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Mapa conceptual a cerca de los procedimientos realizados para la elaboración de un túnel:
CONTROL DE ESPOJAMENTO
Para tener un concepto más claro acerca del factor de esponjamiento sobre su valor en la la obra de construcción en un túnel debemos conocer a cerca de movimiento de tierras y los cambios de volumen en el terreno de trabajo 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 !as operaciones del movimiento de tierras en el caso más "eneral son: #$cavación o arranque %ar"a &carreo 'escar"a #$tendido (umectación o desecación %ompactación Servicios au$iliares )refinos, saneos, etc* • • • • • • •
!os materiales se encuentran en la naturaleza en formaciones de muy diverso tipo, que se denominan bancos, en perfil cuando están en la traza de una carretera, y en pr+stamos fuera de ella !a e$cavación consiste en e$traer o separar del banco porciones de su material %ada terreno presenta distinta dificultad a su e$cavabilidad y por ello en cada caso se precisan medios diferentes para afrontar con +$ito su e$cavación !os productos de e$cavación se colocan en un medio de transporte mediante la operación de car"a na vez lle"ado a su destino, el material es depositado mediante la operación de descar"a #sta puede -acerse sobre el propio terreno, en tolvas dispuestas a tal efecto, etc Para su aplicación en obras públicas, es frecuente formar, con el material aportado, capas de espesor apro$imadamente uniforme, mediante la operación de e$tendido 'e acuerdo con la función que van a desempe.ar las construcciones -ec-as con los terrenos naturales aportados, es indispensable un comportamiento mecánico adecuado, una protección frente a la -umedad, etc #stos objetivos se consi"uen mediante la operación llamada compactación, que debido a un apisonado en+r"ico del material consi"ue las cualidades indicadas & trav+s de los sucesivos capítulos del libro se e$pondrán las distintas operaciones que comporta el movimiento de tierras, prestando atención a la maquinaria que actualmente se emplea, sus ciclos de trabajo y producciones, con ejercicios y casos prácticos 1.2 CAMBIOS DE VOLUMEN.
!os terrenos, ya sean suelos o rocas más o menos fra"mentadas, están constituidos por la a"re"ación de partículas de tama.os muy variados #ntre estas partículas quedan -uecos, ocupados por aire y a"ua Si mediante una acción mecánica variamos la ordenación de esas partículas, modificaremos así mismo el volumen de -uecos #s decir, el volumen de una porción de material no es fijo, sino que depende de las acciones mecánicas a que lo sometamos #l volumen que ocupa en una situación dada se llama volumen aparente Por esta razón, se -abla tambi+n de densidad aparente, como cociente entre la masa de una porción de terreno, y su volumen aparente:
: densidad aparente Va : volumen aparente M : masa de las partículas más masa de a"ua da
#l 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 e$cavación* y otras como objetivo intermedio para conse"uir la mejora del comportamiento mecánico )disminución mediante apisonado* !a fi"ura // presenta esquemáticamente la operación de cambio de volumen #n la práctica se toma como referencia / m0 de material en banco y los volúmenes aparentes en las diferentes fases se e$presan con referencia a ese m0 inicial de terreno en banco !a fi"ura /1 representa la evolución del volumen aparente )tomando como referencia / m0 de material en banco*, durante las diferentes fases del movimiento de tierras
Mientras no se produzcan p+rdidas o adición de a"ua, 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
#n el movimiento de tierras esta limitación se satisface muy pocas veces )evaporación, e$pulsión de a"ua durante el apisonado, adición de a"ua para facilitar el apisonado, etc*, por lo que la ecuación anterior no es de aplicación "eneral #n adelante se entenderá que los conceptos de volumen y densidad se refieren a volumen aparente y densidad aparente, aunque se omita el adjetivo aparente !a 2i"ura /0 indica variaciones en volúmenes y densidades en las operaciones del movimiento de tierras comentados en el apartado //
1.3 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO.
&l e$cavar el material en banco, +ste resulta removido con lo que se provoca un aumento de volumen #ste -ec-o -a de ser tenido en cuenta para calcular la producción de e$cavación y dimensionar adecuadamente los medios de transporte necesarios #n todo momento se debe saber si los volúmenes de material que se manejan corresponden al material en banco )3anco, ban4, 3* o al material ya e$cavado )Suelto, loose, S* Se denomina factor de esponjamiento )S5ell 2actor* a la relación de volúmenes antes y despu+s de la e$cavación
: factor de esponjamiento )s5ell* VB : volumen que ocupa el material en banco VS : volumen que ocupa el material suelto dB : densidad en banco dS : densidad del material suelto Se tiene que:
FW
M = dS x VS = dB x VB
#l factor de esponjamiento es menor que / Sin embar"o si en otro te$to fi"ura otra tabla con
factores mayores que /, quiere decir que están tomando la inversa, o sea F´ = VS / VB y si se desean emplear las fórmulas e$puestas aquí, deben invertirse 6tra relación interesante es la que se conoce como porcentaje de esponjamiento Se denomina así al incremento de volumen que e$perimenta el material respecto al que tenía en el banco, o sea:
SW
: 7 de esponjamiento
6 en función de las densidades:
Son frecuentes tablas en las que aparece el valor del esponjamiento para diferentes materiales al ser e$cavados %onviene por ello deducir la relación entre volúmenes o densidades en banco y en material suelto Para volúmenes se tiene:
Para densidades resulta:
#l porcentaje de esponjamiento y el factor de esponjamiento están relacionados:
y por consi"uiente conociendo el 7 de esponjamiento de un material se conoce su factor de esponjamiento, y viceversa, sin más que operar en la e$presión anterior #n la tabla // aparecen los valores de Fw y Sw característicos de distintos materiales frecuentes en
movimiento de tierras 1.4 CONSOLIDACION Y COMPACTACION.
!as obras realizadas con tierras -an de ser apisonadas en+r"icamente para conse"uir un comportamiento mecánico acorde con el uso al que están destinadas #ste proceso se conoce "en+ricamente como compactación y consolidación del material )S-rin4a"e* !a compactación ocasiona una disminución de volumen que -a 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
: factor de consolidación )S-rin4a"e* VC : volumen de material compactado Si en el proceso de compactación y consolidación no -a -abido p+rdida ni adición de a"ua )lo que es poco frecuente*, el factor de consolidación puede e$presarse se"ún Va x da = M de la forma:
Fh
: factor de consolidación )S-rin4a"e* dB : densidad del material en banco 6tra relación interesante es la que se denomina porcentaje de consolidación #$presa el porcentaje que representa la variación de volumen del material en banco al material compactado, respecto al volumen del material en banco, multiplicada por /88: Fh
%on ello la relación entre volumen en banco y volumen del material compactado queda:
Sh
: 7 de consolidación
Si en el proceso de compactación y consolidación no -ay p+rdida ni adición de a"ua )lo que no es frecuente* es de aplicación la e$presión Va x da = M y el porcentaje de consolidación puede e$presarse como:
Sh
: 7 de consolidación
#n este caso la relación entre densidades es:
#n cualquier caso, de las e$presiones del factor de consolidación y el porcentaje de consolidación se deduce que estos están relacionados por la e$presión:
#n cada caso concreto conviene estudiar los valores de 25, S5, para poder calcular con e$actitud los cambios de volumen que va a e$perimentar el material en las distintas operaciones & falta de un estudio particular, pueden adoptarse los valores que aparecen en la si"uiente tabla
Se nota que la variación del factor de esponjamiento de los materiales varía desde 89;8/ o si se aplica la formula en forma inversa varia de //;/<
