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Tecnología de la Construcción Capítulo 4: Movimiento de suelos Previo al comienzo de una construcción en un predio baldío (ya demolido por ejemplo desde hace un tiempo) se deben efectuar unas tareas preliminares para facilitar por ejemplo la medición del terreno (relevamiento), el replanteo de la obra en planta y niveles, la ejecución de instalaciones provisorias (obrador, etc) y por seguridad (incendio por ejemplo). Dentro de las tareas mencionadas se encuentran: Limpieza de terreno, desmalezamiento: Retiro de todo material orgánico o inorgánico que pueda haber allí (restos de mamposterías o hierros, maderas, desperdicios, basura). Tala de árboles: Corte de ramas y troncos, incluso extracción de raíces. Una vez efectuada estas tareas y con el obrador instalado se proceden a efectuar los correspondientes Movimientos de Suelos que correspondan.
Definición Movimiento de Suelos: Rotura y traslado de suelo dentro o fuera del predio. Modificación del relieve del mismo. (Dentro de la palabra Suelo, se incluyen todos los tipos, por ejemplo: Vegetal, arenoso, arcilloso, limoso, rocoso y sus combinaciones). Tareas que incluye el Movimiento de Suelos: Rotura, carga, transporte, descarga, desparramo, apisonado. Clasificación de Movimientos de Suelos según el nivel de referencia: En obras civiles muchas veces hay que modificar la cota natural del terreno (nivel que tomo como referencia) Desmonte: Remoción del suelo por encima del nivel de referencia. Disminuyo la cota natural Excavación: Remoción o extracción del suelo por debajo del nivel de referencia. Relleno: Aporte de suelo por debajo del nivel de referencia. Terraplenamiento: Aporte de suelo por encima del nivel de referencia. Elevo la cota natural, agrego capas de suelo. Cuando hago esto, previamente efectué la limpieza y extracción del suelo vegetal. Luego agrego suelo seleccionado por capas (por ejemplo tosca) con tenor de humedad adecuado, y compacto convenientemente. Puedo tener que hacer ensayo Proctor normal si por ejemplo es para un camino. Hay obras que en sí son movimientos de suelos completos (por ej. presas de materiales sueltos, caminos, la obra es el movimiento de suelo). De acuerdo al tipo de trabajo a realizar es la técnica de ejecución, el equipamiento a utilizar y las precauciones que se deben tomar. No es lo mismo efectuar un terraplenamiento, donde no hay peligro que se desmorone nada a realizar una excavación de un sótano a 10m de profundidad en un predio entre medianeras con vecinos construidos.
Forma de ejecución de movimientos de suelos según el equipamiento a utilizar: Elección del tipo de acuerdo a: 1
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[email protected] De acuerdo al perfil de suelo a remover, el tipo de movimiento a realizar (desmonte, excavación, etc), el volumen de suelo, la rapidez, las propiedades del suelo (humedad, cohesión, compactación y recompactación, esponjamiento), profundidad, altura de elevación, superficie, presencia de napa freática, necesidad de apuntalamientos, presencia de construcciones vecinas, rigores climáticas y el costo, entre otros, se debe evaluar cual es el tipo de equipamiento que se debe utilizar, entonces se podrá efectuar: A mano: Utilización de mano de obra intensiva, herramientas de mano y poco equipamiento. Se utiliza para movimientos de suelo pequeños (volumen total relativamente pequeño), pequeños desmontes (no más de 20cm y superficies no muy extensas), desparramo dentro del predio, excavaciones de zanjas para fundaciones continuas (zapatas corridas), excavaciones de bases aisladas no muy profundas, rellenos de bases hormigonadas, excavaciones de sótanos pequeños, entre otros. Considerar que cuando se debe retirar suelo de un predio, el mismo se debe cargar en volquetes (5m3) porque no se puede cargar un camión, es más caro y lleva más tiempo. A máquina: Utilización de equipamiento intensivo y poca mano de obra. Se utiliza para movimientos grandes de suelo, grandes desmontes (espesores altos y superficies extensas), excavaciones de zanjas para obras de infraestructura (cañerías en calles, desagües, etc), excavaciones de bases aisladas, combinadas profundas o no muy profundas, excavaciones de sótanos importantes entre otros. Es de destacar que toda excavación a máquina implica una terminación o perfilado a mano. Máquinas y herramientas a utilizar según el tipo de movimiento a utilizar: Movimiento de suelo a mano: Para rotura y excavación: Pico, pala de punta, pala vizcachera. Barretas (piedra) Para carga y desparramo: para ancha, pala corazón (piedras). Baldes Para traslado horizontal: Carretilla francesa o cuartilla, carretilla inglesa (piedras), carros. Pala ancha por paleo (long alcance 3,50m) Para traslado vertical: Poleas, aparejos, molinillos. Baldes, canastos. Para compactación: Pisones. Movimiento de suelo a máquina: Pala cargadora frontal: para desmontes, excavaciones muy tendidas, desparramo. Demoliciones Retroexcavadora: para excavaciones, desmontes, demoliciones. Retroexcavadora-cargadora: Idem dos anteriores. Tractores sobre orugas con escarificador: Escarificar (triturar), Cargar suelo. Grúas: transporte vertical. Barrenos, Tuneleras: para perforaciones circulares. Excavadora bivialba o almeja: Para desmontar, excavar. Motoniveladora: para nivelar, desparramar. Rodillos: (tirados por tractor). Para compactar. Pata de cabra, Punta diamante. Lisos. Camiones volquete: Para trasladar (hay que cargarlos).. Camiones playos, con caja, volcadores: Para trasladar (mov. Horizontal) Dragalina: (draga de arrastre) para retirar suelo, excavar. Tractores, Buldózer, Anglodozer: para arrastrar, desmontar, desparramar.
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[email protected] En cada caso hay que analizar el rendimiento operativo del equipo y su sincronización. Para no tener horas de máquina paradas. Las máquinas pueden estar montadas sobre: Orugas: Distribuyen mejor las cargas, se usan en suelos blandos o fangosos (presión 0,5 kg/cm2), tienen velocidad de desplazamiento lenta. Neumáticos: Operan sobre terrenos duros. Ejercen presión sobre suelo 2,5 kg/cm2. Velocidad desplazamiento mayor que sobre orugas. Tipos de excavaciones de acuerdo a su posición: Las excavaciones son los movimientos de suelo que en general producen mayor riesgo. (Un terraplén de vías férreas, una subrasante de camino, una nivelación con desmonte y relleno, en general no ocasionan riesgo). Se puede clasificar de acuerdo a su posición, elegir el método adecuado y tomar así las precauciones necesarias: Excavaciones a cielo abierto: Zanjas, cimientos, sótanos. Excavaciones por pozos: diámetro 1,20m, prof. Máx. 20m. Excavación por galería: Con tapada de suelo por encima. Ej. Excavaciones para subterráneos. Para túneles de desvíos en presas. Excavación por pozos y galería: Idem anteriores
Tipos de suelos, propiedades físicas: De acuerdo a las propiedades físicas se deberá elegir el tipo de excavación, su equipamiento y precauciones. Se debe conocer las propiedades físicas del suelo antes de proceder a un movimiento, en especial la excavación. Coeficiente de esponjamiento: Mayor a 1. e = Volumen suelto / Volumen firme Coeficiente de recompactación: Mayor a 1. r = Volumen suelto / Volumen artificialmente compactado. Con esto uno sabe cuanto suelo debe transportar, cuanto sobra, cuanto para rellenar. Talud natural: ángulo de fricción interna φ, inclinación donde el suelo no se cae, no se desmorona. Cohesión: adherencia de granos de suelo entre sí. Tipos de terreno de acuerdo a su forma de excavación: Cavable a pala ancha: No tienen cohesión (arenas sueltas, tierras sueltas, gravilla) e: 1,10 a 1,15 r: 1,05 a 1,10 φ = 35º Cavable a pala de puntear: Poca cohesión (arcillas, toscas blandas, arena mojada) e: 1,15 a 1,25 r: 1,10 a 1,15 φ = 45º Cavable con pico: Mucha cohesión (tosca dura, arcillas pegajosas) e: 1,23 a 1,35 r: 1,15 a 1,20 φ = 65º Cavable con pico y barreta: Muy duro, desmoronable (rocas blandas) 3
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[email protected] e: 1,35 a 1,50 r: 1,20 a 1,25 φ = 75º Disgregables con barrenos y explosivos: Muy duro, rocas compactas y/o estratificadas e: 1,50 a 1,60 r: 1,25 a 1,35 φ = 80º Destacar que todos estos taludes son para tiempos cortos, y sin presencia de lluvias prolongadas o desecamientos intensos. Inmediatamente de efectuarse el movimiento deben realizarse las estructuras que absorberán los empujes del suelo o las obras de protección transitorias protegiendo los taludes en forma adecuada (apuntalamientos por ejemplo).
Cubicación de suelos: Conocidas las propiedades del suelo, el perfil natural y el perfil definitivo que se debe obtener, corresponde cubicar el suelo a remover, o sea calcular cuanto suelo se deberá excavar, desmontar, rellenar o terraplenar. Con las curvas de nivel y su equidistancia tengo cotas del suelo, luego se aplica algún método de cubicación: Método de áreas y alturas medias: V= (S1+S2)/2 x hm (S1 y S2 no paralelas)
Método de áreas medias:
V= (S1+S2)/2 x h
(S1 y S2 paralelas)
Método de reticulado triangular: V= S x hm (se divide en triángulos, cuanto más pequeños, más exactos), S= p(p-a)(p-b)(p-c) (Herón) p= (a+b+c)/2 (semi perímetro) hm= (h1+h2+h3)/3
Método de reticulado rectangular:
V= (a x b) / 4 x ( ∑Cv + 2 ∑Cp + 4 ∑Ci)
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Vaciado de pozos negros, aljibes, posterior relleno: En excavación de bases puede aparecer un antiguo pozo negro o un aljibe, se debe proceder a su vaciado por alguno de los métodos antedichos y luego a su relleno con capas de suelo adecuado, debidamente compactado por capas con la humedad necesaria (eventualmente hacer ensayo Proctor normal). Luego se puede hacer un tapón de hormigón para fundar por e ncima del mismo. Factores que inciden en el costo del movimiento de suelos: Propiedades físicas del suelo (Grado de compactación, grado de humedad, esponjamiento, recompactación, talud natural. Profundidad de la excavación. Altura de elevación del suelo. Dimensiones de la excavación. Forma geométrica de la excavación. Presencia de agua subterránea. Necesidad de apuntalamientos o entibamientos. Rigores climáticos (lugar geográfico, época del año, lluvias). Transporte horizontal del suelo (para aporte, extracción, relleno, descarga, desparramo). Posibilidad de usos de medios mecánicos o manuales. Excavaciones de zanjas para cimentos de muros: Pueden ser corridas con mampostería, hormigón de cascotes, vigas de encadenado, pilotines y vigas de encadenado. No ofrecen mayor riesgo, se pueden hacer a mano, y deben tener profundidad mínima aprox. 0,80m y asentar sobre suelo de resistencia suficiente. Excavaciones para bases aisladas: Normalmente son para pilares de mampostería o columnas de hormigón. De acuerdo al tamaño y profundidad pueden hacerse a mano o máquina, pero luego perfilar. Hacer hormigón de limpieza previo a la base. Si no se hizo hormigón de limpieza y llovió, sacar capa superior de suelo que se aflojó. Excavaciones de sótanos, Submuraciones: Definición de Submuración: Ejecutar un muro por debajo de un muro existente. O sea prolongar un muro elevado hacia abajo. El Muro de Submuración será portante (por lo menos soporta su peso propio, el del muro superior y los empujes del suelo). Componentes del Muro de Submuración: Zapata (cimiento), aislación hidrófuga, paño de muro. Clasificación de excavaciones de sótanos según su profundidad: Conforme la profundidad y envergadura se podrá decidir el tipo de excavación y las precauciones a tomar. Chicos: Profundidad menor a 4,00m (se puede a mano si es pequeño) Medianos: Profundidad entre 4,00 y 10,00m Profundos: Profundidad mayor a 10,00m (requiere precauciones especiales).
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[email protected] Conforme el riesgo que implica una excavación, previo a su ejecución se deben tomar precauciones, tomando conocimiento de: - Estado de construcciones linderas (tipo de estructura, fundaciones, profundidad, altura, edad). - Ubicación y cargas que transmiten al suelo l as fundaciones linderas. - Tipos de estructuras de entrepisos y techos linderos. - Evacuación de aguas servidas y pluviales y estado de las cañerías. (por arrastre de suelos, socavaciones). - Estado de muros medianeros (edad, revoques, conductos y cañerías incluidos, ventilaciones, debilitamientos, nichos). - Existencia de vanos con estructuras y/o adintelamientos transversales al muro que provoquen empujes sobre el muro medianero. - Muros de cerco sin arriostrar y con poca carga vertical. - Fuentes de vibraciones (motores, puentes grúa, e tc). - Presencia de pozos negros, aljibes, túneles. - Filtraciones de instalaciones de distribución de agua. Eventualmente –y conveniente- efectuar acta de constatación de linderos con un escribano público.
Tareas previas a la excavación del sótano: - Análisis del proyecto (superficie, profundidad, características, etc). - Análisis del tipo de suelo (cohesión, necesidad de deprimir napa freática, etc). - Cubicación. - Análisis del entorno (vecinos, accesos, etc). - Definición del tipo (manual, a máquina). - Adopción de medidas de seguridad (apuntalamientos, entibamientos). - Ejecución de Plan de Trabajos. - Otros. Formas de excavación de sótanos : Por Pocetes. (pozos sucesivos) Por Frentes de Ataque. Por Pocetes: Se efectúan pozos de diámetro 1,50 a 2,00m a mano o máquina (cuanto más profundo, más grande debe abrir la máquina y siempre se debe perfilar a mano) en forma alternada (1,3,2,4) sin descalzar el muro a submurar hasta que esté terminada la excavación en profundidad. Luego se descalza el muro, se hace la fundación del submural y se ejecuta la submuración correspondiente, calzando el muro superior y previendo que se deberá empalmar con los tramos adyacentes (traba de muro, armaduras ed hierro, aislaciones hidrófugas). Una vez ejecutado todo el perímetro se extrae el suelo central de la excavación. Por Frentes de Ataque: Se utiliza en predios extendidos. Se excava primero el sector central, dejando coronamientos, banquinas o bermas a nivel terreno natural y taludes conforme el ángulo de fricción interna del suelo (profundidades de excavación por etapa de hasta aprox 5,00m). Se dejan las rampas correspondientes para el acceso de vehículos (camiones, máquinas), de pendiente adecuada (20% máx) y ancho y radio de giro suficiente (mín 3,50m). 6
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[email protected] Luego se dividen los taludes en franjas de ancho entre 1,50m y máximo 2,50m numerados 1, 3, 2, 4. Se procede al retiro del suelo en taludes en todos los sectores 1, luego 2, 3 y 4 procediendo a efectuar la submuración correspondiente en cada caso. Materiales para Submuración: - Mampostería (el tabique de panderete de la aislación puede hacerse del eje divisorio hacia el vecino), o si el muro se hace encaballado, se puede sobrepasar el espesor reglamentario del muro con el panderete. - Hormigón (no puede pasar estructura de hormigón al vecino, sólo puede pasar el tabique de panderete).
Contención de taludes, muros, agua: Si la excavación debe permanecer un tiempo a cielo abierto, se deben proteger los taludes conteniendo los mismos, esto se puede hacer con: - Apuntalamientos (de muros vecinos, de suelos a pique) - Entibamientos (apuntalamientos internos para pozos, deben permitir el paso) Se pueden utilizar pilotes a tracción para contener el empuje horizontal de los suelos pero tener la precaución que no pueden pasar a predios linderos. - Ataguías y tablestacas. Las ataguías impiden el paso del agua cuando la altura de agua es pequeña (aguas superficiales). Se coloca la ataguía y luego con bombas se extrae el agua. Las tablestacas se utilizan para alturas mayores, trabajan a flexión empotradas en el lecho del río (suelo). Depresión de napas freáticas: Hay casos en los cuales en la profundidad de excavación se encuentra la presencia de napas freáticas. Ej cerca del Riachuelo, o de Juan B. Justo y Córdoba (canal entubado). En estos casos, para poder efectuar la excavación se debe extraer el agua y debe permanecer seco. Luego se ejecutarán las construcciones necesarias para impedir que filtre el agua o flote la construcción (losas subpresión, etc). (tanque cisterna enterrado Duracell, se rompió bomba) Métodos de depresión de napas: En todos los casos debo ver la potencia de la napa, si el terreno es absorbente o no y donde puedo tirar el agua. El agua emerge como manantial por todas partes, pero va donde le resulta más fácil. - Método de agotamiento por canales y sumideros. Se estudia donde van las bases de la estructura para que no coincida y se hacen canales con pendiente que llevan el agua a sumideros donde se colocan bombas que extraen el agua. - Descenso de nivel freático por batería de pozos filtrantes. Método Alemán (Siemens). Se usa en suelos permeables. Se hacen perforaciones cada 5 a 10m donde se coloca tubo con filtro. En la parte superior se coloca bomba de aspiración. Método Inglés (Well Point). Se usa en suelos con o sin cohesión, poco permeables, para obras de gran extensión. Se colocan caños en el terreno lo suficientemente cercanos, perforados en la parte inferior y con filtro. Todos están unidos a un colector superior y con bombas cada 150 a 200m. - De agotamiento por redes de drenaje. Es como canales y sumideros pero queda definitivo (depresión de napa permanente para red de filtración en edificio Palermo). Se hacen redes y se
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[email protected] colocan caños cribados con filtro de granulometrías diferentes, se dejan bocas de inspección y se llevan los caños a pozo con bomba.
Muros de sostenimiento: También llamados de contención: Toman cargas exclusivamente horizontales más su peso propio, ej. Empujes de suelo). Precaución de estabilizar las fundaciones para evitar rotaciones o desplazamientos de las mismas. Pueden ser también Portantes y de contención: Toman cargas verticales y horizontales. Está más estabilizado que el anterior. Un ejemplo de ellos son los estribos de puentes. Para el cálculo de los mismos se deben contemplar los empujes pasivo y activo del suelo más la presión hidrostática.
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