• Author / Uploaded
• Frank Diego Marroquin

Citation preview

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.

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.

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

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:

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 Va x da = 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.

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

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

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 conoce genéricamente 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

Sh: Porcentaje de consolidacion

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

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 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 hL pasa a ser, por efecto de la compactación, hC

ESFUERZO TRACTOR 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:

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%.

SIGNIFICADO DEL MOVIMIENTO DE TIERRAS En construcción y movimientos de tierra se descompone: -

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.

CLASIFICACION Y TIPOS DE MAQUINARIA Se puede clasificar la maquinaria de excavación y movimiento de tierras, atendiendo a su traslación, en tres grandes grupos 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.

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

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

CLASIFICACION ATENDIENDO A LA EXCAVABILIDAD 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

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.

EXCAVACIÓN EN DESMONTE Y EXPLANACIÓN

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

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

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

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

•

Máquinas para mover tierra, equipo que se usa en la construcción pesada, sobre todo en proyectos de ingeniería, que requieren mover millones de metros cúbicos de tierra.

Entre otras se pueden mencionar las siguientes máquinas para movimiento de tierra:

•

Pala excavadora montada sobre llantas. Existen varios tipos: por su forma de locomoción pueden clasificarse en excavadoras sobre orugas, o sobre neumáticos o llantas.

Pala Excavadora •

Se denomina pala excavadora a una máquina utilizada en construcción para excavar.

Pala Excavadora

•

Está equipada con cadenas para agarrarse a la superficie y con una pala móvil situada en la parte delantera. Las excavadoras se usan para limpiar escombros, retirar piedras o nivelar el terreno.

Retroexcavadora Son en esencia un tractor que en su parte delantera lleva una pala cargadora y en la trasera un brazo excavador, por lo cual excavan zanjas mientras avanzan. Esa disposición permite que la máquina se desplace por un terreno todavía no excavado, y permite que el brazo tenga buena movilidad hacia los costados.

Tractor •

Tractor, vehículo de trabajo con motor propio, diseñado para arrastrar o empujar maquinaria especial o cargas pesadas sobre el terreno. Los tractores son muy utilizados en agricultura, construcción, trazado de carreteras.

Tractor •

Los tractores oruga se usan para arrastrar o empujar cargas pesadas o en terrenos difíciles. Estos tractores se mueven sobre pesados carriles metálicos, que forman un anillo alrededor de grandes ruedas dentadas.

Camión Volquete Carro usado en las obras de explanación, derribos, etc., formado por un cajón que se puede vaciar girando sobre el eje cuando se quita un pasador que lo sujeta a las varas. Vehículo automóvil con dispositivo mecánico para volcar la carga transportada.

Compactadora o Apisonadora • Una apisonadora o aplanadora es una máquina pesada que consta de un tractor y de un cilindro de gran peso que va delante y funciona a modo de rueda delantera.

Compactadora •

Actualmente es normal que la compactación se logre mediante un elemento vibratorio situado dentro del cilindro, incrementando la capacidad de compactar o reduciendo el peso necesario.

Motoniveladora 

También conocida por "Grader". Se utiliza para mezclar los terrenos, cuando provienen de canteras diferentes, para darle una granulometría uniforme, y disponer las camadas en un espesor conveniente para ser compactadas.

Cargadores Frontales 

Se utilizan para remover tierra relativamente suelta y cargarla en vehículos de transporte, como camiones o volquetes. Son generalmente articulados para permitir maniobras en un espacio reducido.