Manual Para Movimiento de Tierras

7/26/2019 Manual Para Movimiento de Tierras

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Movimiento de Tierras

Juan Cherné Tarilonte Construcciones IndustrialesAndrés González Aguilar 5º Ingeniería Industrial

1

ÍNDICE

CAPITULO 1:CAMBIOS DE VOLUMEN EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS

1.1- EL MOVIMIENTO DE TIERRAS 7

1.2- OBJETO DEL CAPITULO 8

1.3- CAMBIOS DE VOLUMEN 8

1.4- ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO 11

1.5- CONSOLIDACION Y COMPACTACION 13

1.6- VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR 15

1.7- CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS 17

CAPITULO 2:

ECUACION DEL MOVIMIENTO

2.1- OBJETO DEL CAPITULO 19

2.2- ESFUERZO TRACTOR 19

2.2.1- TRACCION DISPONIBLE 19

2.2.2- TRACCION UTILIZABLE 20

2.3- BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y UTILIZABLE 23

2.4- RESISTENCIA A LA TRACCION 24

2.4.1- RESISTENCIA A LA RODADURA 24

2.4.2- RESISTENCIA A LA PENDIENTE 26

2.4.3- RESISTENCIA A LA ACELERACION 272.4.4- RESISTENCIA AL AIRE 28

2.5- ECUACION DEL MOVIMIENTO 29

CAPITULO 3:

DETERMINACION DE LA PRODUCCION Y COSTE

3.1- DEFINICION DE LA PRODUCCION 32





2

3.1.1- CONCEPTO 32

3.1.2- FACTORES 32

3.2- EFICIENCIA HORARIA 33

3.3- CICLO DE TRABAJO 36

3.3.1- CONCEPTO 36

3.3.2- FORMULA DE LA PRODUCCION 37

3.4- CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA 37

3.5- CONTROL DE COSTES 39

CAPITULO 4:

CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y

EXCAVACION

4.1- SIGNIFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRA 41

4.2- CONSTITUCION DE SUELOS. TIPOS DE EXCAVACION 43

4.3- TIPOS DE EXCAVACIONES 44

4.3.1- EXCAVACION A CIELO ABIERTO 44

4.3.2- EXCAVACIONES SUBTERRÁNEAS 45

4.3.3- EXCAVACIONES SUBACUATICAS 45

4.4- CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA 46

4.4.1- MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA 46

4.4.2- MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS SIN DESPLAZARSE 46

4.4.3- MAQUINAS ESPECIALES 47

4.5- CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD 47

4.5.1- INDICES DE EXCAVABILIDAD, IE, DE SCOBLE, Y MUFTUOGLU 474.5.2- CLASIFICACION DE FRANKLIN 50

4.6- VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS 52

4.7- ELECCION DE LA MAQUINARIA 53

4.8- MECANIZACION DE UNA OBRA 54

4.9- NEUMATICOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS 54

4.9.1- CAPACIDAD Y RENDIMIENTO 54

4.9.2- DURACION Y FACTORES 55





3

4.9.3- DIBUJO 56

4.9.4- DENOMINACION 56

4.9.5- CONCEPTO T.V.H. 57

CAPITULO 5:

MAQUINARIA EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS

5.1 ESFUERZO DE TRACCIÓN Y RESISTENCIA AL MOVIMIENTO 59

5.1.1 LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA TRACCIÓN. 59

5.1.2 RESISTENCIA A LA RODADURA. 59

5.1.3 INFLUENCIA DE RAMPAS Y PENDIENTES. 60

5.2 PROBLEMÁTICA DE LA ADHERENCIA. 61

5.3 EXCAVACIÓN EN DESMONTE Y EXPLANACIÓN. 62

5.3.1 CARACTERIZACIÓN DE LA ACTIVIDAD. 62

5.3.2 EXCAVACIÓN POR MEDIOS MECÁNICOS. 62

A. EL BULLDOZER. 62

A.1. ACTIVIDAD DE EXCAVACIÓN Y TRANSPORTE. 63

A.1.1. ESFUERZO DE EXCAVACIÓN 63

A.1.2. RENDIMIENTO 64A.1.3. CICLO DE TRABAJO PILOTO 65

A.2. ACTIVIDAD DE RIPADO. 66

B. TRAILLAS. 68

B.1. ESFUERZO DE EXCAVACIÓN. 69

B.2. RENDIMIENTO DE LAS TRAILLAS. 69

C. PALAS EXCAVADORAS Y CARGADORAS. 72

D. CAMIONES Y DÚMPERS. 75E. EXCAVACIÓN A MANO. 80

5.3.3 SISTEMAS ORGANIZATIVOS GENERALES. 80

A. LA PRODUCCIÓN. 81

B. EL COSTE. 81

C. ORGANIZACIÓN DE LOS TAJOS. 81

D. LA UTILIZACIÓN DE LA MAQUINARIA. 82

E. CONFIGURACIÓN DEL COSTE TOTAL. 83





4

5.4 EXCAVACIONES ESPECIALES 84

5.4.1 EXCAVACIÓN EN ZANJA. 84

5.4.1.A. EXCAVACIÓN A MANO. 84

5.4.1.B. EXCAVACIÓN MECÁNICA. 85

5.4.2 EXCAVACIONES EN POZO Y VACIADO. 87

5.4.2.A EXCAVACIÓN EN POZO. 87

5.4.2.B VACIADO. 88

5.4.3 ENTIBACIONES Y AGOTAMIENTOS. 88

5.4.3.A ENTIBACIONES. 88

5.4.3.B AGOTAMIENTOS. 90

5.5 TERRAPLENADO Y PEDRAPLENADO 91

5.5.1 TERRAPLENES Y PEDRAPLENES. 91

5.5.1.A EQUIPOS DE EXTENDIDO. 91

5.5.1.B EQUIPOS DE COMPACTACIÓN. 92

5.5.1.C MEDICIÓN Y ABONO. 94

5.5.2 VOLADURAS. 95

5.5.2.A CARACTERIZACIÓN DEL FRENTE DE CANTERA. 95

5.5.2.B LA PERFORACIÓN. 95

5.5.2.C. DETERMINACIÓN DE LA CARGA EN LOS BARRENOS. 97

CAPITULO 6:

EXTENDIDO Y COMPACTACION

6.1 EL PROCESO DE EXTENDIDO Y COMPACTACION 100

6.2 DENSIDADES 102

6.3 ENERGÍA DE COMPACTACION 1046.4 LA COMPACTACION SEGUN LA ESTRUCTURA FÍSICA Y

PARAMETROS DE LOS SUELOS 105

6.4.1 SUELOS PERMEABLES 106

6.4.2 SUELOS IMPERMEABLES 106

6.5 TERRAPLENES 107

6.6 FINOS 108

6.6.1 IDENTIFICACION DE FINOS 108





5

6.6.2 ANALISIS DE LA PARTE FINA DE UN MATERIAL 109

6.6.3 SUELOS PLASTICOS 110

6.6.4 COLAPSO DE TERRAPLENES DE SUELOS COHESIVOS 112

6.7 COMPACTADORES DE SUELOS PLASTICOS 112

6.7.1 COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA 112

6.7.2 COMPACTADORES VIBRATORIOS PATA DE CABRA 113

6.7.3 COMPACTADORES VIBRATORIOS LISOS 114

6.8 COMPACTADORES DE SUELOS GRANULARES 115

6.9 PEDRAPLENES 116

6.10 MATERIAL TODO UNO 118

6.11 PAQUETE DEL FIRME 118

6.11.1 EXPLANADA 119

6.11.2 OTRAS CAPAS SUPERIORES 120

6.12 UTILIZACION DEL COMPACTADOR DE NEUMATICOS Y EL DE

TAMBORES VIBRATORIOS 120

6.13 PRESAS DE MATERIALES SUELTOS 121

6.13.1 TIERRAS 121

6.13.2 ESCOLLERA 123

6.14 RANGO DE ESPESORES DE MATERIALES, DENSIDADES, HUMEDADES 123

6.15 RANGO DE ESPESORES Y METODO DE COMPACTACION

EN MOVIMIENTO DE TIERRAS 125

6.16 TRAMO DE PRUEBA Y DETERMINACION DE LA PRODUCCION 125

APENDICE 6.1 CONTROL CONTINUO DE COMPACTACION (METODO FRANCES) 128

APENDICE 6.2 NORMAS Y EQUIVALENCIA DE UNIDADES 130

CAPITULO 7:

LA SEGURIDAD Y SALUD EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS

7.1 PREVENCION 132

7.2 OBRAS DE TUNEL 132

7.3 CASO DE VACIADO DE SOLARES 133

7.4 EXCAVACIONES SOBRE CONDUCCIONES DE GAS Y ELECTRICIDAD 133





6

7.5 CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO 134

7.5.1 LINEAS ELECTRICAS 134

7.5.2 SEGURIDAD EN LAS MAQUINAS 134

7.5.3 ORGANIZACIÓN DE LA OBRA 135

CAPITULO 8:

EL IMPACTO AMBIENTAL EN LAS OBRAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS

8.1 PROTECCION DE LAS ACTUACIONES GEOMORFOLÓGICAS 137

8.2 ALTERACIONES TEMPORALES DURANTE LA FASE DE OBRAS 138

BIBLIOGRAFÍA 140

INTERNET 141

ANEXOS:

SOIL AND ASPHALT COMPACTION (BOMAG) 144





7

CAPITULO 1

CAMBIOS DE VOLUMEN EN MOVIMIENTOS DE TIERRAS.

1.1 EL MOVIMIENTO DE TIERRAS.

Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos

naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales útiles en obras

públicas, minería o industria.

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

• Excavación o arranque.

• Carga.

• Acarreo.

• Descarga.

• Extendido.

• Humectación o desecación. Compactación.

• Servicios auxiliares (refinos, saneos, etc.).

Los materiales se encuentran en la naturaleza en formaciones de muy diverso tipo, que se

denominan bancos, en perfil cuando están en la traza de una carretera, y en préstamos fuera de ella. La

excavación consiste en extraer o separar del banco porciones de su material. Cada terreno presenta

distinta dificultad a su excavabilidad y por ello en cada caso se precisan medios diferentes para

afrontar con éxito su excavación.

Los productos de excavación se colocan en un medio de transporte mediante la operación de carga.

Una vez llegado a su destino, el material es depositado mediante la operación de descarga. Esta puede

hacerse sobre el propio terreno, en tolvas dispuestas a tal efecto, etc.

Para su aplicación en obras públicas, es frecuente formar, con el material aportado, capas de espesor

aproximadamente uniforme, mediante la operación de extendido.





8

De acuerdo con la función que van a desempeñar las construcciones hechas con los terrenos

naturales aportados, es indispensable un comportamiento mecánico adecuado, una protección frente a

la humedad, etc. Estos objetivos se consiguen mediante la operación llamada compactación, que

debido a un apisonado enérgico del material consigue las cualidades indicadas.

A través de los sucesivos capítulos del libro se expondrán las distintas operaciones que comporta el

movimiento de tierras, prestando atención a la maquinaria que actualmente se emplea, sus ciclos de

trabajo y producciones, con ejercicios y casos prácticos.

1.2 OBJETO DEL CAPITULO.

El estudio de los cambios de volumen tiene interés porque en el proyecto de ejecución de una obra

de movimiento de tierras, los planos están con sus magnitudes geométricas, y todas las mediciones son

cubicaciones de m3 en perfil y no pesos, ya que las densidades no se conocen exactamente. Los

terraplenes se abonan por m3 medidos sobre los planos de los perfiles transversales.

Los materiales provienen de industrias transformadoras, graveras, canteras, centrales de mezclas, o

de la propia naturaleza. En este caso el material ha sufrido transformaciones, y ha pasado de un estado

natural en banco o yacimiento a un perfil, mediante las operaciones citadas anteriormente.

En las excavaciones hay un aumento de volumen a tener en cuneta en el acarreo, y una

consolidación y compactación en la colocación en el perfil.

En los medios de acarreo hay que considerar la capacidad de la caja en volumen y en toneladas, y

elegir la menor de acuerdo con la densidad.

1.3 CAMBIOS DE VOLUMEN.

Los terrenos, ya sean suelos o rocas mas o menos fragmentadas, están constituidos por la

agregación de partículas de tamaños muy variados. Entre estas partículas quedan huecos, ocupados por

aire y agua.





9

Si mediante una acción mecánica variamos la ordenación de esas partículas, modificaremos así

mismo el volumen de huecos.

Es decir, el volumen de una porción de material no es fijo, sino que depende de las acciones

mecánicas a que lo sometamos. El volumen que ocupa en una situación dada se llama volumen

aparente.

Por esta razón, se habla también de densidad aparente, como cociente entre la masa de una porción

de terreno, y su volumen aparente:

aa V

M

d =

d a : densidad aparente.

V a : volumen aparente.

M : masa de las partículas más masa de agua.

El movimiento de tierras se lleva a cabo fundamentalmente mediante acciones mecánicas sobre los

terrenos. Se causa así un cambio de volumen aparente, unas veces como efecto secundario (aumento

del volumen aparente mediante la excavación) y otras como objetivo intermedio para conseguir la

mejora del comportamiento mecánico (disminución mediante apisonado).

La figura 1.1 presenta esquemáticamente la operación de cambio de volumen.

En la práctica se toma como referencia 1 m3 de material en banco y los volúmenes aparentes en las

diferentes fases se expresan con referencia a ese m3 inicial de terreno en banco.

La figura 1.2 representa la evolución del volumen aparente (tomando como referencia 1 m3 de

material en banco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras.





10





11

Mientras no se produzcan pérdidas o adición de agua, una porción de suelo o rocas mantendrá

constante el producto de su densidad aparente por su volumen aparente, siendo esta constante la masa

de la porción de terreno que se manipula.

V a x d a = M

En el movimiento de tierras esta limitación se satisface muy pocas veces (evaporación, expulsión de

agua durante el apisonado, adición de agua para facilitar el apisonado, etc.), por lo que la ecuación

anterior no es de aplicación general.

En adelante se entenderá que los conceptos de volumen y densidad se refieren a volumen aparente y

densidad aparente, aunque se omita el adjetivo aparente.

La Figura 1.3 indica variaciones en volúmenes y densidades en las operaciones del movimiento de

tierras comentados en el apartado 1.1.

1.4 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO.

Al excavar el material en banco, éste resulta removido con lo que se provoca un aumento de

volumen.

Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la producción de excavación y dimensionar

adecuadamente los medios de transporte necesarios.





12

En todo momento se debe saber si los volúmenes de material que se manejan corresponden al

material en banco (Banco, bank, B) o al material ya excavado (Suelto, loose, S).

Se denomina factor de esponjamiento (Swell Factor) a la relación de volúmenes antes y después de

la excavación.

B

S

S

BW

d

d

V

V F ==

F W : factor de esponjamiento (swell)

V B : volumen que ocupa el material en banco

V S : volumen que ocupa el material suelto

d B : densidad en banco

d S : densidad del material suelto.

Se tiene que:

M = d S x V S = d B x V B

El factor de esponjamiento es menor que 1. Sin embargo si en otro texto figura otra tabla confactores mayores que 1, quiere decir que están tomando la inversa, o sea F´ = V S / V B y si se desean

emplear las fórmulas expuestas aquí, deben invertirse.

Otra relación interesante es la que se conoce como porcentaje de esponjamiento. Se denomina así al

incremento de volumen que experimenta el material respecto al que tenía en el banco, o sea:

100 x

V

V V S

B

BS W

−=

S W : % de esponjamiento

O en función de las densidades:

100 xd

d d S

S

S BW

−=





13

Son frecuentes tablas en las que aparece el valor del esponjamiento para diferentes materiales al ser

excavados. Conviene por ello deducir la relación entre volúmenes o densidades en banco y en material

suelto. Para volúmenes se tiene:

BW

S V S

V × += 1100

Para densidades resulta:

S W

B d S

d ×

+= 1

100

El porcentaje de esponjamiento y el factor de esponjamiento están relacionados:

1100

1

1100

+=

×

+

==W

S W

S

B

S W S

d S

d

d

d F

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.

En la tabla 1.1 aparecen los valores de F w y S w característicos de distintos materiales frecuentes en

movimiento de tierras.

1.5 CONSOLIDACION Y COMPACTACION.

Las obras realizadas con tierras han de ser apisonadas enérgicamente para conseguir un

comportamiento mecánico acorde con el uso al que están destinadas. Este proceso se conocegenéricamente como compactación y consolidación del material (Shrinkage).

La compactación ocasiona una disminución de volumen que ha de tenerse en cuenta para calcular la

cantidad de material necesaria para construir una obra de tierras de volumen conocido.

Se denomina factor de consolidación a la relación entre el volumen del material en banco y el

volumen que ocupa una vez compactado.





14

C

Bh

V

V F =

F h : factor de consolidación (Shrinkage).

V C : volumen de material compactado.

Si en el proceso de compactación y consolidación no ha habido pérdida ni adición de agua (lo que

es poco frecuente), el factor de consolidación puede expresarse según V a x d a = M de la forma:

B

C h

d

d F =

F h : factor de consolidación (Shrinkage).

d B : densidad del material en banco.

Otra relación interesante es la que se denomina porcentaje de consolidación. Expresa el porcentaje

que representa la variación de volumen del material en banco al material compactado, respecto al

volumen del material en banco, multiplicada por 100:

100×−

= B

C B

h V

V V S

Con ello la relación entre volumen en banco y volumen del material compactado queda:

C h

B V S

V ×−

=

1001

1

S h : % de consolidación.

Si en el proceso de compactación y consolidación no hay pérdida ni adición de agua (lo que no es

frecuente) es de aplicación la expresión V a x d a = M y el porcentaje de consolidación puede expresarse

como:

100×−

=c

BC h

d

d d S





15

S h : % de consolidación.

En este caso la relación entre densidades es:

C h

B d S

d ×

−=

1001

En cualquier caso, de las expresiones del factor de consolidación y el porcentaje de consolidación se

deduce que estos están relacionados por la expresión:

C h

B V S V ×−=100

1

1

1.6 VALORES DEL ESPONJAMIENTO Y SU FACTOR.

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 material en las distintas operaciones.

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

MATERIAL dL (t/m3) dB (t/m3) Sw (%) Fw

Caliza 1,54 2,61 70 0,59

Estado natural 1,66 2,02 22 0,83

Seca 1,48 1,84 25 0,81Arcilla

Húmeda 1,66 2,08 25 0,80

Seca 1,42 1,66 17 0,86Arcilla y Grava

Húmeda 1,54 1,84 20 0,84

75% Roca - 25% Tierra 1,96 2,79 43 0,70

50% Roca - 50% Tierra 1,72 2,28 33 0,75Roca Alterada

25% Roca - 75% Tierra 1,57 1,06 25 0,80





16

Seca 1,51 1,90 25 0,80

Húmeda 1,60 2,02 26 0,79Tierra

Barro 1,25 1,54 23 0,81

Granito Fragmentado 1,66 2,73 64 0,61

Natural 1,93 2,17 13 0,89

Seca 1,51 1,69 13 0,89Grava

Mojada 2,02 2,26 13 0,89

Arena y Arcilla 1,60 2,02 26 0,79

Yeso Fragmentado 1,81 3,17 75 0,57

Arenisca 1,51 2,52 67 0,60

Seca 1,42 1,60 13 0,89

Húmeda 1,69 1,90 13 0,89Arena

Empapada 1,84 2,08 13 0,89

Seca 1,72 1,93 13 0,89Tierra yGrava Húmeda 2,02 2,23 10 0,91

Tierra Vegetal 0,95 1,37 44 0,69

Basaltos ó Diabasas Fragmentadas 1,75 2,61 49 0,67Seca 0,13 --- --- ---

NieveHúmeda 0,52 --- --- ---

Tabla 1.1 Densidades del material en banco y suelto, para los casos más frecuentes del

movimiento de fierras

Al dimensionar los medios de transporte habrá de tenerse en cuenta no solo la capacidad (m

3

) quecada vehículo tiene, sino considerar su carga máxima. Para no sobrepasarla es necesario conocer la

densidad del material que se transporta.

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 transporte, ha de considerarse la densidad del

material suelto.





17

1.7 CONSIDERACIONES PRACTICAS EN EL EXTENDIDO DE CAPAS.

La compactación en obra se realiza sobre capas de material, previamente extendido, que se conocen

con el nombre de tongadas.

El efecto de la compactación sobre la tongada se refleja exclusivamente en la disminución de

altura, puesto que sus dimensiones horizontales apenas varían.

En la figura 1.4 se observa como al compactar una tongada de material (capa rayada en el dibujo),

su anchura a y su longitud l no varían, mientras que su espesor h L pasa a ser, por efecto de la

compactación, hC.

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

cambio de altura de la tongada.

Habida cuenta que el proyecto constructivo fija la altura de tongada en 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.





18

Se denomina disminución de espesor a la relación entre la diferencia de espesor producida por la

compactación y el espesor inicial, multiplicada por 100:

100×−

= L

C Leh

hhS

S e : % de disminución de espesor (en obra es denominado impropiamente esponjamiento).

h L : espesor inicial de tongada

hC : espesor de la tongada después de la compactación

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

embargo, en los materiales granulares (gravas, suelos - cemento, zahorras, etc.) muy frecuentes en la

compactación debido a su excelente comportamiento mecánico, su escasa sensibilidad a la humedad,

etc., se ha observado que la disminución de espesor es aproximadamente el 20 %.

En el caso general:

100

100 el e

S hh

−×=

Cuando se trata de terrenos granulares (Sc ≈ 20, es necesario comprobarlo en cada caso en la obra):

hC ≈ 0,8 x h L

O bien:

h L ≈ 1,25 x hC

Estas consideraciones han de tenerse presentes en la operación de extendido con motoniveladora o

extendedoras, es decir, que la producción de una motoniveladora en extendido (material suelto) no

coincide con la del compactador (material compactado).





19

CAPITULO 2

ECUACION DEL MOVIMIENTO

2.1 OBJETO DEL CAPITULO.

El objeto de este capítulo es la determinación de la velocidad de traslación a la que pueden

funcionar las máquinas de movimiento de tierras durante su trabajo. Para dicho cálculo será necesario

conocer las características de la máquina (peso, potencia) y las del terreno sobre el que se desplaza y

su pendiente.

En este capítulo se estudiarán los tipos de tracción de las máquinas y los tipos de resistencia al

movimiento.

2.2 ESFUERZO TRACTOR.

2.2.1 TRACCION DISPONIBLE.

Una máquina dispondrá de una potencia para desplazarse producida por el motor (unidad motriz) y

que se aplicará en las ruedas motrices mediante la transmisión. Al esfuerzo, producido por el motor y

la transmisión, se denominará tracción disponible o esfuerzo de tracción a la rueda, siendo ésta el

diámetro total del neumático, o en el caso de cadenas el diámetro de la rueda cabilla (rueda motriz).

La definición de esta tracción es, por tanto, la fuerza que un motor puede transmitir al suelo.

La tracción disponible se puede calcular de forma aproximada para cada velocidad de marcha

mediante la expresión:

(km/h)Velocidad

nTransmisióRend.x(Kw)Potencia367(Kg)TD ×=





20

El rendimiento de la transmisión, también llamado eficiencia mecánica, es la relación entre

potencia que llega al eje motriz y potencia del motor. Los valores más comunes se encuentran entre el

70% y el 85%.

2.2.2 TRACCION UTILIZABLE.

La máquina en función de su peso dispondrá de una fuerza determinada que se llama tracción

utilizable. Esta tracción depende del porcentaje del peso que gravita sobre las ruedas motrices, que es

él útil para empujar o tirar del vehículo, y de las superficies en contacto, especialmente área, textura y

rugosidad, tanto de las ruedas motrices como del suelo.

Para calcular la tracción utilizable se ha de multiplicar el peso total que gravita sobre las ruedas

motrices por el factor de eficiencia a la tracción o coeficiente de tracción, cuyos valores más comunes

se encuentran en la tabla 2.1.





21

En caso de pendiente sería su componente normal, W Cos α, Fig. 2.3.

La tracción utilizable es independiente de la potencia del motor y se calcula mediante la expresión:

T U (Kg) = W D (Kg) x f T (en %)

siendo WD el peso que soportan las ruedas motrices y f T el coeficiente de tracción en %.

En el cálculo de la adherencia hay que tener en cuenta el número de ruedas motrices y la carga

soportada por las mismas, que se denomina peso adherente.





22

En los vehículos que llevan ruedas motrices y ruedas portantes se puede admitir en primera

aproximación que las ruedas motrices soportan entre 1/2 y 2/3 de la carga total.

FACTORES DE TRACCION f T

TIPOS DE TERRENO NEUMATICOS CADENAS

Hormigón o asfalto 0,90 0,45

Arcilla seca 0,55 0,90

Arcilla húmeda 0,45 0,70

Arcilla con huellas de rodada 0,40 0,70

Mena seca 0,20 0,30

Mena húmeda 0,40 0,50

Canteras 0,65 0,55

Camino de grava suelta 0,36 0,50

Nieve compacta 0,20 0,27

Hielo 0,12 0,12

Tierra firme 0,55 0,90

Tierra suelta 0,45 0,60

Carbón apilado 0,45 0,60

Tabla 2.1 Factores de tracción.

En movimiento de tierras hay tendencia a elegir, siempre que sea posible, maquinaria de tracción

total, es decir, tracción a todos los ejes; en el caso de camiones dúmpers y dúmpers articulados, que se

verán en el capítulo correspondiente, la tracción puede estar aplicada al eje de dirección y a los

posteriores.

Hoy todas las cargadoras son de tracción total, es decir, a los dos ejes, y esto se simplifica con el

sistema articulado, en donde la dirección se realiza actuando en la articulación con cilindros

hidráulicos, en vez de poner los dispositivos con la complejidad mecánica que llevan los tractores

agrícolas con tracción también al eje de dirección delantera, en los cuales no se puede obviar este

problema al ser rígidos.

En los tractores y cargadoras de cadenas todo su peso es tracción utilizable.





23

2.3 BALANCE ENTRE TRACCION DISPONIBLE Y TRACCION UTILIZABLE

Una vez estudiados los tipos de tracción habrá que ver el movimiento del vehículo. Dicho

movimiento se basa en la reacción de sus ruedas o cadenas sobre el terreno, al cual le transmite el

esfuerzo TD que produce el par motor.

Si el esfuerzo de tracción TD es mayor que el esfuerzo máximo de reacción del terreno TU se

produce el deslizamiento, por lo que las ruedas patinan y la máquina avanza menos o puede llegar a

detenerse.

Por el contrario cuando TU es mayor que TD hay adherencia entre ruedas y suelo y el vehículo

avanza correctamente.

De todo lo anterior se deduce que de nada sirve que una máquina tenga un grupo propulsor muy

potente (que desarrolla mucha tracción disponible), si no tiene el peso suficiente para conseguir un

esfuerzo tractor (tracción utilizable). Por lo tanto, uno de los criterios de elección de una máquina de

movimiento de tierras es el de elegir máquinas con un equilibrio entre el grupo motopropulsor y el

peso de la misma. Se entiende por grupo motopropulsor el conjunto de motor y órganos de transmisión

con sus reductoras.





24

2.4 RESISTENCIA A LA TRACCION

2.4.1 RESISTENCIA A LA RODADURA.

Es la resistencia principal que se opone al movimiento de un equipo sobre una superficie plana.

Se admite que es proporcional al peso total del vehículo, y se expresa por:

R R (Kg) = f R (Kg/t) x W (t)

siendo:

R R : Resistencia a la rodadura

f R : factor de resistencia a la rodadura

W : peso del vehículo.

La resistencia a la rodadura depende del tipo de terreno y tipo de elementos motrices, neumáticos

o cadenas. Los valores más frecuentemente utilizados se recogen en la Tabla 2.2.





25

RUEDASTERRENO

Alta presión* Baja presiónCADENAS

Hormigón liso 17 22 27

Asfalto en buen estado 20-32 25-30 30-35

Camino firme, superficie plana, ligera flexión bajo la

carga (buenas condiciones)20-35 25-35 30-40

Camino blando de tierra(superficie irregular con una

penetración de neumáticos de 2 a 3 cm)50-70 35-50 40-45

Camino blando de tierra(superficie irregular, con

una penetración de neumáticos de 10 a 15 cm)90-110 75-100 70-90

Arena o grava suelta 130-145 110-130 80-100

Camino blando, fangoso, irregular o arenoso con

más de 15 cm de penetración de los neumáticos150-200 140-170 100-120

*Se puede considerar alta presión > 5 Kg/cm2, llevando ésta dúmpers y traíllas.

Tabla 2.2 Factores de resistencia a la rodadura f R (Kg/t).

En general cualquier vehículo de ruedas con neumáticos debe vencer una resistencia del orden de

20 Kg/t cuando se desplaza sobre caminos o carreteras donde las cubiertas no acusan ninguna penetración.

Dicha resistencia aumentará en torno a 6 Kg/t por cada incremento de penetración de las ruedas en

el terreno de 1 cm. Esta resistencia también engloba la fricción de los engranajes internos y la flexión

lateral de los neumáticos.

Existe una expresión que calcula, aproximadamente, el coeficiente de resistencia a la rodadura:

f R = 20 + 4 h, siendo h la deformación del neumático y el hundimiento del suelo (o huella bajo la

carga) medida en centímetros.

De todas formas, decir que hay una resistencia a la rodadura fija para un determinado tipo de

carretera o camino es erróneo, puesto que el tamaño del neumático, la presión de inflado y la velocidad

hacen variar dicha resistencia. Como en movimiento de tierras las velocidades son menores de 80





26

Km/h, puede considerarse que no afecta la velocidad. Simplificando, se pueden asignar valores

generales a varios tipos de firmes, Tabla 2.2.

2.4.2 RESISTENCIA A LA PENDIENTE.

Es la componente del peso del vehículo paralela al plano de rodadura. La expresión de dicha

resistencia es:

R P = W x sen α → R P (Kg) = 1000 x W(t) x sen α

Y para pendientes de hasta el 20% se puede hacer la siguiente simplificación:

100sen

itan == α α ; i (en %) → R P (Kg) = ± 10 x i x W(t)

siendo (+) si el vehículo sube y (-) si baja.

Por consiguiente la resistencia en rampa (o la resistencia a la pendiente) es de 10 Kg/t por cada 1%

de rampa (o de pendiente). Recíprocamente 1% de pendiente (o de rampa) equivale a 10 Kg/t de

incremento de esfuerzo tractor.

De todo lo anterior se obtiene que la cantidad de Kg-fuerza de tracción requeridos para mover un

vehículo es la suma de los necesarios para vencer la resistencia a la rodadura y los requeridos para

vencer la resistencia a la pendiente, es decir:





27

Rtotal = R R + R P = f R x W ± 10 x i x W

±××= i

t Kg f t W Kg R R

total 10

)/()(10)(

donde f R /10 se puede poner como una pendiente equivalente. A continuación se desarrolla una

aplicación de las expresiones anteriores.

Dada una máquina cuyo peso es de W = 22 t, la cual se desplaza por una superficie que tiene una

pendiente i = -3% y con un coeficiente de resistencia a la rodadura de 50 Kg/t que equivale a una

pendiente ficticia del 5%, se pide calcular la resistencia total que tiene que vencer la máquina en sus

desplazamientos. Dicha resistencia total será:

Rt = 50 Kg/t x 22 t - 3% x 22.000 Kg = 440 Kg

o bien:

Rt =10 x 22 x (5 - 3) = 440 Kg

2.4.3 RESISTENCIA A LA ACELERACION

Es la fuerza de inercia. Supuesta una aceleración uniforme para pasar de la velocidad v1 a v2 en un

tiempo t:





28

t

vv

t

v

dt

dva 12 −=

∆∆

==

La resistencia para acelerar la masa de un vehículo de peso W(t.) será:

( ) ( )t

vvW

t

vvW a

g

W R A

1212 29,28600.3

000.1

81,9000.1

−××=

×

−×××=×=

para v1 = 0 y v2 = v quedará:

( ) ( ) ( )

( ) seg t

hkmvt W Kg R A

/29,28 ××=

También Se puede expresar esta resistencia en función de la distancia recorrida por el vehículo,

d(m):

( ) ( )d

vvvv

d

vv

vd

vv

t

v

dt

dva

22/

21

22121212 −

=+

×−

=−

=∆∆

==

sustituyendo este valor de aceleración en la expresión de la resistencia a la aceleración resulta:

( ) ( ) ( )

( )md

h Kmvh Kmvt W

d

vvW R A

2

//93,3

281,9

21

22

21

22 −

××=−

×=

Por ejemplo, si un vehículo, desplazándose cuesta abajo, quiere frenar en una distancia d (m),

cuando circule a una velocidad v (Km/h), el esfuerzo de frenado será:

d

vW R A ××−= 93,3

Esta resistencia a la aceleración es poco importante en movimiento de tierras, pero en el caso defrenado cobra cierta importancia ya que interesa conocer la distancia o el esfuerzo de frenado del

vehículo.

2.4.4 RESISTENCIA AL AIRE.

Esta resistencia no se suele tener en cuenta dado que las velocidades de los vehículos y maquinaria

de obra son pequeñas y se sabe que la resistencia al aire es proporcional al cuadrado de la velocidad.





29

De modo que R AIRE = K x S x V 2 siendo V (m/s) la velocidad del vehículo, S la superficie desplazada

normal a la dirección del movimiento y K un coeficiente que depende de la forma de la máquina (más

o menos aerodinámica) y que está comprendido entre 0,02 y 0,08.

Sin embargo, contra viento fuerte la resistencia al aire es un factor significativo. La cantidad

determinante es el movimiento relativo del aire respecto al vehículo. Si la velocidad de la máquina es

de 16 Km/h y la velocidad del aire en sentido contrario es de 64 Km/h la velocidad relativa resultante

será de 80 Km/h. La resistencia al aire deberá tenerse en cuenta para valores de velocidad relativa

superiores a 80 Km/h.

2.5 ECUACION DEL MOVIMIENTO Y DETERMINACIÓN DE VELOCIDADES.

Definidas todas las fuerzas que actúan en el movimiento de las máquinas de movimiento de tierras,

ahora hay que estudiar las relaciones entre ellas.

Los factores que se oponen al movimiento son:

Resistencia a la rodadura: R R = f r x W

Resistencia a la pendiente: R P = ± 10 x i x W

Resistencia a la aceleración: Racel. = 28,29 x W x v/t ó Racel. = 3,93 x W x v2 /t

Resistencia al aire: Raire = K x S x v2

La resistencia total será la suma de todas las anteriores, cuya expresión será:

Rtotal = f r x W ± 10 x i x W + Racel + K x S x v2

Si no, se consideran, como se dijo anteriormente, la resistencia a la aceleración y la resistencia al

aire resulta:

Rtotal = f r x W ± 10 x i x W

El esfuerzo que la máquina debe suministrar a los elementos motrices para superar las resistencias

antes enumeradas es el menor de los siguientes valores:

Tracción utilizable: TU = W x f T para que exista adherencia y el vehículo avance.





30

Tracción disponible: (es función de la velocidad) TD. Esta variará en función de la marcha y de la

velocidad alcanzada por la máquina. Se deberá tener que:

TD y TU ≥ R total

Recíprocamente, conocida la resistencia total y las tracciones utilizable y potencia útil Se puede

obtener la máxima velocidad que es capaz de alcanzar la máquina en sus desplazamientos.

Todo lo que se ha expresado anteriormente de forma numérica también se puede representar

gráficamente en un sistema de ejes coordenados, Fig. 2.8, en el cual se colocan en abscisas las

velocidades del vehículo y en ordenadas las tracciones, resultando la curva TD para plena potencia del

motor y una reducción determinada de la caja de cambios.

También se representa la curva TU, que es una recta al ser independiente de las velocidades y puede

cortar a la curva TD, o ser exterior Tu´

Caso TU: v1 : TU < TD, deslizamiento

v2 : TU = TD, > RT, v2 es válida

v3 : TU > TD , TD = R T , v3 es válida

v4: TU > TD , TD < R T , falta potencia luego v2 < v < v3

Caso TU´ : v debe ser inferior a v3, pero está limitada inferiormente por el valor v5 de máx.

TD, porque a su izquierda hay inestabilidad del vehículo (falta reducción en la

caja de cambios).





31

Aplicando lo anterior si TU ≥ TD , siendo R T = W x ( f R + 10 x i ), TU = f R x WD x 1.000 y como

debe ser TD ≥ R T , resulta TU ≥ R T y sustituyendo f T x WD x 1.000 ≥ W x ( f R + 10 x i ) debe cumplirse:

1.000 x f T x W D / W ≥ f R ± 10 x i

entonces:

( )i f W

Pot

R

Pot

T

Pot v

RT D ×±×

×=

×≤

×=

10

ρ ρ ρ

Los fabricantes de tractores dan gráficas para cada modelo de tractor donde elegida una marcha F1,

F2, F3, se obtienen la gama de velocidades y tracción disponible.





32

CAPITULO 3

DETERMINACION DE LA PRODUCCION DE UNA MAQUINA Y COSTES

3.1 DEFINICION DE LA PRODUCCION.

3.1.1 CONCEPTO.

La Producción o Rendimiento de una máquina es el número de unidades de trabajo que realiza en la

unidad de tiempo, generalmente una hora:

Producción = Unids. trabajo / hora

Las unidades de trabajo o de obra más comúnmente empleadas en un movimiento de tierra son el

m3 o la t, pero en otras actividades de la construcción se usan otras más adecuadas, como el metro

lineal en la construcción de zanjas o de pilotes o el m2 en las pantallas de hormigón. La unidad de

tiempo más empleada es la hora, aunque a veces la producción se expresa por día.

3.1.2 FACTORES.

Esta cifra no es una constante del modelo de máquina, sino que depende de una serie de factores

particulares de cada aplicación:

a) Eficiencia horaria.

b) Condiciones de trabajo de la obra en cuestión:

b.1.- Naturaleza, disposición y grado de humedad del terreno.Los materiales en estado seco tienen un volumen aparente que es el que ocupa la

capacidad de la máquina, pero en estado húmedo presentan una adherencia que hace

aumentar la capacidad. Si la humedad es excesiva, entonces no aumenta.

En el caso de margas y arcillas húmedas el rendimiento de excavación puede bajar

considerablemente por adherirse el material a las paredes.

b.2.- Accesos (pendiente, estado del firme).





33

Repercusión de los accesos en el coste final de una obra. Tiene gran importancia el

trazado y conservación de las pistas y caminos interiores de la obra, porque

repercuten:

- en la potencia necesaria de los vehículos y por consiguiente, en el consumo de

combustible.

- en el tiempo de transporte, al conseguirse menores velocidades si están en mal

estado.

- en la capacidad de transporte al ser mayores las cargas si están bien conservadas.

- en la propia logística, si se producen averías y no hay zona de estacionamiento.

Una falsa economía inicial o de proyecto puede ocasionar llevar mayor repercusión a

lo largo de la obra, incluso en el plazo de ejecución si hay que variar el trazado de las

pistas durante la obra.

b.3.- Climatología (visibilidad, pluviometría, heladas)

La climatología no sólo afecta a las interrupciones de trabajo sino al estado del

firme pues el barro y la humedad reducen la tracción de las máquinas (traficabilidad).

Cuando la temperatura es inferior a 20C en la sombra, deben suspenderse los trabajos

de relleno.

b.4.- Altitud, que puede reducir la potencia de las máquinas.

c) Organización de la obra:

c.1.- Planificación: Afecta a la producción de la máquina: esperas, maniobras,...

Hay que cuidar el orden de los trabajos para reducir al mínimo el número de

máquinas necesarias y evitar embotellamientos y retrasos.

c.2.- Incentivos a la producción.

d) Habilidad y experiencia del operador.

Estos factores no son de aplicación total y cada uno deberá emplearse sólo cuando lo requieran lascircunstancias.

3.2 EFICIENCIA HORARIA.

Se denomina Producción óptima o de punta (Peak) Pop a la mejor producción alcanzable trabajando

los 60' de cada hora.





34

En la práctica se trabaja sólo 45' ó 50' a la hora por lo que la producción normal Pn será:

P n = 50/60 x P op = 0,83 P op =f h x P op

En lo sucesivo P se referirá siempre a la Producción normal Ph.

La relación f h entre los minutos trabajados y los 60' de una hora es lo que se denomina eficiencia

horaria, tiempo productivo o factor operacional (operating factor). Los factores de los que depende la

producción determinan la eficiencia horaria, como muestra la tabla 3.1.

ORGANIZACION DE OBRACONDICIONES DE TRABAJO Buena Promedio Mala

Buenas 0,90 0,75 0,60

Promedio 0,80 0,65 0,50

Malas 0,70 0,60 0,45

Tabla 3.1 Factores de eficiencia f h.

Si se consideran incentivos a la producción, sobre todo con buenos factores de organización, estos

coeficientes se verán incrementados, pero en cualquier caso será difícil que alcancen valores superiores

a 0,90.

Por otro lado, en condiciones adversas de trabajo y organización, el tiempo real puede llegar

solamente a ser el 50% del tiempo disponible.

INCENTIVO ORGANIZACION MIN/HORA Fh

SI BUENA 50 0,83

SI MALA 42 0,70

NO MALA 30 0,50

Tabla 3.2 Incentivos a la producción.





35

Naturalmente una máquina no trabaja sólo una hora sino varias al día durante el período que dure la

obra, que puede ser de muchos meses. Esto hay que tenerlo presente al calcular la eficiencia media, y

que las condiciones y la organización pueden ir cambiando con el transcurso de la obra.

También es necesario tener en cuenta las pérdidas de tiempo que se ocasionan, ya que el tiempo de

trabajo continuo anual de una máquina (sin traslados ni esperas) sería de:

52 (semanas/año) x 40 (horas/semana) – 8 fiestas oficiales x 8 (horas/día) = 2.016 h

y en la práctica es difícil superar las 1.600 horas, principalmente debido a:

- Averías de la máquina.

- Mantenimiento o conservación cada cierto número de horas de trabajo, aunque no se incluirán en

las pérdidas por realizarse normalmente en horas no laborables para la máquina durante las de

espera.

- Condiciones atmosféricas locales, que además de afectar a la producción de la máquina

entorpecen la marcha general de la obra.

La tabla 3.3 expone algunos de los conceptos más comunes y ejemplos de sus valores en

condiciones medias, expresado como porcentaje. No es normal que se den todos simultáneamente.

METEOROLOGÍA 9%

MANIOBRAS 8%

ESPERAS 11%

AVERÍAS MECÁNICAS 6%

HABILIDAD DEL OPERADOR 15%

TOTAL MÁXIMO 60%

Tabla 3.3 Pérdidas de tiempo.

Se llama disponibilidad de una máquina (availability) a:

disponibilidad = horas de trabajo/ (horas de trabajo + horas de reparaciones)





36

Es conveniente antes de comenzar la obra hacer un estudio de las posibles condiciones

climatológicas que se puedan presentar durante su desarrollo.

El capítulo de averías de la máquina puede llegar a ser importante y para disminuirlo hay que

prestar atención a:

- Fiabilidad de la máquina.

- Rapidez en los repuestos y atención del suministrador.

- Cuidados y mantenimientos a cargo del propietario.

- Habilidad del operador.

- Dureza del trabajo (material, accesos).

Todo lo anterior lleva en determinados casos a la compra de maquinaria nueva para una obra, o a la

adquisición de unidades de repuesto si se emplean muchas iguales, con objeto de asegurar la

continuidad de la misma y no interrumpir otras unidades de obra.

3.3 CICLO DE TRABAJO.

3.3.1 CONCEPTO.

Se denomina Ciclo de Trabajo a la serie de operaciones que se repiten una y otra vez para llevar a

cabo dicho trabajo. Tiempo del Ciclo será el invertido en realizar toda la serie hasta volver a la

posición inicial del ciclo.

Por ejemplo, en las máquinas de movimiento de tierras el tiempo de un ciclo de trabajo es el tiempo

total invertido por una máquina en cargar, trasladarse y/o girar, descargar y volver a la posición inicial.La suma de los tiempos empleados en cada una de estas operaciones por separado determina el tiempo

del ciclo.

En los capítulos posteriores correspondientes a las máquinas más importantes se llevará a cabo un

análisis de las operaciones o fases características de cada una de ellas.





37

El tiempo de un ciclo puede descomponerse en fijo y variable. El primero (fijo para cada caso) es el

invertido en cargar, descargar, girar y acelerar o frenar para conseguir las velocidades requeridas en

cada viaje, que es relativamente constante. El segundo es el transcurrido en el acarreo y depende de la

distancia, la pendiente, etc. Es importante considerar separadamente la ida y la vuelta, debido al efecto

del peso de la carga (vacío a la vuelta) y la pendiente, positiva en un caso y negativa en el otro.

Para un resultado más preciso de la duración de un ciclo suele tomarse un valor medio, obtenido de

la medición de un gran número de ciclos, mientras que un número insuficiente puede llevar a

resultados erróneos, debido al cambio en las condiciones externas (material, climatología, ...)

3.3.2 FORMULA DE LA PRODUCCION.

Una vez calculada la duración del ciclo de trabajo, ¿5 posible estimar los ciclos que la máquina

realiza en una hora (60/durac. en minutos) y conociendo la capacidad de la máquina (volumen de

carga, ...) es inmediato el cálculo de la producción:

Producción (t ó m3 ) = Capacidad (t ó m3 /ciclo) x Nº ciclos/hora

Esta es la producción teórica horaria, pero la efectiva o real será la resultante de aplicar a la anterior

los factores correctores que se considere en cada caso y entre los que encuentran algunos de los ya

estudiados. Otros importantes se refieren al trabajo diurno o nocturno o al empleo de neumáticos o

cadenas. Si C es la capacidad, la producción real es:

P r = C x nº ciclos / hora x f 1 x f 2 x f 3 x ... xf n

3.4 CALCULO DEL COSTE DE LA UNIDAD DE OBRA.

En el empleo de maquinaria en una obra se deberá buscar su utilización óptima, a fin de no

desperdiciar los recursos. Por ello se tratará de encontrar la mejor relación entre rendimiento y gastos,

es decir, el costo más bajo posible por unidad de material movido.

El coste horario de una máquina puede hacerse exhaustivamente mediante la suma de varios

factores. Los principales son:

- División del coste inicial entre el período de amortización que se pretende.





38

- Intereses del capital pendiente de amortización.

- Gastos de mantenimiento y reparaciones que se estima durante dicho período.

- Gasto en consumos de carburante y neumáticos.

- Mano de obra de los operarios, etc.

Con todo esto es posible llegar a un resultado de coste en Pts/hora. Hay que tener la precaución de

actualizar dicho valor si el período de amortización es grande.

Para un Jefe de Obra, los costes que influyen en relación con la maquinaria son:

- mano de obra de maquinista: interviene en el coste de m3 de la unidad de obra.

- consumo de gasoil: coste de gasoil/m3.

- reparaciones por averías, y pérdidas de producción por paradas.

La amortización contable de maquinaria es un coste que le llega de la central y que le es ajeno en su

dirección de obra, pero la depreciación de la máquina, sí que depende de la forma de utilizarla y del

modo de conservarla.

AMORTIZACIÓN 40 %

CONSUMO GASOIL 13 %

MANO DE OBRA 17 %

AVERÍAS Y REPARACIONES 22 %

GASTOS GENERALES 8 %

Tabla 3.4 Precio del m3 (valores medios) en movimiento de tierras.

Existe un manual de coste de maquinaria (Seopan-Atemcop) admitido por el MOPMA.

Existe otra forma de estimar los costes horarios, procedente de la experiencia y válida solamente

para una primera aproximación. Consiste en tomar como coste horario un porcentaje del coste inicial

o precio de compra, 200-400 Pts/Millón, siendo inversamente proporcional al tamaño de la máquina y

añadir el coste del maquinista del maquinista incluyendo cargas sociales, unas 2.500 Pts/hora (1993).

Como orientación del precio de una máquina puede tomarse entre 1.000 y 1.500 Pts./Kg. (1993).





39

Los parques de maquinaria de las grandes empresas evalúan los costes horarios atendiendo a sus

propios criterios de amortización y gastos, para luego facilitarlo a la obra. Estos costes están

contrastados con los precios de alquiler de la maquinaria en el exterior y son similares, por lo que

existen unos precios que se aceptan como costes horarios de mercado para los diferentes modelos de

máquinas y que generalmente se dan sin combustible, con o sin operador, que se añadirá

posteriormente.

Una vez conocido el coste horario de la máquina y calculado el rendimiento según se explicaba en

el apartado anterior, es fácil estimar el coste de producción:

COSTE DE PRODUCCION = COSTE HORARIO / PRODUCCION

La fórmula más general es:

Pts/Unids.Obra = (Pts/Hora) / (Unids.Obra/Hora)

En el movimiento de tierras lo más usual es:

Pts/t ó m3 = (Pts/Hora) / (t ó m3 /Hora)

refiriéndose la unidad de obra a material en perfil de carretera, cuando se da en volumen.

Pueden evaluarse los resultados con los oportunos factores, si bien con la precaución de no aplicar

más de una vez el factor correspondiente a un obstáculo.

3.5 CONTROL DE COSTES.

En la obra hay que tener una estadística actual de los costes horarios totales incluido operador, delas distintas máquinas, de forma que con el seguimiento de la producción de las distintas unidades se

pueda conocer al día los costes de dichas unidades y en caso de desviaciones negativas respecto a los

precios que figuran en la oferta se puedan hacer ajustes o cambios.

Los costes de una obra se dividen en directos e indirectos.

- Son directos todas las unidades de obra subcontratadas, y aquellas que el contratista principal

ejecuta con su personal.





40

- Indirectos, los de su propio personal de control de calidad, dirección y administración, de forma

que aunque los precios de los subcontratistas sean fijos, retrasos de éstos en la ejecución repercuten en

sus costes indirectos y en aquellas unidades suyas que no avanzan de forma que los costes aumentan

con los retrasos.

En resumen, una vez fijados unos costes y unos plazos, éstos quedan muy ligados entre sí.

Dado que los costes fijos de una empresa son proporcionales al numero de días de ejecución de una

obra para disminuir éstos gastos generales hay que reducir el plazo.

Es necesario hacer un estudio económico, pues normalmente hay ciertos costes de producción que

aumentan al disminuir el plazo. Los plazos de ejecución vienen determinados en ocasiones por

motivos políticos, caso de Obras Públicas ya que tienen fija la fecha de inauguración, o económicos de

rentabilidad o reinversión si el cliente es privado.

Retrasos en el comienzo de las obras son antieconómicos cuando se tiene una fecha fija de

terminación.

El control de costes entra en la planificación económica.

La planificación (informatizada) de una obra se divide en:

a) Plan de obra o programa técnico: es un estudio del proceso constructivo descompuesto en

actividades y de sus plazos de ejecución, mediante un modelo gráfico, PERT, Red de

Precedencias, etc.

b) Planificación económica, o plan de objetivos, de costes, resultados y producción

(certificaciones) con su seguimiento y actualización cada determinado tiempo.





41

CAPITULO 4

CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS

DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION.

4.1 SIGNIFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRAS.

En construcción de carreteras, los capítulos en que se descompone la obra suelen ser:

- Retirada y reposición de servicios.

- Movimiento de tierras.

- Drenajes y obras de fábrica (marcos, tubos, cunetas).

- Estructuras (viaductos, pasos superiores e inferiores, puentes).

- Túneles.

- Firmes.

- Señalización (pintura, señales, barreras, mallas de cierre).

- Anejo de integración ambiental (plantaciones, hidrosiembra, pantallas).

La retirada y reposición de servicios comprende: accesos a fincas, vías de servicio, cruces de líneas

telefónicas, eléctricas, acequias, conducciones de agua y alcantarillado.

Los materiales que aparecen en movimiento de tierras son:

- Tierras.

- Tránsito.

- Rocas.

Estos materiales se pueden clasificar según su velocidad sísmica, y tomando unos valores

orientativos se utilizarán las máquinas que posteriormente 'se verán, y que pueden resumirse en el

siguiente cuadro, en una primera aproximación simplista:





42

EXCAVACION VELOC. SISMICA MAQUINA

Tierras < 1000 m/s

Tractor hoja frontal

Excavadora

Traílla

Tránsito 1000 - 2000 m/s Escarificador (Tractor cadenas)

Roca > 2500 m/s Explosivos

Perforadoras

Tabla 4.1 Velocidades sísmicas

Los volúmenes principales en que se descompone el movimiento de tierras figurarán en el proyecto

con sus precios como unidades de obra, las cuales se corresponden con distintas actividades, pudiendo

estar algunas de éstas agrupados en un sólo precio o unidad de obra.

Las distintas actividades son:

a) Despeje y desbroce del terreno (m2):

Consiste en la demolición de obstáculos, como construcciones, arbolado, etc.

b) Excavación en tierra vegetal (m3):

Es el levantamiento de 1 cobertura de tierra vegetal y traslado a vertederos o acopios para

posterior revegetación de taludes.

c) Excavación en suelos (m3):

d) Excavación en préstamos para el núcleo (m3).

e) Excavación en roca con voladura (m3).

f) Terraplenes (m3).

g) Pedraplenes con productos de voladura o escarificación (m3).h) Explanada mejorada (m3).

i) Refino de taludes en desmonte (m2).

j) Refino de taludes en terraplén (m2).

k) Saneo de taludes en roca (m2).

l) Apertura de pistas de acarreo y caminos de acceso a los distintos tajos.





43

El movimiento de tierras puede representar en la variante de una autovía alrededor de 125.000 -

200.000 m3/Km, y con un precio orientativo de 350 Pts/m3, resultan de 45 a 70 Mill. Pts/Km, y si se

estima para la autovía un costo de 400 - 500 Mill. Pts/Km, representa aproximadamente el 20%,

ocupando del 50-60% del plazo de ejecución.

El movimiento de tierras en una presa de materiales sueltos depende de la longitud de la presa y

caudal punta de aliviadero, que es el que condiciona el volumen de hormigón, el cual puede tener un

costo económico total mayor que el del movimiento de tierras (el precio de la unidad de obra de

hormigón es muy superior al de las tierras).

Unas cifras de valores medios situarían el movimiento de tierras del 45 al 75 %, del presupuesto

total. En el caso de presas de hormigón puede representar del 5 al 10 %.

En resumen, como orientación, movimiento de tierras:

- Autovías: ~ 20-30 %.

- Presas de tierras: ~ 45-75 %.

- Presas de hormigón: ~ 5-1 %.

4.2 CONSTITUCION Y TIPOS DE SUELOS.

Los diversos tipos de suelos que son considerados en el movimiento de tierras pueden variar desde

roca sólida hasta tierra sola, pasando por todas las combinaciones de roca y tierra.

Así los diferentes tipos de materiales ofrecen diferente resistencia para ser movidos, dependiendo

del peso del material, dureza, rozamiento interno y cohesión.

Se tiene que una menor resistencia de remoción implica una mayor facilidad de carga, siendo ésta

última fundamental en la elección del equipo o tipo de maquinaria a utilizar.

Los distintos tipos de tierras se forman con rocas desintegradas, residuos vegetales y animales. Una

vez formada, comprende materia mineral, materia orgánica, agua y aire.





44

Las tierras, en general, pueden dividirse básicamente en cinco grupos: arcillas, limos, arena, gravas

y materia orgánica. La realidad dice que se pueden encontrar estos materiales en forma independiente

o en varias combinaciones y mezclas.

4.3 TIPOS DE EXCAVACIONES.

Los tipos de excavación, se pueden dividir en tres grupos: a cielo abierto, subterráneas y

subacuáticas. Dependiendo de la constitución del terreno y del material excavado, se tendrán que

utilizar unos u otros medios de excavación.

4.3.1 EXCAVACION A CIELO ABIERTO.

La clasificación podría ser la siguiente:

- En roca: es necesario utilizar explosivos.

- En terreno duro: uso de explosivos o ripado.

- En terreno de tránsito: término poco definido, en general se puede excavar por medios

mecánicos, pero no a mano.

- En tierras: se puede excavar a mano.

- En fangos: es necesario emplear medios especiales de transporte o hacer una desecación previa.

Todos los trabajos pueden hacerse en seco o con agotamiento, nivel freático por debajo del plano de

excavación.

En este tipo de excavaciones es fundamental la elección del equipo idóneo para transporte y carga.

Como norma general hay que considerar que el equipo de transporte debe ser cargado entre 3 y 6

cargadoras o ciclos del equipo de carga.

Los puntos a tener en cuenta para seleccionar el equipo de transporte son: Recorrido, distancia,

pendientes y curvas, material a transportar, producción requerida y equipo de carga disponible.





45

Los correspondientes al equipo de carga, por orden de preferencia, son: Producción requerida, zona

de trabajo o carga (amplitud y condicionantes), características del material a cargar (en banco, ripado,

volado), disponibilidad requerida, equipo de transporte a utilizar.

4.3.2 EXCAVACIONES SUBTERRANEAS.

Pueden ser:

- En túnel y galerías: Normalmente es necesario el uso de explosivos o topos según longitud y

tipo de terreno. Debe tener sección suficiente para permitir el uso de medios mecánicos de

excavación, carga y acarreo (mayor de 3 m2).

También se utilizan rizadoras y martillos de percusión. Los escudos cuando los terrenos

son inestables.

- En pozo: Excavación en vertical o casi vertical, teniendo que ser extraídos los productos por

elevación.

Las dificultades, organización, medios auxiliares y coste de éstas excavaciones subterráneas, están

fuertemente condicionadas por la distancia de los frentes de ataque a los accesos y bocas de entrada y

por la presencia de agua, especialmente en excavaciones descendentes.

4.3.3 EXCAVACIONES SUBACUATICAS.

Son aquellas en las que no es posible una actuación desde tierra, siendo necesario el empleo de

material flotante o medios análogos.

Según la naturaleza del fondo, se pueden clasificar en:

- Arenas y fangos: Se pueden transportar por tubería los productos de excavación mediante bombas y dragas de succión.

- Fondos moderadamente duros: Arenas consolidadas y rocas blandas dragas de succión con

cabe, al cortador.

- Fondos duros: Mediante dragas de arranque o rosario. El material extraído no puede

transportarse por tubería, por componerse normalmente de trozos grandes.

- Rocas: Mediante martillo romperrocas o voladuras subacuáticas.





46

4.4 CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA.

Se puede clasificar la maquinaria de excavación y movimiento de tierras, atendiendo a su traslación,

en tres grandes grupos.

4.4.1 MAQUINAS QUE EXCAVAN Y TRASLADAN LA CARGA.

- Tractores con hoja empujadora.

- Tractores con escarificador.

- Motoniveladoras.

- Mototraíllas.

- Cargadoras.

Son máquinas que efectúan la excavación al desplazarse, o sea, en excavaciones superficiales. La

excepción es la cargadora, que cuando excava es en banco, pero luego se traslada con la carga, aunque

la aplicación normal de ésta máquina es para cargar material ya excavado o suelto.

4.4.2 MAQUINAS QUE EXCAVAN SITUADAS FIJAS, SIN DESPLAZARSE.

Realizan excavaciones en desmontes o bancos. Cuando la excavación a realizar sale de su alcance,

el conjunto de la máquina se traslada a una nueva posición de trabajo, pero no excava durante este

desplazamiento.

El desplazamiento necesario entre el órgano de trabajo (hoja, cuchara, cazo, cangilón, etc.) se

efectúa mediante un dispositivo cinemático que modifica la posición relativa de este órgano de trabajo

y el cuerpo principal de la máquina. En este grupo se encuentran:- Excavadoras hidráulicas con cazo o martillo de impacto.

- Excavadoras de cables. Dragalinas.

- Excavadoras de rueda frontal.

- Excavadoras de cangilones.

- Dragas de rosario.

- Rozadoras o minadoras de túnel.





47

4.4.3 MAQUINAS ESPECIALES.

La excavación se efectúa empleando otros dispositivos, siendo su campo de aplicación

generalmente más limitado.

- Topos: La presión sobre el terreno se logra por mediante el desplazamiento del cabezal de la

máquina y el desgarramiento del mismo por un órgano dotado de movimiento rotativo.

- Dragas y bombas de succión: El material (arenas, limos) es arrastrado formando una emulsión

por una corriente de agua que es aspirada por una bomba, que puede impulsarla por una

tubería.

- Dardos y chorros de agua: A gran presión, utilizan la energía cinética y el electo de disolución

del agua para atacar y remover materiales disgregables.

- Fusión térmica: Se utilizan productos que rebajan el punto de fusión y permiten la perforación

y corte de rocas. Se emplea para corte y perforación de rocas y hormigón en circunstancias

especiales.

4.5 CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD.

4.5.1 INDICES DE EXCAVABILIDAD, IE, DE SCOBLE Y MUFTUOGLU.

Se estudian cuatro parámetros geomecánicos importantes que son:

- W: alteración por meteorización.

- S: resistencia a compresión simple.

- J: separación entre diaclasas.

- B: potencia de los estratos.

Se rellena así el siguiente cuadro:





48

CLASES DE MACIZOS ROCOSOSPARAMETROS

1 2 3 4 5

ALTERACION Intensa Alta Moderada Ligera Nula

Valoración < 0 5 15 20 25

Resistencia de la Roca (MPa) < 20 20 – 60 40 – 60 60 – 100 > 100

Compresión Simple (MPa) < 0,5 0,5 – 1,5 1,5 – 2,0 2,0 – 2,35 > 3,5

Valoración (S) 0 10 15 20 25

Separación entre Diaclasas

(m)0,3 0,6 – 1,5 0,6 – 1,5 1,5 – 2,0 > 2,0

Valoración 5 15 30 45 50

Potencia de los Estratos (m) < 0,1 0,1 – 0,3 0,3 – 0,6 0,6 – 1,5 > 1,5

Valoración 0 5 10 20 30

Tabla 4.2 Evaluación del índice de Excavabilidad.

En función de éste índice, resultan unos rangos de utilización de distintos tipos de máquinas.





49

CLASEFACILIDAD DE

EXCAVACION

INDICE

(W+S+J+B)

EQUIPO DE

EXCAVACION

MODELOS DE

EQUIPOS

EMPLEADOS

1 Muy fácil < 40

A. Tractor

B. Dragalina > 5 m3

C. Excavadora de

Cables > 3 m3

2 Fácil 40 – 50

Tractores de

ripado

Dragalinas

Excavadoras

A. Tractor

B. Dragalina >8 m3

C. Excavación de

Cables >5 m3

3 Moderadamente

difícil50 – 60

A. Tractor –

Excavadora – Pala

Cargadora

B. Excavadora

Hidráulica >3 m3

4 Difícil 60 – 70

Dragalinas

Excavadoras A. Tractor –

Excavadora – Pala

Cargadora

B. Excavadora

Hidráulica >3 m3

5 Muy Difícil 70 – 95 Excavadora

Hidráulica > 3 m3

6 Extremadamente

difícil95 – 100

Excavadora

Hidráulica > 7 m3

7 Marginal sin

voladura> 100

Excavadoras

Excavadora

Hidráulica > 10 m3

Tabla 4.3 Rango de utilización de maquinaria según el Indice de Excavabilidad.





50

4.5.2 CLASIFICACION DE FRANKLIN DE UTILIZACION DE MAQUINARIA DE

EXCAVACION.

Como complemento a las clasificaciones anteriores, el cuadro de Franklin relaciona zonas de

utilización de excavadoras, tractores (escarificación), según espaciamiento entre fracturas y un índice

de resistencia a cargas puntuales.

En el ensayo de Franklin, IS (MN/m2) es un índice de resistencia a cargas puntuales (load point

test).

En Geotecnia se considera R C ≈ 20 Is. Franklin da una correlación entre Is y R C (Resistencia a

compresión, el espaciamiento entre fracturas o grado de agrietamiento, el índice RQD (Rock Quality

Desiguation, índice de calidad conocido en mecánica de rocas) y el procedimiento de arranque.

Se deduce de todo lo anterior, que cuando se trata de rocas la velocidad sísmica es un dato más de

los que hay que considerar para utilizar excavadoras, tractores ó voladuras.





51

DESCRIPCION DE SUELO/ROCARESISTENCIA ESPECIFICA A

LA EXCAVACION

RESISTENCIA

A

COMPRESION

GENERAL EJEMPLOS K L(N/cm) K A(N/cm2) (N/cm2)

0 Material granularCarbones. Minerales blandos.

etc.- - -

IBlando. suelo suelto y

arenosoArenas 100 - 500 4 – 13 300

IISuelo relativamente

denso

Arenas arcillosas blandas;

Grava media a fina; Arcillas

blandas o húmedas

200 - 650 12 - 25 300-800

III Suelo denso

Arenas arcillosas duras;

Arcillas; Lignitos blandos;Grava Dura

250 - 800 20 - 38 800-1.000

IV Suelo muy densoArcilla dura; Pizarra arcillosa;

Carbón duro400 - 1.200 30 -50 1.000-1.500

V

Roca semisólida de baja

resistencia; Rocas con

bastantes grietas

Pizarra arcillosa; Arcilla muy

dura; Fosforita blanda; Caliza

muy blanda; Carbones

500 - 1.600 50 - 70 6.000 – 8.000

VIRoca semisólidarelativamente dura; Roca

con grietas

Caliza blanda; Mármol;

Yesos;

Arenisca; Fosforita dura;

Pizarra;

Carbón muy duro; Mineral

muy fracturado

900 – 1.950 70 – 2002.000 – 3.000

3.000

8.000

VII

Roca semisólida dura;

Suelos helados duros;

Rocas con algunas

grietas

Caliza dura a extremadamente

dura; Mármol; Yeso; Arenisca

dura; Mineral pesado con

algunas grieta

1.400 – 2.600 180 – 500 3.000 – 6.000

VIII Rocas con pocas grietas Mineral pesado con pocasgrietas

- - 8.000

IXRoca prácticamente

monolíticaMineral pesado y masivo - - 8.000

Tabla 4.4 Ensayos geomecánicos para evaluar la excavabilidad de las rocas mediante rotopalas.





52

4.6 VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LAS DISTINTAS MAQUINAS.

La selección del tipo de máquina para carga, depende de los materiales, así como de las

circunstancias que concurren en la carga.

- Las cargadoras necesitan materiales a granel y que no precisen excavación, tierras fácilmente

excavables y cargables, rocas sueltas, etc., debiendo realizarse la carga en terreno firme con las

de neumáticos y en terrenos encharcados o con barro con las de cadenas.

- Las retroexcavadoras de cadenas pueden realizar su trabajo en terrenos difíciles, encharcados, con

malos accesos y salidas (zanjas, barrancos) y con una base de trabajo irregular. También para

aquellos trabajos que requieran gran altura de carga y corte, y donde el pavimento sea malo para

los neumáticos. Las retroexcavadoras de neumáticos por su movilidad pueden considerarse más

como urbanas y auxiliares.

- Las excavadoras de empuje frontal eléctricas pueden utilizarse cuando además de concurrir las

condiciones anteriores, hay facilidad para utilizar una línea eléctrica. (Las grandes cargadoras

exigen motores eléctricos y se necesita tender una línea: Minería, fábricas de cemento, ...).

- Dragalinas; para el movimiento de materiales encharcados o fangosos, con frentes de trabajo

blandos que no soportan el peso de las máquinas convencionales.

MÁQUINA APLICACIÓNALCANCE,

OBSERVACIONES

Tractor, cadenas Sólo arranque y extendido ~ 15 m

Retroexcavadoras Arranque y carga ~ 10 m

TraíllaCorte + Descarga + Acarreo

+ Descarga + Extendido~ 20 m

Cargadora CargarComplemento de un equipo

3 – 5 m

Motoniveladora Extendido – nivelación

Mantenimiento de pistas~ 10 m

Dragalina

Arranque – dragado

Limpieza cauces en zonas

húmedas y blandas

~ 30 m

Donde se hunden

tractor y retros

Tabla 4.5 Principales características de máquinas fundamentales en movimiento de tierras.





53

4.7 ELECCION DE LA MAQUINARIA.

Deben tenerse en cuenta como requisitos previos los siguientes:

- Cumplir la producción requerida.

- Que se adapte y sea flexible a las condiciones presentes y futuras de operación.

- Que provoque una organización lo menos costosa y complicada posible.

- Que tenga una fiabilidad suficiente.

- Que tenga asegurado por el fabricante, para un cierto tiempo de su vida, asistencia técnica y

repuestos (Servicio postventa).

En la elección de las máquinas es importante la nueva doctrina del Aseguramiento de la Calidad.

Esto se refiere a que el fabricante haya conseguido por algún organismo (T.U.V., por ejemplo) la

certificación de sus sistemas de calidad, de acuerdo a las exigencias de las normas U.N.E.. Esta

certificación de calidad puede cubrir también otros aspectos muy necesarios para el usuario como son

los servicios postventa.

Los criterios económico-financieros para la elección de una máquina, pueden resumirse de la

siguiente forma:

POR PRODUCCION m3 ó t/h

ECONOMICOS (Por coste) Pts/m3 ó t

INVERSIONCOMPRALEASING AMORTIZACION

ALQUILER

CRITERIOSGENERALES DE

ELECCION DE UNAMAQUINA

FINANCIEROS

SUBCONTRATACIÓN DE LA

UNIDAD DE OBRA

Tabla 4.6 Criterios generales de elección de una máquina.





54

4.8 MECANIZACION DE UNA OBRA.

En construcción de autovías se necesitan fuertes inversiones en maquinaria. Un ejemplo de esto es

la Autovía de Andalucía, un tramo de 49,628 Km, con un presupuesto de 22.500 millones de pesetas;

la inversión del Contratista General en maquinaria fue de 3.000 millones.

Indice de mecanización de una obra = Valor maquinaria en la obra/Obra ejecutada en 1 año

Si la duración fue de 3 años, sale un índice del 40% y en 1,5 años del 20%, lo que quiere decir, que

a menor duración se requiere más maquinaria para una mayor producción. En obras de carreteras, el

índice tiende al 100%, considerando como maquinaria la del Contratista General y la de todos los

subcontratistas.

El índice de inversión de maquinaria de una empresa es la relación entre el valor anual de

adquisición de maquinaria y la obra total anual.

El índice de inversión de las nueve principales empresas del Seopan en todo el conjunto de obras

varía entre el 3,6 y el 13,3%, de media 8% (Año 1991). Resulta decreciente con los años porque sólo

considera la maquinaria propia, no la de los subcontratistas, y lo que evidencia es que cada vez se

subcontrata más.

Dos reglas elementales respecto a la maquinaria en la obra:

- Las máquinas son siempre baratas para el trabajo que realizan si están bien elegidas.

- Los nuevos modelos hacen obsoletos a los anteriores y antieconómicos de producción y

disponibilidad.

4.9 LOS NEUMATICOS EN LAS MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS.

4.9.1 CAPACIDAD Y RENDIMIENTO

Es importante la elección de los neumáticos de las máquinas de acuerdo con las condiciones en que

han de trabajar, para obtener un adecuado rendimiento.





55

El elemento sobre el cual se puede influir más directamente para variar el rendimiento de los

neumáticos es el inflado. Al variar la presión de inflado varía el área de la huella, la resistencia a la

rodadura, la flotabilidad, etc.

En general, en un terreno blando o arenoso se deben usar neumáticos de medidas mayores con la

mínima presión de inflado, para que la presión unitaria sobre el terreno sea la menos posible.

4.9.2 DURACION Y FACTORES.

La vida óptima de un neumático podría ser 5.000 horas o 80.000 Km (corresponde a una velocidad

media de 16 Km/h) y la duración promedio de unas ruedas motrices es de unas 3.000 horas.

1º Grado de carga para la presión de aire con que setrabaja

2º Velocidad de marcha

T.V.H.

Operario

3º MantenimientoComprobaciónInflado periódico

FACTORES QUEINFLUYEN EN LADURACION DE

LOS NEUMATICOS

4º Calidad abrasiva delmaterial

Tabla 4.7





57

Terreno blando Dibujo con surcos profundos

Dibujo con surcos profundos

Terreno firme Dibujo poco profundo consurcos gruesos

Terreno rocosoDibujo poco profundo con

surcos gruesos

Huella lisa y lo mayor posible

DIBUJO DE LOS NEUMATICOS

Terreno que sehunde

Mínima presión de inflado

Mínima presiónunitaria sobre elterreno

Tabla 4.9 Dibujo de los neumáticos

4.9.5 CONCEPTO T.V.H.

Es un criterio para comparar resultados de la vida de neumáticos fuera de carretera (off road), caso

de dúmperes, traíllas, etc.

T.V.H. representa toneladas medias transportadas por la velocidad media y por las horas recorridas.

(Toneladas x Km recorridos en su vida).

Ejemplo: El camión A acarrea 35 t. a una velocidad media de 16 Km/h y se han cambiado los

neumáticos cada 3.000 horas. El camión B acarrea 35 t. a 20 Km/h, y se cambian los neumáticos a las

2.500 horas.

Camión A: T.V.H. = 35 x 16 x 3.000 = 1.680.000 t x Km

Camión B: T.V.H. = 35 x 20 x 2.500 = 1.750.000 t x Km

Luego, han dado mejor resultado los del B.





58

Cada neumático tiene una cifra de fabricante de T.V.H., si las exigencias de trabajo son superiores,

habrá que reducir velocidad, o carga, o usar neumáticos con mayor T.V.H





59

CAPITULO 5

MAQUINARIA EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS

5.1 ESFUERZO DE TRACCIÓN Y RESISTENCIA AL MOVIMIENTO.

5.1.1 LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA TRACCIÓN.

Los tractores, utilizados normalmente en el movimiento de tierras, están caracterizados por una

relación muy bien determinada entre el esfuerzo que proporciona el motor y la velocidad ideal que proporciona. Esta relación es consecuencia directa de las curvas [par-rpm]. Sabiendo el número de

[rpm]a las que el motor trabaja, se obtiene el esfuerzo de tracción.

5.1.2 RESISTENCIA A LA RODADURA.

La resistencia que opone el terreno al avance de una determinada máquina, se obtiene de la forma:

Rr = K r P t

Siendo:

R r : Resistencia al desplazamiento(rodadura) (Kg)

Pt : Peso del vehículo en orden de marcha, con su carga (t)

K r : Coeficiente de rodadura (Kg/t)

El valor de Pt se suele obtener multiplicando el valor del peso de la máquina sin aditamentos, por

1.45.

Los valores usualmente empleados del coeficiente de rodadura son los siguientes:





60

NEUMÁTICOS ORUGAS

Macadam

Tierra secaTierra no trabajada

Tierra trabajada

Tierra y barro

Arena y grava

Mucho barro

Pista dura y lisa

Pista firme y lisa

Pista de tierra con rodadas

Pista de tierra con rodada blanda

Pista de grava suelta

30

6075

80

100

125

170

20

30

50

75

100

32

4055

65

80

90

110

--

--

--

--

--

Tabla 5.1 Coeficiente de rodadura

5.1.3 INFLUENCIA DE RAMPAS Y PENDIENTES.

Dado que las pendientes o rampas no tienen mucha inclinación, se puede utilizar la siguienterelación fácilmente deducible:

t p P p R ⋅±= 10

siendo:

R p : Resistencia a pendientes o rampas (Kg).

p : Inclinación de la pendiente en valor absoluto en %. Para rampas (+) Para pendientes (-).

Pt : Peso del vehículo en orden de marcha, con su carga (t)

Se desprecian otras resistencias como las debidas al aire o las debidas a la inercia.

Se denomina esfuerzo útil al esfuerzo capaz de proporcionar la máquina menos el esfuerzo debido a

la rodadura menos (o más) el debido a la rampa (o pendiente).





61

5.2 PROBLEMÁTICA DE LA ADHERENCIA.

Los elementos motrices de las máquinas (neumáticos, orugas,..) pueden no tener una adherencia

perfecta con el suelo. De nada serviría una máquina con un esfuerzo de tracción útil elevado si por

falta de adherencia (órganos de rodadura-suelo) no lo pueden desarrollar.

La condición de la adherencia debe comprobarse en todos los cálculos para tener situaciones reales

de comportamiento.

El esfuerzo máximo que puede establecerse está dado por la simple expresión:

E a = K a P t

Siendo:

Ea : Esfuerzo adherente

K a : Coeficiente de adherencia

Pt : Peso total de la máquina, en orden de marcha más su carga (Kg)

El coeficiente se calcula experimentalmente, pudiendo establecer los siguientes valores:

NEUMÁTICOS ORUGAS

Arcilla dura seca

Arcilla dura húmeda

Marga arcillosa seca

Marga arcillosa húmeda

Arena seca

Arena húmeda

Suelo de cantera

Camino de gravaTierra firme

Tierra suelta

0.9

0.2

0.5

0.4

0.2

0.4

0.60.4

0.6

0.45

0.6

0.3

0.9

0.7

0.3

0.5

0.50.5

0.9

0.6

Tabla 5.2 Coeficiente de adherencia





62

5.3 EXCAVACIÓN EN DESMONTE Y EXPLANACIÓN.

5.3.1 CARACTERIZACIÓN DE LA ACTIVIDAD.

Es el conjunto de operaciones para nivelar y desmontar el terreno en el que ha de asentarse una obra

o para extraer de préstamos las tierras necesarias para ejecutar un terraplén.

Atendiendo a la dureza del terreno, la excavación se clasifica en:

- excavación en roca,

- excavación en terreno de tránsito,

- excavación en tierra.

Este tipo de actividades se suele realizar con equipos pesados de maquinaria de Obras Públicas,

dado que cuando el volumen de tierras a excavar es importante, resulta necesario emplear maquinaria,

por tratarse siempre de la solución más económica.

5.3.2 EXCAVACIÓN POR MEDIOS MECÁNICOS.

A. EL BULLDOZER.

Los bulldozer son tractores dotados de una cuchilla frontal rígidamente unida a él, que forma un

ángulo de 90º con el eje del tractor. La cuchilla tiene movimiento vertical.

Se emplea para realizar excavaciones superficiales en terrenos compactos, para la limpieza de capas

vegetales y extendido de tierras y árido.

La distancia óptima de trabajo es hasta 100 m y velocidad hasta 10 Km/h montado sobre orugas y

hasta 25 Km/h montado sobre neumáticos

El angledozer es similar al bulldozer, pero con posibilidad de dar a la cuchilla giro en plano

horizontal. La cuchilla está más separada de la máquina y no forma un conjunto tan rígido, resultando

menos apropiados los angledozer para los trabajos de potencia.





63

En las especificaciones técnicas de los diferentes fabricantes, están detalladas las dimensiones, los

pesos, los sistemas internos de configuración, … , incluso las curvas que caracterizan el esfuerzo.

Figura 5.1. Bulldozer DD80(L) de DAEWOO.

A.1. Actividad de excavación y transporte.

A.1.1. Esfuerzo de Excavación

En la excavación del material se realiza un esfuerzo, evaluado por la siguiente relación:

E e = [C 1+C 2 H] l

Siendo:

Ee : Esfuerzo arranque en Kg.

h : Espesor tongada en cm.





64

H : Altura tierras arrastradas en cm.

C1 y C2 Coeficientes

En el momento de empezar la excavación h = H, permitiendo evaluar el espesor inicial de la

tongada a excavar en función del esfuerzo disponible.

C1 C2

Tierra comúnArena y gravaPiedra sueltaArcilla o material granular

140

115

190

230

6.5

9

8

7

Tabla 5.3 Valores de los coeficientes C1 Y C2

A.1.2. Rendimiento

El rendimiento de bulldozer viene dado por la fórmula siguiente:

( )n

T

Ct FeV hm R

c

c ⋅⋅⋅⋅

=603

Vc : Capacidad de la cuchilla, en m3 de material esponjado.

Fe : Factor de eficacia de la máquina. No se puede lograr que la máquina trabaje de forma

continuada. Su mayor o menor eficacia depende del conductor, estado de la máquina, clase

de terreno y tipo de trabajo. El factor de eficacia suele varia entre el 70% y el 80%.

Ct : Coeficiente de transformación. Se pueden establecer los valores medios del siguiente cuadro,

según que el material transportado por la máquina se cubique s/perfil, esponjado ocompactado.





65

VOLUMEN (m3)

CLASE DE

TERRENO S/PERFIL ESPONJADO COMPACTADO

Tierra

Arcilla

Arena

1.00

1.00

1.00

1.25

1.40

1.10

0.90

0.90

0.95

Tabla 5.4

Tc : Tiempo empleado en el ciclo, en minutos. Es la suma del tiempo fijo y del tiempo variable.

Tiempo fijo es el que se emplea en maniobras El tiempo variable depende de la distancia y

de la velocidad de marcha.

N : Coeficiente de gestión, acoplamiento al tajo y adaptación. Varía entre 0.8 y 0.9.

A.1.3. Ciclo de trabajo piloto

Puesta e movimiento e hinca de la hoja ………………………………………. 5 seg.

Excavación …………………………………………………………………….exc

exc

V

L

Parada …………………………………………………………………………. 2 seg.

Giro ……………………………………………………………………………. 2 seg.

Inversión de marcha …………………………………………………………… 1 seg.

Retroceso ………………………………………………………………………retroc

retroc

V

L

Parada …………………………………………………………………………. 2 seg.

Giro ……………………………………………………………………………. 2 seg.

Inversión de marcha …………………………………………………………… 1 seg.





66

A.2. Actividad de ripado.

En terrenos muy compactos es necesario utilizar un bulldozer para ripar la superficie, siempre que

ésta no exceda el valor de 3500m/seg de velocidad sísmica.

La gran importancia económica del ripado reside en el abaratamiento del costo de extracción de

ciertos materiales que no son excavables directamente. El parámetro que decide si un terreno es ripable

o no es su velocidad sísmica.

Vs: VELOCIDAD SÍSMICA (m/seg.) RIPABILIDAD

V s<400 No es necesario utilizar riper

400<V s<800 Riper de 3 dientes

800<V s<200 Riper de 2 dientes

1200<V s<2000 Riper de 1 diente

2000<V s<3000 Estudio especial

3000<V s<3500 Prevoladura y posterior ripado

V s>3500 No se debe ripar

Tabla 5.5

El rendimiento de un bulldozer ripando viene definido por la relación:

ε⋅⋅⋅⋅=

t V C B A

h

m R

3

siendo:

ε : Valor asociado al número de dientes que utiliza el bulldozer

ε = 1 1 diente

ε = 1.9 2 dientes

ε = 2.7 3 dientes

Vt : definida por la relación:





68

Obras grandes …….... 0.60

A : Coeficiente de solape:

Se adopta para todos los casos el valor de 0.9

Para todos los casos se supone que el tractor tiene suficiente potencia móvil y que supera de

forma permanente el límite por adherencia.

B. TRAILLAS.

Las traíllas son máquinas diseñadas para realizar simultáneamente la excavación, el transporte y el

extendido de tierras. Se emplean en obras lineales de movimiento de tierras (canteras, canales, etc.).

Las traíllas pueden ser remolcadas por tractores, para distancias de transporte de 100 m. a 500 m. o

autopropulsadas, para distancias de transporte de 300 a 1500 m.

La velocidad oscila entre 30 y 60 Km/h, dependiendo de las circunstancias de la vía.

Figura 5.2 Motoniveladora de la gama CHAMPION GRADERS de VOLVO.





70

Tc : Tiempo del ciclo en minutos. El tiempo fijo corresponde a la carga y al extendido de tierras.

El tiempo variable es el necesario para el recorrido de ida y vuelta.

n : Coeficiente de gestión, adaptación y acoplamiento.

Como en casos precedentes, el principal elemento es el ciclo.

La capacidad nominal real de una traílla es la siguiente:

CNR = CNP x Cd

siendo:

CNP : Capacidad nominal práctica

Cd : Coeficiente de disgregación del material

MATERIAL Cd

Tierra buena, zahorra 1

Arcilla arenosa 0.98

Arcilla seca 0.95

Arena suelta 0.90

Grava suelta 0.85

Arcilla húmeda 0.80-0.95

Roca ripada 0.75-0.90

Tabla 5.7

Longitud de carga y descarga:

e

cC Lh

CNRl

⋅⋅=

donde

Ce : Coeficiente expansión del terreno.

h : Altura de la cuchilla (0.25/0.30 m.)





72

b) Tiempo invertido en acoplamientos (sólo en las trallas empujadas)

m

ca

V

l t

4.0

3 ⋅=

equivalente a la anterior.

El rendimiento global está multiplicado por un factor que engloba el coeficiente de gestión,

adaptación y acoplamiento, que tiene unos valores comprendidos entre 0.9 y 0.8.

C. PALAS EXCAVADORAS Y CARGADORAS.

Son máquinas compuestas de un bastidor montado sobre orugas o neumáticos y una superestructura

giratoria dotada de un brazo con cuchara, accionado por mando hidráulico o por cables.

Se utilizan para excavar en frentes de trabajo de cierta altura y realizan los movimientos siguientes:

excavación de abajo hacia arriba, giro horizontal y descarga de la cuchara, giro horizontal de regreso al

frente de trabajo.

Figura 5.3 Pala cargadora WA700-3 de Komatsu

Las palas cargadoras son máquinas sobre orugas o neumáticos, accionadas por mando hidráulico,

adecuadas para excavaciones en terrenos flojos y carga de materiales sueltos, en camiones o dúmper.





73

Figura 5.4 Pala excavadora SOLAR 450-III GIANT de DAEWOO.

El rendimiento de las palas viene dado por la fórmula:

c

t c

T

C ´· Fe· Fe··V

h

m R

36003

=

Vc : Capacidad de la cuchara en m3.





74

Fe : Factor de eficacia de la máquina, entre 70 y 80%.

Fe´ : Factor de eficacia de la cuchara, que depende de la clase de terreno:

Terreno flojo ……… 90-100%

Terreno medio ……. 80-90%

Terreno duro ……… 50-80%

Tc : Tiempo de duración del ciclo en segundos. Comprende la excavación el giro hasta la

descarga, la descarga y el giro hasta origen. El tiempo del ciclo, con rotación de 90º es:

Terreno flojo ……… 15-20 seg.

Terreno medio ……. 20-25 seg.

Terreno duro ……… 25-30 seg.

Para rotaciones mayores o menores, se sumarán o restarán 2 segundos por cada 10º (18 seg por 90º).

Figura 5.5 Descarga de tierras sobre un dúmper; máquinas VOLVO.

Una estimación media de lo que podría ser un ciclo-piloto de una pala cargadora, puede ser la

siguiente:

Excavación y carga ………………… 6 seg.

Inversión marcha …………………... 1 seg.

Retroceso cargada ………………….. 3 seg.

Giro ………………………………… 1 seg.

Parar ………………………………... 1 seg.





75

Descenso carga ……………………... 4 seg.

Invertir marcha ……………………... 1 seg.

Transporte ………………………….. 6.312

L

Parar ………………………………... 1 seg.

Voltear carga ……………………….. 4 seg.

Invertir marcha ……………………... 1 seg.

Retroceder …………………………...2 seg.

Giro …………………………………..1 seg.

Avance frente ……………………….. 6.320

L

Parar …………………………………1 seg.

TOTAL …

++20

1

12

16.327 L segundos

D. CAMIONES Y DÚMPERS.

El transporte de material excavado a vertedero o al lugar de empleo es uy usual en las obras. Esta

operación comprende el transporte de tierras sobrantes de la excavación a vertedero, o bien el

transporte de las tierras necesarias para efectuar un terraplén o un relleno.

El transporte de tierras a vertedero puede formar una unidad única con la excavación en desmonte y

el transporte de tierras para pedraplén suele estar incluido en la unidad de terraplén compactado,

especialmente cuando esta unidad se realiza con bulldozer o traíllas.

Tanto camiones como dúmper son medios de transporte ara largas distancias, con una serie de

peculiaridades. Mientras los primeros no pasan de un peso de 13 toneladas por eje (pueden circular por

carreteras convencionales), los segundos no. Los segundos, además de su gran capacidad, tienen un

diseño especial que los compatibilizan para soportar cargas bruscas, terrenos accidentados, etc.





76

- Camiones: Vehículos de caja descubierta, destinados al transporte de cargas superiores a 500

Kg, siempre han de ser basculantes.

- Dúmper: Vehículos de caja basculante muy reforzada (tara mayor o igual a la carga útil).

Suelen tener varios ejes tractores y calzar neumáticos todo terreno. Se emplean para

transportes cortos, fuera de carreteras o caminos y tienen capacidad de carga muy variable.

Suelen tener una elevada capacidad de transporte, oscilando los pesos netos entre 30 y 40

toneladas con cargas útiles entre 40 y 60 toneladas.

Figura 5.6 Dúmper Terex serie TR60





77

Figura 5.7 Dúmper articulado TEREX TA35.

El ciclo de trabajo de un dúmper se puede desglosar de la forma siguiente:

- Salida de la zona de carga.

- Transporte cargado.- Descarga.

- Maniobra de salida de la zona de descarga.

- Transporte vacío (retorno).

- Maniobras hasta posición de carga.

- Carga.

Para evaluar los tiempos de transporte, las especificaciones técnicas de cada vehículo, permiteestimar la velocidad, en las dos situaciones diferentes: cargado y vacío.

Las otras actividades complementarias se estiman con criterios lógicos basados en la experiencia.

La carga depende del sistema que se utilice. La producción obtenida para la pala, marca la

producción.





78

Interesa cargar al dúmper o camión con un número entero de paladas.

El rendimiento de la maquinaria de transporte viene dado por la fórmula siguiente:

c

c

T FeV

hót m R ·60·

3

=

Vc : Capacidad de la caja en m3 o t.

Fe : Capacidad de eficacia de la máquina, siendo función del conductor y estado de la misma,

tipo de tierras a transportar y estado del terreno. Varía entre el 70 y 80%.

Tc : Tiempo del ciclo en minutos. Suma del tiempo fijo (carga, descarga y maniobra) y del

tiempo variable (marcha).

La unidad de transporte de tierras se mide y abona por metros cúbicos de tierras realmente

transportados, es decir, de tierras esponjadas.

En proyecto, el transporte de tierras a vertedero se mide por diferencia entre el volumen de

excavación y el volumen de relleno, teniendo en cuenta el coeficiente de esponjamiento. El transporte

de las tierras necesarias para realizar un terraplén o un relleno en función del volumen necesario para

estas unidades y se mide sobre planos o perfiles del proyecto.

En obra, el transporte de tierras a vertedero se mide por diferencia entre el volumen realmente

excavado y el de relleno, teniendo en cuenta el esponjamiento real del terreno. También puede medirse

por cubicación de la caja de los camiones y conteo de los mismos, pero este procedimiento se presta a

errores y discusiones entre la Dirección de Obra y el Contratista.

El transporte de tierras a obra para ejecutar un terraplén o pedraplén, se mide en función del

volumen de terraplén o relleno a realizar, por diferencia entre los perfiles iniciales y finales tomados

directamente en obra.





79

Figura 5.8 Dúmper trabajando en condiciones climáticas extremas.

Un estudio general más completo lleva a considerar el tándem pala-camión/dúmper de la siguiente

forma:

- Ciclo de la pala: tp seg.

- Carga de una palada: Cp m3 banco.

- Número de paladas:Cp

Cd N =

Cd es la capacidad del dúmper en “banco”.

1 m3 banco ------------------- δ m3 dúmper

δ

dumper V

Cd =

- Tiempo de carga: tc = N·tp

- Ciclo dúmper: Td

- Número de dúmper:tp N

Td n

·=

Como se aprecia, es de gran interés la calificación del volumen final que se considere:

banco/camión.

Si no se dispone de mejores datos, se pueden utilizar los siguientes valores:





80

TIPO DEMATERIAL

EN BANCOEN

MONTÓNEN HOJA

DE MÁQUINAEN

CAMIÓN

Material muy suelto 1 m3 1.35 m3 1.10 m3 1.30 m3

Material medio 1 m3 1.60 m3 1.25 m3 1.50 m3

Roca 1 m3 2.00 m3 1.45 m3 1.70 m3

Tabla 5.9

E. EXCAVACIÓN A MANO.

Este tipo de excavación se realiza en obras de pequeña importancia y con volúmenes muy

reducidos.

El rendimiento medio de un peón en excavación y extracción de los productos es:

En tierra floja ………………………....……… 6-7 m3 /día

En tierra media ……………………..………… 4-5 m3 /día

En tierra dura ………………………………… 2.5-3 m3 /día

En terreno de tránsito ……................………… 1.5-2 m3 /día

Un peón de fuerza media puede palear:

1.6 a 1.8m. en altura

3 a 4 m. en horizontal

2 a 3 m. salvando un desnivel de 1m.

5.3.3 SISTEMAS ORGANIZATIVOS GENERALES.

A continuación, y sin carácter exhaustivo, se indican una serie de ideas que resumen, en cierta

manera, lo tratado en este punto, e demás marcada significación en la compleja actividad del

movimiento de tierras.





81

A. La producción.

Terreno

Arrancar V(m3). Cubicar(interesa afinar en los cálculos)

Transportar - Como parámetro: TIEMPO T (horas)

- Hay que ir a un ritmo de tantos m3/hora

Depositar: EXTENDIDO

PRODUCCIÓN

B. El coste.

Para cada terreno, con las máquinas disponibles, se deduce la Producción. Con la producción: hay

que tratar de “casar” la maquinaria para conseguir los m3/hora necesarios para cumplir con los

volúmenes y el tiempo y de aquí obtener el número de máquinas y con los precios el COSTE, es decir,

Ptas./hora, de la maquinaria. Así se puede lograr el coste total, que hay que tratar de minimizar.

C. Organización de los tajos.

- Cubicación del movimiento de tierras. Sobre perfiles en plano o en campo.- Calendario de días útiles. Limitaciones del Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares.

- Planificación inicial de acoplamiento de producción de maquinaria.

- Separar los tajos.





83

TRANSPORTE 0-100 m. 100-200 m. ⟩ 200 m.

BULLDOZER - - -PALA - 150-200 -

TRAILLA - - -PALA-DÚMPER - - -

Tabla 5.11 Esquema de utilización de la maquinaria y distancias óptimas de transporte

E. Configuración del coste total.

- Plan de obras: Diagrama de barras.- Costes horarios de maquinarias, actualizados.

- Coste unitario de cada tajo.

- Coste de mano de obra auxiliar.

Ingeniero.

Ingeniero Técnico.

Oficial 1ª.

Peón especializado.Peón

- Otros trabajos complementarios (caminos complementarios, energía eléctrica).

Presupuestos parciales y global.

Evaluación global de los resultados.

La unidad se mide y abona por metros cúbicos realmente excavados, medidos sobre perfil, por

diferencia entre los datos iniciales tomados antes de comenzar los trabajos y datos finales tomados

después de concluidos.

El procedimiento normal es el de realizar un levantamiento topográfico antes de iniciar los trabajos

y otro a su terminación, dibujando los correspondientes perfiles transversales para la medición.

En otros casos se pueden dejar unos hitos que sirvan de testigos para la cubicación de las tierras.





84

Los desmontes pueden medirse también por cubicación de las cajas de los camiones que transportan

los productos excavados, determinando previamente el esponjamiento real del terreno.

Se aplicará la fórmula siguiente:

100

1 e

N V D c

⋅⋅

=

D : Excavación medida sobre el perfil en m3.

Vc : Medida de la caja del camión en m3.

N : Número de camiones.

E : Esponjamiento real del terreno en %.

Aunque en otro punto ya se ha tratado el tema de la cubicación de perfiles grafiados, se incluye a

continuación un resumen de las diferentes secciones que pueden coincidir al determinar el volumen de

excavación.

5.4 EXCAVACIONES ESPECIALES

5.4.1 EXCAVACIÓN EN ZANJA.

Se entiende por excavación en zanja, la excavación longitudinal cuyo fondo tiene una anchura igual

o inferior a dos metros, pudiendo ser las paredes verticales o inclinadas con un cierto talud.

Atendiendo a la dureza del terreno, la excavación se clasifica en :excavación en roca, en terreno de

tránsito o en tierra, pudiendo ser este último caso floja, media o dura.

5.4.1.A. Excavación a mano.

Cuando se trate de pequeños volúmenes, la excavación en zanja puede realizarse a mano.

El rendimiento medio de un peón es el siguiente:





86

Terreno flojo …………………………… 90-100%

Terreno medio …………………………… 80-90%

Terreno duro …………………………… 50-80%

Ct : Coeficiente de transformación. Para transformar el material esponjado que contiene

la cuchara de la máquina, en material en su estado natural, medido sobre perfil.

VOLUMEN (m3)

CLASE DETERRENO

S/PERFIL ESPONJADO COMPACTADO

Tierra 1.00 1.25 0.90

Arcilla 1.00 1.40 0.90Arena 1.00 1.10 0.95

Tabla 5.12

Tc : Tiempo de duración del ciclo, en segundos. Comprende la excavación, el giro hasta

descarga y el giro hasta origen.

El tiempo del ciclo, con rotación de 90º es:

Terreno flojo …………………………… 15-20 segundos

Terreno medio …………………………… 20-25 segundos

Terreno duro …………………………… 20-30 segundos

Para rotaciones mayores o menores, se sumarán o restarán 2 segundos por cada 10º.

La excavación en zanja se mide y abona por m3 realmente ejecutados, medidos sobre perfil. En proyecto la medición se realiza sobre planos, teniendo en cuenta la sección de tipo de zanja

correspondiente a cada punto.

En obra se mide la excavación realmente ejecutada, con ayuda de los perfiles transversales que

previamente hay que levantar.





87

En algunos casos puede abonarse la excavación por metro lineal, como en los casos de zanjas para

conducciones de agua, eléctricas.

EXCAVACIÓN CONEXTRACCIÓN

ANCHURA DE LA ZANJA (cm)CLASE DETERRENO

80-100 60-80 50-60

RELLENO YCOMPACTACIÓN

Tierra floja

Tierra media

Tierra dura

Tierra de tránsito

1.20

1.65

2.90

4.50

1.30

1.75

3.10

4.80

1.40

2.15

3.30

5.10

1.20

1.20

1.20

1.20

Tabla 5.13

En la excavación con entibación se aumentan los tiempos en 0.55 h.

5.4.2 EXCAVACIONES EN POZO Y VACIADO.

5.4.2.A Excavación en pozo.

Son excavaciones verticales, de sección circular o poligonal (cuadrada o rectangular), cuya

profundidad es superior a dos veces el diámetro o lado mayor de la sección.

La excavación puede hacerse a mano o por medios mecánicos, utilizándose en este caso palas

retroexcavadoras o con cuchara bivalva, cuyo rendimiento se calcula de modo análogo a los casos

anteriores.

La diferencia con la excavación en zanja estriba, fundamentalmente, en e mayor tiempo y coste que

supone la extracción de los productos excavados.

Si la excavación se hace a mano, puede tomarse como rendimiento de la extracción con torno a

0.06h. de peón /m3 y m. de altura.





88

Si la excavación se hace por medios mecánicos hay que aumentar adecuadamente el tiempo de

duración del ciclo de la máquina excavadora Tc, para tener en cuanta la profundidad de la excavación

a realizar.

La unidad se mide y abona por m3 realmente excavado, medido sobre perfil.

CLASE DETERRENO

CARGA ACARRETILLA

CARGA ACAMIÓN

ELEVACIÓN CONPOLEA O TORNO

(por cada m)

Tierra floja

Tierra media

Tierra dura

T. de tránsito

0.70

0.75

0.80

0.85

0.75

0.85

0.95

1.05

0.06

0.06

0.06

0.06

Tabla 5.14 Horas de peón necesarias para realizar 1 m3 de carga y elevación de tierras

5.4.2.B Vaciado.

El vaciado es una excavación a cielo abierto, que tiene la particularidad de que la cota del terrenoexcavado queda por debajo de la del terreno circundante en toda su extensión. Ejemplo típico de

vaciado es la excavación necesaria para construir el sótano de un edificio.

En general, los vaciados no suelen ser de gran extensión, por lo que se emplean para realizarlos

maquinaria de excavación de poca movilidad, como palas excavadoras o cargadoras, complementadas

con camiones volquetes para el transporte de los productos sobrantes a vertedero.

5.4.3 ENTIBACIONES Y AGOTAMIENTOS.

5.4.3.A Entibaciones.

Son aquellas obras que tienen por objeto reforzar las paredes o frentes de las excavaciones en

zanjas, para evitar el riesgo de los posibles desprendimientos de tierra.





89

Cuando se quiere evitar la entibación y lograr que el terreno permanezca estable, es necesario dejar

el terreno excavado con una inclinación igual o menor que su ángulo de talud natural (ángulo de

rozamiento interno). Sin embargo, en muchos casos no es posible proceder así debido, por una parte, al

elevado coste de las sobreexcavaciones (caso de zonas urbanas), lo que hace necesario construir las

entibaciones adecuadas para garantizar la seguridad.

Las entibaciones suelen realizarse con madera (tablones, tablas y rollizos) con elementos metálicos

(paneles y puntuales), empleándose también cuñas, clavos y grapas.

CLASE DE OBRA CUADRILLA (h) MADERA (l)

Poco cuajada 0.30 4

Medianamente cuajada 0.50 6

Totalmente cuajada 1.00 8

Tabla 5.15 Mano de obra y madera necesaria por número de entibación

Según la densidad de la madera a utilizar, se pueden clasificar en poco, medianamente y totalmente

cuajadas. A medida que el terreno tiene menos cohesión, la entibación deberá ser más cuajada,

debiendo llegar a ser totalmente cuajada en terrenos sueltos arenas).

La unidad de medida es normalmente el metro cuadrado de superficie entibada.

En proyecto se mide la superficie que se estima puede correr peligro de desprendimiento, que suele

ser una parte o el total de cada una de las paredes de la zanja, pozo o vaciado.

En obra se mide la superficie realmente entibada, teniendo en cuanta que la parte inferior de las

paredes de las zanjas (20 a 40 cm) no suelen protegerse y, por lo tanto, no deben medirse ni abonarse.

La mano de obra necesaria para entibar y desentibar, está constituida por una cuadrilla formada por

un oficial entibador y un ayudante. La madera se estima que tiene una duración de 8 posturas, pues





90

aunque su duración teórica puede ser mayor, hay que tener en cuenta las pérdidas, bien por quedar

aprisionada entre las tierras, o bien por los cortes que hay que darle para su adaptación.

5.4.3.B Agotamientos.

Los agotamientos tienen por objeto eliminar el agua existente en determinados puntos de la obra,

especialmente en excavaciones y cimentaciones, para poder trabajar en seco con ellos.

El agotamiento se realiza normalmente por uno de los sistemas siguientes:

- Canalizando las aguas hacia el punto más bajo, donde se instala una bomba adecuada que

permita elevar y evacuar las aguas.

- Estableciendo una serie de pozos filtrantes, dotados cada uno de su correspondiente bomba y

rebajando así el nivel freático en toda la zona de trabajo.

El equipo necesario para realizar los agotamientos está compuesto por grupos motobombas

sumergibles con motor eléctrico o por grupos centrífugos con motor eléctrico o gasolina, así como por

las correspondientes tuberías de aspiración e impulsión. Estas bombas pueden trabajar con agua que

contenga arenas, arcillas o limos, hasta densidades del orden de 1.40 t/m3.

La potencia del grupo motobomba a utilizar depende en cada caso del caudal a evacuar y de la

altura manométrica de impulsión. Existen grupos motobombas especiales para agotamiento, con

potencias comprendidas entre 3 y 9 CV y caudales entre 20 y 600 m3/h.

En las obras en que se prevé la existencia de agua en el terreno, la partida de agotamiento se

encuentra normalmente incluida en la unidad de excavación, dividiéndose esta en dos partes, una

excavación en seco y otra excavación con agotamiento.

Cuando sea necesario establecer una partida de agotamiento independiente, para poder realizar

alguna unidad de obra en seco, la partida de agotamiento se mide y abona por hora o por jornada

efectiva de trabajo.





92

En obras caracterizadas por su sección y composición de firme, se suelen utilizar también las

motoniveladoras, máquinas sencillas con una misión bien definida: dar acabado perfecto a la operación

de extendido.

Figura 5.9 Motoniveladora KOMATSU.

5.5.1.B Equipos de Compactación

Las apisonadoras son máquinas autopropulsadas de 2 ó 3 rodillos, que se emplean en la

compactación de tierras con espesores de 20-3 cm. Su peso varía de 5 a 15 t y la velocidad de trabajo

entre 2 y 10 Km/h.

La maquinaria vibrante puede ser apisonadoras autopropulsadas o rodillos vibrantes remolcados por

tractor, pisones manuales, planchas o bandejas vibrantes, etc. Puede compactar adecuadamente

gravillas, arenas y, en general, terrenos con poco o ningún aglomerante, en espesores hasta 25 cm. No

son aptos para terrenos arcillosos.

Figura 5.10 Compactadoras BITELLI TIFONE C120: de rulo, y de pata de cabra.





93

Los compactadores de neumáticos pueden ser autopropulsados o remolcados, con suspensión

independiente en cada rueda, lo que asegura una buena compactación. Todos los neumáticos deben

llevar la misma presión y su velocidad oscila entre 10 y 24 Km/h.

Los rodillos pata de cabra son máquinas remolcadas por tractores de pequeña o mediana potencia,

que pueden ser normales o vibrantes, y que se utilizan para la compactación de terrenos con excepción

de arenas, gravas y piedra partida. Disponen de depósitos para lastre, que pueden estar vacíos o llenos

de agua o arena, lo que permite aumentar la presión que transmiten al terreno.

Figura 5.11 Compactadora LEBRERO de pata de cabra.

Realizan la compactación por tongadas de hasta 20 cm de espesor, con velocidades de trabajo del

orden de 4 Km/h. el rendimiento de la maquinaria de compactación viene dado por la fórmula:

N

Ct FehaV

h

m R

⋅⋅⋅⋅⋅=

10003

V : Velocidad en Km/h. Depende del material y pericia del conductor.

a : ancho útil del rodillo en m.

h : espesor de la capa inicial a consolidar en m.

Fe : Factor de eficacia de la quina. Entre 70 y 80 %.

Ct : Coeficiente de transformación. Para transformar el material esponjado en material

compactado.

N : Número de pasadas de la máquina. Depende de la propia máquina, del tipo de material,

del grado de compactación a conseguir y de la pericia del conductor.





94

A los pedraplenes les es de aplicación todo lo dicho para los terraplenes, en lo referente al equipo

necesario para realizarlos y a la medición y abono de la unidad. La compactación se realiza

fundamentalmente con apisonadoras estáticas o vibrantes.

Los volúmenes a tener en cuenta, según se trate de material sobre perfil, esponjado o compactado

son, en este caso, los siguientes:

VOLUMEN (m3)

CLASE DE ROCA S/PERFIL ESPONJADO COMPACTADO

Blanda 1.00 1.35 1.10

Dura 1.00 1.45 1.20

Tabla 5.16

5.5.1.C Medición y Abono.

Los terraplenes se miden y abonan por m3 realmente ejecutado, medidos por diferencia entre los

datos iniciales y finales, tomados antes y después de realizar las obras.

En proyecto, la medición se efectúa sobre planos.

En obra, se mide el terraplén realmente ejecutado, con ayuda de perfiles transversales sacados de la

realidad.

Otra forma de medir el terraplén es por la cubicación de las cajas de los camiones que llegan a la

obra a descargar las tierras, aplicando la fórmula siguiente:

R = V c·N·C t

T : Terraplén compactado en m3.





95

Vc : Capacidad de la caja del camión en m3.

N : Número de camiones.

Ct : Coeficiente de transformación Paso de esponjado a compactado.

5.5.2 VOLADURAS.

5.5.2.A Caracterización del frente de cantera.

Cuando por la dureza del terreno no es posible realizar la excavación por los medios manuales o

mecánicos expuestos, es necesario efectuar voladuras mediante el empleo de explosivos.

Las voladuras se utilizan no sólo para ejecutar excavaciones en roca, sino también para obtener

áridos y escollera de una cantera o demoliciones de obras de fábrica.

Toda voladura comprende la realización sucesiva de las tres operaciones siguientes:

a) Perforación de los barrancos necesarios.

b) Colocación de explosivo, detonador y mecha.

c) Voladura propiamente dicha.

Dependiendo del tipo de roca, el frente de cantera suele tener entre 15 y 30 metros de altura.

La superficie superior del frente de cantera ha de estar libre de montera para permitir las tareas de

los perforadores.

5.5.2.B La perforación.

La perforación de barrenos a mano es una operación lenta y de elevado coste, por lo que se emplea

en muy contadas ocasiones y sólo en voladuras de pequeña importancia.

La perforación se realiza prácticamente siempre por medios mecánicos, utilizando para ello

compresores y martillos perforadores neumáticos, cuya potencia depende en cada caso del volumen a

excavar. Los compresores suelen ser móviles, con motores de gasoil y potencias comprendidas entre

25 y 120 CV. Los martillos perforadores pueden ser de manejo manual (peso de 8 a 30 Kg) o ir





96

dispuestos sobre empujadores o “wagon-drills”, que son unos aparatos en forma de carro, fácilmente

desplazables, cuyo elemento principal es un bastidor regulable que soporta el martillo.

Los explosivos son sustancias que tienen la propiedad de poder pasar instantáneamente del estado

sólido al gaseoso, ocupando un volumen mucho mayor que el inicial (5000 a 10000 veces mayor), lo

que produce una presión sobre las paredes que no es capaz de resistir el medio que lo almacena.

La gama de explosivos existente es muy amplia, siendo los más empleados en la construcción los

siguientes:

Dinamita goma: Es una mezcla de nitroglicerina y diversos nitratos (nitrocelulosa) que

proporcionan oxígeno a la explosión. Constituye uno de los explosivos industriales más

poderosos, aunque tiene el inconveniente de su excesiva sensibilidad, es decir, la posibilidad

de explotar por choque o por detonación de otras cargas próximas. Existe una clase de

dinamita goma resistente a la acción del agua, por lo que se emplea en trabajos submarinos y

subterráneos.

Dinamita: Es una mezcla de nitroglicerina y una materia inerte (tierra de infusorios). Constituye

el explosivo más corriente y es de fácil manejo y poco sensible a la humedad. Además del

tipo normal, se fabrican los tipos anticongelable y de seguridad.

Para producir la ignición de los explosivos se utilizan los detonadores, que son pequeños cilindros

metálicos que contienen en su interior una cierta cantidad de explosivos de gran potencia (fuliminato

de mercurio y ácido pírico).

El encendido del detonador puede ser pirotécnico o eléctrico. El encendido pirotécnico se realiza

usando mechas, formadas por un cordón de algodón cuyo núcleo contienen pólvora u otro explosivo y

que tiene una velocidad de combustión entre 0.6 y 1 m/minuto, según los tipos. El encendido eléctricose realiza mediante una resistencia que se pone incandescente al paso de una corriente eléctrica.

Se define por la letra e a la separación entre barrenos a lo largo de la línea de disposición. Por otra

parte, se define por d a la mínima distancia entre esta línea y el frente de cantera. Los valores de e y d

se obtienen de la siguiente forma:

β

α

⋅

⋅=

2

H d





98

La carga total de explosivo queda, por lo tanto:

Qc = l p H p + 2.5 l p d = l p [ L + 0.2 d ]

La carga, cuando se utilizan varios barrenos, viene dada por la expresión:

t Qd

E

S

f Q 8.0⋅=

siendo:

f : Factor de fijación en el fondo: 0.75/0.9

S : Depende del tipo de explosivo:

1.27 para la Goma pura

0.83 para la Nagolita

El rendimiento en la perforación de los barrenos depende fundamentalmente de la dureza de la roca

a excavar. A estos efectos, pueden clasificarse las rocas en cuatro grupos:

- Roca blanda: pizarras, yesos, areniscas blandas.

- Roca media: areniscas, calizas, margas.

- Roca dura: calizas jurásicas, granitos, gneis.

- Roca muy dura: cuarcitas, sienitas, basaltos.

PERFORACIÓN φ 32-45 mm. (m/h)

Roca muy dura 4.00 - 5.00

Roca dura 5.00 - 6.00

Roca media 6.00 - 7.00

Roca blanda 7.00 - 8.00

Tabla 5.18 Rendimiento de un martillo perforador accionado por compresor

El diámetro de cada barreno se obtiene aplicando la relación:

( )δ π d L

Q D

−⋅

=4





99

siendo:

δ: Densidad del recatado (kg/dm3), pudiendo tomar los siguientes valores:

1,4 para la Dinamita

0,8 para la Nagolita

Se denomina carga específica a la carga de explosivo por metro cúbico de roca extraída:

H d

Q

HdE

Qq

23.1==

La unidad de medida para las excavaciones en roca es siempre el metro cúbico medido sobre perfil

por diferencia entre los perfiles primitivos y los que resulten después de la voladura.

Al contrario de lo que sucede con la excavación en tierra, en las voladuras es muy difícil excavar

según un perfil exacto. Como la medición de proyecto se realiza sobre perfiles teóricos, es necesario

prever un exceso sobre la medición teórica, para que la medición de proyecto no se quede corta

respecto a la medición real efectuada en obra.

La valoración del metro cúbico de excavación en roca depende de los siguientes factores:

- Rendimiento del martillo perforador, en la perforación de barrenos.

- Longitud de barrenos necesarios por metro cúbico de roca.

- Consumo de explosivo por metro cúbico de roca.

- Coste de extracción de los productos resultantes.





100

CAPITULO 6.

EXTENDIDO Y COMPACTACIÓN.

6.1 EL PROCESO DE EXTENDIDO Y COMPACTACIÓN.

Los espesores de las tongadas en el caso de terraplenes y presas de tierra pueden ser variables. Están

muy relacionados con las posibilidades de compactación, que dependen del tipo de material.

Las causas determinantes de los espesores de extendido pueden clasificarse en función de:

- Tipo del material (granulometría, plasticidad, grado de humedad)

- Energía de compactación.

- Tipo de compactador y características

- Nº de pasadas

- Velocidad (espaciamiento en vibrantes)

Obtener una producción elevada en el arranque no presenta problema, éste radica en el extendido y

compactación en un solo tajo, porque la limitación del espesor de cada tongada exige disponer de

grandes superficies en los terraplenes.

La compactación en obra es un proceso rápido, producido por la energía y acción al moverse unas

máquinas, compactadores, cuyo objetivo es proporcionar los resultados que se relacionan en la Tabla

6.1 a la estructura de los materiales.

El equipo de movimiento de tierras de extendido a su paso por el material suelto de las capas de

terraplén ocasiona ya una cierta compactación por su propio peso y la vibración de su movimiento,

estimándose en un 70-80% de la solicitada PN, de forma que el procedimiento de compactación tiene

que hacer el resto.

Otro caso de extendido son las capas del paquete del firme que tienen unos espesores fijos y que

normalmente se extienden en su espesor completo, debiendo conseguir la compactación las





101

densidades especificadas para ellas. En las capas del firme no hay pues libertad para variar espesores,

pero hay que comprobar si la extendedora es capaz de dar el espesor suficiente antes de compactar y si

los compactadores son capaces de actuar eficazmente en todo el espesor.

OBJETIVOS EFECTO CONTROL, ENSAYOS

Aumento de la resistencia- Capacidad portante

- Estabilidad del terraplén

- De penetración ó índice

CBR

- Triaxiales

- Corte

- Compresión simple

Disminución del volumen de

huecos- Impermeabilidad - Permeabilidad

Resistencia a la deformación - Limitación de asientos ycambios de volumen

- Módulo de Deformación Edométrico

Tabla 6.1 Objetivos de la compactación.

El caso más corriente lo constituyen las estructuras de materiales sueltos, terraplenes y pedraplenes

de carreteras, presas y otras construcciones, en las cuales hay libertad para elegir los espesores de las

tongadas, y donde las características geotécnicas de los materiales son decisivas para la elección del

Procedimiento Constructivo:

• Sistema de arranque, acarreo y extendido

• Espesores de extendido

• Características de los materiales

• Más % de humedad respecto al óptimo

• Método de compactación y tramos de prueba

Métodos de extendido:

• Mototraíllas

• Tractor de cadenas

• Hoja empujadora de compactador

• Motoniveladora





103

El ensayo Proctor consiste en compactar el material contenido en un molde cilíndrico de

dimensiones estándar, por medio de una maza, que se deja caer libremente desde determinada altura y

un cierto nº de veces. Realizando el ensayo con el material y diferentes grados de humedad, y después

de desecar, los resultados se llevan a un gráfico, obteniendo una densidad máxima seca para una

humedad llamada óptima.

El aspecto de la curva Proctor de densidad-humedad, da una idea de la compactabilidad del

material ensayado. Un ángulo fuerte significa que una variación pequeña en la humedad causa una baja

importante de densidad, y como es muy difícil en obra mantener la humedad en valores muy próximos

a la óptima WOpt. , esta curva correspondería a un material de mala compactabilidad. Si la curva es

redondeada donde ambos lados caen suavemente indica en general un material de buena granulometría

y compactabilidad.

Los métodos normales de obtención de densidades en obra son el aparato nuclear, y el cono de

arena. El método más fiable es el de arena, pero es más lento y depende de la destreza del operario, y

del estado de los medios auxiliares que utilice.

Las densidades se obtienen cada un número determinado de m3 (en la nueva propuesta de PG3, cada

500 m3), o en la superficie definida como lote (5 ensayos en 500 m2).

Las densidades conseguidas con los nucleares deben contrastarse con las obtenidas por otros

métodos.

En el nuclear de transmisión directa, la varilla no se introduce hasta el fondo de capa, sino hasta la

mitad. La varilla tiene una longitud de 25 cm. Se emplea normalmente con suelos.

El de retrodispersión se utiliza cuando hay dificultad para la introducción de la varilla, y su efecto

es en una profundidad de 6-12 cm, apto para suelo cemento, grava cemento y mezclas asfálticas.

La densidad no es uniforme en el espesor compactado y la medida por cualquier método es una

media de la capa, siendo en el fondo de capa y superficie menor que a una cierta profundidad y cuanto

mayor sea la exigencia de densidad, menor debe ser el espesor de la capa o tongada.





104

Sin embargo el efecto de compactación de capas sucesivas produce un aumento de la compactación

de forma que la densidad media de la altura total compactada en terraplenes se aproxima a la obtenida

con el método de ensayo.

Generalmente el efecto en profundidad con los rodillos vibratorios es mayor del lado húmedo que

del seco respecto del WOpt. y más importante cuanto más arcilloso es el material.

Materiales más secos requieren menores espesores.

El reparto de densidades depende también de las amplitudes de vibración, con bajas la densidad

aumenta en superficie, y con elevadas en fondo.

En determinados materiales especiales, la Capacidad portante (Índice CBR) disminuye al aumentar

la densidad, presentando un máximo con un valor inferior al 100% PN, es decir que el objetivo de la

compactación no tiene por que ser la máxima densidad, pero en la mayoría aquella aumenta con la

densidad.

6.3 ENERGÍA DE COMPACTACIÓN.

En los ensayos PN y PM de laboratorio se comprueba que las densidades secas crecen, con las

energías empleadas por unidad de volumen, a la vez que las humedades óptimas son menores.

La humedad óptima WOpt. PN es importante, no sólo porque señala la densidad máxima, sino porque

se corresponde aproximadamente con la humedad de equilibrio, necesaria en el terraplén para evitar

posteriores deformaciones. Si al aumentar la energía (PM), se compacta del lado seco, puedenocasionarse hinchamientos y colapsos al humedecerse posteriormente el terraplén por las lluvias.

La energía utilizada en obra para un mismo compactador es una función del nº de pasadas,

desconociéndose exactamente el alcance en profundidad, o sea, la masa de suelo compactado.

El efecto en profundidad de la energía en obra, o sea del nº de pasadas depende del tipo de

compactación. En el caso de vibración las densidades crecen en profundidad con las pasadas.





105

En el caso de compactación por amasado, rodillos pata de cabra, las densidades máximas aumentan

hacia la superficie, es decir, la compactación es de abajo hacia arriba.

Al incrementar la energía (nº de pasadas), se consiguen densidades mayores con menores

humedades, y para una misma densidad, mayores espesores.

6.4 LA COMPACTACIÓN SEGÚN LA ESTRUCTURA FÍSICA Y PARÁMETROS DE LOS

SUELOS.

Para comprender las posibilidades de compactación hay que considerar las distintas fases de la

estructura del material.

Según los tipos de suelos, estos parámetros toman distintos rangos.

Cuando aumenta la humedad na disminuye, o sea el aire es expulsado de forma creciente hasta un

punto determinado de W en que la densidad disminuye pues una parte del agua desplaza los sólidos. Si

W aumenta la curva se acerca asintóticamente a la de saturación del suelo.

FASES COMPOSICION VOLUMENES PESOS

Sólido

Líquido

Gaseosa

Esqueleto mineral

Agua

Aire

V S

V W

V A

V

P S

P W

0

P

PARÁMETROS

Peso específico de las partículas γ = P S / V S

Densidad aparente γ a = P / S

Densidad seca γ s = P S / V

Humedad W = P W / P S

Porosidad n ó % de huecos n = (V A + V W ) / V = 1 – ( γ s / γ )

Huecos de aire na = 1 - γ s ( W + 1 / γ )

Grado de saturación s = V W /( V A + V W ) = W (1 / γ s – 1 / γ )

Saturación total s = 1; V A = 0; γ s = 1 / ( W + 1 / γ )

Tabla 6.3 Fases y parámetros.





106

En los suelos con finos donde más del 35% es de tamaño < 80 µ cuanto mayor es la plasticidad

menor es su permeabilidad y más difícil corregir su humedad natural en capas ya extendidas, siendo

preferible en banco o perfil (más costoso reducir que aumentar).

Cuanto más plásticos, mayor es la cohesión, y más difícil la compactación, requiriéndose más

energía/volumen (mayor carga lineal o nº de pasadas), ó menor espesor.

Los suelos limosos, al ser más permeables, absorben más humedad que las arcillas después de las

lluvias pero se orean mejor y es más fácil corregirla.

A continuación se estudian algunos tipos de suelos:

6.4.l SUELOS PERMEABLES.

Caso típico arenas limpias.

Es fácil evacuar el agua, ésta actúa de lubricante de la fase sólida, y se puede disminuir el volumende huecos VA con la compactación.

6.4.2 IMPERMEABLES (ARCILLOSOS).

A) Con exceso grande de humedad natural.

Presentan muy pocos huecos. El agua no puede salir. No disminuye el volumen del conjunto, dadala prácticamente nula compresibilidad del agua, se está en un estado semifluido, que cede bajo la

carga, desplazándose toda una masa.

No se puede compactar, hay que eliminar el agua, oreando, o sustituir el material.

B) Con humedad natural muy seca.





108

Respecto a la elección y utilización de la maquinaria durante la construcción del terraplén, es

necesario predecir el comportamiento del suelo en las condiciones meteorológicas de humedad

previsibles.

Otro ensayo con experiencias en climas húmedos del Reino Unido, es cl índice MCV, desarrollado

por el TRRL.

El peso de las máquinas tiene importancia, y no se utilizarán siempre las más pesadas y de mayor

producción.

La compactación de las tongadas se hace desde los extremos hacia el centro. En los bordes con los

taludes se extienden tongadas más delgadas y se compactan con equipos más ligeros.

Los espesores y compactadores adecuados se analizan posteriormente según los tipos de suelos.

6.6 FINOS.

Suelos de grano fino son aquellos en los que más de un % determinado pasa por el tamiz ASTM nº

200 de 0,074 mm ( 50 % para la clasificación ASTM y 35 % para la AASHTO ), ó el equivalente en

la UNE de 0,080 mm (80 µ).

Comprenden limos y arcillas.

6.6.1 IDENTIFICACIÓN DE FINOS.

Es importante, porque según sean los materiales se compactan con procedimientos distintos. Hay

pruebas visuales para clasificar los suelos en granulares y plásticos.

1. Se forma una pelota con su humedad natural, si no se puede, o es difícil de moldear, es menos

plástico, o la humedad está debajo de la Óptima.

2. Si se deshace en fragmentos uniformes, la humedad está debajo de la óptima.

3. Si se forma aproximadamente de 3 mm el suelo tiene plasticidad.





109

4. Muestra en un tubo de ensayo y se agita. Se deja reposar 1,5 mm, si el agua queda turbia y se

advierten dos niveles de depósito, hay un % de arcilla.

5. Suelo granular.

6. Arcilla o limo: Se coge un puñado de suelo con su humedad natural, si la mano queda

manchada después de frotarla, los finos son arcillas. Si al frotar las manos los finos quedan

sueltos y no pegados, son limos.

La Tabla 6.6 presenta una guía de relación de suelos, complementaria de la anterior.

Lo que hay que buscar

Suelos granulares, arenasfinas, linos

Suelos plásticos (cohesivos),arcillas

Aspecto y tacto.

Los granos gruesos se ven;

el suelo tiene un tacto

granoso al cogerse con los

dedos.

Los granos no pueden verse; el

suelo tiene un tacto uniforme y

untuoso al cogerse con los

dedos.

Movimiento de agua

en los dedos vacíos

Se echa agua en la palma de

la mano, se extiende una

pequeña cantidad de suelo y

se agita. Aparece agua en

superficie. Al dejar de

agitar, desaparece.

Mismo ensayo pero no hay

indicio de agua saliendo de los

huecos.

Plasticidad Muy poca o ninguna

plasticidad.

Plástico y pegajoso. Puede

arrollarse.

Cohesión en estado

seco

Poca o ninguna resistencia

en estado seco. Se cuartea y

hace escamas rápidamente.

Elevada resistencia en seco. Se

cuartea con dificultad. Baja

porosidad.

Sedimentación en

agua

Se separa por sedimentación

de forma rápida.

Se mantiene en suspensión en

agua durante varias horas a

menos que se flocule.

Tabla 6.6 Guía de selección de suelos

6.6.2 ANÁLISIS DE LA PARTE FINA DE UN MATERIAL.

Viene definida por la Tabla 6.7.





110

CARACTERISTICA CONTROL

Índice de plasticidad Límites de Atterbeg

% de arena Equivalente de arena

% de arcilla Granulometría por sedimentación

Tabla 6.7 Análisis de la parte fina de un suelo.

La sedimentometría se basa en obtener la velocidad de sedimentación mediante el método del

densímetro aplicando la ley de Stoke. Tiene la ventaja sobre los límites de Atterbeg, que separa

claramente los limos de arcillas y da un porcentaje, lo que es importante porque estos materiales se

comportan y compactan de distinta forma.

Este análisis es más utilizado para núcleos de presas de tierras que en carreteras.

80 µ < arena fina <400 µ

2 µ < limos < 80 µ

0 < arcillas < 2 µ

La fracción más fina de un material es la que tiene mayor superficie específica y por consiguiente la

más sensible a la acción de la humedad. La parte activa, es por tanto la arcilla

6.6.3 SUELOS PLÁSTICOS.

Los suelos excesivamente plásticos, son inadecuados según el PG3, por la susceptibilidad a las

variaciones de volumen (expansión, entumecimiento) con las variaciones de humedad, ya que una

parte del agua de lluvia, pasa a través del firme, o puede penetrar en el terraplén, alterando el estado de

tensiones.

Una parte de los materiales inadecuados según el PG3, pueden ser válidos para determinadas

partes de un terraplén (núcleo), según su altura, previo análisis detallado y con determinadas





111

precauciones de colocación. Estos materiales deben estar definidos en el Pliego General de

Prescripciones Técnicas Particulares (PPTP) del proyecto en cuestión.

La práctica actual es aprovechar al máximo los materiales existentes y al utilizarlos hay que

considerar no sólo principalmente sus propiedades intrínsecas geotécnicas, sino la situación en que se

van a encontrar una vez colocados y la influencia en la humedad in situ de las condiciones

meteorológicas previsibles. Deben cumplir las siguientes condiciones:

1) Ser posible la puesta en obra en condiciones de producción con la maquinaria de movimiento de

tierras.

2) Buenos coeficientes de seguridad para la estructura construida.

3) No les afecte la capa freática o el movimiento de agua.

4) Las deformaciones, hinchamientos y asientos instantáneos durante la construcción y diferidos

post-constructivos sean admisibles para la funcionabilidad de la construcción (Servicio o calidad

para el usuario).

Se resume en:

• Proceso Constructivo adecuado Estabilidad de la estructura

• Dispositivos de drenaje e impermeabilización

• Calidad para el usuario

Si los materiales son definitivamente inadecuados se necesita ir a un préstamo, con mayores

precios, considerándose fuera de la traza, distancias superiores a 2 Km.

Respecto al contenido de humedad en las arcillas, si tienen poca agua, son duras y firmes, pero más

allá del contenido óptimo de humedad, aumenta más su plasticidad y es más difícil compactarlas.

Si la plasticidad es reducida, en tongadas con espesores máximos de 30 cm, los bolos de material

arcilloso se pueden romper durante el extendido con los bulldozer por el efecto de su propio peso (son

suficiente los tamaños pequeños de tractor), o se retiran si son lentejones, y la compactación se realiza

con compactadores vibratorios de tambor liso.

Si la plasticidad es elevada, IP > 20, son necesarios rodillos pata de cabra ó compactadores estáticos

de alta velocidad con pisones.





112

Los limos, que también son linos carentes de plasticidad, se compactan normalmente con

compactadores vibratorios de tambor único.

6.6.4 COLAPSO DE TERRAPLENES DE SUELOS COHESIVOS.

La pérdida de resistencia de los suelos cohesivos se produce porque el proceso constructivo

moderno de terraplenes es muy rápido, no permitiendo los asientos naturales con el tiempo. Durante la

construcción se consiguen densidades altas con humedades reducidas, pero después de las lluvias

otoñales, al saturarse o aumentar la humedad, la capacidad portante ( Indice CBR) se reduce

notablemente. La causa es la inestabilidad del suelo, por el incremento de la presión de agua en los

poros del suelo.

6.7 COMPACTADORES DE SUELOS PLÁSTICOS.

6.7.1 COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA (PISONES).

Constan de cuatro tambores con unas patas en la superficie de los mismos y una hoja extendedora

en su parte frontal que se utiliza para el extendido, evitando los bulldozer. Después se dan las pasadas

necesarias hasta llegar a la densidad especificada. De esta forma se tienen dos máquinas en una, lo que

les da una preferencia sobre el rodillo vibratorio si el material está en los limites inferiores de suelos

tolerables.

Son compactadores que combinan el efecto de amasado producido por las patas, con el impacto(efecto dinámico) originado por su alta velocidad, que produce una cierta rotura del material, cuando

está en forma de bolos.

La compactación se realiza de abajo a arriba según pasadas. Las velocidades más lentas son en las

primeras pasadas y más rápidas en las últimas, velocidad media 7-10 Km/h.





113

Si la humedad es excesiva, las patas al remover el terreno originan una aireación en los huecos que

dejan. Los espesores dependen de la altura de las patas que suelen ser como máximo 20 cm, no

debiendo la capa sobrepasar mucho este espesor si se quiere obtener una densidad real media del 100%

del PN. Sin embargo, para lograr una mayor producción se extienden también capas de 30 cm, y en

este caso deben emplearse los rodillos de mayor peso, que son de 32 t, siendo suficiente unas 6

pasadas.

Antiguamente se utilizaban rodillos pata de cabra remolcados por tractores de cadenas, pero este

tipo de máquinas ha caído en desuso; prácticamente no se fabrican, lo cual no quiere decir que si se

dispone de ellos no deban utilizarse, únicamente que la producción es más lenta por la baja velocidad

del tractor y el número de pasadas necesario, de 15 a 20.

6.1.2 COMPACTADORES VIBRATORIOS PATA DE CABRA.

Este tipo de rodillos combina el efecto de la vibración con un mayor impacto ya que la superficie de

contacto de las cabezas de las patas es aproximadamente 1/3 de la de un tambor liso, debido a la

separación entre las patas, y por consiguiente el impacto es tres veces superior y mejora así la fuerza

para vencer los rozamientos internos.

Por este motivo interesa que las patas penetren y no se apoye el tambor en la parte lisa, para lo cual

el espesor de la capa no debe ser superior a la altura de la patas y aunque esto no pueda conseguirse en

la práctica exactamente, al menos deben elegirse los espesores de capa menores posibles, porque

entonces mejora mucho la compactación y se necesitan menos pasadas, aumentando la producción.

Son recomendables los modelos más pesados con tracción también al tambor, de peso 16-20 t, alturas

de pata 100-127 mm y espesores de tongada 20 cm.

Estos modelos pueden llevar hoja empujadora aunque ésta es pequeña y en éste tipo de máquina no

resulta eficaz, por lo que el extendido debe realizarse con otra máquina, que normalmente es una

motoniveladora o el tractor de cadenas antes aludido. Este último realiza un extendido de estas capas

intermedias con una nivelación elemental, que es suficiente, bastando para el extendido y nivelación 1-

2 pasadas.





114

Figura 6.1 Compactador LEBRERO de pata de cabra.

Una combinación interesante en compactación de arcilla, para grandes producciones, es un

compactador pata de cabra de alta velocidad, que extiende y realiza las primeras pasadas rompiendo

los bolos, y un compactador vibratorio pata de cabra que realiza las pasadas posteriores, compactando

en profundidad.

6.7.3 COMPACTADORES VIBRATORIOS LISOS.

Los modelos pesados de 17-20 t en algunos tipos de arcillas han dado también buen resultado,

hincando con la vibración los terrones de arcilla, sin romperlos, en la masa de las arcillas. Sin embargo

dan mejor trabazón los pata de cabra autopropulsados, que tienen además la ventaja del extendido con

la hoja frontal.

Figura 6.2 Compactador vibratorio liso BORA C80, de BITELLI.





115

6.8 COMPACTADORES DE SUELOS GRANULARES.

Si el material es granular son adecuados los compactadores vibratorios de tambor liso; llamados

también compactadores de suelos, dependiendo el modelo adecuado de las características del material

y espesor de la capa. En estos casos el extendido puede ser con bulldozer o motoniveladora.

Al aumentar la densidad por el número de pasadas, hay que variar la frecuencia, bajándola, y si hay

varias amplitudes, la última pasada debe hacerse con la menor, para dar una compactación superficial.

6.8.1 SUELOS GRANULARES.

A) Sin finos.

Aquellos en los que los tamaños inferiores a 0,080 mm (UNE) o 75 µm (ASTM) son menores

del 5%.

Son suelos de poca cohesión, en los que los compactadores pesados tienden a hundirse, por lo que

son preferibles los de menor carga axial, dando las pasadas iniciales sin vibración. Al aumentar el

tamaño y % de los gruesos, debe aumentar también la carga axial del compactador.

Los espesores aumentan al disminuir los tamaños, llegando en arenas hasta 70 cm.

En los compactadores se utilizan frecuencias de vibración altas y amplitudes bajas.

Respecto a la humedad, debido a la menor absorción de los gruesos, tiene menos importancia la de

compactación, o sea, no es tan rigurosa la W.

En los suelos arenosos, la adicción de agua facilita tanto el desplazamiento de los granos, que a

veces es un procedimiento de compactación. Esto es interesante para rellenar huecos cerca de obras de

fábrica o estructuras que pueden dañarse por la acción de los compactadores, en las primeras tongadas





116

del terraplén sobre ellas. En el caso de utilizar este sistema de rellenar con arena y adicción de agua,

hay que asegurarse de que la arena no tenga por donde escaparse, pues de lo contrario fluiría. Esto

puede presentarse en la construcción de túneles si se cortan acuíferos.

En los suelos arenosos puede producirse pues el colapso por la entrada de agua que disminuye el

volumen, sin que concurra un aumento de carga. Se producen entonces los socavones rompiéndose el

pavimento, casos más frecuentes en ciudades.

B) Con finos.

Cuando los tamaños inferiores a 80 µ están comprendidos entre el 5 y el 35%.

La parte fina tiene más influencia en la humedad, ya que los gruesos (5-20 mm) tienen poca

absorción y por consiguiente la humedad óptima es más importante.

Los espesores son menores que en el caso anterior.

6.9 PEDRAPLENES.

Si en la traza de la carretera hay voladuras o roca escarificada, este material se aprovecha para

pedraplenes. A veces el núcleo es de pedraplén y la coronación de material granular.

El extendido es mediante tractor de cadenas de tamaño mediano, en capas que pueden llegar hasta

80-l00 cm, y excepcionalmente hasta 200 cm, utilizándose en este caso el grande.

Respecto a la granulometría se admiten tamaños máximos del espesor de la tongada siempre que

queden integrados en la misma sin salir esquinas, lo cual requiere un control riguroso, y se recomienda

que el tamaño máximo Sea inferior a la tongada.

La arena (Tamiz UNE 20) está limitada al 30% y los finos (Tamiz UNE 0,08) al 10% para evitar

emigraciones a los huecos y posibles asientos posteriores.





118

Si el terraplén es de altura importante también se requiere un control de medición del asiento debido

a su peso propio, el cual se realiza por topografía, oscilando entre el 0,25 – 1 % de la altura total.

6.10 MATERIAL TODO UNO.

Se llama así al material no clasificado procedente de excavación, cuando tiene una granulometría

desde tamaños normales de 20-30 cm, incluso los de 60 cm pero no excediendo del 35 % los >15 cm.

En general son materiales que no son ni terraplén ni pedraplén.

Se extiende en capas de espesor entre 1 y 1,5 del tamaño máximo.

Es compactable de forma similar al material granular. El control de compactación es mediante el

ensayo de placa de carga, de diámetro el mayor posible, φ 30, 60, 80 cm, según sea el tamaño máximo

y la capacidad portante exigida.

También se controla la compactación con macrocatas, como si fuesen pedraplenes.

Según la granulometría, y de más a menos restrictivo, los controles de compactación serían:

nuclear, placa de carga, macrocata.

6.11 PAQUETE DEL FIRME.

Está constituido de abajo arriba por las capas que figuran en la tabla 6.8.

El ensayo de laboratorio en las Ref. 1, 2 y 3 es el PM; en obra en Ref. 1 y 2 el nuclear de

transmisión directa y en la Ref. 3 el nuclear de retrodispersión.





119

REF CAPARANGO ESPESOREN PERFIL (cm)

EXTENDIDO POR COMPACTACION

1 Explanada 50

2

Variante A:

- Subbase de

zahorra natural.

- Base de zahorra

artificial

20 – 25

20 - 25

Motoniveladora- Compactador

vibratorio de

suelos.

3Variante B:

- Suelo cemento.

- Grava cemento.

15 – 25

15 – 25

4

Aglomerado en

caliente:- Base.

- Intermedia.

- Rodadura.

8 – 126 – 9

4 – 6

Extendedora

- Compactador de

dos tambores

vibratorios de 10

t.

- Compactador de

neumáticos de 21 – 35 t.

- Compactador liso

estático 10 t. En

aglomerado.

Tabla 6.8 Paquete de firme.

6.11.1 EXPLANADA.

Esta es una capa muy importante ya que sus capas superiores son caras, y debe ser extendida lo más

precisa posible en espesor, sin pasarse de la cota, porque cualquier desigualdad negativa en los varios

Km de un tramo de carretera, representa muchas toneladas de material de la capa superior, que

constituyen una partida que se gasta innecesariamente y que debe ahorrarse.

Este es un motivo económico y también hay otro técnico, porque la regularidad superficial de cada

capa influye en la siguiente superior, y así hasta la rodadura, que es la que da la calidad al usuario.

Por otra parte, al ser el cimiento del firme, las especificaciones de compactación y controles deben

ser más rigurosos, recomendándose además del nuclear la placa de carga.





120

Interesa, pues, que la nivelación sea lo más perfecta posible y se utilice una motoniveladora dotada

de los últimos adelantos de nivelación, que en este momento es el sistema de ultrasonido, porque no

hay contacto con el hilo de nivelación de la capa. La motoniveladora realiza un refino de precisión con

unas seis pasadas y precisión ± 1 cm.

En los casos en que se coloque firme de hormigón hidráulico sobre la explanada, puede ser más

conveniente nivelar con refinadora o Trimmer en vez de motoniveladora, porque la refinadora puede

nivelar en el ancho total de la extendedora de hormigón de 10 m y además requiere menor habilidad

para el maquinista que una motoniveladora.

Si se puede disponer de esta máquina, resulta más precisa y simple de manejo que una

motoniveladora para utilizarla en la explanada, aunque el firme no sea de hormigón hidráulico.

6.11.2 OTRAS CAPAS SUPERIORES.

Lo dicho anteriormente sobre la importancia de la nivelación en la explanada vale para las capas

superiores, es decir, son rentables las extendedoras con los perfeccionamientos disponibles en el

mercado que sean capaces de colocar los espesores del firme lo más próximos a los del proyecto.

6.12 UTILIZACIÓN DEL COMPACTADOR DE NEUMÁTICOS Y EL DE DOS TAMBORES

VIBRATORIOS.

La rapidez que se consigue en la compactación con los compactadores vibrantes ha desplazado

el efecto en profundidad que tiene el compactador de neumáticos y su utilización queda reducida a unamejora de la calidad superficial, por un efecto de amasado.





122

Si el material es fundamentalmente arcilloso, como es el caso mis frecuente, es válido lo referido en

el apartado 6.3 utilizándose los rodillos pata de cabra y compactadores de alta velocidad con pies

tamping en extendidos de 25-40 cm y 20-30 cm en perfil (compactado).

Si hay riesgo de lluvias al finalizar la jornada se sella la tongada con rodillo liso y al reanudar el

trabajo se rompe la superficie lisa con el pase del Pata de cabra.

La pluviometría puede reducir los meses de extendido si la humedad natural es muy superior a la

óptima, y también influye en la traficabilidad de las máquinas.

A veces se recurre a las gradas de disco para orear el núcleo y disminuir su humedad.

Las densidades son mis exigentes que en carreteras, y se extienden capas de igual o menor espesor.

6.13.1.2 ESPALDONES.

Si el material es conglomerado se compacta con rodillos vibratorios lisos. El extendido es con un

tractor mediano en capas de unos 60 cm y 50 cm en perfil.

La humectación es un problema importante en estas presas de tierras, porque el riego con cisterna

no penetra bien en estos espesores y el gran número de cisternas necesarias complica el tráfico. Es

preferible la humectación en cantera, con arranque mediante tractores en vez de retroexcavadora,

regando con cañones delante de la hoja empujadora; este sistema requiere una balsa y red de tuberías

del tipo de riego por aspersión.

Cuando el material es grava o escollera, la climatología no influye en el extendido, salvo fuertes

lluvias o heladas. Con estos materiales y en el caso de núcleos inclinados se puede adelantar la

elevación del espaldón contrario a la inclinación cuando no se está en la estación de las arcillas del

núcleo. El otro espaldón puede ir subiendo a cota inferior que el núcleo.

Si se utilizan traíllas se riega delante del corte.





123

6.13.2 ESCOLLERA.

La altura de las tongadas puede ser entre 0,5 y 2,5 m. siendo el tamaño máximo de la piedra

aproximadamente el 70 % de la altura de la tongada, pero es válido lo dicho anteriormente en

pedraplenes.

Los finos son necesarios para la compactación y crear una superficie superior de la tongada de

forma que los compactadores no trabajen sobre las esquinas y puntas de la escollera.

Terminada la compactación de cada tongada se lanza un chorro de agua a presión de 24 atm con

monitores para arrastrar los finos al interior y formar una zona rugosa de contacto entre tongadas.

El tamaño de la piedra depende de la capacidad del cazo de las cargadoras, que debe ser el triple del

volumen de la piedra, y ésta a su vez condiciona la capacidad de los dúmper, que conviene tengan un

volumen entre 4 y 5 cucharas de la cargadora. Piedras de 1 m. requieren cargadora mínima de 3 m3 y

dúmper mínimos de 20 t., resultando tongadas de 1,5 m. que se extienden y refinan con tractor o con

retro.

6.14 RANGO DE ESPESORES DE MATERIALES, DENSIDADES, HUMEDADES.

La Tabla 6.9 resume rangos para distintos materiales referidos al ensayo PM. El porcentaje de

humedad es referido al peso seco.





124

TIPO DEMATERIAL

ESPESORTongadas (cm)

DENSIDADSECA

d (t/m3 ) PM

HUMEDADOPTIMAWopt %

METODOCONTROL

COMPACTACION

Pedraplén 50 - 100n=12-17%

huecos Agua 10 -20 Macrocata

Todouno 40 – 80 2 - 2,2 5 – 9 Placa de Carga

Suelo granular 40 – 80 1,9 – 2,1 6 – 10 Nuclear

Zahorra 30 – 40 2,1 – 2,3 8 – 12 Nuclear

Arena Arcillosa 25 – 40 1,8 – 2 8 – 10 Nuclear

Arena Limosa 25 – 40 1,8 – 2 8 – 10 Nuclear

Limo Arenoso 20 - 25 1,7 – 1,9 8 – 11 Nuclear

Limo 20 – 25 1,6 – 1,8 10 – 12 Nuclear

Limo Arcilloso 20 – 25 1,5 – 1,8 12 – 16 Nuclear

Arcilla 20 – 25 1,5 – 1,7 16 – 30 Nuclear

Tabla 6.9 Rango de espesores compactados, densidades y humedades para distintos materiales.





125

6.15 RANGO DE ESPESORES, SUELOS Y MÉTODO DE COMPACTACIÓN EN

MOVIMIENTO DE TIERRAS.

PATA DE CABRA VIBRATORIOS

Espesor compactado (cm) 20 – 30 25 – 60

Velocidad de trabajo (Km./h) 7 – 10 2 – 4

Nº de pasadas 5-8 4 – 8

Tabla 6.10 Esquema simplificado de método de compactación y compactadores.

Pedraplén Todoeneuno Granular LimosArena

ArcillosaLimos, arcilla Arcilla

VIBRATORIOS PATA DE CABRA

Tabla 6.11 Esquema simplificado de suelos y máquina de compactación.

6.16 TRAMO DE PRUEBA Y DETERMINACIÓN DE LA PRODUCCIÓN.

Debe tener una longitud de unos 150 m. Es útil si hay grandes volúmenes de materiales

homogéneos. Puede ser en la misma traza con autorización de la dirección de obra.

El objeto del mismo puede ser determinar:

a) La humedad necesaria

b) Número de pasadas, cuando el espesor de la capa es fijoc) El espesor cuando éste no está lijado en el pliego de condiciones

d) Características del compactador, cuando éste es vibratorio, tales cómo frecuencia y amplitud.

e) Comparación de varios compactadores para determinar el más favorable, obtención de

densidad, producción y asientos. En este caso hay que hacer un tramo para cada uno.

Hay muchos casos en que los materiales son uniformes, como las subbases, bases y núcleos en el

caso de presas y en ellos está justificada la conveniencia. De hacer un tramo de prueba. Cuando los





126

materiales son cambiantes, se hacen ensayos granulométricos, límites de plasticidad y Proctor con el

material de todos los tajos y como máximo cada 2 días para determinar la densidad y humedad óptima,

variándola ± 1 ó 2 puntos del lado de la curva, seco o húmedo, que interese geotécnicamente.

Normalmente el PN es para suelos.

Con algunos tipos de arcillas, o en el caso de núcleos de presas, puede ser más conveniente pasarse

al lado húmedo para evitar hinchamientos posteriores o saturar para contrarrestar presiones en el

fracturamiento hidráulico producido en la puesta en servicio, así como aumentar la capacidad portante

de la arcilla, la cual del lado seco es baja.

Cuando se trata de obtener el espesor más favorable se construyen escalones determinándose en

cada uno el número de pasadas necesario para obtener la densidad especificada, y si ésta se alcanza, se

calcula la producción correspondiente, determinándose así cual es la máxima.

La fórmula de la producción es.

( )

( )

( ) ( ) h f K hmV m L

N

mehm P ××××=

1

3 //

e: espesor de la capa después de compactada, o sea, en perfil

N: número de pasadas

L: longitud del tambor

V: velocidad de trabajo

K 1: coeficiente de solape entre pasadas

f h: factor eficiencia horaria

Para un compactador determinado, de un ancho L, y a una velocidad constante para la prueba, para

cada número de pasadas, se obtiene una curva de densidades para distintos espesores.

El interés del tramo prueba está también en relación con sus resultados en el aspecto económico, y

el valor de los compactadores a utilizar.





127

Para los valores de las densidades debe tomarse la media de un número suficientemente importante

de ensayos, y en puntos adecuados para que sean lo más representativos.

El cálculo de la producción puede hacerse también estudiando un ciclo completo. Para ello se

considera una longitud determinada, ancho y espesor final y se obtiene por consiguiente la capacidad,

C, del compactador. El tiempo t del ciclo será el utilizado en dar las pasadas necesarias.

h f t

C P ××=60





128

APÉNDICE 6.1 CONTROL CONTINUO DE COMPACTACIÓN (METODO FRANCÉS).

Admite la siguiente alternativa de control de compactación:

a) Por densidad ó método convencional de producto terminado. Define el porcentaje de densidad

Proctor para distintas partes de terraplén, explanada, y suelos sensibles al agua (lote de control).

b) Control continuo o del Procedimiento utilizado. Para ello se basa en una clasificación francesa

del suelo A, B, C, D según utilización y subclasificaciones.

Para cada tipo de suelo compactado se fija el espesor máximo de la tongada y en lugar de

especificar o controlar el número de pasadas, lo hace por el parámetro Q/S siendo:

Q = Volumen de suelo compactado en un tiempo determinado

S = Superficie cubierta o barrida por el compactador en ese mismo tiempo

S = L x D

donde:

L : Ancho del compactador

D : Distancia recorrida controlada por un cuentakilómetros colocado en el compactador

Los compactadores se clasifican según la tabla 6.12:

Para cada tipo de suelos se desarrolla una tabla con las siguientes notaciones:

1ª CIFRA (ESPESOR DE LAS CAPAS)

0 : Máximo posible

1 : Delgadas, máximo (15-30 cm según espesor)

2 : Medias (25-50 cm según espesor)

2ª CIFRA (INTENSIDAD DE LA COMPACTACIÓN)

0 : Intensas

1 : Media

3 : Débil

Tabla 6.13 Notaciones. Método Francés de compactación.





129

NEUMATICOS VIBRATORIOS PATA DE CABRA

TipoCarga/rueda

(t)Tipo

Carga axial(Kg/cm•l)

Tipo Carga axial

P1 2,5 a 4 V1 15 a 25 PD1 30 a 60

P2 4 a 6 V2 25 a 35

P3 > 6 V3 25 a 45

V4 45 a 55

V5 > 55

PD2 > 60

Velocidad < 6 Km/h Velocidad 2 a 3 Km/h Velocidad 12 Km/h

Tabla 6.12 Clasificación francesa de tipo de compactadores y velocidades.





130

APÉNDICE 6.2

Ensayos referenciados en el texto y normas correspondientes.

ENSAYO NORMA

% de finos NLT 152/89

Límite de Atterberg:

Límite Líquido

Límite Plástico

NLT 105/91

NLT 106/91

Ensayo C.B.R. en laboratorio NLT 111/78

Ensayo Proctor

Normal

Modificado

NLT 107/91

NLT108/91

Densidad in situ (método arena) NLT 109/72

Determinación de la humedad NLT 102/91

Granulometría por tamizado NLT 104/91

Placas de carga NLT 357/86

Contenido de sulfatos solubles NLT 120/72

Contenido de materia orgánica NLT 117/72

Granulometría por

sedimentación NLT 179/77

Tabla 6.14 Ensayos referenciados en el texto

Equivalencias de tamices:





131

TAMIZ UNE TAMIZ ASTM

40 1 ½ “

20 ¾ “

10 4 3/8 ”

5 nº 4

2 nº 10

0,40 nº 40

0,08 nº 200 (75 µ )

La abertura del tamiz UNE es la misma cifra en mm.

Tabla 6.15 Equivalencia de tamices





132

CAPITULO 7.

LA SEGURIDAD Y SALUD EN EL MOVIMIENTO DE TIERRAS.

7.1 PREVENCIÓN.

En este capítulo no se va a tratar de los aspectos generales de la Seguridad y Salud que salen del

objetivo de este trabajo y se suponen conocidos.

La Prevención, consiste en la evaluación de los riesgos y las medidas a tomar para evitar los

accidentes que puedan ocasionar.

En general, los factores de riesgo provienen fundamentalmente de cuatro causas:

1) La maquinaria.

2) El hombre; maquinistas, conductores y trabajadores.

3) El ambiente.

4) La organización de la obra.

Estas causas se interfieren y muchos accidentes provienen de varios factores. A continuación se

analizan distintos tipos de obra.

7.2 OBRAS DE TÚNEL.

En la perforación de un túnel hay maquinaria de movimiento de tierras, pero el ambiente presenta

unas características muy particulares: la falta de iluminación y la de estrechez que puede producir

accidentes en los cruces con las máquinas, independientemente de derrumbamientos inesperados que

ocasionen accidentes graves. La ventilación defectuosa puede afectar a la salud.

La fatiga de los obreros al trabajar en el interior de túneles es mayor, y puede ocasionar accidentes,

por lo que los turnos de trabajo deben ser menores, o alternar con descansos al aire libre.





133

La figura del vigilante de seguridad y del técnico de seguridad tiene más relevancia que en otros

tipos de obras.

Los equipos de protección individual (EPI): cascos reflectantes, gafas, mascarillas, auriculares,

monos impermeables con tiras reflectantes, botas adecuadas, etc., son muy necesarios. Las máquinas

provistas de señales acústicas marcha atrás y balizas de señalización.

Debe mantenerse la prudencia y vigilancia de los conductores, así como que funcione bien el

sistema de limpieza de los cristales de las cabinas.

7.3 CASO DE VACIADO DE SOLARES.

Se necesitan distintos tipos de vallas. En el caso de zanjas, la entibación de las mismas con

blindajes metálicos, pasarelas con barandillas en vez de tablones, y escaleras que sobresalen un metro

por encima del nivel de acera, son otras medidas necesarias.

7.4 EXCAVACIONES SOBRE CONDUCCIONES DE GAS Y ELECTRICIDAD.

Hay que evitar roturas y daños en estas conducciones, dando las instrucciones correspondientes.

En las obras de gas, para evitar fugas que pueden ocasionar explosiones.

En la eléctricas, pueden quedar al descubierto los cables a tensión en su interior.

Será obligado mantener las distancias de seguridad según los procedimientos de excavación. Hay

unas distancias mínimas de seguridad según distintos procedimientos de excavación:

En todos los casos de conducciones, y una vez al descubierto, hay que procurar tender unos puentes,

y apoyar o suspender de ellos las tuberías, para evitar flexiones que puedan ocasionar roturas.





134

7.5 CASO DE OBRAS A CIELO ABIERTO.

7.5.1 LINEAS ELECTRICAS.

Pueden ocasionar accidentes las líneas eléctricas, si la retro sube el cazo para la descarga, y pasa a

menos de 5 m., ya que se produce el efecto arco.

7.5.2 SEGURIDAD EN LAS MÁQUINAS.

Figura 7.1. Características de seguridad de la pala SOLAR-200W-v de DAEWOO.

En general, la maquinaria de movimiento de tierras, debe tener sistemas de seguridad, los cuales

debe controlarse que están en buen estado de funcionamiento. Resumiendo lo anterior, son los

siguientes puntos:

- Cabinas antivuelco. Consiste en un bastidor de refuerzo de forma que al volcar la máquina resista

sin aplastar al conductor. Este bastidor era exterior en los modelos antiguos y actualmente está

integrado en el interior de la cabina, formando parte de la misma.

Estas cabinas se llaman ROPS (Roil Over Protection System).

- Cinturones de seguridad. Son ventajosos en choques; el inconveniente es que al impiden saltar al

conductor.

- Espejos retrovisores y limpia parabrisas.

- Señales acústicas marcha atrás, que sirve de aviso a otros trabajadores.

- Freno de emergencia y calzos para estacionamientos en pendientes.

- Focos potentes para trabajos nocturnos.





136

Las pendientes en proximidad de zanjas, en época de lluvias, y por formación de barrizales, pueden

ocasionar deslizamientos de los camiones y vuelcos.

Figura 7.3. Vuelco en una zanja.

Advertencia a los conductores que después de la comida se cercioren que no hay nadie recostado a

la sombra del vehículo. A pesar de la existencia de comedores se han dado casos de accidentes de

atropello por este motivo

Si las máquinas pasan cerca de taludes pueden ocasionar su desplome y vuelco de estas.

Los conductores de máquinas que se desplacen a velocidad sobre pistas de acarreo, según el estado

de las mismas y tipo de vehículo; traílla, dúmper, motovolquete, cargadora, camión, pueden necesitar

riñoneras o cinturón antivibratorio de protección, cuando el vehículo salta por los baches.

Figura 7.4. Caída desde 17 metros de altura.





137

CAPITULO 8.

EL IMPACTO AMBIENTAL EN LAS OBRAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS.

8.1 PROTECCIÓN DE LAS ACTUACIONES GEOMORFOLÓGICAS.

Las principales alteraciones geomorfológicas están provocadas por los movimientos de tierra,

desmontes y terraplenes, que pueden producir en algunas zonas impactos más importantes que en

otras. Las medidas preventivas corresponden al proyecto, que es donde se deben minorar las

actuaciones geomorfológicas que originan la nueva carretera.

También entran en este apartado la estabilidad de taludes, que a veces está reñida con la ocupación

espacial, y que puede requerir soluciones estructurales como muros de contención, en las cuales hay

que tener presente el impacto paisajístico cuya medida correctora es el muro revegetado.

Las medidas paliativas al movimiento de tierras, son la restauración revegetalizada de las

superficies afectadas, la cual independientemente del efecto paisajístico tiene otro más importante, que

es la contención de la erosión producida por las lluvias.

La compensación de masas para conseguir unos costes reducidos, puede llevar en algunos casos a

cortes del terreno demasiado fuertes, grandes trincheras o terraplenes muy altos, con el consiguiente

impacto paisajístico, por eso actualmente los volúmenes de movimiento de tierras son menores, y

aumenta la construcción de túneles (menores desmontes y trincheras), y viaductos (menores

terraplenes).

El impacto ambiental repercute en la compensación de volúmenes en el sentido de que de no debe

ser automática el programa informático del trazado, es decir, que las tierras de un desmonte vayan a la

sección más próxima del terraplén, sin analizar el valor ocupacional en función del valor del terreno

ocupado, pudiendo ser más necesario ecológicamente llevarlos a vertedero. Esto quiere decir, que en

principio hay que modificar el terreno lo menos posible, porque siempre se pueden encontrar

préstamos que su extracción no cause impacto.





138

Por otra parte, para disminuir el impacto ambiental de préstamos y vertederos es necesario

optimizar el movimiento de tierras en el trazado, encajando el diagrama de masas para no recurrir a

préstamos ni llevar a vertederos, aprovechando los materiales in situ, incluso estabilizándolos para

convertir los suelos inadecuados en tolerables. Se elimina así el impacto acústico y las molestias

ocasionadas por el tráfico de camiones al pasar por los núcleos periurbanos.

Otra minimización del impacto geomorfológico es aprovechar los huecos de la extracción de

materiales de préstamo como vertederos para el material excedente de excavación.

En algunos casos el material a vertedero se deposita en ciertos lugares de la traza para formar

diques de tierra antirruido a zonas periurbanas, evitando así las molestias ocasionadas por el tráfico de

camiones y reduciendo los costes de transporte y adecuación de vertederos.

8.2 ALTERACIONES TEMPORALES DURANTE LA FASE DE OBRA.

La protección hidrológica constituye quizás la parte principal de las medidas correctoras, porque

una alteración correspondiente puede llegar más lejos que las restantes, al estar más desfasada en el

tiempo. En los casos de túneles las afecciones hidrogeológicas pueden ser más importantes que las

superficiales.

Las medidas correctoras son las siguientes:

- En el caso de que los planos de las zonas excluidas no existiesen, controlar que los acopios,

vertederos, instalaciones y vertidos no afecten a la libre circulación del agua superficial y freática.

- Desvío provisional de arroyos para evitar las aportaciones de sólidos producidas por el

movimiento de tierras, y posterior restitución y encauzamiento.- Controlar que los vertidos de aceites y grasas de la maquinaria de obra sean a contenedores

especiales o a balsas específicas, igual que le lavado de las máquinas. Posteriormente un camión

cisterna con aspiración lleva los aceites a instalaciones especificas de recuperación o se

transportan en contenedores.

- Colocar balsas de decantación para las aguas de lavado de las plantas de tratamiento de áridos,

instalaciones de lodos, con objeto de evitar que los sedimentos vayan a los cauces naturales, y

también, para recuperar estas aguas reciclándolas, si la situación de sequía lo exige.





139

- Prohibir el vertido de las lechadas del lavado de las autohormigoneras a los cauces naturales o sus

proximidades. En los hormigonados próximos a cauces hay que tomar disposiciones para evitar

fugas, como ataduras, cercos, etc.

- Control de afecciones a las aguas subterráneas, en la perforación de túneles, caso de que existan.

- Las aguas procedentes de túneles excavados con escudos o topos deben tratarse en balsas con

desengrasadores de aceite e instalaciones de filtrado para evitar que estas aguas que contienen

aceites vayan por cauces naturales sin tratamiento.

- Tomar muestras de agua en los cursos interceptados aguas arriba y abajo de los puentes y realizar

los análisis comparativos de determinados parámetros como temperatura, oxigeno disuelto, DBO,

pH, turbidez, etc.

- Colocar fosas sépticas en los servicios sanitarios, para evitar la contaminación por las aguas

residuales. Aunque esta obligatoriedad pertenece a Seguridad e Higiene, es una medida correctora

ambiental. Las fosas deben quitarse terminada la obra.

La degradación de las aguas afecta seriamente a la fauna acuática, anfibia e ictícola.

En la construcción de las pilas de los puentes se acentúa también la contaminación con la

construcción de islotes y desvíos, que alteran el hábitat de la fauna local ictícola, obligándola a

desplazarse a otros lugares, lo cual aboca en la desaparición de algunas de ellas, y sugiere programar

dichas construcciones fuera de las épocas reproductoras.

Por ello antes y después de la construcción del puente han de cuantificar las especies acuáticas y, si

procede, realizar una repoblación cuando se haga la restitución forestal.

Las pistas de acceso al lugar del puente deben anularse terminada la obra, y restituirse a la situación

original para evitar la contaminación del río por lavado de coches, vertido de residuos, excursiones,etc.





141

INTERNET

BITP

Representante de BITELLI, fabricante de compactadores.

http://www.bitp.fr

KOMATSU

http://www.komatsu.com

FIAT-HITACHI

http://www.fiathitachi.com

CATERPILLAR

http://www.caterpillar.com

NEW HOLLAND

http://www.newholland.com





143

EQUIPMENT WORLD

Revista del sector del equipamiento para construcción. http://www.equipmentworld.com

MATRIKON

Fabricante de sistemas de mantenimiento predictivo para maquinaria.

http://www.matrikon.com

LIEBHERR

http://www.liebherr.com




SOIL

AND

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