Excavación y Movimiento de Tierras en Construcción: Metodología y Cálculo de Volúmenes

Movimiento de Tierras en Construcción

Cuando se va a ejecutar una obra, ya sea de edificación o de obra civil, lo primero que ha de hacerse es la adaptación del terreno a las necesidades del asentamiento de dicha obra. Esta adaptación se conoce con el nombre de movimiento de tierras.

El movimiento de tierras está compuesto tanto por la explanación del terreno, como por el transporte de tierras desde o hacia la obra.

Explanación

Consiste en la adaptación del terreno a una nueva forma, capaz de albergar a la obra proyectada en las mejores condiciones.

Así pues, una vez efectuado el movimiento de tierras, el plano del terreno habrá sufrido una transformación y la nueva representación gráfica del mismo se conoce por plano de explanación.

La explanación a su vez se podrá obtener por medio de dos operaciones:

• Excavación
• Relleno

La excavación consiste en quitar tierra en un determinado punto, mientras que el relleno consiste en añadirla. También puede haber zonas donde no sea necesario modificar la anterior estructura del terreno.

• Zona de desmonte: Aquella zona donde se ha realizado la operación de excavar por encima del plano de explanación, hasta alcanzar dicho plano. Cuando el desmonte se produce por debajo del plano de explanación entonces se denomina vaciado. Este caso es bastante frecuente y corresponde por lo general a edificios con plantas de sótano.
• Zona de terraplén: Aquella zona donde se ha realizado la operación de relleno por debajo del plano de explanación, hasta alcanzar dicho plano.

A partir de la realización de perfiles longitudinales y transversales del terreno y de la información que éstos proporcionan será posible llevar a cabo la cubicación (cálculo de volúmenes) del movimiento de tierras, que es una de las partidas más importantes de un proyecto, especialmente de obra civil.

Perfiles Longitudinales en Topografía

Los perfiles longitudinales constituyen una aplicación directa inmediata de los métodos de nivelación en la realización de obras longitudinales como pueden ser conducciones lineales de todo tipo o carreteras en las que se precisa conocer la información de los desniveles del terreno.

Para ver con más claridad las pendientes del terreno a lo largo de una dirección se puede cortar éste con un plano vertical. La línea así obtenida se denomina perfil longitudinal. Se utiliza para proyectar, tanto obras lineales como carreteras, así como en edificación para cubicaciones por transversales.

Los perfiles longitudinales son la base de las mediciones lineales. La información que proporcionan se utiliza fundamentalmente para el establecimiento de rasantes de cualquier tipo de obra lineal (carreteras, canalizaciones, etc.).

Los datos del perfil pueden obtenerse en campo mediante estación total o nivel si los desniveles lo permiten. Se trata de determinar las distancias y desniveles entre los puntos a lo largo de la dirección dada, o lo que sería equivalente: sus coordenadas cartesianas. La línea puede ser recta, curva o ambas. Si es una curva, la distancia para el perfil es el desarrollo de la curva. El perfil siempre es recto, es decir, la línea se “estira”.

Recibe el nombre de perfil la intersección de una alineación con la superficie del terreno que se estudia.

El perfil longitudinal es la representación gráfica de la línea de intersección de la superficie vertical que contiene al eje de la vía, con el terreno.

Generalmente los datos tomados en una nivelación se representan por medio de un perfil topográfico.

La representación de un perfil en el plano se realiza sobre dos ejes de coordenadas con dos escalas diferentes, una para distancias horizontales y otra para verticales.

• Escala horizontal: Informa del desarrollo proyectado en planta, su valor depende de la longitud de la obra.
• Escala vertical: Representa la altura o los desniveles, el valor que habitualmente se toma es de 10 veces superior a la escala horizontal.

Con esta deformación se consigue acentuar más los desniveles naturales del terreno y al trazar las rasantes del proyecto, se acusa de un modo más visible las zonas de desmonte y terraplén, apreciándose mejor las compensaciones de ambos volúmenes.

En la representación de un perfil se incluye información complementaria en la denominada guitarra que incluye los siguientes apartados:

• Rasante del eje: Es la alineación geométrica en alzado de este, es decir, es la línea que queda al ejecutar la obra. Define altimétricamente la realización de la obra y en consecuencia el movimiento de tierras resultante de la misma. Se dibuja con un tipo de línea diferente a la del perfil.
• Plano de comparación: Indica la cota de partida, o cualquier otra, tomada como referencia de medidas de altura de los puntos del perfil. El valor del plano de comparación dependerá de las cotas del perfil, y su valor puede variar de una a otra hoja, o si el terreno tiene mucho desnivel, en una misma hoja.
• Cotas rojas: Pueden ser de desmonte o de terraplén. Su valor se obtiene restando las cotas entre rasante y terreno, si la cota de rasante es superior a la del terreno el resultado será un terraplenado, en caso contrario resultará un desmonte. Las cotas de rasante y terreno informan de la altura de un punto del perfil.
• Distancias parciales y al origen: Informan de la distancia entre dos puntos inmediatos y la distancia de ese mismo punto al origen del perfil.

Perfiles Transversales para el Cálculo de Volúmenes

Los perfiles transversales son secciones verticales perpendiculares al eje de la alineación. Representan simultáneamente la sección del terreno y la obra que se proyecta.

A lo largo del trazado se deberán sacar perfiles transversales con una distancia fija entre ellos, aunque también es conveniente sacar perfiles transversales en todos aquellos puntos donde hay un cambio brusco o notable del terreno. En cualquier caso, el número de perfiles transversales coincide con el de puntos del perfil longitudinal.

El dibujo de estos perfiles no se suele realzar, normalmente se dibujan con la misma escala vertical y horizontal. Suelen dibujarse a escala 1:100 o 1:200, representando primero el perfil del terreno y después la rasante sobre él.

Normalmente el ancho del perfil debe ser el doble del ancho de la vía, para que en la representación gráfica de la vía aparezcan sus correspondientes taludes.

El talud puede ser expresado por la relación de unidades medidas horizontalmente y las unidades medidas verticalmente. Por ejemplo, un talud 3:2 es aquel cuya sección transversal tiene una base de 3 unidades de longitud por 2 unidades de altura.

Los taludes tendrán en general un valor que dependerá de la naturaleza del terreno.

Los perfiles transversales se dibujan uno a continuación del otro, indicándose la distancia entre ellos.

Mediciones de Volúmenes de Tierra

La cubicación de tierras es la operación que consiste en calcular el volumen de tierras que se va a mover. Este volumen de tierras será la diferencia entre los volúmenes de desmonte y terraplén. Los métodos de cálculo pueden clasificarse en:

• Retícula → troncos de prisma
  • Triangular: Esta figura es un poliedro cuyas bases superior e inferior tienen forma triangular, horizontales o no, y las aristas que las unen son paralelas y verticales. Su volumen se determina por el producto de la altura media por la sección recta. Puede adaptarse muy bien al terreno, siempre que se haga de la forma adecuada según la cota de los puntos de dicho terreno, pues de lo contrario el resultado puede ser bastante erróneo.
  • Cuadrangular: Cuatro aristas. Las bases tienen cuatro lados. Se adapta menos al terreno, pero a cambio es más rápido. Puede usarse en terrenos que no tengan grandes desniveles o para obtener una primera aproximación del volumen. Después puede descomponerse en triángulos más pequeños.
  • Retícula: Cuando se usan varios troncos de prisma cuadrangular, de igual sección recta, que forman una cuadrícula con forma de cuadrado o rectángulo, pueden agruparse los cálculos en una forma más general.
• Secciones horizontales → prismatoide
• Secciones verticales (perfiles transversales) → prismatoide

En todos se hacen secciones del terreno, bien, verticales o bien horizontales. Pueden usarse indistintamente, pero los perfiles transversales son más adecuados cuando los taludes no son verticales.

En cualquier caso, el sistema más preciso será aquel que más se adapte a la forma real del terreno.