Diagrama de Masas

Diseño y Cálculo Geométrico de Viales

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INDICE Introducción ....................................................................................................................... 3 Consideraciones Consideraciones Generales para usar Diagrama Diagrama de Masas .............................................. 5 Diagrama de masas........................................................................................................... 9 Utilización del diagrama de masas................................................................................... 10 Limitaciones Limitaciones del uso del diagrama de masas................................................................... 11 Propiedades Propiedades del diagrama de masas. .............................................................................. 12 Líneas de equilibrio o compensadoras compensadoras............................................................................. 17 Subrasante Subrasante económica económica .................................................................................................... 21 Precio unitario y forma de pago de los conceptos que integran los movimientos de terracerías. ...................................................................................................................... 21 Acarreos .......................................................................................................................... 23 Acarreo libre .................................................................................................................... 23 Sobreacarreo Sobreacarreo y bases de Pago en Nicaragua.................................................................. 24 Determinación Determinación de los acarreos......................................................................................... acarreos......................................................................................... 28 Distancia media de Sobreacarreo. ................................................................................... 30 La pendiente pendiente promedio .................................................................................................... .................................................................................................... 32 Distancia máxima de Sobreacarreo Sobreacarreo económico ............................................................... 33 Casos de compensación compensación longitudinal longitudinal ............................................................................... 36 Compensadora Compensadora en estudio comprendida comprendida entre dos préstamos......................................... préstamos......................................... 40 Compensadora en estudio comprendida entre préstamo y desperdicio ........................... 42 Compensadora en estudio comprendida entre un desperdicio y un préstamo. ................ 42 Compensadora Compensadora en estudio comprendida comprendida entre dos desperdicios. .................................... 43 Procedimiento Procedimiento de cálculo del diagrama de masas. .......................................................... .......................................................... 52 Volumen longitudinal longitudinal y lateral en Diagramas de Masas ................................................... 56 Procedimientos Procedimientos optativos para el cálculo del diagrama de masas.................................... 57 Calculo de la curva masa por el procedimiento procedimiento de abundar abundar los cortes. ............................ 58 Cálculo de la curva masa por el procedimiento de corregir los volúmenes de los terraplenes....................................................................................................................... 58 Cálculo de la curva masa por el procedimiento de abundar los terraplenes. terraplenes. .................... 58 Dibujo del diagrama de masas......................................................................................... 59 Ejemplo de Determinación Determinación del acarreo libre..................................................................... 61 ING. Sergio Navarro Hudiel

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Ejemplo de Determinación Determinación de sobreacarreo sobreacarreo .................................................................... 62 Ejemplo Determinación de distancia máxima máxima económica para transporte ............ ...... ............ ........... ..... 64 Ejemplo de análisis de diagramas diagramas de masas ................................................................... ................................................................... 64

Esta material refiere exclusivamente al cálculo de diagramas de masas, propiedades, elementos y ejemplifica como deben de realizarse. El documento base tomado de referencia son las Normas de Diseño Geométrico de la SCT, 1991. En espera de su colaboración para hacer de este documento uno mejor. Ing. Sergio Navarro – Docente UNI

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Objetivo: Proporcionar elementos Teóricos y Básicos, necesarios para comprender la importancia de los movimientos de tierra y la influencia directa que tiene este estudio desde el inicio hasta el final de un proyecto de carretera Introducción

El arte de la construcción de carretera radica esencialmente en la ejecución del Movimiento de Tierra, generalmente, esta partida es la más absoluta dentro del costo de construcción de una carretera. De la buena ejecución del trabajo y de su correcto control depende del éxito técnico en la obra y los beneficios económicos que de ella se deriven. Por estas razones, el estudio de cálculo y ejecución de las obras de Movimiento de Tierras, junto con el diseño de las obras del drenaje, permiten calcular el costo inicial de construcción de una vía, y comparar así las ventajas de un anteproyecto sobre otro. . Se comprenderá como “Movimiento de Tierra” a todos los trabajos realizados tendientes a lograr una modificación en la topografía de una determinada área o zona, a fin de crear las condiciones necesarias para realizar una obra de ingeniería. Para una obra vial esto implica una serie de estudios que permitan tener la certeza de que los movimientos a realizar sean más económicos dentro de las características que el tipo de carretera fija. El concepto de Movimiento de Tierra incluye; el desmonte, desbroce, excavación de las carreteras y drenaje, terraplenes materiales de préstamos, transporte adicional, explanación con máquinas, escarificación de la explanación, reacondicionamiento de carretera y todos los trabajos de preparación del cimiento de la explanación para calzadas de carreteras, Pistas, o el balasto de ferrocarril. El movimiento de tierras consiste básicamente en el traslado de material desde zonas relativamente altas para depositarlo en otras bajas, usando el exceso de material cortado o requiriendo de material de préstamo. El diagrama de masa es un método excelente para analizar el movimiento de material en carreteras y proyectos lineales en general. Es un medio gráfico que facilita la determinación de la distancia de transporte entre estaciones. El diagrama de masa es una herramienta de análisis que facilita mucho las decisiones para la selección del equipo más apropiado para la excavación y el ING. Sergio Navarro Hudiel

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transporte de material. Es una gran ayuda para la supervisión de los trabajos de nivelación y para la determinación de la cantidad de material de sobre-acarreo, así como la distribución más más económica del material. El análisis se realiza mediante mediante líneas de equilibrio equilibrio o de compensación compensación y el cálculo de distancias promedio promedio de recorrido. La cantidad y el costo de movimiento de tierra se calculan en función de los metros cúbicos de excavación en su situación original, tomando como base las notas de las secciones transversales medidas en el campo. Una vez conocida esa información se traza la subrasante que corresponda a los movimientos de terracerías más económicos, a este tipo de subrasante se le conoce como Subrasante Económica.

La subrasante económica: es aquella que ocasiona el menor costo de la obra, entendiéndose como esto, la suma de las erogaciones ocasionadas durante la construcción y por la operación y conservación del camino una vez abierto al tránsito. Para tratar de encontrar la subrasante económica, es necesario analizarlo por su costo de construcción, por ser este concepto el que generalmente presenta variaciones sensibles. Bajo este aspecto, para el proyecto de la subrasante económica hay que tomar en cuenta que: 1. La subrasante debe cumplir con las especificaciones de proyecto geométrico dadas. 2. En general, el alineamiento horizontal es definitivo, pues todos los problemas inherentes a él han sido previstos en la fase de anteproyecto. Sin embargo habrá casos en que se requiera modificado localmente. 3. La subrasante a proyectar debe permitir permitir alojar las alcantarillas, puentes y pasos a desnivel y su elevación debe ser la necesaria para evitar humedades perjudiciales a las terracerías o al pavimento, causado por zonas de inundación o humedad excesiva en el terreno natural. Una operación completa del movimiento de tierras, exige de siete operaciones elementales (en ocasiones las dos primeras se pueden fusionar), y estas operaciones son: 1. La excavación o extracción de los materiales. 2. La carga de los materiales para para su transportación. 3. La transportación transportación de los materiales. ING. Sergio Navarro Hudiel

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4. La descarga o amontonamiento del del material material en terraplenes. 5. El esparcimiento o extensión del material material en los los terraplenes. 6. Eventualmente la compactación de los terraplenes. Consideraciones Generales para usar Diagrama de Masas

Según (Diáz, 2011), es necesario tomar en cuenta que cuando cuando un material material se compacta, al construir un relleno o terraplén, su volumen disminuye por tal razón 1m³ de corte no produce 1m³ de relleno o terraplén, Esto es que 1m³ de terraplén necesita 1m³, más un volumen adicional correspondiente a la contracción que se produce al compactar. Por otra parte cuando un material es removido de su sitio natural aumenta su volumen y estos fenómenos de encogimiento y/o expansión pueden conducir a la elaboración de distintos diagramas de compensación.

Así entonces podremos encontrar cuatro casos de transformaciones. tr ansformaciones.  De volumen Natural a Suelto  De volumen suelto a Compacto  De volumen Natural a Compacto  De volumen Compacto a Natural

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La proporción de contracción y/o encogimiento depende del tipo de material, algunos valores sugeridos se muestran en la siguiente tabla: 6 a n i g á P


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Algunos coeficientes coeficientes de Esponjamiento Esponjamiento y Contracción se muestran en la siguiente tabla, tomado de (Diáz, 2011)

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Diagrama de masas

Para un buen diseño de la carretera es necesario realizar un análisis para obtener la mayor economía en el movimiento de tierras, ya que como sabemos dicho movimiento de tierras representa el el 80% del costo de la carretera. Esta economía se obtiene excavando y rellenando únicamente lo indispensable y acarreando los materiales la menor distancia distancia posible. El estudio necesario es llamado curva masa o diagrama de masa. Los volúmenes de material, ya sea de corte o de préstamo, deben ser transportados para formar los terraplenes. Sin embargo, en algunos casos, parte de los volúmenes de corte deben ser desperdiciados, principalmente por su baja calidad como material para el terraplén, para lo cual se transportan a lugares convenientes fuera del camino. El diagrama de masas masas permite determinar todos los movimientos de terracerías y establecer el esquema más eficiente, al cual corresponden los costos mínimos. El diagrama de masas es la curva resultante de unir todos los puntos dados por las ordenadas de la curva masa. Al diseñar perfil de un camino no basta con ajustarse a las especificaciones sobre pendientes, curvas verticales, compensación por curvaturas, drenaje, etc… para obtener un resultado satisfactorio, sino que también es igualmente importante conseguir la mayor economía posible en el Movimiento de la Tierra. T ierra. Esta economía se consigue excavando y rellenando solamente lo indispensable y acarreando los materiales la menor distancia posible y de preferencia cuesta abajo, es decir, determinar hasta que limite conviene sobreacarrear un material de corte ya sea de línea o de préstamo; sin embargo en algunos casos parte de los volúmenes de corte deben desperdiciarse para lo cual se transportan a lugares convenientes fuera del camino camino (Excavacion en línea o excavación de préstamo). Para determinar los movimientos de tierra en un proyecto de carretera y obtener su costo mínimo, EL DIAGRAMA DE MASAS es el instrumento con que cuenta el proyectista, el cual sirve para indicar las distancias de acarreo y determinar hasta que límite conviene sobreacarrear un material de corte, ya sea de línea o de préstamo.

EL DIAGRAMA DE MASAS: Es una curva en el cual las ordenadas representan volúmenes acumulativas de la terracerías (suma algebraica excavación (+) y terraplén (-)) y las abscisas el cadenamiento correspondiente. Un diagrama de ING. Sergio Navarro Hudiel

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masa es un total acumulado de la cantidad de material excedente o deficiente a lo largo del perfil de la carretera. En el diagrama de masas se lleva a cabo el estudio de las cantidades de excavación y relleno, su compensación, compensación, préstamos y desperdicios longitudinales, determinación de las distancias de acarreo y sentido de los movimientos. En general los objetivos del diagrama de masas son:  

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Aprovechar el material 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 compensar los terraplenes con con las menores distancias posibles de transporte y reducir a un mínimo los botes provenientes de los cortes y los préstamos de material para construir los terraplenes. Obtener la mejor forma de distribuir el material para minimizar minimizar el transporte + bote + préstamo.

La ordenada de curva masa en una estación dada es la suma algebraica acumulada de los volúmenes de terraplén y de corte, estos última afectada por su coeficiente de variabilidad variabilidad volumétrica. volumétrica. Esta suma suma se hace desde el origen del cadenamiento hasta la estación analizada. Normalmente se consideran positivos los volúmenes de corte y negativos los de terraplén. Generalmente, los préstamos se originan por exceso de volumen de terraplén y los desperdicios por exceso de volumen de corte, pero pueden coexistir préstamos y desperdicios, cuando la suma de los costos del acarreo del material excavado al llevarlo al terraplén y la compactación requerida, sea mayor que la suma de los costos de excavación, del acarreo y de compactación del material producto del préstamo y del acarreo del desperdicio, desperdicio, o bien, cuando el material de corte no deba emplearse en la construcción del camino.

Utilización del diagrama de masas.

El diagrama de masas es el arma más eficaz para el proyectista y el constructor para el cálculo de los volúmenes de tierra a mover y para el cálculo de los costos de las tierras movidas. Los objetivos principales de la curva masa o diagrama de masas son los siguientes:  Compensar volúmenes movimientos del material  Fijar el sentido de los movimientos acarreo libre  Fijar los límites del acarreo ING. Sergio Navarro Hudiel

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Calcular los sobreacarreos Controlar préstamos y desperdicios

El diagrama proporciona información acerca de la cantidad de materiales a mover, distancia promedio que debe trasladarse y la dirección en la cual deberá hacerse el acarreo. Cuando se combina esta información con el perfil del terreno, es posible establecer establecer los tramos en que deberá hacerse el corte o el relleno y el equipo más adecuado para hacer el trabajo. El diagrama de masa es una de las herramientas más efectivas para la planeación del movimiento de material en cualquier proyecto de carácter lineal . El proyectista lo utiliza para:

Comparar alternativas y escoger la subrasante mas económica.  Para seleccionar el equipo más económico.  Determinar los sobreacarreos y selección adecuada de los banco de préstamo. transportar.  Determinar los costos de los suelos a transportar. 

El contratista lo utiliza para:

Distribución del equipo. Determinar el sentido de los movimientos. Cuantificar los volúmenes movidos. Limitaciones del uso del diagrama de masas.

El diagrama no puede ser aplicado o no es de mucha utilidad, cuando la subrasante está obligada a proyectarse en determinada forma por circunstancias especiales tales como: a.-En terrenos planos en que la superficie natural se aproxima mucho a la subrasante, aquí el diagrama presenta una pendiente negativa pronunciada demandando grandes volúmenes de préstamos

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b.- En terrenos en los que la subrasante debe tener cierta altura para quedar a salvo de las inundaciones o de la humedad que por capilaridad puede llegar a perjudicar la terracerías. c.- En terrenos en donde es necesario alojar la carretera en firme. d.- En aquellos tramos con pendiente sostenida donde las excavaciones son excesivas y dificultosas. e.- En acceso a puente e intersecciones a nivel

Propiedades del diagrama de masas. En el diagrama de masas: se lleva a cabo el estudio de las cantidades de excavación y relleno, su compensación, préstamos préstamos y desperdicios longitudinal, determinación de las distancias de acarreo y sentido de los movimientos.

Utilizando como ejemplo la figura abajo indicada, se explican las principales propiedades del diagrama de masas. La línea que representa el diagrama de masas es la reflejada por los puntos ABCDEFG correspondiente a los volúmenes de terracería a mover al ubicar la rasante (acef) en el perfil de terreno deliniado por (abcdefg)

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Las principales propiedades del diagrama de masas son las siguientes: 1. El diagrama es ascendente cuando predominan los volúmenes de corte sobre los de terraplén y descendente en caso contrario. contrario. En la figura se tiene que las líneas ABC y y EFG son son ascendentes porque corresponden a los volúmenes de los cortes abc y y efg . La línea CDE es es descendente por referirse al terraplén cde. Una zona de excavación produce una curva ascendente en el diagrama de masa, indicando que el volumen de corte está excediendo el volumen requerido para el relleno. El volumen total de material excavado entre puntos se obtiene leyendo la diferencia algebraica entre sus ordenadas de masa correspondientes. Si la zona requiere más bien un relleno, la deficiencia de material producirá una curva descendente, lo que significa que se requiere más material del que se genera como corte. El volumen de relleno se estima de la misma manera que la excavación. La fuerte inclinación o pendiente de estas curvas ascendente o descendente indican que hay volúmenes grandes de corte o relleno, mientras que unas curvas de suave pendiente, un poco volumen de material 2. Cuando después de un tramo ascendente en el que predominan los volúmenes de corte, se llega a un punto del diagrama en el cual empiezan a preponderar los volúmenes de terraplén, se dice que se forma un máximo; inversamente, cuando después de un tramo tramo descendente en el cual han sido mayores mayores los volúmenes de corte se dice que se forma un mínimo. En la figura, los puntos A y E del diagrama son mínimos y corresponden a los puntos a y e del terreno que son los extremos de tramos en terraplén, en tanto que los puntos C Y G del diagrama son máximos y corresponden a los extremos de los cortes abc y efg. Los puntos de pendiente cero son los puntos de máximo y mínimo. En el diagrama de masa, estos máximos o mínimos representan los puntos de transición entre subidas y bajadas e indican el paso de una excavación a una situación de relleno o viceversa. Estos puntos se conocen también como puntos de transición. En el perfil longitudinal este punto coincidirá con el punto donde la línea de sub.-rasante corta la línea del terreno natural. 3. La diferencia entre las ordenadas de la curva masa, en dos puntos cualesquiera P y T, expresa un volumen U que es igual a la suma algebraica de todos los volúmenes de corte, positivos, con todos los volúmenes de terraplén, negativos, comprendidos en el tramo limitado por esos dos puntos. En el diagrama citado, la diferencia de ordenadas entre P y T es U; por quedar T arriba de P, expresa que ING. Sergio Navarro Hudiel

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en el tramo hay un excedente U del volumen de corte sobre el de terraplén. si los dos puntos son como el J y el K y este queda debajo de aquel, la diferencia de ordenadas Q indica el volumen de terraplén en exceso del de corte en ese tramo. (es decir que sii la diferencia es positiva, existirán más volúmenes de corte que de terraplén en el tramo considerado (por ejemplo, entre los puntos T y P , U es positiva). 4. Si en un diagrama de masas una línea horizontal corta dos puntos consecutivos, estos tendrán la misma ordenada y, por lo tanto, en el tramo limitado por estos dos puntos, los volúmenes de corte serán iguales a los de terraplén. terraplén. En ese caso, se dice que estos dos puntos son los extremos de un tramo compensado. En la figura, la línea horizontal BD es una línea compensadora, pues los volúmenes del corte bcb' son son iguales a los de terraplén cdd' . La abertura BD es la distancia máxima de acarreo al transportar el volumen de corte b'bc al terraplén cdd' . En los puntos donde la curva masa cruza el eje del volumen cero, se puede decir que todo el volumen de corte ha coincidido exactamente con el volumen de relleno requerido y no sobra ni falta ningún material. Con esta propiedad propiedad se puede decir también que toda línea horizontal horizontal que cruce la curva masa indicará entonces que entre los dos puntos de cruce hay compensación entre el corte y el relleno.

5. Los cortes que en la curva masa queden arriba de la línea compensadora, se mueven hacia delante, y los cortes que queden debajo de la línea compensadora se mueven hacía atrás. La línea compensadora también se dibuja en forma horizontal, tratando de compensar compensar las áreas de corte y terraplén. La distancia media entre el acarreo libre y la línea compensadora es el volumen de sobreacarreo, si le restamos el volumen de acarreo libre. La distancia de sobreacarreo es la proyección horizontal de la línea de acarreo medio La posición de la curva masa por encima o por debajo de la línea de volumen cero indicará el volumen de material del proyecto. Si está por encima, significará que es excedente y debería disponerse para otras tareas o para su eliminación; si está por debajo de la línea indicará que falta material para completar las zonas de relleno y se deberá traer de canteras fuera de los límites del proyecto.

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Cuando en un tramo compensado el contorno cerrado que origina el diagrama de masas u la compensadora WW´ queda arriba de esta, el sentido del acarreo es hacia adelante; contrariamente, cuando el contorno cerrado queda debajo de la compensadora, el sentido del es movimiento es hacia atrás. Así en el diagrama el contorno cerrado cerr ado BCDB indica un movimiento hacia adelante por estar arriba de la compensadora WW, pues el volumen BC del corte bcb será llevado al terraplén cdd que esta adelante. En cambio, el contorno cerrado DEGD que está bajo de la compensadora WW indica que el volumen EF del corte eff será llevado al terraplén ded mediante un acarreo cuyo sentido es hacia atrás. 6. Las áreas de los contornos cerrados comprendidos entre el diagrama y la compensadora, representan acarreos. Si en el corte bcb´ se toma un volumen elemental MN, que será transportado a una distancia L, para ser colocado en el segmento RS del terraplén , el acarreo elemental será dV x L que es precisamente el área del trapecio elemental MNSR; por lo tanto, la suma de todas las áreas de los trapecios elementales, representativos de acarreos elementales, será el área de contorno cerrado BCDB, contorno cerrado formado por el diagrama de masas y por una compensadora, bastará con determinar el área de él, para que, considerando las escalas respectivas, se encuentre el valor del acarreo total. (dicho de otra manera , si del corte bcb' se se toma un volumen dV, representado por la diferencia de ordenadas de los puntos M y N , para transportarlo una distancia L y colocarlo entre los puntos R y y S del del terraplén, el acarreo será igual a dV x x L. Este producto es precisamente el área de la figura MNSR , que para fines prácticos se considera con forma de trapecio. Por extensión, la suma suma del área de todos los trapecios en que se pueda dividir el contorno de cerrado BCDB será igual al acarreo total en el tramo BD. ING. Sergio Navarro Hudiel

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Tal y como lo expresa (Diáz, 2011) para entender mejor lo anterior descrito también puede verse el siguiente gráfico

1) Antes de un máximo prevalecen los cortes 2) Después de un máximo prevalecen los rellenos 3) En un máximo, en altimetría la sub-rasante pasa de corte @ relleno 4) Antes de un mínimo prevalecen los rellenos 5) Después de un mínimo prevalecen los cortes 6) En un mínimo en altimetría la subrasante pasa de relleno a corte 7) Cuando la ordenada de masa es igual a cero (0) se ha completado una fase, esto quiere decir que tenemos una compensación de los volúmenes de corte y relleno en este tramo. 8) Si la última Ordenada es (+) indica que hay Bote o sea nos sobra material. 9) Si la última Ordenada es (-) indica que hay Préstamo, o sea que nos falta

material.

Líneas de equilibrio o compensadora compensadoras s Una línea de equilibrio es una línea horizontal de una longitud específica que cruza la curva masa y la corta en dos puntos. La línea de equilibrio puede fijarse para que su longitud sea la máxima distancia que es capaz de recorrer un ING. Sergio Navarro Hudiel

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determinado equipo de acarreo. Esta máxima distancia es el límite económico para el equipo. La línea compensadora o de balance que corte el mayor número de veces al diagrama de masas por los puntos más bajos y que produce los movimientos de terracería más económicos se conoce como compensadora general. Lo más conveniente es tener unas sola general, sin embargo la economía obliga a que esta se interrumpa en varios puntos para reiniciar en otros situados abajo o arriba de la anterior originando tramos no compensados cuyos volúmenes son la diferencia de las ordenadas de las líneas de balance. La compensadora económica se determina en función de los costos unitarios vigentes para acarreo y excavación en prestados, de las aberturas del diagrama medidas sobre la compensadora en estudio así como del coeficiente de variabilidad volumétrica de los materiales tanto en la subrasante como en préstamo. Cualquier consideración hecha por el ingeniero sobre la compensadora debe llevar el espíritu de economía pretendiendo obtener una línea de balance que genere costos mínimos haciendo intervenir las condiciones especiales que se presentan en los extremos de la compensadora como préstamos y desperdicios La distancia entre los dos puntos de una línea compensadora se llama abertura del diagrama y es la distancia máxima de acarreo al llevar el material del corte al terraplén. Por ejemplo, los tractores grandes son económicos cuando trabajan en distancias mayores de 100 m.; las traíllas de empuje lo son cuando el recorrido está entre 100 y 1500 m.; los camiones serán económicos cuando las distancias de acarreo están por encima de los 1500 m. Estos valores son referenciales y la distancia específica dependerá del modelo y tamaño de tractor, traílla o camión que se tenga.

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En la anterior se trazó una línea horizontal C’-E’. Si se trabaja con una traílla grande, la distancia de esta línea sería 1500 m. En este tramo se ha logrado que todo el material de corte entre C’ y D’ sea usado para cubrir todo el relleno necesario entre D’ y E’. Para conocer la cantidad de material que deberá mover la traílla se debe restar la ordenada de masa del punto máximo en D de la proyección horizontal sobre el eje vertical del punto D’. También es posible obtener la dirección del recorrido de la traílla, ya que deberá iniciar su trabajo en la zona de corte para llevarlo a la zona de relleno; es decir, desde la zona de curva masa ascendente hacia la zona donde la curva masa desciende. En general, si la curva masa está por encima de la línea de equilibrio, la dirección de recorrido es de izquierda a derecha. Cuando la curva masa está por debajo de la línea de equilibrio, el recorrido es de derecha a izquierda. Cuando la traílla empiece su trabajo de corte y acarreo en el punto C’, tendrá que recorrer una distancia muy parecida a la máxima, igual a C’-E’; mientras que muy cerca de D’ la distancia será muy pequeña. La distancia recorrida promedio es aproximadamente igual a la longitud de una línea horizontal situada un tercio de altura entre la línea de equilibrio y el punto más alto o bajo de la curva masa dentro del tramo C’-E’. Esto es válido en el caso descrito porque se puede aproximar a un triángulo. En el caso de aproximarse a un rectángulo, podría situarse a la mitad de la altura. En general, la distancia de acarreo se determina como la distancia de la línea recta que une el centro de gravedad de la zona de corte y el centro de gravedad ING. Sergio Navarro Hudiel

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de la zona de acarreo. Este principio es válido para las zonas de corte y relleno dentro de un mismo diagrama de masa como para la ubicación de una cantera y la zona de relleno en la obra. Algunas veces se desea organizar org anizar el trabajo ajustándolo a las capacidades de los equipos disponibles, de modo que se deben dibujar varias líneas de equilibrio. De este modo cada equipo trabajará con recorridos similares a los de su límite de eficiencia. En la Figura siguiente se muestra un diagrama de masa con dos líneas de equilibrio. La primera línea tiene una distancia de 100 m. y corresponde a la máxima distancia económica de los tractores. La segunda tiene una distancia de1500 m. y corresponde a la máxima distancia económica de las traíllas. Lo que se pretende es usar los tractores para empujar el material en distancias cortas.

El material de la excavación entre C y D se trasladará y colocará entre D y E usando los tractores. Luego, la traílla excavará el material entre A y C y lo llevará para colocarlo como relleno entre E y G. Este caso usa el concepto de línea de equilibrio con longitudes iguales a las distancias de recorrido eficiente de los equipos. La bibliografía sugiere el uso de equipos en función de la Distancia Media de Transporte (DMT)

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Subrasante económica En el caso de la determinación de la subrasante económica, es preciso conocer el precio unitario de cada uno de los conceptos que comprenden los movimientos de terracerías, para que al multiplicarlo por el volumen de obra respectivo, se obtenga la erogación correspondiente a cada uno de esos conceptos y se concluya si la subrasante obtenida es realmente la más económica. Como no es posible precisar los precios unitarios hasta que no se ha concluido la obra, se recurre para los proyectos, al empleo de precios unitarios determinados para casos semejantes. Las bases de contratación para cada obra indican los conceptos que integran cada uno de los precios unitarios a determinar. La evolución de las técnicas y equipos de construcción origina cambios continuos en la integración de precios unitarios, por lo que no es posible describir aquí los que corresponden a los conceptos que se mencionan. Puede decirse que la subrasante que se determine, se acercará a la económica, en la misma forma que los precios unitarios supuestos para el proyecto, se acerquen a los precios unitarios de la obra.

Precio unitario y forma de pago de los conceptos que integran los movimientos de terracería terracerías. s. ING. Sergio Navarro Hudiel

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El precio unitario es la remuneración pecuniaria que se cubre al contratista por unidad de obra realizada y que comprende el costo directo, el costo indirecto y la utilidad. Algunos de los l os conceptos conce ptos que se deben de manejar para par a tratar la forma de pago son: 1. Despalme. El pago se hace midiendo el volumen geométrico de excavación en metros cúbicos, multiplicándolo por el precio unitario correspondiente. 2. Corte o Excavación. El pago se hace midiendo el volumen volumen geométrico de excavación en metros cúbicos, multiplicándolo por el precio unitario correspondiente. El precio unitario correspondiente. 3. Prestamos laterales. Son las excavaciones ejecutadas dentro de fajas ubicadas paralelamente al eje del camino a uno o a ambos lados de él, con anchos determinados en el proyecto y cuyos materiales se utilizan exclusivamente en la formación de los terraplenes contiguos. El pago se hace en la misma forma descrita en el punto anterior para corte o excavación. 4. Préstamos de bancos. Son los ejecutados ejecutados fuera del límite límite de cien cien metros de ancho indicado en el punto anterior y los ejecutados dentro de dicho limite, cuyos materiales se empleen en la construcción de terraplenes que no estén situados lateralmente a dichos préstamos. 5. Compactación. Es la operación mecánica mecánica que se ejecuta para reducir el volumen de los vacíos existentes entre las partículas sólidas de un material, con el objeto de mejorar sus características de deformabilidad y resistencia, así como darle mayor durabilidad a la estructura formada por ese material. 6. Bandeado. Es el tratamiento tratamiento mecánico que se se aplica con equipo pesado de construcción, al material que por las dimensiones de sus fragmentos no se le pude considerar susceptible de compactación normal, en el sentido que los resultados del proceso de compactación de campo no pueden controlarse con las pruebas de laboratorio en vigor. 7. Agua para compactación. Es el volumen de agua que se requiere incorporar a las terracerías, a fin de lograr los grados de compactación específicos en el proyecto. Es igualmente aplicable para el cado del bandeado. El pago se hace con base a los volúmenes de agua medida en las pilas en el lugar de aplicación, multiplicándolo por el precio unitario correspondiente. 8. Acarreos. Consisten en el transporte del material producto de cortes o préstamos, a lugares fijados para construir un terraplén o depositar un desperdicio. También se aplica al acarreo de agua para compactación.

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Acarreos El acarreo consiste en el transporte del material producto de cortes o prestamos, a lugares fijados para construir un terraplén o depositar un desperdicio. También se aplica al acarreo de agua para compactación. La distancia de acarreo para el material extraído de la línea y colocado en la misma, debe medirse a lo largo de la línea central. La distancia de acarreo para el material extraído de banco de préstamo deberá medirse a lo largo de la línea más corta determinada por el ingeniero como practicable y satisfactoria. Los acarreos se clasifican de acuerdo con la distancia que hay entre centros de gravedad de la excavación y el centro de gravedad del terraplén a construir, o del sitio donde el desperdicio se va a depositar.

Acarreo libre El acarreo consiste en el transporte del material producto de cortes o prestamos, a lugares fijados para construir un terraplén o depositar un desperdicio. Algunas veces, los proyectistas fijan una distancia de acarreo que se considera parte de las operaciones de excavación lo que se conoce como acarreo libre. Es decir, cualquier movimiento de material material a distancias iguales o menores menores de este valor se considerarán como parte de los trabajos de excavación en el corte y los desplazamientos a distancias mayores de ésta tendrán un pago adicional. También se aplica al acarreo de agua para compactación En la construcción de terracerías con volúmenes considerables, la longitud de acarreo necesaria para colocar los materiales de excavación en los terraplenes correspondientes, ejerce una influencia importante en el costo de las operaciones. Debido a que ocurren en estos casos variaciones considerables en la longitud del acarreo del material excavado, se ha adoptado la práctica de considerar dentro del precio de la excavación, el acarreo del material a cierta distancia, que se le denomina distancia de acarreo libre . La distancia de acarreo libre es la distancia a la que cada metro cúbico de material puede ser movido sin que se haga, por lo tanto, un pago adicional. El sobreacarreo es el transporte de los materiales, ya sea de corte o de un préstamo a mayor distancia que la del acarreo libre. A la distancia que hay del centro de gravedad del corte o préstamo al centro de gravedad del terraplén que se forma con ese material, se le resta la distancia de acarreo libre para tener la distancia media de sobreacarreo, la cual se valúa en estaciones de 20 metros. ING. Sergio Navarro Hudiel

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Acarreo libre. libre. Es la distancia máxima máxima a la que puede ser transportado un material, material, estando el precio de esta operación incluido en el de la excavación. En consecuencia, para no encarecer el precio de la excavación, el acarreo libre debe ser la mínima distancia requerida por el equipo que lleva a cabo la extracción, carga y descarga del material. En el caso de nuestro país el acarreo libre corresponde a otro valor definido en las Normas para la Construcción de Calles puente y caminos caminos NIC-2000.

El constructor puede hacer sus estimaciones con los datos del diagrama de masa y los costos de excavación y transporte. Por ejemplo, cuando es necesario acarrear el material distancias largas, resulta más económico desechar el material excavado a un lado de las carreteras y usar material de una cantera ubicada a una distancia menor o igual que la distancia de acarreo libre. Esta distancia se puede calcular conociendo conociendo los costos de excavación excavación (Ce) y el de transporte (Ct ). ). Entonces, para mover un metro cúbico de material y llevarlo a una zona de relleno una distancia h, se tendrá un costo de excavación y el costo de transporte de dicho material al relleno a una distancia (h). A este relleno le llamaremos relleno con material propio (Cpropio), Cpropio = C e + hC t Si en lugar de usar el mismo material de corte para el relleno, se toma el material de una cantera o mina cercana (de préstamo), el costo de usar material de cantera (C prestado) será la suma del costo de excavación en la carretera ( C e) y el costo de la excavación en la m) mina (C m) Cprestado = C e + C m Igualando ambas expresiones y despejando el término h se puede hallar una expresión para el cálculo de la distancia de acarreo libre Cpropio = Cprestado C e + hCt = C e + C m h = C m / C t

Siendo h la distancia máxima económica para trasporte de material sin necesidad de compra. Para distancias superiores, es más económico botar el material y comprar la misma cantidad botada en una mina más cercana.

Sobreacarreo y bases de Pago en Nicaragua Nuestras Normas en su sección 206.01 establecen textualmente: textualmente: El sobre ING. Sergio Navarro Hudiel

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acarreo consistirá en el transporte autorizado de materiales de excavación más allá de la distancia de acarreo libre. La distancia de acarreo libre es la distancia especificada que el material excavado deberá ser transportado sin compensación adicional. A no ser que se estipule otra cosa en los documentos del Contrato, la distancia de acarreo libre será será de 300 metros. metros. (En la NIC -80, se especificaba que esta distancia era de 100 metros). Cuando en un contrato se especifique que será pagado por metro cubico estación será pagado el total de metros cúbicos por la distancia de sobreacarreo o distancia fuera del acarreo libre.

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Métodos de Medición ING. Sergio Navarro Hudiel

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206.02 Para determinar lo que constituye el sobre acarreo autorizado, debe asumirse que el material que se extrae de la excavación será depositado en el terraplén después de haber sido acarreado según la ruta más corta posible. La distancia del sobre acarreo para material obtenido dentro de los límites de la vía en construcción y colocado dentro de estos límites, será medida sobre la línea central de la vía. No se reconocerá distancia por movimientos transversales o laterales a partir de la línea central, exceptuando por los materiales trasladados hacia áreas designadas fuera de los límites de la vía o desde ellas, tales como las áreas de préstamo, Caso 1, áreas de desecho, etc., en cuyo caso las distancias serán medidas por la ruta más corta que sea factible y satisfactoria, según lo determine el Ingeniero, a menos que se indique de otra forma. Si el Contratista elige acarrear el material por otra ruta y tal ruta es más larga, los cálculos para el pago serán basados en la distancia de sobre acarreo medida por la ruta elegida por el Ingeniero. Cuando el Pliego de Licitación contenga un concepto de pago para sobre acarreo sobre la base de metro cúbico-hectómetro, el número de metros cúbicos- hectómetros de sobre acarreo a ser pagados, será el número de metros cúbicos de material sobre acarreado multiplicado por la distancia de sobre acarreo medida en hectómetros. La unidad "metro cúbico-hectómetro" cúbico-hectómetro" es la cantidad de acarreo que se requiere para trasladar un metro cúbico una distancia de 100 metros más allá de la distancia de acarreo libre. Cuando el Pliego de Licitación contenga un concepto de pago "para sobre acarreo sobre la base de metro cúbico - kilómetro o tonelada-kilómetro, la cantidad de metros cúbicos - kilómetros o de toneladas- kilómetros de sobre acarreo a ser pagada, será el número de metros cúbicos o de toneladas, según el caso, de material sobre acarreado multiplicado por la distancia de sobre acarreo medida en kilómetros. La unidad “metro cúbico - kilómetro", es la cantidad de acarreo que se requiere para trasladar un metro cúbico una distancia de un kilómetro más allá de la distancia de acarreo libre. La unidad "tonelada-kilómetro”, es la cantidad de acarreo que se requiere para trasladar una tonelada, es decir, 1,000 kilogramos, una distancia de un kilómetro más allá de la distancia de acarreo libre.

Bases para el Pago 206.03.- Las cantidades aceptadas, medidas de acuerdo con lo estipulado en el artículo precedente, serán pagadas al precio de contrato por unidad de medida para los conceptos de pago listados más adelante que figuren en el Pliego de Licitación, precio y pago que serán compensación total por el trabajo prescrito en esta Sección, excepto lo siguiente: ING. Sergio Navarro Hudiel

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a. No se hará ningún pago por Sobre acarreo de Préstamo, Caso 2, Relleno para Fundación, material de cimentación y material eliminado en el redondeado de taludes, cuando el redondeo sea un concepto de pago específico. b. Cuando el Pliego de Licitación no muestre cantidades estimadas de sobre acarreo para los conceptos de pago detallados adelante, el sobre acarreo no será pagado directamente, sino que será considerado como una obligación subsidiaria del Contratista. Los pagos serán efectuados bajo los siguientes conceptos:

Tomado de NIC-2000. Especificaciones para la construcción de Calles, caminos y puentes. Sección 206.3. Pàg 123(146 pdf.)

De manera gráfica:

La secretaría de obras públicas clasifica los acarreos de acuerdo con la distancia que hay entre el centro de gravedad de la excavación y el centro de gravedad del terraplén a construir, o del sitio donde el desperdicio se va a depositar; en: ING. Sergio Navarro Hudiel

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a) Acarreo libre, Es el el que se efectúa efectúa dentro de una distancia de 20m. 3 b) Sobreacarreo en m - estación. Cuando la distancia entre los centros de gravedad está comprendida entre 20 y 120m. c) Sobreacarreo en m3-hectómetro. Cuando la distancia entre los centros de gravedad esta comprendida entre 120 y 520 m. d) Sobre acarreo en m3-kilometro. Cuando la distancia entre los centros de gravedad excede de 520 m A cada uno de estos tipos de acarreo corresponde un precio unitario, con excepción del acarreo libre cuyo costo se incluye en el de la excavación. El pago de los sobreacarreos se hace multiplicando el monto de los mismos por el precio precio unitario unitario correspondie correspondiente. nte.

Determinación Determina ción de los acarreos A continuación se estudia la determinación de los acarreos con base en el diagrama de masas. masas. Al preparar los programas para la computadora electrónica, se requiere fijar, analíticamente, las estaciones que limitan el acarreo libre; las expresiones matemáticas necesarias se desarrollan a continuación. En el diagrama de masas de la Figura 10.14 son conocidas las ordenadas correspondientes a las estaciones 1, 3,4 y 6, y por supuesto el acarreo libre al, que estará dividido en los tramos a, b y c. Se ha dicho, dentro de las propiedades de la curva masa, que la diferencia de ordenadas entre dos puntos cualquiera expresa un volumen, representados en la figura por las letras Q y U para terraplén y corte, respectivamente. La pendiente en la línea correspondiente al terraplén es:  Pt =        y la pendiente de la línea correspondiente al corte es:  PC =      

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Figura 10.14 Acarreo libre. Por otro lado se tiene que la ordenada en el punto 2 es igual a la del punto 5 y por lo tanto, en el tramo comprendido entre ellos serán iguales los volúmenes de corte y los volúmenes de terraplén. Entonces: OCM2 = OCM5 Como: OCM2 = OCM3 -ap a OCM3 = OCM4 + PC Se tiene que: OCM3 – a P = OCM4 + P a En esta ecuación son conocidos todos los valores menos la longitud de los segmentos a y c. Pero como AL= a+b+c; AL--- (a +b), en donde b es conocido por ser la distancia entre las estaciones 3 y 4. Sustituyendo el valor de C, se tiene: OCM2 –OCM3 – Pc ING. Sergio Navarro Hudiel

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Por lo tanto las estaciones que limitan el acarreo libre serán: Est. 2= Est.3 --- a Est. 5 = Est. 4 + c

Distancia media de Sobreacarr Sobreacarreo. eo. Para poder cuantificar los movimientos de terracerías, es necesario establecer la distancia de Sobreacarreo y la porción de volumen que hay que transportar más del límite establecido por el acarreo libre. Refiriéndose a la Figura 10.15 se tiene, que la distancia de acarreo libre es la horizontal que corta a la curva en los puntos A y C, de modo que AC= 20m. El material por encima de la recta AC es el que se transportará a diferencia de ordenadas entre la recta AC y el punto B y es una media del volumen de corte entre a y b, que forma el terraplén entre b y c. Considérese ahora el volumen sobre la línea de compensación OD. El estudio de la curva masa y del perfil correspondiente, muestra que el corte de A a B formará el terraplén de B a D. Como el material que queda por encima de la compensadora AC esta incluido en el límite de acarreo libre, está sujeta a un transporte adicional o sobre acarreado para formar el terraplén entre c y d. La distancia media de Sobreacarreo entre el corte o-a, y el terraplén a formar entre c y d, es la distancia entre los centros de gravedad del corte 0-a y del del terraplén cd. Si por los centros de gravedad del corte y del terraplén se lleva una vertical, ésta cortará a la curva masa en los puntos H y J. En la figura, la distancia media de sobreacarreo está dada por la longitud de la recta HJ , menos la distancia de acarreo libre AC . Aprovechando las propiedades de la curva masa, el área del contorno cerrado OACDO dividida dividida entre la diferencia de ordenadas entre A y A' dará dará como resultado la distancia HJ , a la cual habrá que restarle la distancia de acarreo libre AC para para obtener la distancia media de sobreacarreo. La distancia media de Sobreacarreo se obtiene con base en la propiedad de la curva masa que dice que las áreas de los contornos cerrados comprendidos entre ING. Sergio Navarro Hudiel

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el diagrama y la compensadora, representan el monto de los acarreos es decir, un volumen por una distancia, que restándole el acarreo libre, dará la distancia media de Sobreacarreo.

Figura 10.15 Distancia de Sobreacarreo. AC: Distancia de acarrero libre, HJ-AC distancia de de transporte adicional, adicional, BB’: BB’: Volumen Volumen de Acarreo libre, AÁ y CC’ representa el volumen de transporte adicional, OD= longitud de compensación. Así por ejemplo, el área de contorno cerrado OACDO dividida, d ividida, entre la ordenada AA dará dar á como c omo resultado la distancia de acarreo libre AC para obtener la distancia media de Sobreacarreo. A) Posición económica de la compensadora. En un tramo, la compensadora que corta el mayor número de veces al diagrama de masas y que produce los movimientos de terracerías más económicos, recibe el nombre de compensadora general. ING. Sergio Navarro Hudiel

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Es conveniente obtener una sola compensadora general para un tramo de gran longitud; sin embargo, la economía buscada obliga la mayor parte de las veces, a que la compensadora no sea una línea continua, si no que debe interrumpirse en ciertos puntos para reiniciarla en otros situados arriba o debajo de la anterior, lo que origina tramos que no están compensados longitudinalmente y cuyos volúmenes son la diferencia de las ordenadas de las compensadoras. Suponiendo que la distancia de acarreo libre es de 150 m se halla por tanteos una horizontal que corta a la curva en los puntos A y C de modo que AC = 150 m. El material por encima de la recta AC se transportará sin coste adicional. Pero como parte de este sólido, la parte por encima de la línea de compensación AC está incluida en el límite de acarreo libre, la otra parte entre las líneas OD y AC —que se mide por la ordenada A'A— está sujeta a transporte adicional si no se recurre a compensaciones y préstamos. Esto es, parte, o todo, el volumen comprendido entre o y ha debe ser «transportado adicionalmente» para formar el terraplén entre c y d.

La longitud media de transporte de la masa entre o y a, para formar el terraplén entre c y d, es la distancia entre los centros de gravedad del desmonte o a a y del terraplén c a d. Las líneas de los centros de gravedad se hallan como sigue: Se halla el punto medio M de A A' y se traza por él una horizontal que corta la curva de volúmenes en H y J Estos puntos H y J se admite que están en la vertical por los centros de gravedad buscados. Por tanto, el transporte medio está dado por la longitud de la recta HJ, y el transporte adicional es esta distancia HJ, menos la distancia de acarreo libre AC. Se observará que el método gráfico anterior, de determinar el centro de gravedad de los volúmenes de desmonte y terraplén, no es exacto cuando hay quiebros en la curva de volúmenes. En tales casos, un método más preciso consiste en dividir el volumen en partes y tomar momentos respecto a una línea vertical de referencia, tal como se hace al hallar el centro de gravedad de un sistema de fuerzas.

La pendiente promedio Cuando el diagrama de masa y el perfil del proyecto se superponen entre sí, como se muestra en la Figura abajo mostrada , se puede estimar la pendiente promedio del recorrido para operaciones de relleno en los tramos donde hay equilibrio de masas usando la Ecuación de pendiente conocida por todos nosotros que establece que: ING. Sergio Navarro Hudiel

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Pendiente= variación de altura/ longitud expresada en m/m o en porcentaje P= ΔH/L Donde: Δh: es la diferencia de altura del tramo de recorrido promedio. L: es la distancia promedio de recorrido determinado en el diagrama dia grama de masa.

Esto se usa dentro del tramo definido por una línea de equilibrio, con las porciones de áreas de corte y relleno definidas por ella. En la vista de perfil se dibuja una línea horizontal que aproximadamente divida el área de corte por la mitad verticalmente. Luego se hace lo mismo para el área de relleno. La diferencia de altura entre estas dos líneas es la distancia vertical h que se usará en el cálculo de la pendiente promedio en el tramo de equilibrio con la. La distancia promedio de recorrido se determina con una línea horizontal sobre el diagrama de masa

Distancia máxima de Sobreacarre So breacarreo o económic económico o Cuando se presentan acarreos largos y existen bancos de préstamo en las cercanías del camino a ser construido, puede resultar más económico desperdiciar el material producto de los cortes y utilizar material de bancos de préstamo. ING. Sergio Navarro Hudiel

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En términos sencillos, la distancia máxima de sobreacarreo económico puede ser calculada de la siguiente manera: DME 

Pp Psa



AL

donde: DME= Distancia máxima de sobreacarreo económico Pp= Precio unitario del material de banco de préstamo Psa= Precio unitario de sobreacarreo del material producto de los cortes AL= Distancia de acarreo libre Para realizar el diagrama de masas es necesario obtener las áreas transversales de la carretera a cada 20 metros. Después de esto es necesario obtener los volúmenes de tierra generados al transformar la cota del terreno natural en la superficie de subrasante. En la figura 10.16 se tienen las compensadoras generales AA, BB, CC y DD, que no forman una sola línea continua. La compensadora BB origina un préstamo entre ella y la AA por estar localizada debajo de ésta. La compensadora CC ocasiona un desperdicio entre ella y la BB por estar arriba de la CC. Generalmente los préstamos se originan por exceso de volumen de terraplén y los desperdicios por exceso de volumen de corte , pero pueden

coexistir prestamos y desperdicios, v. gr. Cuando la suma de los costos del acarreo del material excavado al llevarlo al terraplén y de la compactación del material producto de préstamo y del acarreo del desperdicio.

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Figura 10.16 Préstamos y desperdicios

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Casos de compensación longitudinal En el estudio de la compensación longitudinal se presentan cuatro casos, dependiendo de la ubicación de la compensadora general. Como se aprecia en la figura anterior la compensadora puede quedar ubicada entre prestamos como la AA’; entre préstamo y desperdicio como la BB’; entre desperdicio como la CC’ y entre desperdicio y préstamo como la DD’. Para poder comprender las ecuaciones de calculo que rigen la posición económica de la compensadora se empleara la simvologis siguiente> siguiente> Pat. Es el costo total que requiere la construcción de un metro cúbico de terraplén con material producto de préstamo en el punto anterior y contiguo al tramo compensado. Este costo incluye los correspondientes a excavación, acarreo, compactación, etc. Pad. Es el costo total que resulta de construir un metro cúbico de terraplén con material producto préstamo, en el punto posterior y contiguo al tramo compensado. Dad y Dat. Es el costo unitario total del Sobreacarreo y/o acomodo del desperdicio de adelante y atrás, respectivamente. Dcd y Dct. Son los precios unitarios por concepto de compactación del corte que se desperdicia adelante y atrás, respectivamente. A1 A2 A3 A4… Son las áreas contenidas entre el diagrama y la compensadora general, que representan los montos del acarreo. C1 C 3 C 5… Son los coeficientes de variabilidad volumétrica de materiales de corte que serán acarreados hacia atrás. En la ecuación general se representan por Cnon. C2 C 4 C 6… Son los coeficientes de variabilidad de los materiales provenientes de corte que serán movidos hacia adelante. En la ecuación general se representan por Cpar. Cat es el coeficiente de variabilidad volumétrica del material del préstamo de atrás. Cad. Es el coeficiente de variabilidad volumétrica del material del préstamo de adelante. Cdd y Cdt. Son los coeficientes de variabilidad volumétrica de los materiales ING. Sergio Navarro Hudiel

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producto de los cortes que ocasionan los desperdicios de adelante y atrás, respectivamente. $A. Es el precio unitario de los acarreos medidos en M 3 α, pues sus distancias se miden en unidades α. $ B. Es el precio unitario de los acarreos medidos en m 3 β, pues sus distancias se miden en unidades β. $ C. Es el precio unitario de los acarreos medidos en m 3 γ, pues sus distancias se miden en unidades γ. AL. Es el acarreo Libre.

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Figura

10.17

Posición

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económica

de

la

compensadora

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Compensadora en estudio comprendida entre dos préstamos. Considere el diagrama de masas QT de la Figura 10.17, que comprenda una serie de movimientos originados por el compensador general AA limitadas por dos préstamos. La aberturas en esa compensadora son las d1, d2, d3…..d10. Si esta compensadora general se mueve hacia abajo a la posición BB mediante un desplazamiento dV muy pequeño, se habrá alterado el valor de los movimientos de acarreo y los volúmenes de los préstamos que los limitan también en valores muy pequeños. Si esa compensadora general se mueve hacia abajo a la posición BB mediante un desplazamiento dV muy pequeño, se habrá alterado el valor de los movimientos de acarreo y los volúmenes de los préstamos que los limitan también en valores muy pequeños. El volumen de préstamo de atrás se incrementa en dV/Cat; el primer acarreo, cuya abertura es d1, disminuye en un valor dV/C1 (d2-AL); el segundo movimiento aumenta en valor igual a dV/C2 (d2-AL); el tercer acarreo disminuye en un valor dV/C3 (d2-AL); y así sucesivamente; al final, el volumen del préstamo de adelante disminuye en una cantidad igual a dV/Cad. Para obtener la variación del costo causada por el cambio de posición de la compensadora, bastará multiplicar los valores parciales anteriores por el precio unitario de cada préstamo y de cada Sobreacarreo, quedando en la forma siguiente:

Dividiendo esta ecuación entre entre dV y sacando sacando como factores comunes comunes a $A, $B y $C, se tendrá:

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Para que este costo sea mínimo, que es la condición que se busca, es necesario que la relación dC/dV del primer miembro sea igual a cero. Por tanto, haciendo operaciones reduciendo y pasando el primer miembro los valores de los préstamos de atrás y de adelante, se tendrá:

Puede observarse que los términos que contienen las aberturas de la compensadora son positivos para las distancias que corresponden a movimientos hacia atrás, en tanto que son negativos para las distancias pares que pertenecen en movimientos hacia adelante; por tanto, la ecuación anterior puede escribirse en la forma general siguiente:

Aplicando la l a ecuación e cuación a un caso particular, pa rticular, si el primer p rimer miembro resulta positivo y el segundo es positivo pero con un valor absoluto menor al primer miembro, habrá que subir la compensadora; si el segundo miembro es positivo pero con un valor absoluto mayor al primero, habrá que bajar la compensadora. En ambos casos el ING. Sergio Navarro Hudiel

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movimiento de la compensadora tenderá a lograr la igualdad dada por la ecuación. Análogamente, si el segundo miembro se apositivo, o negativo pero con un valor absoluto inferior al del primero; si el segundo miembro es negativo pero con un valor absoluto superior al del primero, habrá que subirla.

Compensadora en estudio comprendida entre préstamo y desperdicio En la misma Figura 10.17 considérese ahora el diagrama de masas QS, cuya compensadora AA está situada entre un préstamo atrás y un desperdicio adelante; entonces, la ecuación general anterior se cambia a la siguiente:

En este caso si el segundo miembro es negativo, o positivo pero con un valor absoluto inferior al del primer miembro, la compensadora deberá subirse; si es positivo pero con un valor absoluto mayor al del primer miembro, entonces deberá bajarse.

Compensadora en estudio comprendida entre un desperdicio y un préstamo. En la misma figura considérese ahora el diagrama de masas RT, cuya compensadora AA está situada entre un desperdicio atrás y un préstamo adelante; entonces la ecuación general que se debe satisfacer es la siguiente:

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En este caso, si el segundo miembro es positivo, o negativo pero con un valor absoluto inferior al primer miembro, la compensadora deberá bajarse; si el segundo miembro es negativo con un valor absoluto superior al del primero, entonces deberá subirse.

Compensadora en estudio comprendida entre dos desperdicios desperdicios.. Finalmente considérese el diagrama de masas RS, en el que la compensadora AA está limitada por dos desperdicios; la ecuación general que base debe satisfacer es:

En este caso, si el primer miembro resulta positivo y el segundo es negativo, o positivo pero con un valor absoluto menor, la compensadora tendrá que subirse; si el segundo miembro es positivo pero con un valor absoluto mayor al del primero, la compensadora habrá que bajarla. Si el primer miembro es negativo y el segundo resulta positivo, o negativo pero con un valor absoluto inferior al del primero, la compensadora deberá bajarse; si el segundo miembro resulta negativo pero con un valor absoluto mayor que el del primer miembro, la compensadora deberá subirse. Así por ejemplo, en el diagrama diagra ma de masas mostrado en la figura 10.18, que se ah ING. Sergio Navarro Hudiel

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dibujado empleando escalas vertical y horizontal 1 cm = 200 m2 y 1 cm = 20 m, respectivamente, se tiene que la compensadora a que dan lugar de movimientos, se encuentra localizada entre dos préstamos. La aplicación práctica de estos casos de compensación basta con medir las distancias en donde se corta el diagrama, en la unidad correspondiente al sobreacarreo, en cada movimiento, restarse el acarreo libre y multiplicarlos por el precio precio unitario unitario

Para la determinación de la posición económica de la compensadora, se tienen los siguientes datos y especificaciones. 1. Acarreo Libre: 20m 2. Sobre acarreos: DISTRIBUCION DE UNIDAD APROXIMACIÓN PRECIO CENTRO A CENTRO DE UNITARIO $ GRAVEDAD De 20 a 120 M est Una decimal 0.20 3 metros…………….. M hm Una decimal 0.50 3 De 120 a 520 M km Una decimal 3.30 metros…………… Mayor de 520 metros………….. En todo movimiento solamente se considerará un solo tipo de Sobreacarreo que estará dado por la distancia entre los centros de gravedad de los volúmenes de corte y de terraplén. 3. Costo total de la formación de un metro cúbico de terraplén con material producto de préstamo: a) Pat = $ 7.30 b) Pad = $ 7.50 4. Coeficiente de variabilidad volumétrica tanto para el material de préstamo préstamo como para el de corte, igual a 1.00 Del estudio de los precios unitarios relativos a los tres tipos de Sobreacarreo, se deduce que un metro cúbico de material transportado a la distancia máxima de acarreo correspondiente al Sobreacarreo expresado en m3 est o sea 120m menos el acarreo libre, tendrá un costo de 5 m2 est x 0.20= $1.00; si ese mismo volumen se transporta a una distancia ligeramente mayor; 121 m menos el acarreo libre, su cuantificación se hará en m3hm y su costo será de $ 0.50. Del mismo modo, si un metro cúbico de material se transporta a la distancia máxima de acarreo de los sobre acarreos expresados en m3hm, o sea 520 m menos el acarreo libre, tendrá un costo de 5m3hm x 0.50= $2.50; en cambio, ese mismo volumen transportado a 521 m menos el acarreo libre, se medirá en kilómetros y tendrá un costo de 0.5 m3km x 3.30 = $1.65. ING. Sergio Navarro Hudiel

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Figura 10.18 Ubicación de la compensadora económica Asimismo, un análisis del diagrama de masas permite observar que los sobre acarreos ocasionados por los movimientos 1, 3 y 4 necesariamente tienen que expresarse en m3est, pero que el movimiento número 2 puede ocasionar un Sobreacarreo expresado en m3hm. Por tanto siendo como se ha visto, más económico el Sobreacarreo expresado en m3hm, convendrá que la compensadora en estudio origine este tipo de Sobreacarreo en el movimiento numero 2. Siguiendo este criterio se ha fijado la compensadora de prueba MN que tiene su origen en el eje vertical K y como ordenada la 10 800. Para este ejemplo se aplica la ecuación correspondiente al caso en que la compensadora está comprendida entre dos préstamos, pero como se tienen únicamente dos tipos de acarreos, el segundo miembro de la ecuación queda integrado por dos sumandos. Por otra parte, como únicamente existe un movimiento cuyo acarreo se va a expresar en m3hm y queda por encima de la compensadora, es decir, su sentido es hacia adelante, será par; lo que permite simplificar la ecuación expresándola de la siguiente manera:

Y substituyendo, se tiene para el primer miembro:

Y para el segundo miembro. MOVIMIENTO NUMERO 1 2 3 4

SENTIDO Atrás Atrás Adelante Adelante

EXPRESADO EN M3 est M3 est M3hm M3 est

LONGITUD DE PAGO 1.7 4.5 1.6 3.8

PRECIO UNITARIO 0.20 0.20 0.50 0.20

IMPORTE $ 0.34 0.90 0.80 0.76

Costo total de los movimientos hacia atrás = 1.24 $ Costo total de los movimientos hacia adelante = 1.56 $ Diferencia = 0.32 $ Como el valor del primer miembro (-$0.20) es diferente al resultado obtenido ($0.32), es necesario mover la compensadora. Ahora bien, como en el segundo miembro la diferencia resulto negativa, es decir, resultó mayor la longitud de la ING. Sergio Navarro Hudiel

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abertura de los movimientos hacia adelante, se debe subir la compensadora para alcanzar la igualdad deseada. Por tanto, se probará la compensadora UV cuya ordenada tiene un valor de 10 900 MOVIMIENTO NUMERO 1 2 3 4

SENTIDO EXPRESADO EN Atrás M3 est Atrás M3 est Adelante M3 hm Adelante M3 est

LONGITUD DE PAGO 2.0 5.0 1.5 3.2

PRECIO UNITARIO $0.20 0.20 0.50 0.20

IMPORTE $ 0.40 1.00 0.75 0.64

Costo total de los movimientos hacia atrás = $ 1.40 Costo total de los movimientos hacia adelante = 1.39 Diferencia = $0.01 Ahora es mayor la longitud de la abertura de los movimientos hacia tras, y por tanto debe bajarse la compensadora. La posición correcta de la compensadora se puede obtener en forma aproximada empleando el siguiente procedimiento gráfico: la diferencia con respecto al primer miembro de la ecuación dada por la primera compensadora de prueba, convertida a una distancia, es llevada a MO a la izquierda de la vertical K; análogamente, la diferencia resultante de la segunda compensadora de prueba, convertida a distancia, es llevada a U01, a la derecha del eje vertical K; el punto de intersección de la recta OO1, con el eje vertical K dará aproximadamente la ordenada correspondiente a la compensadora buscada. En el ejemplo que se cita la intersección india la posición de la compensadora PQ en la ordenada 10 840; comprobando la bondad del método se tendrían los siguientes resultados: MOVIMIENTO SENTIDO EXPRESADO LONGITUD NUMERO EN DE PAGO 1 Atrás M3 est 1.8 2 Atrás M3 est 4.6 3 Adelante M3 hm 1.5 4 Adelante M3 est 3.5 Costo total de los movimientos hacia adelante adelante = $ 1.28 Costo total de los movimientos hacia tras = 1.47 Di referencia = $ 0.19

PRECIO UNITARIO $ 0.20 0.20 0.50 0.20

IMPORTE $ 0.36 0.92 0.75 0.72

Como el valor del primer miembro (-$0.20) es prácticamente igual que el resultado obtenido (-$0.19) se satisface la ecuación, siendo por tanto PQ la compensadora económica. ING. Sergio Navarro Hudiel

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

Ahora bien si la compensadora se hubiera fijado de tal modo que se originaran movimientos expresados en m3 est exclusivamente, su aparente posición económica sería la horizontal Hj dada por la ordenada 11 060. La cuantificación y costo de los movimientos de tierra ocasionados por las compensadoras PQ y HJ seria: MOVIMIE MOVIMIENTO NTO NUM EXPRESAD EXPRESADO O EN VOLUMEN M3 DISTANCIA DISTANCIA MEDI MEDIA A SOBRE ACARREO ACARREO ECIO ECIO UNITAR UNITAR IMPORTE COMPENSADORA PQ 1 2 3 4

m 3 est

m3 hm m3 est m3 est

P a t m3 P a d m3

700 0.9 630 1390 1.1 1529 640 2.9 1856 670 1.7 1139 Costo por concepto de sobreacarreo sobreacarreo 960 840 Costo de concepto de prestamo

$0.20 $0.50 $0.20 $0.20

$126.00 764.5 371.2 227.8 $1+489.50

$7.30 $7.50

$7+008.00 $6+300.00 $13+308.00

COSTO TOTAL

$14+797.50

COMPENSADORA HJ 1 2 3 4

m3 est m3 est m3 est m3 est

920 1170 860 450

P a t m3 P a d m3

740 1060

1.2 1104 4.8 5616 3.5 3010 1.1 495 Costo por concepto de sobreacarreo sobreacarreo

$0.20 $0.20 $0.20 $0.20

$220.80 $1+123.20 $602.00 $99.00 $2+045.00

$7.30 $7.50

$5+402.00 $7+950.00 $13+352.00

Costo por concepto de prestamo

COSTO TOTAL

$15+397.00

Comparando los resultados obtenidos en cada caso se observa que de la diferencia de costos a favor de la compensadora PQ, un alto porcentaje está dado por el costo de los sobre acarreos. Se ha estimado conveniente hacer esta demostración práctica, para resaltar la influencia que los precios unitarios de ING. Sergio Navarro Hudiel

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

sobreacarreo tienen en la determinación adecuada de la posición económica de la compensadora. B) En posición económica de la compensadora auxiliar. Cuando dentro de un movimiento ocasionado por la compensadora general, existen otros máximos y mínimos (Figura 1019) que dan lugar a otra serie de movimientos adicionales, es necesario utilizar una compensadora auxiliar que haga mínimo el costo de los sobreacarreos en esos movimientos. C) En el diagrama de masas mostrado en la figura 10.19 en el que ya está ubicada la compensadora general MN, la compensadora auxiliar AA ha originado los cuatro movimientos siguientes: Bcdef que que es hacia atrás y cuya abertura es d1. Fgh que es hacia delante y cuya a abertura es d2 Hijklmn que es hacia atrás y cuya abertura es d3 y el sobreacarreo abfhno que es hacia atrás y cuya abertura es d4. Si se mueve la compensadora auxiliar a la posición BB mediante un desplazamiento dV, se tendrá que: El movimiento Bcdef disminuyó en el el área área bcef, que es igual a: (d1 – AL) dV área efhi, efhi, que es igual a: - El movimiento fgh aumentó en el área (d2 – AL) dV himn que es igual a: - El movimiento Hijklmn disminuyó en el área himn (d3 – AL) dV aumentó en el área bcmn, que es igual a: - Y el movimiento abfhno aumentó (d4 – AL) dV Entonces, el incremento del costo co sto será: -

En dónde:

PU. Precio unitario de sobre acarreo en cada movimiento. Como la condición de mínimo es que el primer miembro sea cero, la compensadora auxiliar económica debe satisfacer la ecuación general siguiente: (d1 – AL) PU1 + (d3 – Al) PU3 = (d2 – AL) PU2 + (d4 – AL) PU4 Obviamente, la ecuación anterior puede abreviarse sacando como factor común ING. Sergio Navarro Hudiel

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

los precios unitarios iguales, que resultan de longitudes de abertura semejantes; para el caso en que d1, d2 y d3 sean aberturas menores que la distancia máxima cuyo precio unitario sea $ A, en tanto que la abertura d4, sea mayor que esa distancia máxima, por li que debe aplicarse en esta el precio unitario $ B, la ecuación general se transforma en la particular siguiente:

En donde d1, d2, d3 y AL están medidos con la unidad de longitud α, en tanto d4 y AL5 lo están con las unidades β. Pudiera darse ek casi de que todas las aberturas fueran del mismo tipo de sobreacarreo, cuyos precios unitarios fueran iguales, esto es, todas menores, iguales o mayores que una distancia máxima determinada; entonces, para este caso, se tiene que: D4= d1+d2+d3 Y de acuerdo con la ecuación general se tendrá:

Sustituyendo:

Resultado que indica que el área del movimiento limitado por la abertura d2 se consideraría dos veces. Para evitar esta duplicidad de pago, la compensadora auxiliar económica debe colocarse pasando tangente a los máximos o a los mínimos de diagrama según sea el sentido del movimiento. Este ejemplo está indicado con la compensador PQ. Refiriéndose nuevamente a la figura 10.19 y considerando que la compensadora auxiliar económica es la BB quedará la porción del diagrama ijklm sin proyecto de movimiento, por lo que requiere también de una compensadora auxiliar. Esta compensadora RS pasará por el máximo K si las aberturas como HI, si aquellas aberturas son de movimientos cuyos precios unitarios sean diferentes.

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

Figura

10.19

Compensadora Auxiliar 1 5 a n i g á P


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

Procedimiento de cálculo del diagrama de masas.

Para el cálculo de los volúmenes de terracerías y la obtención de la ordenada del diagrama de masas se contara con la Hoja de Cálculo Tradicional, utilizando métodos analíticos, aunque en la actualidad se cuenta con Lenguajes de Programación para estos cálculos, con el cual es posible optimizar tiempo y costo. Para el cálculo del diagrama de masas se requiere la siguiente secuencia: 1.Proyectar la subrasante correspondiente al trazo preliminar o definitivo, sobre el perfil del terreno. 2.Determinar los espesores en cortes o en terraplén para cada estación. Diferencia de nivel entre la subrasante y el perfil del terreno. 3.Dibujar las secciones transversales a una escala adecuada. (En primera se debe seleccionar una escala apropiada para el eje horizontal y vertical, para proyectos de longitud considerable se usa una escala de 1:10,000 horizontal y 1:100,000 vertical.) 4.Dibujar en las secciones transversales la sección típica coincidiendo los niveles de la subrasante en estudio. Esta será modificada, según el caso, por sobreanchos y peraltes. El ancho de la semicorona en terraplén será algo mayor que la semicorona en corte para que al colocar la sub-base y la base con el espesor recomendado y los taludes de proyecto, del ancho requerido según las especificaciones. En cuanto al ancho de la semicorona en corte, será igual que la semicorona de la sección típica. 5. Calcular las áreas de las secciones por cualquier de los métodos ya conocidos. 6. Calcular los volúmenes entre estaciones de 20 m. o menos si se dispone de información; abundando los rellenos o corrigiendo los cortes según el material y el procedimiento usado.

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

El cálculo de las áreas se hará por cualquier método conocido y el volumen entre estas áreas utilizamos las expresión: v= ½ (A1+A2)Distancia 7. Sumar los volúmenes, considerando signo positivo a los cortes y signos negativos a los rellenos. 8. Dibujar la curva obtenida con los valores, considerando como abscisas las distancias progresivas del cadenamiento y como ordenada la suma acumulada de los cortes y rellenos. Esta curva se dibuja en el mismo papel de perfil del terreno, donde se proyecto la subrasante, o se puede dibujar por separado en papel milimetrado. 9. No conviene calcular la curva masa por tramos de varios kilómetros, ya que como se trata de un procedimiento de aproximaciones sucesivas y es difícil que la primera subrasante se escoja como la más conveniente, se aconseja proceder por tramos de 500 m. a un kilómetro y hasta no quedar conforme no seguir con los siguientes tramos. (En proyectos de más de 10 kilómetros se dibuja el diagrama a cada 500 m). A continuación se presenta un ejemplo numérico de la hoja de cálculo de movimiento de tierra. Explicando brevemente lo que significa cada columna y cada línea de la hoja de cálculo indicada a continuación:

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

En la hoja antes descrita se ilustra lo que debe tener una hoja de cálculo, en los que manera de síntesis síntesis son:

n i g á P

(1) Nombre del proyecto. ING. Sergio Navarro Hudiel

4 5 a

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

(2) Localización. (3) Nombre del que realizo los cálculos del D.M. (4) Fecha en que realizo r ealizo los cálculos del D.M. (5) Numero de hoja, respecto al total. (6) Numeración total de hojas de cálculo. (7) Nombre del que reviso los cálculos del D.M. (8) Fecha en que reviso los cálculos. (9) Ubicación del tramo en estudio, dividiéndose en estaciones (EST), generalmente cada 20m. Mucha bibliografía refiere a las estaciones como la progresiva, misma que corresponde al kilometraje indicado en el trazo de la vía y cada una refiere a las estacas que se dejan en el campo indicando el punto donde se hizo el levantamiento. Por ejemplo, el inicio será el cero y la estaca ubicada a 5.067 Km. de éste se expresa como la progresiva 5+067. Por lo general, el espaciamiento de las estaciones es de 20 m., pero algunas veces esta distancia puede ser variable, especialmente cuando el terreno es irregular.

(10) Casilla de ubicación de la semidistancia (S/D), en general. Por lo general, el espaciamiento de las estaciones es de 20 m., pero algunas veces esta distancia puede ser variable, especialmente cuando el terreno es irregular en este caso la semidistancia es d/2 osea 10 m si es cada 20 m.

(11) Cálculos de áreas, en las secciones transversales mismas que podrán de ser de corte o relleno . Algunas secciones tendrán áreas de corte y de relleno al mismo tiempo.

(12) Cálculos de los volúmenes del movimiento de tierra. El volumen de corte es calculado con la fórmula del área media y se encuentra en condición natural o en banco. El volumen de relleno es calculado también con la fórmula del área media media y se encuentra en condición compactada. compactada. (13) Calculo del volumen abundado (R.A) o reducido, producto de la multiplicación de la columna volumen por los COEFICIENTES DE VARIABILIDAD VOLUMÉTRICA. De esta manera se tiene las cantidades de material de corte o relleno necesarios para la formación de las terracerías que dan origen a la ordenada de curva masa. (Los coeficientes de variabilidad volumétrica dependen del tipo de suelo en estudio) Generalmente se coloca el volumen total de relleno convertido a una condición en ING. Sergio Navarro Hudiel

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5 5 a n i g á P




banco, para poder compararlos con los volúmenes de corte. Para esta conversión se aplica el factor de contracción. Si a lo largo de la carretera el material cambia, conviene incluir una nueva columna entre el volumen total de relleno y el relleno ajustado con el factor de contracción correspondiente. (14) Cálculo de los volúmenes acumulados de Corte y Relleno. (15) Cálculo de las ordenadas (ORD.) para cada estación originada por la edición o sustracción de volúmenes, a una ordenada de origen de valor arbitrario (Este valor se recomienda preferiblemente grande), siguiendo las indicaciones de sumar cortes y restar terraplenes. Estos valores constituyen el diagrama de masa y cada uno de estos valores son las ordenadas de masa. Luego, las estaciones que tienen una diferencia positiva incrementarán incrementarán esta sumatoria, sumatoria, mientras que las diferencias diferencias negativas la disminuirán. Estos valores representan el material que sale

sobrando a lo largo del proyecto, si el valor es positivo, o la necesidad de un material de préstamo en el caso de un valor negativo. Físicamente, el relleno de las hondonadas no ha podido cubrirse con el material de corte de la misma sección y se ha trasladado el sobrante de otras para hacerlo. La gráfica de los valores de esta última columna representa el diagrama de masa. Éste considera sólo el material que se transporta fuera de los límites de las dos secciones transversales adyacentes, que definen el volumen del material. Como se ha ajustado el volumen de relleno, las unidades de metros cúbicos de material de la curva masa se encuentran en condición natural o en banco Cuando en un mismo intervalo de secciones hay corte y relleno a la vez, el diagrama de masa registra sólo el exceso. Este material usado entre dos estaciones sucesivas se considera con un desplazamiento transversal al eje de la vía y se le conoce como como volumen lateral. El material material restante es el que aparece en el diagrama de masa y tendrá un desplazamiento longitudinal al eje de la vía. En el cálculo resumen de los volúmenes se pueden incluir dos términos más importantes al momento de planificar la construcción: el volumen longitudinal y el volumen lateral.

Volumen longitudinal y lateral en Diagramas de Masas

Físicamente el volumen longitudinal representa el material que ha sobrado en un tramo de dos estaciones adyacentes y que está disponible para usarse en otras estaciones cercanas que requieran material. Este valor se obtiene restando el volumen de relleno ajustado del volumen de corte en una misma estación. Cuando ING. Sergio Navarro Hudiel

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

estos valores tienen signo positivo significa que el material de corte ha servido para rellenar las hondonadas y además ha habido un excedente. Si por el contrario, tiene un signo negativo, significa que el material de corte no ha alcanzado para el relleno y hará falta traer material de otras secciones para completarlo. Sumando el total de esta columna columna se tiene el el volumen total de material que se traslada longitudinalmente entre estaciones. El Volumen lateral aparece cuando una misma sección transversal posee zonas de corte y relleno. Físicamente representa el material que se ha trasladado del corte al relleno en una misma estación. Se calcula tomado el menor de los valores entre el volumen de relleno ajustado del volumen de corte en una misma estación, siempre con signo positivo. La suma total de los valores de esta columna representan el volumen de material excavado que se ha desplazado transversalmente al eje de la carretera. Muchos contratistas tratan este volumen lateral como parte del trabajo de los tractores. Para que los cálculos en la hoja de Movimiento de Tierra estén correcto se deben de chequear, ya sea por tramos o al final de todos los cálculos. Este chequeo se puede hacer con la siguiente ecuación:

ORDENADA MASA FINAL=ORD. INICIAL + ∑ VCORTE-∑ VRABUNDADO De los cálculos de la hoja de movimiento de Tierra mostrada en tabla anterior se tiene: 100,723.59 = 100,000.00 + 1,724.70 – 1,001.11 100,723.59 = 100,723.59 Procedimientos optativos para el cálculo del diagrama de masas.

Existen tres procedimientos diferentes para el cálculo del Diagrama de Masas, siendo los siguientes:  



Cálculo de la Curva Masa por el procedimiento procedimiento de abundar los Cortes. Cálculo de la Curva Masa para el Procedimiento de Corregir los Volumenes Volumenes de los Terraplenes. Cálculo de la Curva Masa por el procedimiento procedimiento de abundar los terraplenes. 7 5 a n i g á P


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

Calculo de la curva masa por el procedimiento de abundar los cortes.

Los volúmenes de corte de cada estación se multiplican por un coeficiente mayor que la unidad que corresponden al abundamiento que sufrirá el material. Los volúmenes de los terraplenes no sufrirán modificaciones. Al calcular los sobre acarreos habrá que tomar los volúmenes sobre acarreados del material compacto. Para esto, se dividirá la ordenada del volumen sobre acarreado entre el coeficiente usado. Cálculo de la curva masa por el procedimiento de corregir los volúmenes de los terraplenes.

Los volúmenes de los cortes en este caso no sufrirán modificaciones. En cambio, los volúmenes de los terraplenes se multiplicaran por coeficiente generalmente menores que la unidad, para convertirlos en volúmenes compactos. Es necesario prever que materiales formaran los terraplenes en cada sección. Esto puede apreciarse al hacer el primer tanteo de curva masa. Los coeficientes que se apliquen a cada clase de material, serán los recíprocos del caso anterior pero también deberán ser elegidos después de efectuar pruebas con los materiales locales, corrigiéndolos si los movimientos calculados no se realizan en el terreno. Con este procedimiento los volúmenes sobreacarreados quedan a base de material compacto. En Nicaragua, el procedimiento de ABUNDAR LOS TERRAPLENES es el que utilizan normalmente las empresas consultoras para calcular el Diagrama de Masas, y este procedimiento es el siguiente: Cálculo de la curva masa por el procedimiento de abundar los terraplenes.

Consiste en afectar los Volúmenes de Relleno por un coeficiente de Abundamiento del Material excavado, este coeficiente generalmente es proporcionado por los ING. Sergio Navarro Hudiel

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

laboratorios de suelo. Como resultado se obtiene que los volúmenes de Relleno sean mayores a los calculados inicialmente. Esto se debe a que el volumen necesario del lugar, donde se va a rellenar; para luego ser compactado, es mayor que el Volumen Suelto. A veces en la practica, se s e necesita que qu e este coeficiente co eficiente de abundamiento sea s ea un poco mayor, que el calculado por el laboratorio. La experiencia en estos trabajos ha demostrado, que cuando esta rellenando grandes volúmenes de tierra; el volumen que se va a utilizar para este relleno, no compensa lo suficiente para tener una compactación óptima de la subrasante. Esto se hace también, para evitar que no haga falta tierra en la terracería. Dibujo del diagrama de masas.

Generalmente se acostumbra plotear las ordenadas del diagrama, extraídas de una salida de computador o de la hoja de cálculo tradicional, en la misma hoja del perfil del terreno en donde también se ha hecho el proyecto de la subrasante., aunque es muy practicable también, dibujar solo el diagrama de masas en un estándar de papel milimetrado. Se parte de una ordenada arbitraria, procurando tomar algo considerable este valor, para evitar que en los cálculos, salgan ordenadas negativas. Se selecciona una escala adecuada para estudiar el cambio de pendientes de la curva. Para proyectos de longitud considerable una escala de 1:10,000 horizontal y 1:1000,000, para la vertical resulta bastante apropiada. En el dibujo del diagrama se presentan dos casos de discontinuidad que merecen especial atención. 1.- Cerca de las proximidades de un puente, el material material de corte si lo hubiera, si lo hubiera no puede ser transportado al otro lado del rio a menos que hubiera un puente provisional o un desvío; en este caso la ordenada de la curva queda en el aire, así es que si no hay compensación, este material tendría que botarse y tomarse como un desperdicio extra. En el dibujo se hace un corte antes del puente y al otro lado se continua con la misma ordenada. Puede suceder que atrás del puente se necesite material de relleno. En este caso la ordenada de la curva en la cercanías del puente puede constituir una línea de compensación y se establezca el balance de suelo si estos ING. Sergio Navarro Hudiel

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

fueran de calidad aceptable.

2.- En el caso la curva se halla dibujado dibujado en un tramo tramo largo y posteriormente se detecte que en un tramo intermedio no hay balance de suelo y se tenga que subir o bajar la subrasante se deja un corte en la curva en el sitio hasta donde no hay perturbación, se efectúan de nuevo los cálculos y se hace el balance. Si se logrará el balance en un nuevo tanteo se coloca la ordenada de la última estación perturbada y se coloca una ecuación de masas. Posteriormente se establece una nueva línea de compensación que es idéntica a la del tramo tramo afectado con su respectiva corrección tal tal y como como se muestra en la siguiente figura:

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

En la figura anterior la horizontal BD es una compensadora, pues la línea BC representa los volúmenes del corte bcb’ que iguales a los volúmenes del terraplén cdd’ representados por la línea CD del diagrama. La abertura BD es la distancia máxima de acarreo al transportar el volumen de corte b’bc al terraplén cdd’.

Ejemplo de Determinación del acarreo libre Existen dos formas de determinarlo ya sea analíticamente o directamente en el diseño. Si es gabinete lo que se hace es lo siguiente: Se mide en un máximo o un mínimo a escala una distancia igual a la distancia de acarreo. Como esta distancia horizontal corta el diagrama en dos puntos habrá que determinar entre que estaciones se presenta el acarreo libre. Esta línea tiene una ordenada conocida puesto que se considera como una línea de compensación, entonces, de la hoja de cálculo se saca la información para determinar en qué estación se presenta

Con una compensadora igual a 22,00 m3 y que la estación 20+300 tenga una ordenada de 21,900 m3 y en la estación 20+320 una ordenada de 22,500 m3, Determine en qué estación corta a la línea de 22,000 m3.

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

Datos: Acarreo libre = 600 m Línea de balance = 22,900 m3 El ejemplo se resuelve por simple relación aritmética. (22500 − 21900)/6 21900)/600 00

(22,000-21,9000)/100

Entonces haciendo proporciones: 600/20 = 100/x

x = 3.33m

La primera estación del acarreo libre ocurre en 20+303.33 ahora la estación 20+900 tiene una ordenada de 22,244 y la estación 20+920 una ordenada 21,950 entonces 294/20=50/x

X=3.40m

La segunda estación del acarreo libre ocurrirá en la estación 20+903.40

Ejemplo de Determ Determinación inación de sobreaca sobreacarreo rreo Generalmente está determinado por la compensadora general, pero puede suceder que en algunos tramos exista una compensadora que sobrepase los límites de acarreo libre. Las estaciones que cortan la curva masa se calculan de manera similar que para el acarreo libre. Una vez determinada se restan las ordenadas y se encuentra el volumen de material a sobre acarrear. Los puntos ING. Sergio Navarro Hudiel

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

donde se medirá la distancia de sobre acarreó se encuentra por medio de triángulos semejantes los centro de gravedad del corte y del terraplén. Entonces se mide la distancia y se le resta el acarreo libre. En el caso de la distancia de Sobre acarreo de Préstamo, se determina el centro de gravedad de relleno y la distancia se encuentra midiendo la distancia del centro de gravedad hasta donde esta el banco. Puede suceder que el banco este en la línea y en este caso se mide sobre la línea; pero, si el banco está fuera de la línea, habrá que sumarle esta distancia y restarse el acarreo libre. 1.- DATOS: - VRA del tramo 1 +100 al 2+400 - VRA = 580 m3 - (tomado de las hojas del movimiento de tierra) - Est. Del banco 1+100 - Acarreo Libre = 1,000 m 2.- CALCULO: Centro de Gravedad (CG)

= 1+100 – 2+400 = 1,300 / 2 =650 m

Distancia

= 500+650 = 1,150

Sa=((1,150-1,000)/1000 )*580

Sa = 87 m3 * km

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

Ejemplo Determinac Determinación ión de distancia máxima máxima económica para transporte transporte Determine la distancia máxima económica para trasporte de material sin necesidad de comprar sabiendo que: Costo material excavado y llevado al bote $ 123.85/m3 Costo material excavado en banco y llevado al relleno $ 157.34/m3 Costo del acarreo $ 17.80 m3/km

(Ce) (Cm) (Ct)

la distancia máxima económica para trasporte (h) h = Cm/Ct = ($ 157.34/m3) / ($ 17.80 m3/km) h = 8.8 km + 0.03 km de acarreo libre h = 8.83 km

Ejemplo de análisis de diagramas de masas Tomando una distancia de acarreo libre de 60m y el siguiente gráfico 4 6 a n i g á P


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

Se observa que:  El relleno a construir entre la estación 0+0.00 y la estación 4+0.00, cuyo volumen es de 200.00 m3c, se hará con el material proveniente del corte a realizar entre las estaciones 04 y 06. Todo este movimiento de tierras se realiza dentro de la distancia de acarreo libre.  Entre las estaciones 18 y 20, se hará un relleno de 180.00 m 3c con el material que se corte entre las estaciones 14 y 18, de igual forma, entre las estaciones 20 y 23 se hará un relleno de 120.00 m3c con material del corte entre las estaciones 23 y 26. En ambos casos el movimiento de tierras se hará sin hacer pagos adicionales para acarrear material.  El material proveniente del corte a realizar entre la estación 06 y la estación 14 se usara en el relleno a realizar entre las estaciones 26 y 35, y por tanto debería calcularse el sobreacarreo, para ello debemos determinar los centros de gravedad del corte y del relleno. Veamos:  Centro de Gravedad del Corte (Método de Momentos)

5 6 a

Tomando momento con respecto de la estación 06: M = 100(10) + 100(30) + 170(50) + 80(70) = 18,100 m3cm ING. Sergio Navarro Hudiel

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

M=Vd d=M/V = 18100/450 = 40.22m Por lo tanto el centro de gravedad del corte estará ubicado a 60+40.22=100.22m del 0 o E10+0.22  Centro de Gravedad del Relleno (Método de Momentos) Tomando momento con respecto de la estación 26: M = 30(10) + 75(30) + 95(50) + 150(70) + 100(85) = 26,300 m3cm M=Vd d=M/V = 26300/450 = 58.44m Por lo tanto el centro de gravedad del corte estará ubicado a 260+58.44=318.44m del 0 o E31+8.44  Distancia de Sobreacarreo: D=318.44 - 100.22 - 60.00 (acarreo libre) = 158.22m = 1.58 hect.  Volumen de Acarreo: 450.00 m3c = 625.00 m3e usando los siguiente coeficientes c=0.1; e=0.25  Sobreacarreo: 625 * 1.58 = 987.50 m3e/Hect. Entre las líneas de compensación A y B, existe una diferencia de altura de h=200.00 m3c, y representa el volumen de material que es necesario acarrear desde un préstamo para construir el relleno entre las estaciones 35 y 38.

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Diagrama de Masas

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