Movimiento de tierras -Diagrama de masas PDF

Preview

Summary

Resumen de los temas de Movimiento de tierras y Diagrama de masas par a el curso de Transportes I con el Ing. Robertt Merino para la segunda unidad semestre 8vo....

Description

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

MOVIMIENTO DE TIERRAS 1.1 EL MOVIMIENTO DE TIERRAS. Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales útiles en obras públicas, minería o industria. Las operaciones del movimiento de tierras en el caso más general son: • Excavación o inicio de obra. • Carga. • Acarreo. • Descarga. • Extendido. • Humectación o secado . Compactación. • Servicios auxiliares (refines, peinados, etc.). Los materiales “utilizables” se encuentran en la naturaleza en formaciones de muy diverso tipo, que se denominan bancos, en perfil cuando están en la zona de trazo 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 posibilidad de excavación y por ello en cada caso se precisan medios diferentes para afrontar con éxito su excavación. Los productos de excavación se colocan en un medio de transporte mediante la operación de carga. Una vez llegado a su destino, el material es depositado mediante la operación de descarga. Esta puede hacerse sobre el propio terreno, en tolvas dispuestas a tal efecto, etc. Para su aplicación en obras, es frecuente formar, con el material aportado, capas de espesor aproximadamente uniforme, mediante la operación de extendido. De acuerdo con la función que van a desempeñar las construcciones hechas con los terrenos naturales aportados, es indispensable obtener un comportamiento mecánico adecuado, una protección frente a la humedad, etc. Estos objetivos se consiguen mediante la operación llamada compactación, que debido a un apisonado enérgico del material consigue las cualidades indicadas. Deben estudiarse las distintas operaciones que conforma el movimiento de tierras, tomando en consideración y atención a la maquinaria que actualmente se emplea, sus ciclos de trabajo y producciones, con ejercicios y casos prácticos. CAMBIO VOLUMÉTRICO El estudio de los cambios de volumen en muy importante, 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 en m3 en perfil y no en pesos, ya que las densidades no se conocen exactamente. Los terraplenes(rellenos) se calculan por m3 medidos sobre los planos de los perfiles (secciones) transversales. Los materiales provienen de industrias transformadoras, chancadoras, 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 cuenta en el acarreo, y una

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

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. Si mediante una acción mecánica variamos la ordenación de esas partículas, modificaremos así mismo el volumen de huecos. Es decir, el volumen de una porción de material no es fijo, sino que depende de las acciones mecánicas a que lo sometamos. El volumen que ocupa en una situación dada se llama volumen aparente. Por esta razón, se habla también de densidad aparente, como cociente entre la masa de una porción de terreno, y su volumen aparente: da = M/Va da : densidad aparente. Va : volumen aparente. M : masa de las partículas más masa de agua. El movimiento de tierras se lleva a cabo fundamentalmente mediante acciones mecánicas sobre los terrenos. Se causa así un cambio de volumen aparente, unas veces como efecto secundario (aumento del volumen aparente mediante la excavación) y otras como objetivo intermedio para conseguir la mejora del comportamiento mecánico (disminución mediante apisonado). La figura 1.1 presenta esquemáticamente la operación de cambio de volumen. En la práctica se toma como referencia 1 m3 de material en banco y los volúmenes aparentes en las diferentes fases se expresan con referencia a ese m3 inicial de terreno en banco. La figura 1.3 representa la evolución del volumen aparente (tomando como referencia 1 m3 de material en banco), durante las diferentes fases del movimiento de tierras. Los tres estados del suelo: (natural, esponjado y compactado)

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

DIAGRAMA DE MASAS. La curva masa busca el equilibrio para la calidad y economía de los movimientos de tierras, además es un método que indica el sentido del movimiento de los volúmenes excavados, la cantidad y la localización de cada uno de ellos. Los objetivos mas importantes del diagrama de masas son: •Aprovechar el material de excavación para construir terraplén. Logrando una compensación total sin que exista sobrante o faltante de material. •Aprovechar al máximo los cortes para compensar los terraplenes con las menores distancias posibles de transporte y reducir a un mínimo las eliminaciones provenientes de los cortes y los préstamos de material para construir los terraplenes. •Obtener la mejor forma de distribuir el material para minimizar el transporte + eliminación +préstamo. Las ordenadas de la curva resultan de sumar algebraicamente a una cota arbitraria inicial el valor del volumen de un corte con signo positivo y el valor del terraplén con signo negativo; como ábsidas se toma la misma progresiva utilizada en el perfil. Los volúmenes se corrigen aplicando un coeficiente de abundamiento (esponjamiento) a los cortes o aplicando un coeficiente de reducción (compactación) para el terraplén. El procedimiento para el proyecto de la curva masa es como sigue:

1. Se proyecta la subrasante sobre el dibujo del perfil longitudinal de la carretera sobre el terreno.

2. Se determina en cada estaca, o en los puntos que lo ameriten, los espesores de corte o terraplén.

3. Se dibujan las secciones transversales topográficas (secciones transversales de construcción)

4. Se genera con las plantillas del corte y/o del terraplén con los taludes escogidos según el 5. 6. 7.

tipo de material homogenizado, sobre la sección topográfica correspondiente, quedando así dibujadas las secciones transversales del camino. Se generan/calculan las áreas de las secciones transversales del camino por cualquiera de los métodos ya conocidos. Se calculan los volúmenes abundando (esponjando) los cortes o haciendo la reducción (contrayendo)de los terraplenes, según el tipo de material y método escogido. se dibujan las curvas con los valores anteriores acumulados, utilizando las progresivas como abscisas y los volúmenes acumulados como ordenadas.

Dibujo de la curva masa. Se dibuja la curva masa con las ordenadas en el sentido vertical y las ábsidas en el sentido horizontal utilizando el mismo dibujo del perfil. Cuando esta dibujada la curva se traza la compensadora que es una línea horizontal que corta la curva en varios puntos. Podrán dibujarse diferentes alternativas de línea compensadora para mejorar los movimientos, teniendo en cuenta que se compensan mas los volúmenes cuando la misma línea compensadora corta mas veces la curva, pero algunas veces el querer compensar demasiado los volúmenes, provoca acarreos muy largos que resultan mas costosos que otras alternativas.

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

El sobre acarreo se expresa en: M3 – Estación cuando no pase de 100 metros, la distancia del centro de gravedad del corte al centro de gravedad del terraplén con la resta del acarreo. M3 – Hectómetro a partir de 100 metros, de distancia y menos de 500 metros. M3 – Hectómetro adicional, cuando la distancia de sobre acarreo varia entre los 500 y 2000 metros. M3 – Kilómetro, cuando la distancia entre los centros de gravedad excede los 2000 metros. Si la curva masa se presenta en el sentido de la progresiva en forma ascendente la diferencia indicara el volumen de material que tendrá que desperdiciarse lateralmente al momento de la construcción. Determinación del desperdicio: Cuando la línea compensadora no se puede continuar y existe la necesidad de iniciar otra, habrá una diferencia de ordenadas. Si la curva masa se presenta en el sentido de la progresiva en forma ascendente la diferencia indicara el volumen de material que tendrá que desperdiciarse lateralmente al momento de la construcción Determinación de los prestamos: Se trata del mismo caso anterior solo que la curva masa se presentara en forma descendente, la decisión de considerarlo como préstamo de un banco cercano al camino o de un préstamo de la parte lateral del mismo, dependerá de la calidad de los materiales y del aspecto económico, ya que los acarreos largos por lo regular resultan muy costosos.

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Determinación del acarreo libre: Se corre horizontalmente la distancia de acarreo libre 120 metros, de tal manera que toque dos puntos de la curva, la diferencia de la ordenada de la horizontal al punto mas alto o mas bajo de la curva, es el volumen. Determinación del sobre acarreo: Se traza una línea en la parte media de la línea horizontal compensadora y la línea horizontal de acarreo libre. La diferencia de ábsidas X – B será la distancia a la que hay que restarle el acarreo libre para obtener la distancia media de sobre acarreo convertida en estaciones y aproximada al décimo. El volumen se obtendrá restando la ordenada de la línea compensadora A –B a la de la línea de acarreo libre a-b. Propiedades de la curva masa: 1. La curva crece en el sentido de la progresiva cuando se trata de cortes y decrece cuando predomina el terraplén. 2. En las estaciones donde se presenta un cambio de ascendente a descendente o viceversa se presentara un máximo y un mínimo respectivamente. 3. Cualquier línea horizontal que corta a la curva en dos extremos marcara dos puntos con la misma ordenada de corte y terraplén indicando así la compensación en este tramo por lo que serán iguales los volúmenes de corte y terraplén. Esta línea se denomina compensadora y es la distancia máxima para compensar un terraplén con un corte. 4. La diferencia de ordenada entre dos puntos indicara la diferencia de volumen entre ellos. 5. El área comprendida entre la curva y una horizontal cualquiera, representa el volumen por la longitud media de acarreo 6. Cuando la curva se encuentra arriba de la horizontal el sentido del acarreo de material es hacia delante, y cuando la curva se encuentra abajo el sentido es hacia atrás, teniendo cuidado que la pendiente del camino lo permita. Ordenada de Curva Masa. A continuación podemos observar la forma en que se realiza el calculo de la ordenada de curva masa, en la cual se realizo el calculo de los primeros doscientos metros de nuestro camino. El hecho de observar en la tabla que las cantidades de la elevación de la subrasante, las cotas de la tangente vertical y la elevación del terreno son los mismos, es al hecho de que al principio de nuestro camino, estas tres coinciden en el mismo punto. En la casilla de corrección de la curva vertical, se alojan las cantidades de corrección en curva, como se observa en el calculo anterior de la curva vertical, solo que hasta estos doscientos metros no se encuentra ninguna corrección. Al igual que la corrección de la curva vertical, los espesores de corte y terraplén, se ubican en cero hasta este punto.

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Las áreas de corte y terraplén son obtenidas del calculo anterior de las áreas de secciones. En la ultima casilla de O.C.M. (ordenada curva masa) se da un valor arbitrario y se restan o suman los valores de corte o terraplén. Se puede observar que los valores de elevación del terreno y elevación de la subrasante son iguales, esto se debe a que en este análisis solo se tomo para el calculo los primeros doscientos metros de camino, en los cuales estos dos últimos valores mencionados coinciden.

En la figura Nº 02 se ha dibujado un Diagrama de Masas y en forma esquemática el alineamiento vertical de la vía. Por medio de ella podemos ilustrar las propiedades del Diagrama de Masas. 1. El diagrama de masas está formado por ondas. 2. Las ondas están formadas por dos ramas que se unen en un vértice (máximo y mínimo) 3. Una rama ascendente indica un exceso de corte en el tramo. Esto es, todo el tramo esta en corte o pueden existir secciones a media ladera pero con predominio de corte. 4 .Una rama descendente indica exceso de relleno en el tramo. Todo está en terraplén o hay secciones a media ladera con predominio de relleno. 5. Una rama con pendiente fuerte indica grandes cantidades de corte o de relleno, según sea ascendente o descendente respectivamente. 6. Una rama con pendiente suave indica pequeñas cantidades de corte o de relleno. 7. Un máximo coincide con un punto de paso de corte a relleno en el alineamiento vertical. Un mínimo coincide con un punto de paso de relleno a corte. Cuando hay secciones a media ladera puede que estos puntos no coincidan exactamente, pero los puntos de alineamiento vertical estarán muy cerca de los máximos y mínimos del DM. 8. En una progresiva cualquiera, la ordenada del diagrama de masas respecto al origen“0” representa la suma algebraica de los volúmenes modificados de corte (positivo)con los volúmenes modificados de rellenos (negativos), desde dicho origen hasta el punto en consideración. De acuerdo a la Gráfica Nº 03, en un punto A la ordenada (1) representa el volumen acumulado desde 0 hasta A; en este caso exceso de corte por tener signo positivo. En el punto C la ordenada (2) representa el volumen acumulado desde0 hasta C; en este exceso de relleno por tener signo negativo.

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

9. La diferencia algebraica de ordenadas entre dos puntos del diagrama indica la suma algebraica de volúmenes modificados de corte y relleno entre dos progresivas consideradas. Así entre A y B la suma algebraica de volúmenes esta dada por (3). Como B está por encima deA significa exceso de corte. Entre D y A la suma algebraica está dada por (4). Como A esta por debajo de D significa exceso de relleno. 10. Sí trazamos una línea horizontal que corte a una onda en dos puntos como la EF, se cumple que entre E y F no hay exceso de corte ni de relleno. Decimos entonces que los volúmenes de corte y de relleno están compensados y a esa línea se le llama Línea de Compensación. Entre E y G hay un volumen de corte dado por la ordenada (5), mientras que entre G yF hay un volumen de relleno dado por la misma ordenada. 11.Si Trasladamos al alineamiento vertical los puntos donde una línea de compensación corta a la onda, como la EF, vemos que el corte (5) entre EG, sirve para construir el relleno (5) entre GF; esta compensación se realiza mediante un Transporte hacia adelante. Si la línea de compensación es la HI, vemos que el corte (6) entre JI compensa el relleno entre HJ, en este caso mediante un Transporte hacia atrás. 12.Sí trazamos una Línea de compensación KL, muy cercana a la EF, vemos que el corte (7) entre KE compensa el relleno (7) entre FL. Así mismo, si trazamos una línea cualquiera de compensación MN, el Volumen de corte y relleno entre las líneas KL y MN están compensados. El corte (8) entre MK compensa el relleno (8) entre LN. 13. Una línea de compensación puede cortar a varias ondas del diagrama. Distancia de Transporte o Acarreo Una de las funciones del Diagrama de Masas es que nos permite determinar las distancias a las cuales se transportan los materiales de corte para compensar los rellenos. Consideremos la onda de la Figura Nº 04 y su correspondiente alineamiento vertical. Si trazamos una línea de compensación CD, tal que CD = DAL (distancia de acarreo libre) vemos que el volumen de corte (1) entre CE es acarreado para compensar el relleno (1) entre ED a distancias menores que DAL y como se ha mencionado en clases anteriores, no hay pago por la partida de transporte en estas circunstancias. Si ahora trazamos una línea de compensación AB>DAL vemos que el volumen de corte(V) entre AC compensa el relleno (v) entre DB, para lo cual tiene que ser acarreado a distancias mayores que las de acarreo libre. Sí entre las líneas CD y AB trazamos dos líneas de compensación separadas un diferencial de volumen dV de la izquierda compensa el relleno dV de la derecha, para lo cual recorre una distancia X. dT= Diferencial de transporte dT= X . dV El transporte T para compensar el corte entre AC con el relleno entre DB será: T = ∫ X. dV Pero X por dV es el área del trapecio rayado dentro de la onda de compensación dA = diferencial de Área= X. dV

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC

Ing M Merino – Transportes I - recopilaciones

UAC...