Tema 9: Movimiento de tierras. Explanaciones OBJETIVOS

Preparación de balance de tierras y diagrama de masas de una obra de movimiento de tierras

Conocimiento de las características exigidas a los materiales para la ejecución de rellenos

Procedimientos de ejecución del movimiento de tierras

Comprender la importancia de la explanada como base de apoyo del firme

Conocer la maquinaria habitualmente empleada en el movimiento de tierras CONTENIDOS

1 INTRODUCCION

2 ANALISIS DE LOS DATOS DE PARTIDA

2.1 PERFILES TRANSVERSALES

2.2 ESTUDIO DE MATERIALES. CARACTERISTICAS GEOTECNICAS Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS

2.3 BALANCE DE TIERRAS

2.4 SITUACION DE LAS ESTRUCTURAS DE LA TRAZA

2.5 LOCALIZACION DE PRESTAMOS Y VERTEDEROS

2.6 COSTES POR METRO CUBICO

3 MODELO MATEMATICO. DIAGRAMA DE MASAS

3.1 TIPOS DE DIAGRAMAS

3.2 RESULTADOS

4 MATERIALES PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS: EXCAVACIONES Y RELLENOS

4.1 TIPOS DE RELLENOS

4.2 TIPOS DE MATERIALES PARA RELLENOS

4.2.1 TIPOS DE SUELOS A EMPLEAR EN TERRAPLENES

4.2.2 TIPOS DE MATERIALES A EMPLEAR EN PEDRAPLENES

4.2.3 TIPOS DE MATERIALES A EMPLEAR EN RELLENOS TODO-UNO

4.3 CONDICIONES DE PUESTA EN OBRA

4.3.1 TERRAPLENES

4.3.2 PEDRAPLENES

4.3.3 RELLENOS TODO-UNO

5 FORMACION DE LA EXPLANADA

5.1 ESTABILIZACION DE SUELOS

5.1.1 ESTABILIZACION CON CAL

5.1.2 ESTABILIZACION CON CEMENTO

5.1.3 SUELOS ESTABILIZADOS: S-EST 1, S-EST 2 y S-EST 3

5.1.4 EQUIPOS NECESARIOS PARA LA EJECUCION DE LAS OBRAS

5.1.5 EJECUCION DE LAS OBRAS

6 CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION

6.1 EXCAVACIÓN EN DESMONTE Y EXPLANACIÓN

6.1.1 BULLDOZER

6.1.2 TRAILLAS

6.1.3 RETROEXCAVADORAS EXCAVADORAS

6.1.4 PALAS CARGADORAS

6.1.5 CAMIONES Y DÚMPERS

6.2 EXCAVACIONES ESPECIALES

6.2.1 EXCAVACION EN ZANJA

6.2.2 EXCAVACION EN POZO

6.2.3 EXCAVACION EN VACIADO

6.3 TERRAPLENES Y PEDRAPLENES

6.3.1 EQUIPOS DE EXTENDIDO

6.3.2 EQUIPOS DE HUMECTACION

6.3.3 EQUIPOS DE COMPACTACION

1 INTRODUCCION

En una obra de carreteras y en general en cualquier obra lineal, el movimiento de tierras es una pieza clave debido a su peso específico tanto en el presupuesto de la obra como en su plazo de ejecución.

Por esa razón es necesario confeccionar un plan detallado del movimiento de tierras global de la obra que sea capaz de procesar al menos la siguiente información:

1. Volúmenes de desmonte y terraplén en cada perfil transversal de cada uno de los ejeces que definen el trazado ( en particular tronco, ramales de enlace, caminos de servicio, reposiciones de otras carreteras,... ) y de cada uno de los materiales que lo componen.

2. Características geológicas y geotécnicas de cada uno de los materiales que componen los terrenos atravesados por la traza.

3. Situación de cada una de las estructuras de la traza, considerando su tipología y lo accidentado del terreno en sus proximidades; para poder deducir si se puede pasar alrededor de ellas.

4. Estudio de materiales de la traza y zonas adyacentes, que permita ubicar los posibles préstamos y vertederos de la obra y conocer las características de los materiales que ellos se encuentran.

5. Estudio de costes donde se obtenga con la mayor precisión posible el valor por m3 de excavación, carga, transporte, descarga, extendido, humectación ( o desecación ) y compactado, de cada uno de los materiales que componen los terraplenes y desmontes de la traza.

Figura 9.1: Movimiento de tierras en ejecución de autovía

La finalidad del estudio del movimiento de tierras, debe conseguir el coste mínimo en el conjunto de operaciones que hay que realizar para llevarlo a cabo. Para ello, se deberán realizar multitud de iteraciones y estimaciones hasta conseguir la combinación óptima, definiendo cada uno de los movimientos a ejecutar en obra y a partir de ahí, dimensionar los equipos necesarios para su consecución.

2 ANALISIS DE LOS DATOS DE PARTIDA

2.1 PERFILES TRANSVERSALES

Los perfiles transversales del proyecto constructivo deben reflejar los diferentes materiales que componen el desmonte y el terraplén. En particular, la tierra vegetal, las tierras propiamente dichas y el material roca. Sobre estos materiales el estudio geológico - geotécnico habrá emitido conclusiones sobre su forma de extracción en función de su dureza y sobre su posible aprovechamiento en terraplenes, pedraplenes, escolleras,...

En la mayoría de los casos, la tierra vegetal no debe tenerse en cuenta en el estudio de optimización del movimiento de tierras, ya que suele ser copiada en los bordes de la traza para su posterior reutilización en el recubrimiento de los taludes de los terraplenes, incluso en los de desmonte si su inclinación lo permite. En estos casos el estudio se reduce a cubicar la tierra vegetal y determinar el número de horas que necesita un bulldozer para su retirada.

Es importante que en los perfiles transversales estén reflejados los volúmenes de desmonte y terraplén, sin el volumen de tierra vegetal. Los pies de terraplén y cabezas de desmonte, deben estar definidos partir del límite inferior de la tierra vegetal.

Figura 9.2: Perfil transversal en desmonte

Figura 9.3: Perfil transversal en terraplén

2.2 ESTUDIO DE MATERIALES. CARACTERISTICAS GEOTECNICAS Y PROPIEDADES DE LOS SUELOS

El proyecto contendrá un estudio de caracterización que permita conocer la tipología de suelos que se encontrarán a lo largo de la traza. Los ensayos realizados sobre estos materiales determinarán si son aptos para su empleo como terraplén. En muchos casos el análisis de caracterización de los materiales ha de repetirse desde de la obra, puesto que la campaña geotécnica realizada en proyecto no es suficiente.

Los parámetros más importantes para la caracterización son:

• Origen muestra: Calicata, sondeo,... • Profundidad de extracción • Tipo de muestra: Alterada, inalterada, ... • Estado natural: Humedad ( % ), densidad seca y peso específico partículas • Características químicas: Contenido de materia orgánica, carbonatos, sulfatos, sales solubles • Análisis granulométrico por tamizado • Límites de Attemberg: LL, LP e IP • Características mecánicas: Resistencia compresión simple, cohesión, ángulo rozamiento interno, ensayos de colapsibilidad • Compactación: Proctor normal ( densidad, humedad ), Proctor modificado ( densidad, humedad ), CBR, ensayo de hinchamiento

Valores del terreno como la estabilidad volumétrica, la resistencia mecánica y la inalterabilidad frente a agentes externos, deben formar parte del estudio de materiales, por ser fundamentales para el desarrollo de la optimización del movimiento de tierras.

2.3 BALANCE DE TIERRAS

Una vez se conozca la aptitud de los materiales, se procederá a preparar un balance de tierras, para ello es fundamental conocer las densidades de los materiales en sus diferentes ubicaciones: en banco, suelto o en terraplén.

Para preparar el balance de tierras se realizarán las siguientes acciones:

1. Del volumen de cada desmonte hay que descontar la cantidad del material que ha de llevarse a vertedero. Es decir, cuantificar el material "apto" para terraplén que proviene exclusivamente de la traza.

2. Multiplicar este volumen ( en función de sus características ) por un factor que lo convierte en volumen real de terraplén ( factor de paso ). Estos son los volúmenes que se utilizan en los diagramas de masas.

Al manipular el material con medios mecánicos, afectamos al volumen y densidad del mismo. En el cálculo de volúmenes y balance de compensación de tierras, se procede con tres situaciones diferentes del mismo material.

En banco

Suelto

Compactado

El coeficiente de paso se define como en cociente entre los volúmenes de compactado (Vc ) y de banco ( Vb), es decir:

Fp=Vc/Vb

Este coeficiente puede definirse de forma empírica o teóricamente a través de las densidades secas del material en banco y la del ensayo Proctor del material compactado.

Sólo en el caso del transporte, se tendrá en cuenta el volumen del material suelto.

Figura 9.4: Volúmenes aparentes

Valores del terreno como la estabilidad volumétrica, la resistencia mecánica y la inalterabilidad frente a agentes externos, deben formar parte del estudio de materiales, por ser fundamentales para el desarrollo de la optimización del movimiento de tierras.

3. Medir el volumen de terraplenes sumando además los derivados de los saneos que sean precisos. Cuantificar el material necesario para terraplenar ( el que se construye desde el horizonte competente ).

4. El balance real será el resultado de restar el resultado del punto 2 al del punto 3. Si es positivo, sobran tierras y por tanto hay que buscar vertederos. Si es negativo el déficit de tierras nos obliga a buscar zonas de material de préstamo.

Independientemente del signo del balance, conviene tener siempre localizados los préstamos y vertederos para optimizar la solución. A veces puede resultar más barato utilizar tierras de un préstamo cercano que transportarlas desde un lugar lejano de la propia traza.

2.4 SITUACION DE LAS ESTRUCTURAS DE LA TRAZA

La obra lineal conecta dos puntos dentro de un territorio, atravesando puntos de orografía diversa ríos y otras obras lineales. Estos condicionantes pueden limitar las tareas hasta el punto de no poder realizar algunas sin haber terminado otras.

El transporte del material se realiza por pistas de obra construidas normalmente por bulldozer y refinadas con motoniveladora, pero cuando en la traza está proyectado un viaducto, o un túnel debido normalmente a un terreno orográficamente complicado o existe un cruce con otra carretera que debe seguir en servicio, es posible que el transporte del material de una zona no pueda realizarse o que suponga un incremento en la distancia de transporte.

En el estudio se deben situar estas zonas y determinar la limitación que imponen.

En el caso de que la limitación suponga un corte en la traza de tal manera que el material no puede pasar de una zona a otra, se considerará la obra dividida y por consiguiente la compensación y el movimiento de tierras se estudiará con independencia del resto de la obra. El tramo dispondrá de sus propios préstamos, vertederos,... En ocasiones será necesario ejecutar primero la estructura proyectada para utilizarla en el transporte del material al otro lado de la misma.

En el caso de que la limitación no suponga un corte, pero sí un aumento de la distancia ( por ejemplo vadear un río por un puente construido lejano a la traza ) se tendrá en cuenta dicho aumento reflejado en un determinado PK de la traza.

Ha de tenerse en cuenta que determinados cortes en la traza pueden obligar a utilizar maquinaria de diferentes características; lo que incidirá en una modificación de los costes. Por ejemplo si un desmonte puede ejecutarse con extraviales pero como la estructura sobre el Río no está ejecutada y por tanto para cruzarlo hay que circular por carretera, ello obligará a usar bañeras en lugar de extraviales; lo que afecta sin duda a los costes de ejecución.

Todos estos inconvenientes y limitaciones para el transporte, requieren una tramificación de la obra y una compensación de tierras en cada tramo, que se estudiará con independencia de los demás.

Imagen 9.5: Paso bajo cimbra de paso superior

Paso bajo cimbra para permitir el paso de la maquinaria de movimiento de tierras y evitar un corte en la traza.

2.5 LOCALIZACION DE PRESTAMOS Y VERTEDEROS

Una vez que se ha realizado el estudio de materiales y se han detectado las posibles zonas de préstamo y vertedero, se ha de proceder a determinar la conveniencia de cada uno de ellos.

Para ello se determinarán las siguientes características:

• Propiedades de los materiales • Valor del canon de extracción • Volumen máximo de material disponible ( compactado sobre la traza ) que puede aportar o recibir • Distancia desde el acceso de la traza y la suplementaria por el interior de la misma.

Con estos datos se elaborará el modelo matemático que realice el estudio de optimización del movimiento de tierras.

En este modelo los préstamos actuarán como desmontes en los que no es necesario excavar todo su volumen y los vertederos como terraplenes en los que no es necesario terraplenar todo su volumen.

2.6 COSTES POR METRO CUBICO

El modelo matemático que analice el coste total debido al movimiento de tierras, deberá conocer para cada tipo de terreno y unidad de metro cúbico los siguientes costes:

• Excavación o voladura en su caso • Carga • Transporte • Descarga • Extendido • Humectación o desecación en su caso • Compactado • Terminación o refino

Habrá que valorar además los cánones de vertido o extracción en vertederos y préstamos y cuantos procesos mecánicos requiera el material para su puesta en obra.

Estos costes pueden agruparse de forma racional en caso de subcontrataciones o en caso de simplificación del estudio.

3 MODELO MATEMATICO. DIAGRAMA DE MASAS

El diagrama de masas es la representación gráfica de los volúmenes acumulados del desmonte y terraplén. Es la herramienta que se emplea para optimizar, de tal manera que el movimiento de tierras sea el menor posible y el balance de dichas tierras esté compensado.

Deben estar representados todos los ejes que intervienen en el trazado y el balance se debe realizar en cada uno de ellos, existiendo además, interconexión entre todos.

El modelo matemático, cuya finalidad principal es la optimización del coste de movimiento de tierras, debe considerar las siguientes actividades:

• Planificación del desarrollo de los movimientos de material • Elección del tipo de maquinaria a emplear en función de los materiales de que se dispone en la traza y la distancia de transporte. • Estimación de costes que conlleva cada actividad • Establecer zonas de vertedero y préstamo.

Para realizar la planificación del desarrollo de los movimientos del material, se ubicarán sobre un plano todos los caminos de acceso a la traza, distancia a préstamos y vertederos, volúmenes de tierras representados en el diagrama de masas y sus características en cuanto a lo aprovechable de los mismos, elaborando, con todo ello, un modelo matemático que realice todas las combinaciones posibles de movimientos, que habrá que valorar económicamente con la estimación de costes realizada.

No existe ningún programa comercial que realice con éxito todas estas combinaciones, por lo que su desarrollo durante los preparativos se hace imprescindible.

3.1 TIPOS DE DIAGRAMAS

Se suelen utilizar 4 tipos de diagramas:

1. Diagrama de masas acumulado a origen: Se trata de un diagrama estático. Esta línea esta formada por puntos que coinciden con el intervalo en el que está definido el tramo.

Muestra una información muy valiosa en la que destaca:

• Balance definitivo del movimiento de tierras ( déficit o superavit ) • Canteras de compensación ( intervalos de la traza en los que el movimiento de tierras se puede compensar ). Una línea horizontal que corte en dos puntos al diagrama define una cantera de compensación. • Zonas con predominio de desmontes o terraplenes. Vienen definidas por las pendientes del diagrama. Las pendientes positivas indican mayor volumen de desmontes que de terraplenes y las negativas lo contrario.

2. Diagrama de masas acumulado a origen: Diagrama dinámico que evoluciona al ir definiendo los movimientos de material. Este diagrama será más horizontal conforme se van compensando loas tierras.

3. Diagrama rectangular de desmontes y terraplenes: Representa volúmenes de cada uno de ellos. Con él se trabajará para compensar definiendo el movimiento de tierras. Se toma la escala vertical de tal manera que ningún desmonte ni terraplén sobrepase, en altura, el diagrama de masas estático. Cuando existan solapes de desmontes con terraplenes estaremos observando zonas a media ladera.

4. Diagrama morfológico de cada desmonte o terraplén. Define zonas dentro del desmonte o terraplén con más o menos área. La escala vertical será tal que el punto con más área coincida con la altura de desmonte o terraplén. Se construye basándose en los volúmenes de cada perfil. Un desmonte queda definido entre dos puntos kilométricos con área de desmonte igual a 0 existen datos con área de desmonte diferente de 0. el mismo razonamiento se sigue para terraplenes.

Imagen 9.6:Diagrama de masas

En el caso representado tenemos 1 desmonte y 2 terraplenes. La discretización de los desmontes y terraplenes debe realizarse de forma lógica, haciendo sólo los cambios razonables para que el cálculo se aproxime a la realidad sin simplificar ni complicar en exceso el modelo.

De la misma manera debemos desechar aquellos desmontes o terraplenes que no representen un volumen significativo a efectos de estudio.

Con el modelo se pueden compensar tierras en las zonas de media ladera, de este modo no existirán solapes entre el diagrama de desmontes y terraplenes. Este volumen normalmente es arrancado y movido directamente por bulldozer y motoniveladoras y no se incluye en el modelo para el cálculo.

En resumen las actividades a desarrollar serían las siguientes:

1. Definir con qué tramos se trabajará. De todos ellos asignar uno como el principal. 2. Añadir los datos de los volúmenes para representar el diagrama de masas acumulado, el diagrama rectangular y de morfología de desmontes y terraplenes. 3. Compensar automáticamente los volúmenes del propio perfil transversal que están a media ladera. De esta forma al dibujar los desmontes y terraplenes no habrá solapes. Al compensar puede variar ligeramente el centro de masas de terraplenes y desmontes. 4. Análisis de cada uno de los volúmenes para despreciar los insignificantes o separar claramente los diferenciados. 5. Definir volúmenes de terreno inadecuado en desmonte ( estos irán a vertedero directamente ) 6. Aplicar los coeficientes de paso de cada terreno en cada desmonte 7. Integrar los diagramas de todos los tramos, ramales, caminos de servicios 8. Compensación

9. Definición de áreas de vertedero y préstamo 10. Presentación de resultados analíticos y gráficos

Se adjunta el diagrama de masas de una obra real de movimiento de tierras.

3.2 RESULTADOS

Cálculo del coste total mediante procesos iterativos aplicando los costes unitarios de cada una de las actividades que forman la unidad de obra. El proceso concluye cuando el coste calculado se hace mínimo.

Además de los diferentes planos en los que vienen detallados todos los movimientos se debe emitir un informe como el siguiente que da una idea de qué equipos serán los más adecuados para realizar los trabajos.

Se establecen intervalos de distancias para ver cuanto volumen hay que mover dentro de ellos y a partir de los datos del resultado óptimo se confecciona una tabla como la siguiente:

Intervalos de distancias ( m ) Volumen transportado ( m3 )

0-300 17.500

300-600 22.500

600-1000 80.000

1000-2000 20.000

>2000 5.750

Estos resultados se suelen representar en un gráfico donde se observa, por ejemplo que hay 80.000 m3 que hay que transportar a una distancia media de 800m, lo que supone un 60% del movimiento total

También se aprecia un volumen que hay que transportar a más de 2.000 m, situación que habría que estudiar para minimizar el coste llevando material desde préstamos más cercano.

4 MATERIALES PARA MOVIMIENTO DE TIERRAS: EXCAVACIONES Y RELLENOS

La experiencia acumulada en la construcción de rellenos desde la anterior versión del pliego de Prescripciones Técnicas Generales para obras de Carreteras y Puentes (PG-3/75 ), así como las crecientes exigencias en materia de medio ambiente y de aprovechamiento de recursos, motivaron la necesidad de redactar un nuevo artículo " 330 Terraplenes " que incluyera un nuevo tipo de material a los efectos de su posible utilización en la construcción de rellenos: los materiales marginales.

En el año 2000 se publicó la Orden Circular 326/00, que modificó los artículos 330, 331 y 333 ( terraplenes, pedraplenes y rellenos todo uno ); desde Mayo de 2002 dichos artículos sustituyen a los existentes en el PG-3/75

El Pliego está encaminado a utilizar cualquier material natural que se pueda encontrar a lo largo de la traza o incluso el aprovechamiento de materiales artificiales que antes se desechaban.

El hecho de que aparezca una nueva clasificación de materiales ( suelos y rocas marginales) no implica que éstos puedan utilizarse directamente y en cualquier zona de los rellenos, sino que su empleo , al que pueden ponerse limitaciones, deberá venir precedido de un estudio especial justificado, específico y relativo al caso concreto.

4.1 TIPOS DE RELLENOS

Los rellenos se clasifican en:

• Terraplenes Artículo 330: consiste en la extensión y compactación, por tongadas, de materiales en zonas de tales dimensiones que permitan de forma sistemática la utilización de maquinaria pesada con destino a crear una plataforma sobre la que se asiente el firme de una carretera.

• Pedraplenes Artículo 331: consiste en la extensión y compactación por tongadas de materiales pétreos, con destino a crear una plataforma sobre la que se asiente la explanada y el firme de una carretera

• Rellenos "todo-uno" Artículo 333 Esta unidad consiste en la extensión y compactación de suelos, procedentes de excavaciones o préstamos, en relleno de zanjas, trasdós de obras de fábrica, cimentación o apoyo de estribos o cualquier otra zona, que por su reducida extensión, compromiso estructural u otra causa no permita la utilización de los mismos equipos de maquinaria con que se lleva a cabo la ejecución del resto del relleno, o bien exija unos cuidados especiales en su construcción

4.2 TIPOS DE MATERIALES PARA RELLENOS

4.2.1 TIPOS DE SUELOS A EMPLEAR EN TERRAPLENES

Las zonas consideradas relleno tipo terraplén son:

• Coronación: Es la parte superior del relleno tipo terraplén, sobre la que se apoya el firme, con un espesor mínimo de dos tongadas y siempre mayor de cincuenta centímetros (50 cm). • Núcleo: Es la parte del relleno tipo terraplén comprendida entre el cimiento y la coronación. • Espaldón: Es la parte exterior del relleno tipo terraplén que, ocasionalmente, constituirá o formará parte de los taludes del mismo. No se considerarán parte del espaldón los revestimientos sin misión estructural en el relleno entre los que se consideran, plantaciones, cubierta de tierra vegetal, encachados, protecciones antierosión, etc. Los espaldones pueden cumplir funciones de impermeabilidad, resistencia, peso estabilizador o protección contra la erosión.

• Cimiento: Es la parte inferior del terraplén en contacto con la superficie de apoyo. Su espesor será como mínimo de un metro (1 m )

Los tipos de suelos incluidos en el PG-3 actual son:

• Seleccionado • Adecuado • Tolerable • Marginal • Inadecuado

4.2.1.1 SUELOS SELECCIONADOS

Se considerarán como tales aquellos que cumplen las siguientes condiciones:

- Contenido en materia orgánica inferior al cero con dos por ciento (MO < 0,2 %), según UNE 103204. - Contenido en sales solubles en agua, incluido el yeso, inferior al cero con dos por ciento (SS < 0,2 %), según NLT 114. - Tamaño máximo no superior a cien milímetros (Dmax # 100 mm). - Cernido por el tamiz 0,40 UNE menor o igual que el quince por ciento (# 0,40 # 15 %) o que en caso contrario cumpla todas y cada una de las condiciones siguientes: - Cernido por el tamiz 2 UNE, menor del ochenta por ciento (# 2 < 80 %). - Cernido por el tamiz 0,40 UNE, menor del setenta y cinco por ciento (# 0,40 < 75 %). - Cernido por el tamiz 0,080 UNE inferior al veinticinco por ciento (# 0,080 < 25 %). - Límite líquido menor de treinta (LL < 30), según UNE 103103. - Índice de plasticidad menor de diez (IP < 10), según UNE 103103 y UNE 103104.

4.2.1.2 SUELOS ADECUADOS

Se considerarán como tales los que no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados cumplan las condiciones siguientes:

- Contenido en materia orgánica inferior al uno por ciento (MO < 1 %), según UNE 103204. - Contenido en sales solubles, incluido el yeso, inferior al cero con dos por ciento (SS < 0,2 %), según NLT 114. - Tamaño máximo no superior a cien milímetros (Dmax # 100 mm). - Cernido por el tamiz 2 UNE, menor del ochenta por ciento (# 2 < 80 %). - Cernido por el tamiz 0,080 UNE inferior al treinta y cinco por ciento (# 0,080 < 35 %). - Límite líquido inferior a cuarenta (LL < 40), según UNE 103103. - Si el límite líquido es superior a treinta (LL > 30) el índice de plasticidad será superior a cuatro (IP > 4), según UNE 103103 y UNE 103104.

4.2.1.3 SUELOS TOLERABLES

Se considerarán como tales los que no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados ni adecuados, cumplen las condiciones siguientes:

- Contenido en materia orgánica inferior al dos por ciento (MO < 2 %), según UNE 103204. - Contenido en yeso inferior al cinco por ciento (yeso < 5 %), según NLT 115. - Contenido en otras sales solubles distintas del yeso inferior al uno por ciento (SS < 1 %), según NLT-114. - Límite líquido inferior a sesenta y cinco (LL < 65), según UNE 103103. - Si el límite líquido es superior a cuarenta (LL > 40) el índice de plasticidad será mayor del setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP > 0,73 (LL-20)). - Asiento en ensayo de colapso inferior al uno por ciento (1 %), según NLT-254, para muestra remoldeada según el ensayo Próctor normal UNE 103500, y presión de ensayo de dos décimas de megapascal (0,2 MPa). - Hinchamiento libre según UNE 103601 inferior al tres por ciento (3 %), para muestra remoldeada según el ensayo Próctor normal UNE 103500.

4.2.1.4 SUELOS MARGINALES

Se considerarán como tales los que no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados, ni adecuados, ni tampoco como suelos tolerables, por el incumplimiento de alguna de las condiciones indicadas para éstos, cumplan las siguientes condiciones:

- Contenido en materia orgánica inferior al cinco por ciento (MO < 5 %), según UNE 103204. - Hinchamiento libre según UNE 103601 inferior al cinco por ciento (5 %), para muestra remoldeada según el ensayo Próctor normal UNE 103500. - Si el límite líquido es superior a noventa (LL > 90) el índice de plasticidad será inferior al setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP < 0,73 (LL-20)).

4.2.1.5 SUELOS INADECUADOS

Se considerarán suelos inadecuados:

- Los que no se puedan incluir en las categorías anteriores. - Las turbas y otros suelos que contengan materiales perecederos u orgánicos tales como tocones, ramas, etc. - Los que puedan resultar insalubres para las actividades que sobre los mismos se desarrollen.

El PG-3 exige un valor mínimo del CBR en función de la zona del relleno donde va a localizarse dicho material ( cimiento, núcleo, espaldones o coronación ) y ligado a las condiciones de compactación de puesta en obra de cada zona.

El valor mínimo admitido para CBR es 3 en el núcleo. Para valores inferiores es preciso realizar un estudio especial.

La filosofía del PG-3 es que, con los cuidados requeridos en cada caso, se acepta todo tipo de material con el que se pueda conseguir:

• Una puesta en obra en condiciones aceptables • Una estabilidad satisfactoria de la obra • Unas deformaciones tolerables a corto y largo plazo, para las condiciones de servicio que se definan en proyecto.

Esta nueva filosofía se detalla en las modificaciones que ha introducido el PG-3 en los parámetros de clasificación:

• Granulometría: Se ha modificado la clasificación, incluyendo especificaciones para el paseen los tamices 20mm y 2 mm • Plasticidad: La mayor parte de los limos y arcillas que antes se consideraban inadecuados ahora se encuentran incluidos en la clasificación de marginales. Tan sólo las arcillas con LL>90 siguen considerándose suelos inadecuados. • Materia orgánica: Se considera un factor limitante la altura del relleno. Además de lo anterior, el PG-3 llama la atención sobre la operatoria del ensayo vigente ( UNE 103204 Determinación del contenido de materia orgánica oxidable por el método del permanganato potásico ) podría, en algunos casos, tener influencia en el resultado cuando existen materias oxidables no orgánicas • Colapsibilidad: Este criterio no se encontraba en el PG-3/75. Las condiciones de humedad y densidad, así como la carga a la que se realiza el ensayo de colapso vienen especificadas en el artículo 330. Un suelo colapsable puede experimentar deformaciones verticales relativamente pequeñas bajo el efecto de presiones verticales importantes, mientras que su contenido de humedad sea bajo y, por otra parte, sufrir asientos importantes al ser inundado, manteniéndose la misma presión vertical. El PG-3 establece que estos suelos deberán compactarse del lado húmedo en relación a la humedad óptima del Ensayo Proctor de referencia. Los suelos colapsables no deben emplearse en coronación ni espaldones y que su uso en cimiento y núcleo estará sujeto a un estudio especial. • Expansividad: Se mide mediante el ensayo de hinchamiento libre en edómetro, siendo sus condiciones de ensayo independientes de la puesta en obra. Estos suelos deberán compactarse por el lado húmedo, siendo el único caso en el que se recomienda que el Proctor de referencia sea el Proctor Normal y no el Proctor Modificado. Respecto a su empleo, se indica que los suelos expansivos no se usarán en coronación ni espaldones y que su uso en cimiento y núcleo estará sujeto a un estudio especial • Contenido en sales solubles: El contenido de sales solubles en agua determina la clasificación de los suelos. Se realiza un análisis independiente del contenido en yeso. En general, y a igualdad de temperatura, las sales más solubles en el agua son los cloruros, seguidas de los nitratos, bicarbonatos, sulfatos y por último los carbonatos • Contenido en yesos: El contenido en yeso se encuentra limitado independiente de otras sales solubles para los suelos tolerables y marginales. El hecho es que se trata de una sal muy abundante en España, con presencia muy significativa en

diversos puntos, lo que ha obligado a que el PG-3 lo considere de forma independiente al resto de sales solubles. El pliego especifica en que zonas del relleno pueden emplearse suelos con yesos, en función de su contenido. Con frecuencia la presencia de yesos suele dar lugar a problemas de marginalidad. Resulta además habitual que los yesos aparezcan en obra junto con suelos adecuados o marginales ( arcillas muy plásticas o limos colapsables ). Por esta razón el Pliego prescribe que para contenidos en yeso superiores al 2% se debe determinar el posible carácter expansivo o colapsable del suelo. • Índice CBR: En el actual PG3 no se ha considerado el índice CBR como un parámetro de clasificación intrínseca del suelo, por lo que su valor depende de la densidad y humedad de la muestra, a determinar de acuerdo con las condiciones de la puesta en obra. A pesar de lo anterior, sí se establecen unos valores mínimos para su empleo en las diferentes zonas de los rellenos:

ZONA DEL RELLENO INDICE CBR

CORONACION CBR>5

ESPALDONES ----

NUCLEO CBR>3

CIMIENTO CBR>3

No obstante lo anterior, el Pliego establece la posibilidad de emplear en el nucleo suelos marginales o con índice CBR<3, si bien indica que su uso puede venir condicionado por problemas de resistencia, deformabilidad y puesta en obra; por lo que desaconseja su empleo que, en todo caso, ha de justificarse mediante un estudio especial.

4.2.2 TIPOS DE MATERIALES A EMPLEAR EN PEDRAPLENES

El artículo 331 recoge las prescripciones para el empleo de rocas en los pedraplenes.

Al igual que en el caso de los terraplenes se distinguen las siguientes zonas en un pedraplén:

• Transición: Formada por la parte superior del pedraplén, con un espesor de dos (2) tongadas y como mínimo de un metro (1m), a no ser que en el Proyecto se indique expresamente otro valor. • Núcleo: Parte del pedraplén comprendida entre el cimiento y la zona de transición. • Cimiento: Formada por la parte inferior del pedraplén en contacto con el terreno preexistente o superficie de apoyo. Su espesor será como mínimo de un metro (1 m) o la máxima altura libre desde la superficie de apoyo hasta la zona de transición del pedraplén, cuando dicha altura libre fuera inferior a un metro (1 m). • Espaldones: Son las partes exteriores del relleno que ocasionalmente constituyen o forman parte de los taludes del mismo. • Zonas especiales: Son zonas del pedraplén con características especiales, tales como zonas inundables, etc. De existir, el Proyecto deberá fijar sus características y dimensiones. • Coronación: Se entiende por coronación la zona comprendida entre la transición del pedraplén y la superficie de la explanada. Sus dimensiones y características serán las definidas en el artículo 330, "Terraplenes" para la coronación de terraplenes.

Se incide especialmente en dos criterios: La calidad de la roca y la forma.

• Calidad de la roca: En general se consideran rocas adecuadas para su empleo en pedraplenes las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas resistentes, sin alteración apreciable, compactas y estables frente a la acción de agentes externos y, en particular, frente al agua. Algunas rocas que anteriormente se consideraban inadecuadas o requerían un estudio especial ( arcosas, limolitas,... ) pasan al grupo de materiales a emplear en rellenos todo-uno. • Granulometría: El tamaño máximo debe estar comprendido entre 100 mm y 900 mm. • Forma: El artículo 331 indica cual es la forma que se considera adecuada para la ejecución de los pedraplenes. En el caso de que no se cumpla la especificación de la forma, y que el contenido en peso de dichas partículas sea superior al 30%, sólo se podrá emplear dicho material cuando se realice un estudio especial, que garantice un comportamiento estable.

Como conclusiones al análisis del artículo de pedraplenes cabe destacar:

• Se diferencian en el pedraplén las zonas que pueden tener diferente ejecución. • Se definen los materiales que se consideran estables para la construcción de pedraplenes y los ensayos para comprobarlo. • Se fija como tamaño máximo 900 mm y se define un huso granulométrico del material • Se aumenta el espesor máximo de tongada a 1,35 m recomendando el espesor de 60 cm. En los espaldones se recomiendan espesores de tongadas menores. • Se definen las características mínimas que debe tener un pedraplén: porosidad<30%, densidad mayor a 1,80 t/m3 y asientos después de la compactación del rodillo del 1% del espesor de tongada. • Se define el pedraplén de ensayo, precisando que se ejecuten al menos dos tongadas de 10 m de ancho • El control de la porosidad del pedraplén se realizará mediante 3 calicatas de 4 m3 • El control del asiento que produce la última pasada del rodillo se realiza mediante métodos topográficos. • Posibles ensayos para controlar el pedraplén, siempre que el tamaño máximo lo permitan, el ensayo de carga con placa, ensayo de huella y ensayo para medir la propagación de ondas superficiales.

4.2.3 TIPOS DE MATERIALES A EMPLEAR EN RELLENOS TODO-UNO

El artículo 333 se refiere a los materiales clasificados como rellenos todo-uno. Este tipo de materiales no se encontraba recogido en el PG-3/75. Este artículo engloba a aquellos materiales que no podemos clasificar ni como terraplenes ni como pedraplenes. Estos materiales pueden presentar un contenido de partículas finas suficiente como para repercutir sensiblemente en su comportamiento.

Los materiales para la formación de rellenos todo-uno se clasifican en función de la roca de la que proceden en cinco grupos:

1. ROCAS ESTABLES: Son aquellas que teniendo una composición mineralógica químicamente estable, también lo son frente la acción del agua. 2. ROCAS EVOLUTIVAS: Son aquellas que, sometidas a un ensayo de desmoronamiento, manifiesten fisuración, desintegración o la pérdida de peso que sufran sea superior al 2%. En este caso si la fracción que pasa por el tamiz 20mm tuviera las características de suelo marginal o inadecuado, se clasificaría como rocas marginales y, para su utilización sería necesario un estudio especial 3. ROCAS CON SULFUROS OXIDABLES: Son aquellas que contienen piritas u otros sulfuros oxidables ( galena, blenda, cinabrio, calcopirita,... ). Este tipo de rocas se consideran marginales y, para su uso se precisa un estudio especial sobre su degradación y el posible ataque a las obras de fábrica de las aguas con ácido sulfúrico. 4. ROCAS CON MATERIALES SOLUBLES: Reciben un tratamiento muy similar al que reciben los suelos con sales solubles. Son aquellas que contienen yeso, cloruro sódico, sulfatos,... El posible empleo de estas rocas es función del contenido en yeso o en sales solubles diferentes al yeso. 5. ROCAS CON MINERALES COMBUSTIBLES: Este grupo engloba fundamentalmente los estériles del carbón. Si el contenido en materia orgánica es superior al 2% se consideran rocas marginales y necesitan un estudio especial.

Al igual que en los casos anteriores los rellenos todo-uno se zonifican en:

• Transición: Formada por la parte superior del relleno todo-uno, con un espesor de al menos dos (2) tongadas y como mínimo de un metro (1 m), a no ser que en el Proyecto se indiquen expresamente otros valores. • Núcleo: Parte del relleno todo-uno comprendida entre el cimiento y la zona de transición. • Cimiento: Formada por la parte inferior del relleno todo-uno en contacto con la superficie de apoyo. El espesor será como mínimo de un metro (1 m) o la máxima altura libre desde la superficie de apoyo hasta la zona de transición, cuando dicha altura libre fuera inferior a un metro (1 m). • Espaldones: Son las partes exteriores del relleno todo-uno que ocasionalmente constituyen o forman parte de los taludes del mismo. • Zonas especiales: Son zonas del relleno todo-uno con características especiales, tales como zonas inundables, etc. De existir, el Proyecto deberá fijar sus características y dimensiones. • Coronación: Se entiende por coronación la zona comprendida entre la transición del relleno todo-uno y la superficie de la explanada. Sus dimensiones y características serán las definidas en el artículo 330, "Terraplenes" para la coronación de terraplenes.

4.3 CONDICIONES DE PUESTA EN OBRA

4.3.1 TERRAPLENES

El artículo 330 especifica claramente las precauciones a tener en cuenta con los distintos tipos de materiales ( especialmente con los marginales ):

• Humedad de puesta en obra • Espesores de tongada: En general 30 cm • Sobreanchos: Del orden de 1 m para que el compactador se acerque al borde • Transiciones desmonte - terraplén

Es muy importante tener en cuenta las especificaciones relativas a la humedad de puesta en obra. Cuando se utilicen materiales sensibles a las variaciones de humedad y el terraplén sufra a posteriori aumentos importantes de la misma, se originan figuraciones y asientos diferenciales muy importantes y con frecuencia inaceptables.

Por este motivo se incorpora el concepto de las líneas de isosaturación.

La densidad y humedad del suelo deben encontrarse en una zona de validez delimitada por la curva Proctor y las líneas de isosaturación correspondientes a -2% de la humedad óptima y +1% de la Wopt.

Para suelos expansivos o colapsables las humedades estarán comprendidas entre el -1% y +3% de la Wopt. El Proctor de referencia habitual será el Proctor Modificado excepto para suelos marginales ( expansivos ) que será el Normal.

4.3.2 PEDRAPLENES

Salvo prescripción en contrario, el control de construcción de un pedraplén consistirá en un control del procedimiento de ejecución que permita controlar el método de construcción del relleno.

Debe proponerse el método de construcción que se considere más adecuado para cada tipo de material a emplear, y en la propuesta se especificará:

• Características de la maquinaria a emplear • Método de excavación, carga y transporte de los materiales pétreos • Método de extendido • Espesor de tongadas, método de compactación y número de pasadas del equipo • Experiencias con materiales análogos del método propuesto

Para comprobar la idoneidad del método se efectuará un terraplén de ensayo.

4.3.3 RELLENOS TODO-UNO

En el caso de los rellenos todo-uno, el artículo 333 fija los siguientes criterios de ejecución:

• Medidas para controlar la posible afluencia de agua al cuerpo del relleno ( eliminación del agua supeficial, medidas de drenaje, empleo de materiales insensibles al agua,... ) • El espesor de tongas será de 40 cm compactados y superior a 3/2 del tamaño máximo del material. No se superará en ningún caso los 60 cm; salvo autorización del Director de Obra. • En cada tongada debe alcanzarse la compacidad deseada. Las medidas de la densidad deben ser representativas de la densidad en fondo de capa.

Al igual que en el caso de pedraplenes, debe proponerse un método de ejecución para cada tipo de material que debe incluir al menos:

• Características de la maquinaria a emplear • Método de excavación, carga y transporte de los materiales pétreos • Método de extendido • Espesor de tongadas, método de compactación y número de pasadas del equipo • Procedimiento de ajuste de humedad • Experiencias con materiales análogos del método propuesto

La aprobación del método de trabajo está sujeta a la ejecución de un tramo de prueba con volumen mínimo de 3.000 m3, anchura mínima 8 m y al menos tres tongadas.

En este tramo de prueba debe controlarse:

• Granulometría del material excavado • Granulometría del material extendido • Granulometría, densidad y humedad del material compactado • Inspección de las paredes de las calicatas • Determinación de las deformaciones después de cada pasada ( topografía ) y densidad media • Ensayos de Huella

5 FORMACION DE LA EXPLANADA

Finalizada la construcción de desmontes y terraplenes, estando a cota de coronación de tierras; comienza el proceso de ejecución de la explanada.

Sobre la explanada, que está formada por diferentes capas apoyarán las capas de firme, que constituyen la superficie final de rodadura.

A los efectos de definir la estructura del firme en cada caso, la Norma 6.1 IC Secciones de firme establece tres categorías de explanada, denominadas respectivamente E1, E2 y E3. Estas categorías se determinan según el módulo de compresibilidad en el segundo ciclo de carga (Ev2), obtenido de acuerdo con la NLT-357 «Ensayo de carga con placa», cuyos valores se recogen en la tabla 2.

Figura 9.7: Tipos de explanada según Norma 6.1-IC

La formación de las explanadas de las distintas categorías se recoge en la figura 1 de la página siguiente, dependiendo del tipo de suelo de la explanación o de la obra de tierra subyacente, y de las características y espesores de los materiales disponibles.

Para la correcta aplicación de la figura 1 se deberán tener en cuenta los siguientes criterios:

a) Todos los espesores que se indican son los mínimos especificados para cualquier punto de la sección transversal de la explanada.

b) Los materiales empleados han de cumplir las prescripciones contenidas en los correspondientes artículos del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales (PG-3), además de las complementarias recogidas en la tabla 4 de esta norma.

c) La figura 1 se estructura según el tipo de suelo de la explanación en el caso de los desmontes, o de la obra de tierra subyacente en el caso de los rellenos (terraplenes, pedraplenes o rellenos todo-uno). Se consideran los siguientes tipos: inadecuados y marginales (IN), tolerables (0), adecuados (1), seleccionados (2), seleccionados con CBR ≥?20 en las condiciones de puesta en obra (3) y roca (R). A los efectos de aplicación de esta norma, los pedraplenes (artículo 331 del PG-3) y los rellenos todo-uno (artículo 333 del PG-3), salvo que se proyecten con materiales marginales de los definidos en el artículo 330 del PG-3, serán asimilables a los suelos tipo 3.

d) Para poder asignar a los suelos de la explanación o de la obra de tierra subyacente una determinada clasificación deberán tener un espesor mínimo de un metro (1 m) del material indicado en la figura 1. En caso contrario, se asignará la clasificación inmediatamente inferior.

e) Salvo justificación en contrario, será preceptivo proyectar una capa de separación (estabilización in situ con cal en 15 cm de espesor, geotextil, membrana plástica, etc.) entre los suelos inadecuados o marginales con finos plásticos y las capas de suelo adecuado o seleccionado, para la formación de explanadas del tipo E2 y E3 en las categorías de tráfico pesado T00 a T2.

f) Los espesores prescritos en la figura 1 no podrán ser reducidos aunque se recurra al empleo de materiales de calidad superior a la especificada en cada una de las secciones.

Figura 9.8: Tipos de explanada según Norma 6.1-IC

A los efectos del control de ejecución de las explanadas y para las categorías de tráfico pesado T00 a T2, el Proyecto deberá exigir una deflexión patrón máxima (ver anejo 3 de la Norma 6.3 IC de Rehabilitación de firmes), de acuerdo con lo indicado en la tabla siguiente:

Los materiales que conforman la explanada se recogen en la siguiente tabla resumen:

Figura 9.10: Tipos de materiales para la formación de la explanada

Las explanadas construidas con materiales diferentes de los considerados (residuos, subproductos, etc.) serán clasificadas, cuando sea posible, por analogía y, en otro caso, mediante un estudio específico.

En desmontes en roca se evitará la retención del agua en la explanada mediante un sistema de drenaje adecuado y el relleno con hormigón tipo HM-20 (Art. 610 del PG-3) de las depresiones que puedan retener el agua o impedir su escorrentía.

Hay que indicar que uno de los cambios más importantes que ha introducido la Instrucción 6.1 es la obligatoriedad de constituir la explanada E3 mediante suelos estabilizados tipo SEST-3. Como puede comprobarse en el cuadro de formación de explanadas, no existe ninguna tipología que permita construir una explanada tipo E3 sólo con suelos naturales. Esto es especialmente importante porque unido a ello se encuentra que, para tráficos T00 y T0, sólo es posible emplear explanadas tipo E-3.

Los diversos materiales para la formación de explanada ya han sido comentados en los puntos anteriores salvo los suelos estabilizados:

5.1 ESTABILIZACION DE SUELOS

La estabilización de la explanada tiene por objeto mejorar la resistencia a la deformación bajo cargas y a aumentar la insensibilidad del material frente al agua.

La estabilización consiste en la mezcla del suelo con conglomerantes hidráulicos ( cal o cemento ) para mejorar sus características mecánicas y químicas.

5.1.1 ESTABILIZACION CON CAL

Cuando se dispone de suelos arcillosos con exceso de humedad y con una cantidad importante de partículas finas ( tamiz 0,08mm>35% e I.P.>18 ) el tratamiento con cal permite transformar un material blando, pegajoso y sin consistencia en un material fácil de manejar y con adecuada capacidad de soporte.

La cal modifica las características físicas de la mayoría de suelos arcillosos de la siguiente forma:

• En Indice de Plasticidad se reduce notablemente. Esto se debe, generalmente, a un incremento del límite plástico sin incremento del límite líquido. • Se modifican las características de la compactación. Reduce ligeramente la densidad; ya que la cal posee una densidad inferior a la del suelo y aumenta la humedad óptima. • El hinchamiento y la retracción se reducen • Se incrementa el CBR • La cal, con la humedad del terreno acelera la desintegración de los terrones de arcilla durante el mezclado. • La cal permite que el contenido crítico de humedad sea más alto, haciendo utilizables suelos que previamente estaban muy húmedos • La explanada estabilizada con cal genera una barrera resistente al gua • La reacción química entre la cal y el suelo continua durante un periodo largo, lo que permite una mejora en los parámetros del suelo a largo plazo.

Las dosificaciones de cal en las explanadas oscilan entre del 2-5%.

5.1.2 ESTABILIZACION CON CEMENTO

Los suelos más adecuados son los de granulometría continua, con más de un 50% de material que pasa por el tamiz de 5mm y con plasticidad moderada ( 10<I.P.<18 ) o baja ( I.P.<10 ).

El cemento provoca una disminución de la plasticidad al mismo tiempo que un aumento de la resistencia del suelo. Se distinguen unos efectos inmediatos y otros a medio y largo plazo, siendo estos últimos de carácter resistente.

Las mejoras aportadas por la adición y mezcla de cemento a un suelo son:

• Aumento de las resistencias mecánicas • Insensibilidad frente al agua • Control de cambios de volumen • Mejora de la trabajabilidad • Resistencia a la erosión • Mejora de la impermeabilidad

5.1.3 SUELOS ESTABILIZADOS: S-EST 1, S-EST 2 Y S-EST 3

Las especificaciones españolas distinguen tres tipos de suelos estabilizados "in situ": S-EST 1 , S-EST 2 y S-EST 3

Los dos primeros permiten obtener explanadas de categoría E-1 o E-2. El ligante empleado puede ser cal o cemento, en función de las características del suelo. El parámetro que se mide es el CBR a 7 días.

El S-EST 3 permite obtener explanadas de categoría E-3. El único ligante que puede emplearse es el cemento , y a diferencia de los dos anteriores, se le exige un valor de resistencia a compresión a 7 días mayor de 1,5 MPa.

El artículo del PG-3 que rige los suelos estabilizados ( con cal o cemento ) es el 512. La ejecución de un suelo estabilizado incluye las siguientes operaciones:

• Estudio de la mezcla y obtención de la fórmula de trabajo • Preparación de la superficie existente • Disgregación del suelo • Humectación o desecación del suelo • Distribución de la cal o cemento • Ejecución de la mezcla • Compactación

• Terminación de la superficie • Curado y protección superficial

Las características exigidas por el PG-3 a los suelos a estabilizar varía en función del tipo de explanada a obtener y del conglomerante utilizado.

En términos generales las especificaciones son:

NOMBRE % CEMENTO

o CAL % FINOS

(0,063mm) LL IP M.O.

% SULFATOS SOLUBLES

CBR 7 DIAS

RESIST 7 DIAS (MPa)

S-EST 1 >2 Cemento<50

Cal>15

--- Cemento <15

Cal >12 y <40

<2 <1 >6 ---

S-EST 2 >3 Cemento

<40 <1 <1 >12 ---

S-EST 3 >3 <35 <40 <15 <1 <1 --- >1,5

Los valores de densidad exigidos, siendo el Proctor Modificado como Proctor de referencia.

NOMBRE DENSIDAD

S-EST 1 >95%

>97% para coronación E1

S-EST 2 >97%

S-EST 3 >98%

En el caso de los suelos estabilizados con cemento se fija el plazo de trabajabilidad mínimo que debe tener el material en 120 min para ejecución a ancho completo y de 180 min para ejecución por franjas.

5.1.4 EQUIPOS NECESARIOS PARA LA EJECUCION DE LAS OBRAS

Para la ejecución de los suelos estabilizados in situ se deberán emplear medios mecánicos.

Estos podrán ser equipos independientes que realicen por separado las operaciones de disgregado, distribución de conglomerante, humectación y mezclado o equipos que realicen dos o más de estas operaciones.

Para tráfico T00 a T1 o cuando la superficie a tratar sea superior a 70.000 m2 será preceptivo el empleo de equipos que integren en una sola máquina las operaciones de disgregación, dosificación y distribución del conglomerante y del agua para formar la mezcla ( vía húmeda ). En general, el cemento o la cal se distribuirán en forma de lechada.

En el caso de obras pequeñas o cuando sea necesaria una reducción de la humedad natural del suelo, podrá admitirse la estabilización por vía seca.

La composición del equipo de compactación se determinará en el tramo de prueba, pero según el pliego debe estar compuesto como mínimo por un compactador vibratorio de rodillo metálico y otro de neumáticos.

5.1.5 EJECUCION DE LAS OBRAS

5.1.5.1 ESTUDIO Y OBTENCION DE LA FORMULA DE TRABAJO

La fórmula de trabajo debe estudiarse en laboratorio y comprobarse en el tramo de prueba y debe contener:

• Dosificación mímica del conglomerante • Contenido de humedad • Compacidad a obtener

• Indice CBR a 7 días para S-EST 1 y S-EST 2 o resistencia a compresión simple a 7 días para S-EST 3. • Plazo de trabajabilidad de la mezcla para estabilizaciones con cemento.

5.1.5.2 PREPARACION DEL MATERIAL A ESTABILIZAR

• Se precisa de un escarificado y disgregado para eliminar terrones mayores de 80 mm. Con esto se consigue eliminar los elementos gruesos a las vez que se disgregan o ahuecan los terrenos cohesivos. • Aireación o humectación para lograr una humedad, de forma que con el aporte del agua de la lechada se consiga la humedad óptima de compactación • Nivelación y precompactación ligera.

5.1.5.3 DISTRIBUCION DEL CONGLOMERANTE

En obras muy reducidas o en zonas irregulares no accesibles a los medios mecánicos, la distribución de conglomerante puede hacerse de forma manual.

En el resto de casos es preceptivo emplear medios mecánicos. Según sean estos se distinguen equipos de vía seca y de vía húmeda:

• Vía seca: Se extiende en conglomerante en polvo ( sin agua ). La distribución del conglomerante debe realizarse lo más uniforme posible y con la dosificación apropiada, por lo que es más adecuado emplear equipos que dosifiquen de forma ponderal y no volumétrica. La extensión del conglomerante se efectúa por bandas adyacentes paralelas, borde con borde, sobre toda la superficie a tratar.

Figura 9.34: Equipo de estabilización con cemento vía seca

• Via húmeda: Los equipos de dosificación distribuyen la lechada mediante unos inyectores a la carcasa del equipo donde se realiza el mezclado.

Figura 9.33: Equipo de estabilización "in situ" por vía húmeda

5.1.5.4 MEZCLADO

El mezclado del suelo con el conglomerante constituye la fase más delicada e importante del proceso de estabilización.

Los equipos de mezclado habituales están constituidos por mezcladores rotativos siendo el ancho de trabajo de 1,5 a 3 m y la profundidad máxima de estabilización de 40 cm.

5.1.5.5 COMPACTACION

En las estabilizaciones la obtención de una elevada compactación es importante a la hora de alcanzar buenas resistencias mecánicas. El nivel de referencia habitual para la compactación de los suelos estabilizados in situ es la máxima obtenida en el Proctor Modificado, exigiéndose una densidad mínima del 95 % para S-EST1, del 97% en coronación de S-EST1 y S-EST 2 y del 98% para S-EST 3.

Dado que el material se debe compactar en una sola tongada, se debe disponer del equipo de compactación capaz de conseguir la densidad señalada.

La compactación siempre debe realizarse con la mayor premura posible por dos motivos:

• Para no dejar a la intemperie los materiales con la consiguiente pérdida de humedad • Las plazos de trabajabilidad suelen ser cortos ( estabilización con cemento ), por el fraguado del propio cemento, en ningún caso debe superarse 1 h desde el mezclado.

No hay que olvidar que descensos en la densidad alcanzada ocasionan grandes pérdidas de capacidad de soporte y resistencia mecánica ( pérdidas de un 5% en la densidad ocasionan descensos de más de un 20 % en la resistencia ).

5.1.5.6 REFINO

En general debe considerarse un pequeño sobreespesor de capa con el fin de compensar el material eliminado por el refino.

Los equipos más adecuados con las motoniveladoras equipados con sistema de nivelación 3D.

Imagen 9.35: Trabajos de refino con motoniveladora equipado con sistema de guiado 3D

5.1.5.7 CURADO Y PROTECCION SUPERFICIAL

Las capas de suelos estabilizados deben tratarse o protegerse para asegurar que se mantiene un nivel de humedad adecuado al menos durante 1 semana.

El curado de la capa con agua no es recomendable, es mucho más adecuado el empleo de un riego de curado con emulsión bituminosa, debiéndose emplear emulsiones de rotura rápida y baja viscosidad, preferentemente ECR-1 o EAR-1 con dotación de 0,4 - 0,6 kg/m2.

Durante los 7 primeros días no transitarán vehículos pesados sobre la capa.

5.1.5.8 ESPECIFICACIONES DE LA UNIDAD TERMINADA

La capacidad de soporte o resistencia del suelo estabilizado deberán cumplir lo especificado, según el tipo de suelo y la explanada que se pretenda obtener.

Adicionalmente, en la capa superior de las empleadas para la formación de la explanada, el valor del módulo de compresibilidad en el segundo ciclo del ensayo de carga con placa ( Ev2 ) según la NLT-357/98 será superior a los siguientes valores:

Figura 9.7: Tipos de explanada según Norma 6.1-IC

La determinación de estos valores deberá llevarse a cano trascurridos entre 14 y 28 días desde la ejecución.

Además de los diferentes controles especificados, cuando se trate de capas de coronación de explanadas para categorías de tráfico tipo T00 a T2, se exigirá la deflexión patrón máxima medida entre los 14 y 28 días desde suejecución, de acuerdo con los siguientes valores

Figura 9.9: Deflexiones máximas para cada tipo de explanada

6 CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINAS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS Y EXCAVACION

Las distintas actividades del movimiento de tierras 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 1a 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.

6.1 EXCAVACIÓN EN DESMONTE Y EXPLANACIÓN

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.

6.1.1 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. 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.

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.

Figura 9.11: Bulldozer ripando material

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

Vs<400 No es necesario utilizar riper

400<Vs<800 Riper de 3 dientes

800<Vs<200 Riper de 2 dientes

1200<Vs<2000 Riper de 1 diente

2000<Vs<3000 Estudio especial

3000<Vs<3500 Prevoladura y posterior ripado

Vs>3500 No se debe ripar. Voladura

6.1.2 TRAILLAS.

Las traíllas son máquinas diseñadas para realizar simultáneamente la excavación, el transporte y 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. 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 9.12: Mototrailla transportando material

Figura 9.13: Motoniveladora

En las especificaciones técnicas de las diferentes traíllas, se detallan aspectos funcionales de configuración, así como las curvas características.

6.1.3 RETROEXCAVADORAS EXCAVADORAS

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.

Figura 9.14: Retroexcavadora sobre orugas

Figura 9.15: retroexcavadora sobre ruedas con martillo rompedor

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.

6.1.4 PALAS CARGADORAS

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.

Figura 9.16: Pala cargadora sobre ruedas

6.1.5 CAMIONES Y DÚMPERS.

El transporte de material excavado a vertedero o al lugar de empleo es muy 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 para 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.

- 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 9.17: Dumper extravial rígido

Figura 9.18: Dumper extravial articulado

Figura 9.19: Camión tracción 6x6

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, permite estimar 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.

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

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.

6.2 EXCAVACIONES ESPECIALES

6.2.1 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.

ZANJADORAS

Son máquinas sobre orugas, generalmente de cangilones, que vierten las tierras excavadas en los bordes de la zanja o directamente sobre vehículo, pudiendo utilizarse incluso en terrenos de tránsito. El ancho de la zanja varía entre 45 y 60 cm, la profundidad hasta 2.5 m. y su rendimiento entre 20-25 m3/h, según sea la clase de terreno y la anchura y profundidad de la zanja.

Imagen 9.20: Zanjadora

RETROEXCAVADORAS

Tienen la cuchara invertida y están compuestas de un bastidor montado sobre orugas o neumáticos y una estructura giratoria dotada de un brazo en el que está montada la cuchara. Son muy adecuadas para excavaciones en zanja y profundidad, realizando los movimientos siguientes: giro horizontal y descarga de la cuchara; giro horizontal y regreso al punto de trabajo.

Figura 9.21: Excavación de zanja con retroexcavadora

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.

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

6.2.1 EXCAVACIONES 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.

Imagen 9.22: Retroexcavadora con bivalva para pozos

La excavación puede hacerse a mano o por medios mecánicos, utilizándose en este caso palas retroexcavadoras o con cuchara bivalva.

La diferencia con la excavación en zanja estriba, fundamentalmente, en el mayor tiempo y coste que supone la extracción de los productos excavados.

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

6.2.1 EXCAVACION EN VACIADO

El vaciado es una excavación a cielo abierto, que tiene la particularidad de que la cota del terreno excavado 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.

6.3 TERRAPLENES Y PEDRAPLENES

6.3.1 EQUIPOS DE EXTENDIDO

Se entiende por terraplén a la extensión y compactación de tierras procedentes de excavaciones o préstamos, que se realiza normalmente utilizando medios mecánicos.

Los pedraplenes son obras análogas a los terraplenes, ejecutadas con piedra en lugar de tierra.

Para el extendido se suelen emplear bulldozer y cuando es necesario darle a la capa un refino se emplean las motoniveladoras.

Figura 9.23: Bulldozer extendido material con sistema 3D

Figura 9.24: Motoniveladora en labores de refino previo a la compactación material

6.3.2 EQUIPOS DE HUMECTACION

Para poder conseguir el grado de compactación máximo según el ensayo Proctor, suele ser imprescindible humectar el material.

Para ello se emplean tractores y camiones cuba.

Figura 9.25: Tractor cuba

6.3.3 EQUIPOS DE COMPACTACION

Los compactadores son máquinas autopropulsadas de 2 ó 3 rodillos, que se emplean en la compactación de tierras con espesores de 20-30 cm. Su peso varía de 5 a 25 t y la velocidad de trabajo entre 2 y 10 Km/h.

La maquinaria vibrante puede ser 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.

Figura 9.26: Compactador de 18 t

Los rodillos pata de cabra se utilizan para la compactación de terrenos arcillosos.

Figura 9.27: Compactador pata de cabra

Realizan la compactación por tongadas de hasta 25 cm de espesor, con velocidades de trabajo del orden de 4 Km/h