soportar los pavimentos para carreteras y pistas de aterrizaje de aeropuertos, con cargas dinámicas. Algunos suelos puede ser apropiados para usarse en estado natural, pero en carreteras por lo general deben excavarse, procesarse y compactarse para conseguir los requerimientos técnicos. Adicionalmente, tanto los depósitos de agregados naturales o de material rocoso constituyen aproximadamente el 95% en peso del concreto asfáltico y el 75% del concreto hidráulico.

19. Categorización de los materiales

En trabajos de carreteras se trabaja en base a exámenes de la naturaleza superficial del terreno y calicatas poco profundas, así como la evaluación de los afloramientos rocosos cercanos al eje, etc. Se pueden establecer dos tipos de material: roca y tierra común. El material común es el material visiblemente excavable con pico y pala o equipo mecánico, o requiere del uso de barreteas manuales para iniciar la excavación. La roca requiere el uso de explosivos para su remoción. La roca puede ser a su vez roca dura, blanda o muy dura; mientras que el terreno puede ser suelto, flojo, duro o de tránsito.

En los documentos contractuales, la excavación categoriza los materiales en tierra común, roca, desmonte o sin clasificación. La tierra común se refiere a la excavación de tierra ordinaria, mientras que el término sin clasificación refleja la falta de una distinción clara entre suelo y roca. La remoción de excavación común no requerirá el uso de explosivos, aunque pueden usarse, como ya se dijo, tractores equipados con ripper para aflojar las formaciones consolidadas.

En construcción, la roca es un material que no puede removerse por el equipo de movimiento de tierras común y requiere por lo general el uso de perforación y explosivos o algún otro método similar, con el mayor gasto que representa frente a la excavación con equipo. Además, se requieren mayores y más costosos estudios sobre el tipo de roca, sus fallas, forma, estructura, etc. y las características de los explosivos que deben usarse como punto de partida para la selección del equipo de remoción y producción de agregados.

El desmonte es otra categoría que incluye los materiales que disminuirán o producirán hundimientos en los rellenos. Generalmente es un material orgánico suave, con un gran contenido de humedad y elementos como raíces, hojas, vegetales y humus. Estos materiales son muy difíciles de manipular y pueden presentar problemas constructivos tanto en el momento de la excavación como en su transporte y disposición final.


20. Medidas de volumen

Volumen neto

Cuando se hacen excavaciones y se transporta material para conformar un relleno, el material que se ha sacado por lo general aumenta de volumen pero al compactarlo el volumen final resulta menor que el que tenía en las condiciones originales. El incremento de volumen se denomina “esponjamiento” y la disminución, “merma”. Se considera, por lo general, que la merma no sólo incluye el cambio de volumen al pasar de una condición a otra, sino además las pérdidas de material durante su manipulación. Se puede decir entonces que el volumen calculado en las secciones transversales representa dos condiciones diferentes del material: en la zona de corte está en condición natural o in situ y en las zonas de relleno se encuentra en condición compactada

• Si los volúmenes de corte y relleno van a ser combinados, deben convertirse en volúmenes con condiciones compatibles: Si se expresan todos en condición compactada, se debe dividir el volumen de corte entre el factor de contracción; si se expresan en condición natural, se multiplica el volumen de relleno por este mismo factor.

• En el caso de excavación en roca, el material que se excava ocupa un volumen mayor cuando se compacta. Este incremento de volumen se denomina “abundamiento” y puede ser del 30% o más. No se debe confundir este término con el esponjamiento del material durante el corte.

Clasificación del volumen de corte

En el Perú se admiten tres tipos de material: tierra suelta (TS), roca suelta (RS) y roca fija (RF). Para la excavación de la tierra suelta se sugiere el empleo de tractores o traíllas; para la roca suelta se considera el uso de tractores y una proporción pequeña de explosivos; para la roca fija se considera la necesidad de explosivos para la excavación y la ayuda de equipo mecánico para la remoción de los escombros.

La definición de los materiales es determinante durante los cálculos de las cantidades a excavar y mover, por lo que deberán trabajarse por separado para cada tipo o clasificación. Cuando se quiera establecer el pago del trabajo de corte no clasificado se puede aplicar un costo promedio ponderado, obtenido sumando la multiplicación del costo de cada tipo de material por la cantidad individual de cada uno y dividiendo esta suma entre el volumen total de corte.


Volumen de desbroce

Otra categoría del material excavado es el desmonte o material de desbroce. La capa superior de material encontrado en una excavación es con frecuencia de tipo orgánico porque coincide con la zona donde enraíza la vegetación y contiene, por ello, materia orgánica. Este material es impropio para usarlo en una carretera y usualmente debe manejarse por separado en las operaciones de excavación. Puede juntarse y eliminarse, o reservarse para usarlo más adelante, para cubrir los declives como material orgánico en el proyecto. En las hondonadas (zonas de relleno) también debería eliminarse el material orgánico antes de colocar el material de relleno, generando un volumen adicional que deberá cortarse, descartarse y rellenarse con material propio.

El cálculo del volumen de corte tiene como fin determinar también la cantidad de material que se dispone para rellenar las hondonadas (volumen de relleno). Por ello, el desbroce superior en las secciones de corte representa un volumen de material que no podrá usarse en el relleno de las hondonadas y debería restarse del volumen de corte neto. En el caso de las zonas de relleno, el volumen de desbroce deberá sumarse al volumen de relleno neto.

II. Uso de explosivos en obras viales

1. Uso de explosiones

Se puede notar que las principales finalidades de la excavación en roca para la construcción de las obras de Ingeniería Civil son para alojar estructuras, eliminar obstáculos y obtener materiales para construcción.

2. Uso de explosiones en Voladuras:

El proceso de explotación de roca está formado por tres etapas: extracción, carga y acarreo.La extracción consiste en separar un fragmento de roca de un banco o corte y puede hacerse usando explosivos; cuando se hace con explosivos se produce una VOLADURA.

La roca extraída puede ser graduada o sin graduar, el tamaño puede estar limitado por el uso a que se destine la roca:

Para TRITURACIÓN

Para ENROCAMIENTO

Para CORTES Y TERRAPLENES

3. Uso de explosivos en demoliciones:

Factores importantes:

• Selección del explosivo

• Confinamiento

• Dosificación del explosivo

• Colocación inteligente de los explosivos


Cualquier explosivo disponible es adecuado si se toma en cuenta su eficiencia, entre más violento mejor.

Generalmente los explosivos son usados en la industria de la construcción, por lo cual el ingeniero debe tomar en cuenta sus principales propiedades.

• Fuerza y velocidad de detonación

• Eficiencia relativa

4. BARRENO

Los explosivos se colocan en barrenos, que son unas perforaciones hechas bien en el mineral o en la roca circundante, dependiendo de si la labor a realizar con ellos es de arranque del propio mineral o de avance de una galería para llegar hasta él.Estos barrenos se perforan mediante martillos neumáticos, con barrenas normalmente hexagonales diamantadas en su punta, y suelen tener una longitud de entre 2 y 5 metros, dependiendo del material, el explosivo adecuado y el avance (longitud a extraer).

Dentro de los propios barrenos, el explosivo se coloca de la siguiente manera:

En el fondo (lugar más alejado de la boca) del barreno se suele colocar el cartucho iniciador, o sea, un cartucho de explosivo con su detonador él y su mecha o el par de hilos eléctricos que lo hacen detonar. Después de ese primer cartucho, el resto se colocan sin más, hasta el peso de explosivo calculado de antemano para ese barreno, introduciéndolos con el atacador y apretando ligeramente pero sin machacarlos, y procurando no dañar los hilos eléctricos. Después del último cartucho de explosivo, se suele colocar una masa plástica de arcilla, para darle estabilidad al conjunto, sobre todo en caso de barrenos verticales, para evitar la entrada de agua o simplemente para sujetar.

En las voladuras, la distancia entre los barrenos y la distancia del primer barreno a la cara libre es muy importante. La distancia entre la primera carga y la cara libre se denomina “peso de la carga”.

La distancia entre barrenos depende del diámetro del mismo, el cual, depende del tipo de explosivo a usarse, este espaciamiento normalmente es el siguiente:


DIAMETRO DEL BARRENO

(cm)

DISTANCIA ENTRE BARRENOS

(cm)

3.8 – 4.4 30 - 46

5.0 – 6.4 46 - 60

7.5 – 8.9 60 - 91

10 60 - 120

5. Prevención de accidentes al usar explosivos

Prevención:

En caso de accidentes, la prevención es el resultado de programas cuidadosamente formulados así como la aplicación de los métodos que se conocen.

El usuario de materiales explosivos debe recordar que tiene entre sus manos una fuerza muy potente y que existen varios artefactos y métodos para ayudarlo a controlar esa fuerza, se debe comprender que mal controlada puede herir o hasta llegar a matar.

Advertencia:

Todos los explosivos son peligrosos y deben ser utilizados con extremo cuidado por medio de personas capacitadas y bajo extrema vigilancia. Las personas que manejan explosivos tienen la responsabilidad de conocer y poner en regirse bajo las medidas de seguridad aprobadas.

6. Instrucciones al utilizar explosivos

• NUNCA se colocaran explosivos en los lugares donde estén expuestos a llamas o calor excesivo, chispas agolpes.

• NUNCA se utilizaran herramientas hechas de metal que produzcan chipas par abrir cajas que contengan explosivos, pueden utilizarse cortadores metálicos para abrir cajas de cartón, siempre que el cortador no tóquelas grapas metálicas de la caja.

• NUNCA se permitirá fumar o portar fósforos, cerca de los lugares en que se esté usando explosivos.

• SIEMPRE se volverán a tapar las cajas o envases de explosivos después de usarse.

• NUNCA deben llevarse explosivos en los bolsillos de jaropa ni en otra parte del cuerpo.

• NUNCA se insertaran en el extremo abierto de los fulminantes, ninguna otra cosa que no sea mecha


• NUNCA se golpeara ni se tratara de alterar, sacar o examinar el contenido de los fulminantes comunes o eléctricos, ni se tratara de arrancar los alambres de los fulminantes eléctricos.

• NUNCA se manejaran ni usaran explosivos, ni se permanecerá cerca de ellos cuando se aproxime odorante una tormenta eléctrica, ya que todos deberán retirarse a un lugar seguro.

• NUNCA se utilizaran explosivos o equipo para voladura con deterioro o daño.

• NUNCA se intentara aprovechas o utilizar una mecha, fulminantes comunes o eléctricos, ni ningún otro explosivo que se haya mojado, aun después de secarse.

7. Instrucciones durante la perforación

• SIEMPRE deben cumplirse las ordenanzas Federales, Estatales y Locales relativas a la perforación y a la cara.

• SIEMPRE deben examinarse la frente o la roca antes de perforar para descubrir la presencia de cualquier explosivo sin estallar.

• SIEMPRE se debe examinar cada barreno cuidadosamente antes de cargar para conocer su condición, usando para ello un atacador de madera.

• SIEMPRE se debe admitir la posibilidad de peligro de electricidad estática, cuando se efectúa la carga neumáticamente y tomar las medidas debidas deprecación.

• SIEMPRE deberá evitarse que la persona o personas dedicadas a la operación de cargar tengan expuesto parte de su cuerpo sobre el barreno que este cargándose o colocarse en dirección del mismo.

• SIEMPRE deben conectarse los fulminantes comunes o eléctricos a mecha detonante de acuerdo con los métodos recomendados por el fabricante.

• NUNCA debe aplicarse explosivos sobrantes dentro de razona de trabajo durante la carga de los barrenos.

• NUNCA deben empujarse con fuerza los cartuchos u otros explosivos para introducirlos en el barreno operan pasarlo por una obstrucción en el barreno.

• NUNCA debe deformarse o maltratarse el cebo ni dejarse caer o bien dejar caer sobre el cebo cargas pesadas.

• NUNCA cargar ningún barreno con fulminantes eléctricos cerca de alineas de fuerza eléctrica.

8. Explosivos:

Los materiales explosivos son compuestos o mezclas de sustancias en estado sólido, líquido o gaseoso, que por medio de reacciones químicas de óxido-reducción, son capaces de transformarse en un tiempo muy breve, del orden de una fracción de microsegundo, en productos gaseosos y condensados, cuyo volumen inicial se


convierte en una masa gaseosa que llega a alcanzar muy altas temperaturas y en consecuencia muy elevadas presiones.

Así, los explosivos comerciales son una mezcla de sustancias, combustibles y oxidantes, que incentivadas debidamente, dan lugar a una reacción exotérmica muy rápida, que genera una serie de productos gaseosos a alta temperatura y presión, químicamente más estables, y que ocupan un mayor volumen, aproximadamente 1 000 a 10 000 veces mayor que el volumen original del espacio donde se alojó el explosivo.

Estos fenómenos son aprovechados para realizar trabajo mecánico aplicado para el rompimiento de materiales pétreos, en lo que constituye la “técnica de voladura de rocas”.

Los explosivos constituyen una herramienta básica para la explotación minera y para obras de ingeniería civil.

9. Explosión:

La explosión, por su parte, es un fenómeno de naturaleza física, resultado de una liberación de energía tan rápida que se considera instantánea. La explosión es un efecto y no una causa.

En la práctica se consideran varios tipos de explosión que se definen con base en su origen, a la proporción de energía liberada y al hecho que desencadenan fuerzas capaces de causar daños materiales:

A. Explosión por descomposición muy rápida

La liberación instantánea de energía generada por una descomposición muy rápida de materias inestables requiere una materia inestable (explosivo) y un procedimiento de detonación.

B. Explosión por oxidación muy rápida del aire

La liberación de energía generada por oxidación muy rápida de un vapor, gas o polvo inflamable (gasolina, grisú en las minas de carbón).

C. Explosión nuclear

Este tipo implica la liberación instantánea de energía creada por fusión nuclear, tal como su-cede en una bomba de hidrógeno o por fisión nuclear, tal como sucede en la bomba atómica (uranio).

D. Explosión por exceso de presión

Este tipo de explosión es el resultado de la liberación instantánea de la energía generada por un exceso de presión en recipientes, calderos o envases y puede deberse a diversos factores como calentamiento, mal funcionamiento de válvulas u otros motivos.

E. Ignición espontánea

La ignición espontánea puede producirse cuando tiene lugar un proceso de oxidación lento de la materia sin una fuente externa de calor; comienza lentamente pero va haciéndose más rápido hasta que el producto se inflama


por sí solo (carbón mineral acumulado, nitrato de amonio apilado sin ventilación).

10. Propiedades de los Explosivos

Cada tipo de explosivo tiene características propias definidas por sus propiedades, para el mismo tipo de explosivo las características pueden variar dependiendo del fabricante; el conocimiento de tales propiedades es un factor importante en el diseño de voladuras.

Las propiedades más importantes de los explosivos son: fuerza, densidad de empaque, velocidad de detonación, sensibilidad, resistencia al agua, emanaciones e inflamabilidad, estas se tratarán a continuación.

Fuerza o Potencia

La fuerza en un término tradicionalmente usado para describir varios grados de explosivos, aunque no es una medida real de la capacidad de estos de realizar trabajo; a este término en ocasiones se le llama potencia y se origina de los primeros métodos para clasificar dinamitas.

La fuerza es generalmente expresada como un porcentaje que relaciona el explosivo estudiado con un explosivo patrón (nitroglicerina).

El termino fuerza fue aplicado cuando las dinamitas eran una mezcla de nitroglicerina y un relleno inerte (normalmente diatomita o también llamada tierra dictomacea), entonces una dinamita al 60% contenía 60% de nitroglicerina por peso de dinamita y era tres veces más fuerte que una dinamita de 20 %. Las dinamitas nuevas contienen rellenos activos tales como el nitrato de sodio, esto hace que ellas sean hasta 1,5 veces más potentes que las antiguas.

Usualmente en las dinamitas se trabaja con la fuerza por peso, mientras que las gelatinas con la fuerza por cartucho. La fuerza no es una buena base para comparar explosivos, un mejor indicador que permite comparar explosivos es la presión de detonación (Dick, 1968).

Velocidad de Detonación

Es la velocidad con la cual la onda de detonación viaja por el explosivo, puede ser expresada para el caso de explosivos confinados como no confinados; por sí misma es la propiedad más importante cuando se desea clasificar un explosivo. Como en la mayoría de casos el explosivo está confinado en un barreno, el valor de velocidad de detonación confinada es el más importante.

La velocidad de detonación de un explosivo depende de la densidad, de sus componentes, del tamaño de las partículas y del grado de confinamiento. Al disminuir el tamaño de las partículas dentro del explosivo, incrementar el diámetro de la carga o incrementar el confinamiento aumenta las velocidades de detonación.

Densidad y gravedad específica

La densidad del explosivo es usualmente indicada en términos de gravedad específica, la gravedad especifica de explosivos comerciales varia de 0.6 a 1.7. Los explosivos densos usualmente generan mayores velocidades de detonación y mayor presión; estos suelen ser utilizados cuando es necesaria una fina fragmentación de la roca. Los explosivos de baja densidad producen una fragmentación no tan fina y son


usados cuando la roca esta diaclasada o en canteras en las que se extrae material grueso. La densidad de los explosivos es importante en condiciones de alta humedad, ya que una densidad alta hace que el explosivo sea poco permeable. Un explosivo con gravedad específica menor a 1.0 no se entrapa en agua.

Presión de Detonación

La presión de detonación, depende de la velocidad de detonación y de la densidad del explosivo, y es la sobrepresión del explosivo al paso de las ondas de detonación; generalmente es una de las variables utilizadas en la selección del tipo de explosivo.

Existe una relación directa entre la velocidad de detonación y la presión de detonación; esto es, cuando aumenta la velocidad aumenta la presión.

Una alta presión de detonación (alta velocidad de detonación) es utilizada para fragmentar rocas muy duras como el granito (7 en la escala de Mohs y una densidad aproximada de 2.5), mientras que en rocas suaves como los esquistos (rocas sedimentarias y metamórficas con menos de 4 en la escala de Mohs) puede ser necesaria una baja presión de detonación (baja velocidad de detonación) para su fragmentación.

Sensibilidad

Es la medida de la facilidad de iniciación de los explosivos, es decir, el mínimo de energía, presión o potencia necesaria para que ocurra la iniciación. Lo ideal de un explosivo es que sea sensible a la iniciación mediante cebos (estopines) para asegurar la detonación de toda la columna de explosivo, e insensible a la iniciación accidental durante su transporte y manejo.

Adicionalmente para comparar las sensibilidades entre diferentes productos se utilizan fulminantes de diferente potencias, cuanto más alto sea el número de la cápsula mayor será la sensibilidad del explosivo.

Resistencia al Agua

Es el número de horas en que un explosivo puede ser cargado en agua y aún detonar en forma segura, confiable y precisa. La resistencia al agua de un explosivo depende de la condición del cartucho (empaque y habilidad inherente de resistir al agua), edad del explosivo y las condiciones del agua como son la presión hidrostática (profundidad), temperatura y naturaleza (estática o en movimiento)

En dinamitas a pesar del empaque impermeable, los cartuchos absorben poco a poco la humedad y deben por ellos ser empleados lo más pronto posible después de su fabricación.

Emanaciones

La detonación de explosivos comerciales produce vapor de agua, dióxido de carbono y nitrógeno, los cuales, aunque no son tóxicos, forman gases asfixiantes como monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno.


Se realiza una comparación entre emulsiones y dinamitas, teniendo los siguientes resultados.

11. Métodos de iniciación:

Para que un explosivo pueda detonar es necesario iniciarlo, lo que se efectúa normalmente mediante los denominados “accesorios de voladura”, que comprenden a los fulminantes o detonadores, mecha de seguridad y mecha rápida, conectadores, retardadores, cordones detonantes, cables, explosores e instrumentos de control como ohmnímetros y otros.

La utilización de estos accesorios debidamente seleccionados y combinados para cada caso, da lugar a los procedimientos empleados para iniciar la detonación de una voladura, conocidos como métodos de iniciación o de encendido de explosivos, que usualmente se agrupan en:

A. Sistema elemental o convencional de mecha lentafulminante; mejorado recientemente hasta cierto punto con el encendido previo de las mechas de cada taladro mediante la mecha rápida (igniter cord) y cápsulas conectadoras.

B. Sistema eléctrico convencional; con detonadores instantáneos y de retardo estándares complementado con el sistema de alta resistencia a corrientes estáticas o extrañas y con los sistemas eléctricos especiales, como el Magnadet y los de explosores secuenciales electrónicos.

C. Sistemas no eléctricos, del tipo Nonel y similares y los cordones detonantes regulados por retardadores.

D. Sistemas especiales para aplicaciones definidas, como los detonadores de concusión Dominó para voladura subacuática y otros.

Los elementos básicos de estos sistemas iniciadores comprenden:

a. La pega, se considera como elemento básico al medio originador del impulso iniciador, que según el método será la chispa o llama abierta de un fósforo o chispeador de fricción; la descarga eléctrica producida por un explosor, sea de


tipo dínamo eléctrico o de condensador; al efecto de impacto de una pistola de arranque para detonadores Nonel y similares, o el de un fulminante convencional para esos mismos detonadores y para los cordones detonantes, que en la práctica se denomina pega, chispeo, encendido, etc.

b. Al tren de transmisión del impulso iniciador, que va desde el punto de origen hasta el núcleo sensible del detonador y que según el tipo de sistema se efectúa:

1. Mediante alambres conductores (eléctrico),2. Mediante mangueras plásticas muy delgadas y flexibles, cubiertas interiormente con un compuesto pirotécnico sensible (no eléctrico Nonel),3. Mediante cordones detonantes de muy bajo gramaje (Anoline, Detaline),4. Mediante mangueras muy delgadas llenadas con un gas inflamable y selladas poco antes del disparo que se realiza con una bombita-explosor especial (Hercudet). En el sistema elemental el tren viene a ser la misma mecha de seguridad.

c. Al detonador, que comprende:

1. Al elemento de retardo, que al recibir el impulso iniciador a través del tren de transmisión, lo retiene un tiempo determinado antes de transferirlo a la carga sensible para producir su inflamación. (este elemento no existe en el sistema elemental, en el que los retardos de tiempo se dan solamente con diferentes longitudes de mecha y orden de encendido).

2. A su carga iniciadora que comprende a su vez a una carga primaria sensible y a una carga base (secundaria o detonante), distribución que es común a casi todos los detonadores comerciales. La carga primaria (azida de plomo, fulminato de mercurio o similares) al recibir la llama o la onda de impulso iniciador se inflama y hace detonar a la carga base, que es generalmente de pentrita, la que a su vez hace detonar a la carga explosiva que le rodea (cebo o prima).

d. Al cebo, cartucho de dinamita, hidrogel, TNT u otro explosivo sensible que finalmente hace detonar a la carga principal (carga del taladro). Esta serie de pasos se repite en cada taladro de una voladura múltiple; de ahí la importancia de las demoras minúsculas de tiempo de encendido entre cada taladro para lograr salidas secuenciales. El cebo o prima, que debe proporcionar una energía iniciadora suficiente para que la columna explosiva principal pueda detonar a su régimen, y así entregar su máximo potencial para que la voladura de todo el frontón sea completa y eficiente. La iniciación de cargas explosivas se efectúa en dos formas:

1. Encendido de cargas individuales aisladas, que pueden ser disparadas una a una en diferentes momentos o todas a un tiempo.2. Encendido de cargas múltiples que no se disparan simultáneamente sino siguiendo cierta secuencia, en lo posible con períodos precisos de demora entre cada tiro, en forma “rotacional”, lo que como veremos más adelante proporciona muchas ventajas en cuanto a fragmentación, reducción de vibraciones y menor consumo específico de explosivo, y que puede hasta cierto punto “sincronizarse” mediante el empleo de detonadores de retardo, eléctricos y otros medios.


12. Aplicación de los métodos de iniciación:

Aunque realmente una voladura puede realizarse con casi cualquiera de los métodos conocidos, éstos en la práctica se agrupan como:

A. Métodos para voladura subterráneaFrontones de túneles, tajeos, piques, etc. que se resumen a la preparación de cebos de dinamita, de explosivo hidrogel o emulsión de pequeño diámetro (22 hasta 75 mm) con:

a. Fulminante simple y mecha de seguridad; o fulminante simple y mecha, más mecha rápida y conectadores (en ambos casos se enciende con llama).b. Detonador eléctrico instantáneo o de retardo, cable de empalme y explosor. Encendido por descarga eléctrica.c. Detonadores no eléctricos tipo Nonel o similares, con empalmes de mangueras transmisoras o de cordón detonante de bajo gramaje. Encendido con un fulminante simple, detonador eléctrico o una pistola de fogueo especial.d. Cordón detonante simple, que actúa directamente como detonador, con retardos exteriores de microsegundo para dar secuencias de salida. Encendido con fulminante simple o detonador eléctrico (piques, voladura de cráter invertido VCR, banqueo, etc.).

B. Métodos para voladura de superficie

Que corresponden a la preparación de cebos de pequeños diámetros para taladros de cantera de 75 hasta 150 mm, y de primers o cargas multiplicadoras potentes para taladros de gran diámetro, de 150 a 381 mm, en tajos abiertos.

En canteras y obras de ingeniería:

a. Cebos de dinamita con fulminante simple y mecha de seguridad para taladros individuales y plastas, complementada eventualmente con mecha rápida para mayor número de taladros.

b. Cebos con detonadores eléctricos y no eléctricos, también cordón detonante con retardadores intercalados, para voladura de varios taladros simultáneamente, sea que estén cargados con agentes de voladura granulares o con dinamita a columna completa.

En tajos abiertos, voladuras de producción:

c. Booster o cargas multiplicadoras de alta presión de detonación para iniciar agentes de voladura NCN granulares, slurries y emulsiones en taladros de 100 a 381 mm (4” a 15”) en bancos y rampas. Con arranque mediante detonadores eléctricos y no eléctricos de retardo y más frecuentemente por cordón detonante con retardos exteriores en línea.

Las cargas iniciadoras pueden ser de tres tipos:

1. Cast primer; moldes de TNT, pentolita colados o prensados en diferentes dimensiones y pesos, usualmente denominados HDP (high detonation primer) o cast booster.


2. Slurry primer; hidrogeles generalmente aluminizados y emulsiones explosivas sensibles al detonador simple, en bolsas de polietileno selladas o moldes plásticos de diferentes pesos.

3. Primer o booster con retardo incorporado; que se emplean principalmente en los taladros con cargas espaciadas (decks) los que permiten secuenciarlas a diferentes cotas (retardos en profundidad).

En voladuras de rocas muy difíciles, estos primers con diferentes retardos en profundidad pueden combinarse con retardos en superficie, lo que permite conjugar caras libres horizontales con caras libres verticales (retardos por filas, por taladros y en profundidad actuando al mismo tiempo). Normalmente las conexiones de bajada dentro de los taladros son con cordones de baja potencia, de 3 a 5 g como máximo, o con mangueras tipo Nonel, y en menor escala detonadores eléctricos, de manera que la carga de columna no pueda ser iniciada prematuramente lo que anularía el efecto de los “retardos en el hueco”. Pero algunos operadores usan cordones de 8 y 10 reforzados para resistir maltrato en taladros profundos de gran diámetro.

d. Cordón detonante de gran diámetro y alto gramaje, como el de 80 y 120 g para iniciación axial (a lo largo de todo el taladro, sin necesidad de un booster), aplicado para agentes de voladura granulares. Su efecto iniciador continuo proporciona velocidades de detonación más bajas que las de régimen dadas por el cebado puntual con booster, produciendo más efecto de presión de gases que de impacto por lo que su aplicación es limitada, preferentemente a rocas blandas y con muchas fracturas.

C. Métodos para voladuras bajo agua

Para iniciar plastas y taladros bajo agua mediante cebos de gelignita o de gelatinas especiales.

a. Con detonadores eléctricos acuáticos, instantáneos o de retardo, especialmente construidos para resistir altas presiones bajo agua, con líneas de conducción aisladas y selladas.

b. Con cordón detonante para agua y retardos de milisegundo colocados fuera del agua (sobre balsas o en la orilla).

c. Con detonadores de presión o concusión tipo dominó para el disparo simultáneo de varios taladros o plastas mediante la detonación de una carga explosiva suspendida en el agua; o también con un sistema de inducción electromagnética que utiliza explosores especiales conectados a un detonador eléctrico en cada taladro, los mismos que se activan simultáneamente mediante una corriente de excitación producida por un oscilador de alta frecuencia y transmitida mediante una antena de lazo dispuesta en la superficie del agua sobre los taladros. Métodos aún experimentales y poco aplicados.

13. Voladura en Obras Viales:

Se considera como obras viales a las carreteras de toda categoría y a las vías férreas. En su construcción y mantenimiento es frecuente el empleo de explosivos, que se aplican tanto con métodos “tradicionales” como con otros denominados “típicamente viales”. Los métodos que podríamos definir como tradicionales son:


- Banqueo convencional; en este caso mayormente aplicado en canteras para proveer piedra y ripio.

- Apertura de túneles.

- Voladura controlada; principalmente en las modalidades de precorte y recorte: para mantener la estabilidad de taludes de roca en cortes de ladera poco estables o muy altos, que después requerirán muy poco mantenimiento.

Estos métodos comprenden técnicas especialmente dirigidas al rompimiento de material preferentemente menudo y homogéneo, procurando tener el menor efecto de deterioro de la roca por impacto y vibración, por tanto requieren de exigente control y de mayor trabajo de perforación.

Por otro lado, la gran longitud de tramo y las cambiantes condiciones de geometría y de propiedades de las rocas a arrancar a lo largo del trazo de las obras viales, imponen el diseño de cada disparo como si fuera un caso en particular adaptado al perfil del terreno,denominándoseles por ello “métodos viales”, entre los que consideramos a:

- Cortes de ladera o a media ladera, con taladros cortos y largos.- Excavación de trincheras (o cortes de montura).- Voladura para nivelaciones y de remoción de material para relleno de depresiones.- Excavaciones para rampas.- Excavaciones para cimentación de puentes y muros de contención.- Voladura para zanjas y cunetas.- Voladuras de gran volumen por gravedad: voladuras coyote o calambucos y voladuras de desplome.

Estas voladuras no son mayormente exigentes en cuanto a la calidad de fragmentación ni a la homogeneidad del material arrancado, ya que por lo común este será simplemente empujado a un costado de la obra, o empleado como relleno de nivelación, pero en razón a que usualmente resulta una importante cantidad de pedrones sobredimensionados, demasiado grandes para poder ser desplazados con el equipo mecánico disponible, sus resultados usualmente también imponen el apoyo posterior de rotura secundaria con cachorreo, plantas, cargas dirigidas, o martillos rompedores hidráulicos. Con estas voladuras se realizan por lo general en lugares deshabitados, se suele dejar de lado la prevención de riesgos de proyección de piedras y vibración, lo que puede tener serias consecuencias.

Un aspecto importante a tener en cuenta es la vigilancia del área de disparo, ya que a diferencia de las minas, la gente de campo no tiene experiencia sobre las consecuencias de la proximidad a los disparos.

Cortes a media ladera y trincheras

Métodos típicos para carreteras y autopistas son los cortes a media ladera y trincheras, que normalmente se efectúan de una sola vez cuando la altura del corte se limita a 10 ó 12 m, y por etapas cuando es mayor. Como el diámetro del taladro está en relación con la altura de banco o de corte se requiere la relación:

Øt = H/60Donde:Øt: diámetro del taladro.H: profundidad de la excavación.


La longitud de los taladros (L) depende de la altura de banco, de la sobreperforación que sea necesaria según la resistencia a rotura de la roca y de la inclinación de los mismos, que suele ser de 15 a 20°.

14. Uso de explosivo en una obra de rehabilitación y mejoramiento de la carretera: patahuasi – yauri – sicuani, tramo san genaro – el descanso, km. 11+096 – km. 42+860

El uso de explosivos será permitido únicamente con la aprobación por escrito del Supervisor, previa presentación de la información técnica y diseño del plan de voladura que éste solicite. Antes de realizar cualquier voladura se deberán tomar todas las precauciones necesarias para la protección de las personas, vehículos, la plataforma de la carretera, instalaciones y cualquier otra estructura y edificación adyacente al sitio de las voladuras. Es responsabilidad del Contratista que en prevención y cuidado de la vida de las personas establecer medidas preventivas de seguridad, las cuales serán verificadas por el Supervisor en el Plan y en el Informe posterior a la actividad ejecutada. Considerar que:

(1) La voladura se efectúe siempre que fuera posible a la luz del día y fuera de las horas de trabajo o después de interrumpir éste. Si fuera necesario efectuar voladuras en la oscuridad debe contarse con la iluminación artificial adecuada.

(2) El personal asignado a estos trabajos esté provisto y use los implementos de seguridad: casco, zapatos, guantes, lentes y tapones de oídos apropiados.

(3) Aislar la zona en un radio mínimo de 500 metros. Para impedir el ingreso de personas a la zona peligrosa mientras se efectúan los trabajos de voladura tomar las siguientes medidas:


(a) Apostar vigías alrededor de la zona de operaciones(b) Desplegar banderines de aviso(c) Fijar avisos visibles en diferentes lugares del perímetro de la zona de operaciones.(d) Cerrar el tráfico de vehículos y que no se encuentren estacionados vehículos en las inmediaciones.

(4) Cinco minutos antes de la voladura y en secuencia periódica debe darse una señal audible e inconfundible (sirena intermitente) para que las personas se pongan al abrigo en lugares seguros previamente fijados.

Después de efectuada la voladura y una vez que la persona responsable se haya cerciorado de que no hay peligro se dará una señal sonora de que ha cesado el peligro.

El Contratista deberá tener en cuenta y cumplir fielmente las disposiciones legales vigentes para la adquisición, transporte, almacenamiento y uso de los explosivos e implementos relacionados. Según lo establecido por el Reglamento de Seguridad e Higiene Minera (Decreto Supremo Nº 023-92 EM).

El Contratista deberá llevar un registro detallado de la clase de explosivo adquirido, proveedor, existencias y consumo, así como de los accesorios requeridos.

El Contratista podrá utilizar explosivos especiales de fracturación si demuestra; a satisfacción del MTC; que con su empleo no causará daños a estructuras existentes ni afectará el terreno que debe permanecer inalterado, en especial los taludes que puedan quedar desestabilizados por efecto de las voladuras.

Los vehículos que se utilicen para transportar los explosivos deben observar las siguientes medidas de seguridad, a fin de evitar consecuencias nefastas para la vida de los trabajadores y del público:

(1) Hallarse en perfectas condiciones de funcionamiento.(2) Tener un piso compacto de madera o de un metal que no produzca chispas.(3) Tener paredes bastante altas para impedir la caída de los explosivos.(4) En el caso de transporte por carretera estar provistos de por lo menos dos extintores de incendios de tetracloruro de carbono.(5) Llevar un banderín visible, un aviso u otra indicación que señale la índole de la carga.

Los depósitos donde se guarden explosivos de manera permanente deberán:

(1) Estar construidos sólidamente y a prueba de balas y fuego.(2) Mantenerse limpios, secos, ventilados y frescos y protegidos contra las heladas.

(3) Tener cerraduras seguras y permanecer cerrados con llave al cual solo tendrán acceso el personal autorizado y capacitado.

(4)Solo utilizar material de alumbrado eléctrico de tipo antideflagrante.

(5) Mantener alrededor del depósito, un área de 8 metros de radio de distancia como mínimo que esté limpia, sin materiales de desperdicio, hojas secas o cualquier combustible.

En ningún caso se permitirá que los fulminantes, espoletas y detonadores de cualquier clase se almacenen, transporten o conserven en los mismos sitios que la dinamita u


otros explosivos. La localización y el diseño de los polvorines, los métodos de transportar los explosivos y, en general, las precauciones que se tomen para prevenir accidentes, estarán sujetos a la aprobación del Supervisor, pero esta aprobación no exime al Contratista de su responsabilidad por tales accidentes.

Cualquier daño resultante de las operaciones de voladura deberá ser reparado por el Contratista a su costa y a satisfacción del MTC. Dentro de este aspecto también se deberá considerar el cumplimiento de planes de compensación y reasentamiento involuntario de poblaciones afectadas por variaciones de trazo, cuyo pago debe estar incluido e identificado en determinadas partidas de pago del Proyecto de Obra.

El personal que intervenga en la manipulación y empleo de explosivos deberá ser de reconocida práctica y pericia en estos menesteres, y reunirá condiciones adecuadas en relación con la responsabilidad que corresponda a estas operaciones. El Contratista suministrará y colocará las señales necesarias para advertir al público de su trabajo con explosivos. Su ubicación y estado de conservación garantizarán, en todo momento, su perfecta visibilidad.

En todo caso, el Contratista cuidará especialmente de no poner en peligro vidas o propiedades, y será responsable de los daños que se deriven del empleo de explosivos durante la ejecución de las obras.

El almacenamiento, transporte, manejo y uso de explosivos se realizará según lo establecido en el Reglamento de Seguridad e Higiene Minera (Decreto Supremo Nº 023-92-EM), en lo que se refiere a la utilización de explosivos, incluyendo además algunas recomendaciones como las que se mencionan a continuación:

El contratista deberá contar con los mecanismos y procedimientos que garanticen la mínima afectación a los recursos naturales de la zona y a las poblaciones cercanas. Se establecerá un manejo adecuado de los explosivos para prevenir y minimizar los daños que se pueda ocasionar al medio ambiente y al mismo tiempo evitar la remoción innecesaria de material.

Su uso requerirá la supervisión de personal capacitado, asegurando que no se ponga en peligro las vidas humanas, el medio ambiente, obras, construcciones existentes por riesgo a accidentes.

Se deberá almacenar el mínimo posible de explosivos que permita realizar normalmente las tareas habituales. El manejo de explosivos debe ser realizado por un experto, a fin de evitar los excesos que puedan desestabilizar los taludes, causando problemas en un futuro.

El proveedor se encargará de entregar al contratista los explosivos en el sitio de obra. En caso el contratista transporte los explosivos, este deberá usar un vehículo fuerte y resistente, en perfectas condiciones, provisto de piso de material que no provoque chispas, con los lados y la parte de atrás de altura suficiente para evitar la caída de material, deben llevar extintores de tetracloruro de carbono, y de utilizarse un camión abierto, deben cubrirse con una lona a prueba de agua y fuego.


III. Diagrama de masas

Una vez calculados los volúmenes de movimiento de tierra del terraplén de una carretera, vía férrea, pista de aterrizaje o cualquier otra explanación similar, ya sea por métodos manuales o por computadoras, es necesario realizar el diagrama de masas. Este no es más que la curva que muestra la suma algebraica de los volúmenes de tierra acumulados (excavación + y relleno -) desde la estación inicial hasta cualquier otra estación siguiente del trazado, lo cual se confecciona a la misma escala utilizada en el perfil longitudinal de la explanación.

La curva de masa busca el equilibrio para la calidad y economía de los movimientos de tierras, además es un método que indica el sentido del movimiento de los volúmenes excavados, la cantidad y la localización de cada uno de ellos.

Las ordenadas de la curva resultan de sumar algebraicamente a una cota arbitraria inicial el valor del volumen de un corte con signo positivo y el valor del terraplén con signo negativo; como ábsidas se toma el mismo cadenamiento utilizado en el perfil.

1. Definición

Es la representación gráfica de los volúmenes de tierra que resultan en exceso o en defecto, en un proyecto de carreteras, después de efectuarse la compensación transversal. Es un procedimiento sistemático que permite determinar la mejor forma de distribuir los cortes y rellenos.

2. Objetivos del Diagrama de Masas

Aprovechar el material de excavación para construir terraplén. Logrando una

compensación total sin que exista sobrante o faltante de material.


Aprovechar al máximo los cortes para compensar los terraplenes con las

menores distancias posibles de transporte y reducir a un mínimo los botes

provenientes de los cortes y los préstamos de material para construir los

terraplenes.

Obtener la mejor forma de distribuir el material para minimizar el transporte +

bote + préstamo.

3. Utilidad del Diagrama de masas

Esta dada ya que una vez confeccionado este permite:

1. Definir en el perfil las posibles zonas de compensación longitudinal de

volúmenes de tierra, trazando tentativamente líneas de compensación,

considerando la disponibilidad de las máquinas de acarreo de tierras.

2. Permite efectuar el análisis económico de la transportación de tierra, es decir,

si conviene seguir compensando longitudinalmente los volúmenes, o es mejor

excavar el material depositándolo a caballero o vertedero y traer material desde

préstamos laterales.

3. Permite determinar las distancias medias de compensación longitudinal de

tierra entre diferentes zonas en corte y terraplén, permitiendo la selección de la

maquinaria de acarreo idónea para ejecutar tales compensaciones.

4. Conocer en cada punto de la curva los volúmenes de tierra acumulados desde

la estación inicial hasta la que se encuentre en dicho punto.

5. Distancia sobre la cual se equilibrarán el desmonte y el terraplén

6. Cantidad de material que se va a desplazar y orientación del movimiento

7. Identificación de cantera de préstamo y emplazamiento de descarga.

4. El procedimiento para el proyecto de la curva masa es como sigue:

1. Se proyecta la subrasante sobre el dibujo del perfil del terreno.


2. Se determina en cada estación, o en los puntos que lo ameriten, los espesores

de corte o terraplén.

3. Se dibujan las secciones transversales topográficas (secciones de

construcción)

4. Se dibuja la plantilla del corte o del terraplén con los taludes escogidos según

el tipo de material, sobre la sección topográfica correspondiente, quedando así

dibujadas las secciones transversales del camino.

5. Se calculan las áreas de las secciones transversales del camino por cualquiera

de los métodos ya conocidos.

6. Se calculan los volúmenes abundando los cortes o haciendo la reducción de

los terraplenes, según el tipo de material y método escogido.

7. Se dibuja la curva con los valores anteriores.


5. DIBUJO DE LA CURVA MASA

Se dibuja la curva masa con las ordenadas en el sentido vertical y las ábsidas en el sentido horizontal utilizando el mismo dibujo del perfil. Cuando esta dibujada la curva se traza la compensadora que es una línea horizontal que corta la curva en varios puntos.

Podrán dibujarse diferentes alternativas de línea compensadora para mejorar los movimientos, teniendo en cuenta que se compensan más los volúmenes cuando la misma línea compensadora corta más veces la curva, pero algunas veces el querer compensar demasiado los volúmenes, provoca acarreos muy largos que resultan más costosos que otras alternativas.

El sobre acarreo se expresa en:

M3 – Estación cuando no pase de 100 metros, la distancia del centro de

gravedad del corte al centro de gravedad del terraplén con la resta del acarreo.

M3 – Hectómetro a partir de 100 metros, de distancia y menos de 500 metros.

M3 – Hectómetro adicional, cuando la distancia de sobre acarreo varia entre

los 500 y 2000 metros.

M3 – Kilómetro, cuando la distancia entre los centros de gravedad excede los

2000 metros.

6. Determinación del desperdicio:


Cuando la línea compensadora no se puede continuar y existe la necesidad de iniciar otra, habrá una diferencia de ordenadas.

Si la curva masa se presenta en el sentido del cadenamiento en forma ascendente la diferencia indicara el volumen de material que tendrá que desperdiciarse lateralmente al momento de la construcción.

7. Determinación de los préstamos:

Se trata del mismo caso anterior solo que la curva masa se presentara en forma descendente, la decisión de considerarlo como préstamo de un banco cercano al camino o de un préstamo de la parte lateral del mismo, dependerá de la calidad de los materiales y del aspecto económico, ya que los acarreos largos por lo regular resultan muy costosos.


Propiedades de la curva de volúmenes acumulados o curva del diagrama de Masa.

1. El diagrama de masas está formado por ondas.

2. Las ondas están formadas por dos ramas que se unen en un vértice (máximo y

mínimo)

3. La ordenada en cada punto de la curva representada la suma algebraica de los

volúmenes acumulados desde el inicio (Est. 0+0.00) hasta la Estación donde

se encuentre dicho punto de perfil.

4. La curva de volúmenes sube de izquierda a derecha cuando está en

excavación y desciende de izquierda a derecha cuando es en rellenado o

terraplén.

5. Una rama ascendente indica un exceso de corte en el tramo. Esto es, todo el

tramo está en corte o pueden existir secciones a media ladera pero con

predominio de corte.

6. Una rama descendente indica exceso de relleno en el tramo. Todo está en

terraplén o hay secciones a media ladera con predominio de relleno.

7. Una rama con pendiente fuerte indica grandes cantidades de corte o de relleno,

según sea ascendente o descendente respectivamente.


8. Una rama con pendiente suave indica pequeñas cantidades de corte o de

relleno.

9. Cuando existe un máximo en la curva de volúmenes se produce un cambio de

excavación a relleno y viceversa cuando existe un mínimo en la curva del

diagrama se representa un cambio de relleno a excavación.

10. Cualquier línea horizontal que corte la curva del diagrama en dos puntos tales

que los volúmenes de excavación son iguales a los rellenos, a esta línea se

denominan líneas de compensación, pues define zonas de compensación de

volúmenes de tierra en el perfil y es la distancia máxima para compensar un

terraplén con un corte.

11. La diferencia de ordenada entre dos puntos indicara la diferencia de volumen

entre ellos.

12. El área comprendida entre la curva y una horizontal cualquiera, representa el

volumen por la longitud media de acarreo.

13. Cuando la curva se encuentra arriba de la horizontal el sentido del acarreo de

material es hacia delante, y cuando la curva se encuentra abajo el sentido es

hacia atrás, teniendo cuidado que la pendiente del camino lo permita.

8. CONFECCIÓN DE TABLA PARA DIAGRAMA DE MASA

Est.

Áreas m2 Volumen m3Excav.

Por factor

Vol. Balanceado

Sumaalgebraica

Vol. Acum.

Excav. RellExcavm3 nat

Rellm3

comp

1 2 3 4 5 6 7 8 9

El procedimiento a seguir para confeccionar la tabla del diagrama de masas es:

1. Llenar los datos de columnas 1 – 5, a partir del cálculo de volúmenes realizado

previamente.


2. Multiplicar columna 4por el coeficiente para transformar volúmenes en estado

natural a compactado, de esta forma los volúmenes de las columnas 5 y 6

estarán en el mismo estado (ambas en m3 compactado) y se puede comparar.

3. La columna 7 es la compensación parcial que se produce entre dos estaciones

sucesivas y es igual a la magnitud del volumen de suelo excavado que se

puede utilizar en la construcción del terraplén: (si: vol. Exc ≤ vol. Relle entonces

vol. Exc; si vol. Exc ≥ vol. Relle entonces vol. Relle.)

4. La columna 8 significa el volumen neto que sobra o falta para lograr la

compensación total entre dos estaciones sucesivas (recordar signo: +

excavación y signo: - relleno).

5. La columna 9 representa el volumen de material necesario para lograr la

compensación total desde la estación 0+0.00 hasta cualquier otra siguiente del

trazado. Se calcula sumando algebraicamente (considerando su signo) los

volúmenes o cantidades de la columna anterior (columna 8), es la que se

emplea para confeccionar la curva de masa.

6. Trazado de la curva de volúmenes acumulados. (la escala horizontal es la

misma del perfil Longitudinal y la vertical se selecciona acorde con la magnitud

de los volúmenes acumulados).

9. Ejemplo:

Confeccionar el Diagrama de Masa para el siguiente tramo de 8 Km de una carretera con los datos de áreas y volúmenes:

Est.

Áreas m2 Volumen m3

Excav.

RellExcavm3 nat

Rellm3 comp

0+0.00 - 20 - -

2+0.00 - 25 - 450

4+0.00 10 10 44.4 294.4

6+0.00 6 5 160 150

8+0.00 - 10 32.7 227.3


Movimiento de Tierra.uso de Explosivos en Obras Viales.

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