Procedimientos constructivos de obras de tierra

©©Julio, 2005Julio, 2005

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA”

CATEDRA: INGENIERIA DE SISTEMAS CONSTRUCTIVOS

UNIDAD II

PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOSDE OBRAS DE TIERRA

Prof.: MSC. ING. YELITZA ZAVALA B.




Conceptos Básicos

•Explanada de la vía•Derecho de vía •Actividades Preparatorias•Presupuesto por partida•Programa de trabajo actualizado•Reclutamiento de personal•Plan de inversiones\Adquisición de Equipos y materiales•Replanteo preliminar•Replanteo definitivo•Ubicación de construcciones provisionales•C.B.R.•Humedad Optima•Proctor•Patrón de compactación

Prof.: MSC. ING. YELITZA ZAVALA B.




Procedimientos constructivos en obras de tierra

Operaciones preliminares: Actividades preparatorias, presupuesto de partida, programa de trabajo actualizado, reclutamiento del personal, plan de inversión, adquisición de equipos y materiales, replanteo preliminar, ubicación de construcción provisional, replanteo definitivo.

Preparación del sitio: Deforestación y limpieza, demolición con o sin recuperación, remoción ordinaria y extraordinaria.

Es la actividad mediante la cual se eliminan los arbustos y/o gramíneas existentes en la explanada; esta actividad se define como la superficie nivelada de la carretera, cuya área está limitada lateralmente por su intersección con los bordes que pueden ser de corte o rellenos y preparado para servir de fundación a la base del pavimento y hombrillo.

Según la Gaceta Oficial 2.198 de 22 de marzo 1997, queda definido el derecho de vía en los siguientes rangos: -Principal o Troncales = 30 mt -Secundaria, locales o Ramales= 15 mt

-Autopista = 50mt




Trazado de la vía: **Estudio preliminar o actividad de avanzada: Es una exploración o sondeo donde se ubican: centros de curvatura, B.M. de algunos puntos, ubicación de posibles préstamos y pasos de agua con el fin de estudiar algunas rutas. **Ruta: Es la franja de terreno de ancho variable que se extiende entre los puntos terminales e intermedios por donde debe pasar la calzada obligatoriamente y dentro de la cual debe realizarse el trazado de la vía. **Se utilizan fotografías: Aéreas, planos, fotografías, procesamiento de imágenes satelitales.

Fases del proyecto vial: Estudios de posibles rutas, evaluación de las rutas, estudio del trazado de la vía: establece los alineamientos correspondientes a los posibles trazados a traves de una poligonal de apoyo.

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Procedimientos constructivos en obras de tierra



CATEDRA: INGENIERIA DE SISTEMAS CONSTRUCTIVOS0

Procedimientos constructivos en obras de tierra Preparación: **Deforestación y limpieza: Es la actividad mediante el cual se eliminan los arbustos existentes dentro de la explanada, la cual se define como la superficie nivelada de la carretera cuya área está limitada por los taludes. **Rasante: Es la elevación definitiva del pavimento en el eje de la carretera en el perfil longitudinal, es la línea acotada que determina las elevaciones definitivas de la superficie del pavimento en el eje de la carretera. **Sub rasante: Superficie de la explanación sobre la cual se construye el pavimento y los hombrillos. En el perfil longitudinal, es la línea que determina las elevaciones en el eje de la carretera de la explanada preparada para servir de fundación de la base del pavimento.




b.- Especificaciones de Control

Pendiente transversal mayor al 4% para evacuar las aguas sin que erosione la superficie.Extensión de tongadas, la máxima de 30 cm., y siempre se toma mayor a los 3/2 del máximo tamaño del árido empleado.El borde de la tongada no puede sobrepasar 1 metro de ancho.Humedad en suelos normales: con tolerancias respecto al Próctor de referencia, menos 2% y más 1%.Humedad en suelos expansivos o colapsables: con tolerancias respecto al Próctor de referencia menos 3% y más 1%.Compactación:*En suelo expansivo se considera el Próctor normal como referencia.*En suelos tolerables, adecuados y seleccionados, deberá indicar si es el Próctor normal o modificado. Por lo general se opta por el Próctor modificado como referencia.* En cimiento, espaldones y núcleo, el 95% del Próctor de referencia.* En coronación, el 10% del Próctor de referencia.




Actividades fundamentales del movimiento de tierras

1.- Remoción de tierras desechables en la base de los terraplenes (Quitar la tierra de mala calidad o capa vegetal)

Es la actividad que se realiza para eliminar todo el material orgánico y capa vegetal de mala calidad de la explanación de la vía, es decir, del área donde va asentado el terraplén.

Generalmente estas son ejecutadas por un Bulldozer (tractor) o moto traílla. La utilidad del material que se elimina, es la rellenar ciertas depresiones en el terreno natural a los lados de la carretera. Esto es ventajoso ya que no aplica el pago de sobre acarreo (unidad de medida m3)

Se clasifica en:-Ordinaria: cuando el rendimiento es interrumpido y los equipos son convencionales.-Extraordinaria: cuando el trabajo no es continuo y se tienen que utilizar equipos y métodos no convencionales, tales como voladura, etc.




2.- Cortes o banqueos (Cantidad de tierra a eliminar para llegar a la cota de la SubRasante)

Son todos los trabajos que se realizan para eliminar volúmenes de tierra y de esa manera llegar a la cota de Subrasante especificada en el proyecto. Se puede realizar mediante el Bulldozer o moto traílla (Su volumen se mide en m3)Corte: *Cuando es a cielo abiertoBanqueo: *Cuando la excavación se hace del terreno natural o profundo

3.- TerraplenesSon volúmenes de tierra que deben adicionarse para llegar a la cota de SR del proyecto (Adición de volumen de tierra a cielo abierto) (Relleno: Adición de volumen del terreno natural hacia abajo)




CONTROL DE CALIDAD

Durante el proceso deben controlarse las siguientes operaciones:

*Preparación de la superficie de asiento.*Replanteos con [Estaca estaquillado]*Prever los drenajes para desagotar el agua.*Comprobar las condiciones climáticas antes de comenzar.*Comprobar la humedad que contienen las tierras.*Comprobar el extendido por tongadas.*Verificar la compactación lograda en capas de cimientos y núcleo.*Verificar el grado alcanzado de compactación en las capas de coronación.*Efectuar el replanteo del borde de la capa de coronación.*Verificar la nivelación y planeidad de la coronación.*Verificar el acabado y refino de taludes.




Terraplén: son los trabajos que se realizan para la construcción y compactación de tierra con el fin de lograr la cota de subrasante y las secciones especificadas en el proyecto. Su medición se hace por volumen compactado y su unidad de medida en m3. Equipo utilizado. Bulldozer, Moto traílla, cargadores frontales, vibro compactadores y pata de cabra.

CAMION VOLTEO




MAQUINARIAS PESADAS

CAMION LOW-BOY

MINI CARGADOR

PATA DE CABRAVIBRO COMPACTADOR




EXCAVADOR JUMBO

CARGADOR DE NEUMATICO

CARGADOR DE NEUMATICO




TRACTOR DE ORUGA D-4 TRACTOR DE ORUGA D-9

TRACTOR DE ORUGA D-6

RETROEXCAVADORA DOBLE

TRACTOR EXCAVADOR




FINISHER

PATROL O MOTONIVELADORA




4.- Excavación en préstamos:

Es la actividad de excavación que se realiza con el objeto de proveer el material de buena calidad al terreno de fundación. Se mide por m3 de volumen de material excavado, puede ser de tres maneras:

Medición del Volumen extraído en el préstamo:Por TopografíaPor CamionesPor Densidades: Pnatur = Pcom. -----> DnVn = DcVc D=P/V ------> P=D/V

donde: Vn=




5.- Transporte (Unidad de medición m3)

Es la actividad que se realiza con el objeto de movilizar el material desde el sitio de préstamo hasta el sitio de disposición final. Se mide por la distancia recorrida desde el centro de gravedad del préstamo hasta el centro de gravedad del sitio de disposición final. (A esta movilización se le llama Acarreo)Es de hacer notar que esta distancia se divide en 2:

** Acarreo Libre: Distancia que no se toma en cuenta para el pago y equivale a 200mts.** Sobre acarreo: Es la distancia que realmente paga el contratista por la actividad de transporte y se mide a partir de los 200 mts de acarreo libre.Acarreo= Acarreo libre + Sobre acarreo




Formas de pago:

a.- M3-50: se paga por cada estación de 50 metros hasta una distancia de 1.000 metros. Generalmente se usa cuando el material se transporta con moto traílla en esa distancia. Ejemplo:Volumen a mover: 30.000 m3Dt: 900 metros

M3-50= (18)(30.000) = 540.000 M3-50

b.- M3 x Kms: se utiliza para distancias mayores a un kilometro. Se paga el volumen transportado para cada kilometro (en camiones).

c.- Debe aplicarse el volumen de esponjamiento al volumen de la base granular compactada

Peso suelt = Peso compact ------> VsDs = DcVc




Ejemplo 1: Para un TRAMO DE L= de 5 km y un terraplén de 3 km

Dt= 5 -0.2 +1.5 = 6.3Km 10.8 mVt= 12.8 x1 x3.000m = 38.400 m3 1

14.8 m M3-Kms= Vt Dt = 38.400 m3 x FE x 6.3 Km

M3-Kms= Vt Dt = 38.400 m3 x 1.3 x 6.3 Km = 314.496,00 M3-Kms




Ejemplo 2:

Cuando se usa el pata de cabra, no se escarifica.

Escarificar es mover o remover el material superior

M3- 50 = (#Est / 50) * (Vt) =

#Est / 50 = Dt / 50 = (300+250)/50=550/50= 11 Estaciones

M3-50 = 11Est

donde: Vy= (Basep)*(H)*(Long.)*(FE)

M3-50 = 11Est *((14.8+10.8)/2 *1*500* 1.3 = 91.520 m3-50




Procedimientos constructivos para el cuerpo de una carretera

1.- Ejecución de Terraplenes:Los terraplenes deben construirse escalonadamente cuando existan laderas cuya inclinación sea > 15% o más. También cuando se pase de una sección de corte a una sección de terraplén o se adosen a una ya existente, se cortarán longitudinalmente formando una base mínima de 1.5m de ancho.




Procedimientos: •Se escarifica desde la base de los terraplenes hasta 20 cms.•Mezclar el material e incorporar la humedad óptima a compactar.•Colocación de las capas sueltas que al compactarla queden con un espesor de 20-30cms. La compactación se hace por capa, por ello se debe escarificar la capa inmediata inferior a 5 cms, para lograr un buen adosamiento entre la capa superior e inferior, evitando así planos de falla.•Cuando se tengan materiales de distintas calidad, se colocaran los mejores en la capa superior.•En el adosamiento debe escarificarse 5 cms, si se utiliza para una compactación un compactador tipo pata de cabra, la escarificación no es necesaria




Procedimientos: •No se utilizaran materiales cuya dimensión sea mayor que la mitad del espesor de la capa a compactar.•En la última capa debemos darle a la sección transversal una pendiente del 2% , este con el fin de garantizar que el espesor de la capa de pavimento sea igual en toda la sección transversal de la carretera. Este procedimiento se realiza con la moto niveladora, la cual hace el perfilado y el acabado, y la conformación final se realiza con el compactador de rodillo liso.

Tolerancias Admisibles:

•En la sub-rasante la diferencia aceptable de la cota final es de más o menos 3cms, con respecto a la cota de proyecto.

•En taludes la diferencia de nivel permisible es de más o menos 20 cms con respecto a la de proyecto.




Las pendientes en taludes dependerán de:La altura del terraplén y del ángulo de reposo del material

Tipo de terraplén: Altos y Bajos Altos: Cuyo talud se determina mediante un análisis de estabilidad, Ejemplo: presas, embalses, etc.Bajos: El talud se construye basándose en la experiencia. Generalmente se hacen 2:1 seleccionando los materiales y utilizando buenos métodos de compactación, para evitar los asentamientos

PARTES DEL

TERRAPLEN

CONDICION BASE CUERPO CORONA

Tamaño máximo 150 mm 100 mm 75mm

% Max. de Piedra 30% 30% -

Indice plasticidad Menor 11% Menor 11% Menor 10%

Desgaste de Angeles Hasta 60% Hasta 60% -

Requisitos de los materiales:

Requisitos de los materiales:




2.- CONSTRUCCIÓN DE BASES Y SUB-BASES

El procedimiento constructivo es igual al del terraplén, pero deben realizarse con mayor cuidado con respecto a la selección de los mejores materiales (generalmente cuando se comienza a trabajar, se comienza por rehabilitación, donde lo primero que se debe hacer si se fuera a colocar una base, hay que hacer una actividad que nunca falla en las partidas que se llama: acondicionamiento de la superficie de apoyo y tiene tres fases: escarificación, conformación y compactación, luego sobre ese material si se coloca la base y la subbase.)

Realizar un acondicionamiento de la base de apoyo:•Escarificación•Compactación•Conformación

La tolerancia admisible: 94% - 106%




IMPRIMACIÓNEs un riego de material asfaltico diluido de curado medio con la finalidad de

impermeabilizar el material granular de la base y darle cohesión a la parte superior de la misma. La unidad de medida es por m2, y debe tener al menos 25 horas antes de colocar la carpeta de rodamiento. Para su colocación se realiza a través de un camión Rosco o manualmente a través de una manguera y una flauta.

Material asfáltico RC-250 (20%) + Seal Oil (80%)Propósitos:

•Previene que se produzca un plano de deslizamiento entre la capa base y la capa superficial•Evita que el material de base se desplace bajo cargas de tránsitos durante la construcción•Protege la capa base de la intemperie

RIEGO DE ADHERENCIASon aplicaciones de asfalto (Usualmente emulsiones) rociadas sobre la

superficie de un pavimento existente. El propósito es mejorar la ligazón entre las capas viejas y las nuevas de pavimento (T=75 °C)

MEZCLAS ASFÁLTICAS




MEZCLAS ASFÁLTICAS

MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRIO: Suelo asfalto, arena asfalto en frio y emulsiones asfálticas.MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE: Son mezclas de muy buena calidad ---> Uso en Vías principales pero más costosasConstituidas:Material asfáltico= Cemento asfalto 60-70 (AC-60-70) o 20-30 (AC-20-30)Agregados (Áridos): Producidos artificialmente por trituración y tamizado

-Piedra picada: 1”,3/4”,3/8”-Arena Lavada: AA min 35%-Polvillo o Filler (Como material llenante)

DISEÑO:Agregados (Por método grafico):

**Determinar el % de cada uno de los agregados, así como su granulometría Tipo III o Tipo IV

**Determinar el % de C.A. en Mezcla ----> Método MarshallAnálisis:

**Estabilidad- Flujo**Densidad- Vacios




CONTROLES

1.- EN LABORATORIO DE PLANTAPrepara una mezcla según diseño:

% C.A.% de Agregados -> c/u -> con Granulometría

Se mezclan en la tambor de mezclado

•Se deben tomar 2 muestras /día: Mañana y Tarde•Determinar la densidad teórica de la mezcla•Muestreo aleatorio en los camiones•Muestra de la mezcla asfáltica se realiza:

•Ensayo de extracción y se determina:

•% Cemento Asfalto + - 0.5 (%CA) op•Determinar los % de c/u de los agregados y sus granulometrías•Temperatura de carga: Rango 135 ºC – 165 ºC




2.- CONTROLES EN CAMPO

a) Actividad Planificada *Solicitar cantidad y tipo de asfalto a colocar*Tener el equipo adecuado: Finisher Compactadores: Vibro rodillo liso, tampo Los camiones (con cajuelas limpias y bien drenadas)

*Cuadrilla: rastrilleros, paleros, espesoristas, barredoresb) Tomar Temperatura de mezcla en camión > 110oCc) Densidad de Campo: Obtener D real > 97% DTd) Volumen colocado a través de medición de espesores.

3.- CONTROL POSTERIOR

•Densímetro Nuclear•Extracción de núcleos o Core-dril•Densidad•Espesor•Vol de mezcla asf. colocado y % asf de la mezcla colocada




MAQUINARIAS RENDIMIENTO DE MAQUINARIAS (Muy Importante)

Resuelve el problema de: Producción – Costo PRODUCTIVIDAD Mover el Mayor volumen de metros cúbicos al menor costo posible.

Producción de las maquinas:Los contratistas del movimiento de tierras buscan: Como mover más tierra en un

tiempo determinado y al mínimo costo posible por m3.El éxito depende de la eficiencia de resolver el problema producción - costo.

FACTORES QUE INFLUYEN EN DICHO RENDIMIENTO:•Equipos•Material•Tiempo

1.- EQUIPOS: Este factor es estudiado a través de la características dadas por el fabricante en cuanto a lo siguiente:

•Fuerza Motriz Requerida: es la fuerza necesaria para mover una maquina en una superficie (Kg/m3). Los factores que determinan la FMR son la resistencia a la rodadura y la resistencia a la pendiente.

FMR= Rr +- Rp, ambos términos medidos en Kg. de empuje




•Resistencia a la rodadura: Es la fuerza que opone el suelo al giro de una rueda de un vehículo, para que el mismo pueda moverse tiene que contrarrestar esta fuerza. Depende de 4 factores:

Fricción InternaFlexión de los neumáticosPenetración de los neumáticosEl peso sobre las ruedas

Hay un número Ilimitado de factores de Rr, sin embargo, tomaremos los aceptados por la industria

FRr (Kg/Ton)Ciclo: operaciones que realiza la maquina

Ciclo = Carga+ Acarreo + Descarga+ Regreso (Vacía) + ManiobrasTciclo: T fijo + T variable

Tciclo= T carga + T Descarga + T acarreo + T regresoCondiciones del camino:

30 Estabilizado, duro y liso35 Firme, liso y ondulado100-200 Blando, Fangoso y con surcos




2.- EL TIEMPO:El contratista sabe cuántos m3 hay que mover en la ejecución de un trabajo.

Además tiene un periodo de tiempo para llevarlo a cabo. Con esto debe calcular cuantos m3/hora debe mover para terminar el trabajo a tiempo. En cualquier tipo de trabajo una maquina debe cumplir tres funciones básicas: Carga, Acarreo, descarga y regreso.

TIEMPO DE CICLO: es el periodo que invierte una maquina para ejecutar las operaciones de carga, acarreo, descarga y regreso. La razón más importante de calcular el tiempo de ciclo es el de determinar la producción. Así mismo el de reducir el Tc mediante el mejoramiento del plan de operaciones. El tiempo de ciclo determina el numero de viajes/hora -> como meta debe hacerse el mayor numero de viajes/hora manteniendo el mínimo de Tiempo de ciclo.

•Tiempo Fijo: Carga, descarga y maniobras necesarias. En general dependen del equipo y son dados por el fabricante (deben ser ajustada). Son independientes de la longitud de acarreo y regreso.

•Tiempo variable: Tiempo de viaje. Varía según la distancia y las condiciones del camino entre la carga y la descarga.




3.- MATERIAL:

Al mover la tierra cambian las características de los materiales que la componen. Lo importante es que se deben conocer las características físicas del material con el cual se esta trabajando para determinar “la facilidad de carga”.

3.1.- Densidad: conocer peso x m3 del material para poder evaluar el rendimiento de un equipo … dato muy IMPORTANTE.

La densidad afecta el movimiento del equipo en toda operación que se mueve:

Viraje, maniobras y acarreo.

A mayor densidad se requiere mayor fuerza para moverlo.

M3banco= m3 de tierra como se encuentra en estado natural (1m x 1m x 1m)M3Suelto= Volumen de tierra después de expandirse como resultado de haberse excavado y mide (1m x 1m x 1m)




3.2- Expansión: Es el aumento de volumen de material cuando se excava del banco, se expresa como % del volumen del banco.

Ejemplo: Expansión 30%, significa que un metro cubico de tierra vegetal en estado natural tendrá un volumen de 1.3 m3 Factor de esponjamiento M3 suelto= m3banco (1+% expansión)M3banco= Cc / (1 + Expansión)

3.3- Compresibilidad: La disminución de volumen que se produce en un m3 al compactarlo y se expresa mediante la relación que tiene con un m3 en banco

M3c = m3b x (1 - %Compactación)

Fases típicas en movimiento de tierras:

BANCO SUELTO (30% DE EXP) COMPACTADO (25% DE COM) 1M3 1,3 M3 0.75 M31000KGS 1.000KGS 1.000 KGS




4.- Factor de eficiencia:

Considera el factor humano, tiempo atmosférico y metodología de trabajo.Factor de eficiencia en el trabajo: Considera habilidad del operador, reparaciones pequeñas y ajustes, demoras en el plan de trabajo.

FE = Tiempo Promedio Efectivo de trabajo (min) / 60Factores de corrección: Ajustan la producción al as características de un trabajo en particular y a las condiciones de la localidad. Varían según el tipo de maquina utilizada en la obra afectan básicamente la producción basándose en la experiencia y en condiciones similares (Método de producción)

Procedimiento para determinar la producción de una maquinaria•Determinar la capacidad de la máquina (Carga/ ciclo)•Determinar el tiempo de ciclo (Numero de ciclos por hora)•Determinar la producción estimada (Prod Est= Carga/Ciclo x n de ciclos/ hora)•Determinar la producción definitiva (Prod Def= Prod Estimada x FE x FC




Ejercicio:Determinar la producción diaria de un Bulldozer, cuya capacidad colmada es de 25 m3 que realiza extracción de material en un saque cuya densidad natural es de 1700 kg/m3 y presenta una expansión de 35% . Tiempo de carga y descarga es de 1.5 min. El material es transportado desde una d= 900mt en terreno con pendiente de 3%, t acarreo de 0.20 y t regreso de 0.28. Si Factor de eficiencia es 75% y factor de producción es 0.80%, un jornal de trabajo de 10 horas, el factor de resistencia a la rodadura de 50 kg/ton.Solución:Cc del equipo: 25m3Dn: 1700 kg/m3E: 35%tc=td = 1.5 minFe= 75%Fp= 0.80 a.- Determinar la prod diariaM3 banco=Ccolm / (1+C)= 25m3 / (1+0.35)=18.51m3b.- Determinar el tciclotfijo = tcarga + tdescarga= 1.5 + 1.5 = 3mintvariable= t acarreo +t regreso= 0.20 +0.28= 0.48mintciclo = 3.48 min nciclos/hor=60/3.48 =17.20c.- Se determ la cap. Estimada Prod estim=carga/ciclo * nciclos/hora= m3/hord.- Se determina Prod definitiva = Prod estim * Feficiencia* Fcorreccion = m3/horae.- Prod diaria= Prod def * jornal diario

Pend= 3%

D=900 mt

A

B

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