Construcciones Especiales - Clase 04 - Movimiento de tierras en Carreteras

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CONSTRUCCIONES 
ESPECIALES
MOVIMIENTO DE 
TIERRAS EN 
CARRETERAS
Unidad N° 02 
MOVIMIENTO DE TIERRAS Y 
EXPLOTACION DE CANTERAS
CLASE 03
Logro del curso
• “El alumno se familiarizará en base a un
importante nivel de autoestudio, en las
técnicas y procedimientos constructivos más
actuales asociados a los proyectos de
construcción, poniendo especial énfasis a
temas como movimientos de tierra,
cimentaciones especiales y otros.”
Agenda
• Introducción
–Movimiento de Tierras masivos .-
Recordando definiciones
– Terraplenes y desmontes
–Variabilidad de volúmenes por
esponjamiento y compresibilidad
–Angulo de talud
– Ejercicios
– Ejemplos de plataformas de carreteras en el
Perú.
Logro de la Clase
• “El alumno al finalizar la clase deberá tener los
conocimientos básicos del concepto de
terraplenes y desmontes en una carretera; del
concepto de ángulo natural de talud, de
variabilidad de volúmenes por manipulación
del terreno, compresibilidad, y
esponjamiento”
¿CÓMO SE DEFINE?
MOVIMIENTO DE TIERRAS
Es el trabajo que se relaciona con la modificación del
relieve de un terreno, vale decir el cambio en su topo-
grafía.
¿CÓMO SE REALIZA?
El cambio de la topografía del terreno se realiza por la e-
jecución de dos operaciones básicas desmonte y terraplén.
MOVIMIENTO DE TIERRAS
¿QUÉ ES EL DESMONTE? ¿QUÉ ES UN TERRAPLEN?
EL DESMONTE
Es la operación de extracción de tierras con lo que se 
logra rebajar el nivel del terreno.
Al material extraído se le da el nombre de escombros.
EL TERRAPLEN
Es la operación de relleno de tierras con lo que se logra 
elevar el nivel del terreno.
¿QUÉ ES EL DESMONTE? ¿QUÉ ES 
UN TERRAPLEN?
MOVIMIENTO DE TIERRAS
Desmonte y terraplén representan volúmenes de tierra
extraídas o amontonadas como consecuencia de un
movimiento de tierra.
En una obra estos volúmenes de tierra generalmente son
diferentes de tal forma que los escombros son
aprovechables, frecuentemente, para los terraplenes.
En el caso de exceder, estos se dejan en depósitos o en
botaderos y si faltan se procuran las tierras necesarias
provenientes del préstamo.
MOVIMIENTO DE TIERRAS
En un movimiento de tierra es primordial
conocer las características del material a fin de
poder determinar el modo más sencillo de:
• Mover o excavar.
• Cargar.
• Transportar.
• Extender y compactar.
• Para lograr eficiencia en la operación a fin de 
conseguir un mejor rendimiento.
MOVIMIENTO DE TIERRAS
SECCION TRANSVERSAL
TERRAPLEN
DESMONTE
En términos generales y desde el punto de vista del movimiento 
de tierras la naturaleza del terreno se divide en:
1° Terrenos rocosos : Rocas Fijas + explosivos
Sueltas
2° Terrenos blandos : Tierras
Consecuentemente una mezcla de rocas y tierras
Terrenos Rocosos:
Los que antes de su extracción han de romperse dislocarse o de-
segregarse ya sea por medio de explosivos o mecánicamente.
Terrenos Blandos:
Los que pueden excavarse a mano o mecánicamente sin previa 
disgregación.
Nota: Es importante saber el tamaño de la partícula y el grado de
humedad.
TIPOS DE TERRENOS
TALUD DE DESMONTE O 
TERRAPLÉN
• Es la pendiente o inclinación dada a las paredes del
terreno a fin de mantenerlos en equilibrio estable.
• Es necesario que los taludes, que limitan los
movimientos de tierras, tengan la inclinación
conveniente que se define por las siguientes
características:
1° Por el ángulo i que forma el plano del talud con un
plano horizontal.
2° Por el valor de la tangente o cotangente del ángulo i,
los cuales se expresan por fracciones siendo sus térmi-
nos números enteros.
ÁNGULO DE TALUD NATURAL DE 
TIERRAS
• Es el ángulo de rozamiento interno que toma por si solo 
un talud de idéntico terreno, bajo la acción prolongada 
de los agentes atmosféricos.
El ángulo depende esencialmente de:
• La naturaleza del terreno
• La consistencia del terreno
• El grado de humedad
Nota: El ángulo i debe ser menor al ángulo 
• Respecto a la consistencia en los terrenos blandos, el
ángulo es mayor en los terrenos naturales en su sitio,
es decir en los taludes de terreno virgen que en los
terrenos recientemente removidos, esto se debe por
una disminución de la cohesión, es decir por la
disminución de la resistencia debido a su rozamiento.
• La Cohesión puede disminuir y hasta desaparecer de
tal manera que la inclinación del talud no se puede dar
por el grado de cohesión.
• Como ejemplo tendremos que mencionar que la arcilla
se agrieta profundamente en los periodos de sequía
prolongada.
ÁNGULO DE TALUD NATURAL DE 
TIERRAS
• En cuanto a la humedad esta tiene gran influencia
en el ángulo del talud natural de las tierras blandas
debido a que facilita el resbalamiento de las
partículas reduciendo la resistencia debido al
rozamiento y disminuyendo el valor del ángulo.
• Se debe exceptuar algunos suelos, como las arenas,
que tienen cierta cohesión cuando están húmedos y
no tienen ninguna cuando están secas o cuando
están anegados.
ÁNGULO DE TALUD NATURAL DE 
TIERRAS
SECCIÓN TRANSVERSAL DE 
EXPROPIACIÓN
TALUD
TALUD
b
a
i
EXPROPIACIÓN DE UN MOVIMIENTO 
DE TIERRAS
tgi= a/b
PESO, EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA Y 
COMPRENSIBILIDAD
Es importante conocer las características siguientes del 
material a trabajar.
Peso
Expansión volumétrica (esponjamiento)
Comprensibilidad
Peso volumétrico o densidad aparente.
➢Grande: se mueve volumen menor que el posible.
➢Pequeño: se mueve volumen total posible pero se 
desperdicia potencia.
Expansión
Todo material cuando se mueve de su estado natural 
aumenta el volumen y por lo tanto disminuye su 
densidad aparente.
Se denomina factor volumétrico a la siguiente relación:
Densidad Ap. Material Suelto
Densidad Ap. Material en banco
mientras que el porcentaje de expansión se define como
F.V.=
%Exp.= - 1 * 100 expresado en tanto por ciento1
F.V
Nota: Las tierras compactas como la arcilla, se
esponjan mucho sino se toma la precaución de
fraccionar las grandes masas ejecutando el
terraplén por capas horizontales convenientemen-
te apisonadas o comprimidas mecánicamente.
PESO, EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA Y 
COMPRENSIBILIDAD
Comprensibilidad
• Todo material extendido y compactado disminuye su 
volumen.
• En la reducción que experimenta el terraplén, con el 
tiempo, hay que considerar un coeficiente de esponjamiento 
inicial. 
• Ei = estado del terraplén inmediato a su colocación, un 
coeficiente final o persistente. 
• Ep = estado del terraplén en su asiento definitivo y un 
coeficiente de asiento de los escombros A donde:
A=
Diferencia entre (Volumen Inicial y final del terraplén)
Volumen Inicial del Terraplén
PESO, EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA Y 
COMPRENSIBILIDAD
A = =
V : Volumen de excavación
Vi : Volumen inicial del terraplén
Vp : Volumen final del terraplén
Vi – Vp
Vi
Ei =
Vi – V
V
Ep =
V
Vp – V
Ei - Ep
1 + Ei
V
Vp
Vi
V
Vi Vp
Vp = Vgeom = Vfinal
Vi = Vtransp.
A= 
Vi - Vf
Vi
Compresibilidad
Expansión
MATERIAL D Ap Banco(Kg/m3) % expansión F.V D Ap suelto 
(Kg/m3)
Arcilla Seca 1600 39 0.72 1155
Arcilla Húmeda 1830 39 0.72 1320
Tierra común seca 1560 25 0.80 1250
Tierra Húmeda 2000 25 0.80 1600
Grava Seca 1890 12 0.89 1670
Grava Húmeda 2250 12 0.89 2000
Piedra Caliza 2610 67 0.60 1560
Arena seca suelta 1600 12 0.89 1420
Arena muy húmeda 
y compactada
2080 12 0.89 1850
Roca arenisca 2320 54 0.65 1510
Roca Volcánica 2890 64 0.61 1750
DENSIDADES APARENTES DE DIFERENTES MATERIALES
Esponjamiento, Factor Volumétrico (FV), 
Coeficiente de escombros (A)
Se tiene:
• V: Volumen de banco
• Vi: Volumen de Transporte 
(Volumen Inicial)
• Vf: Volumen Geométrico 
(Volumen Final) 
PROBLEMA
Para la construcción de los 14 Km de una carretera se
dispondrá de un terraplén con una base de afirmado
de 1.20 m de espesor el cual tendra las siguientes
dimensiones:
• B menor del terraplén = 10.40m
• Angulo del terraplén i = 45°
El material tiene un coeficientede escombros igual al
15% y un porcentaje de expansión del 32%.
Determinar el costo del material en banco, si el m3
cuesta 10.00 nuevos soles.
Solución:
a.-Primero se calculará el volumen geométrico (Vf)
Vol Geom = Area sección x Long
= 0.5* (10.40+12.80)*1.20*14*103
= 194880 m3
b.-A continuación se calculará el volumen de transporte(Vi)
.....Para hallar este volumen se tendrá en cuenta la siguiente
ecuación:
• V transp= V geom / (1-A) 
• Reemplazando los datos se tiene:V transp = 194880/ (1–0.15)
• Luego : V transp= 229270.6 m3
• Vi = Vf / (1-A)
c- Finalmente se calculará el Volumen de Banco
Para esto se utilizará la relación:
• V banco = FV x V transporte
Además se tiene que % EXP = ((1/FV) –1)
FV = 1/(1 +%EXP) = 1/(1+0.32), entonces: FV = 0.75
Por lo tanto: V banco = 0.75 * 229270.6
V banco = 171952.95 m3
Costo Total = V banco x (costo/m3)
= 171952.95 * 10.00
Costo Total = 1’719529.5 nuevos soles
EJEMPLOS DE PLATAFORMAS 
PARA CARRETERAS
Tarapoto - Yurimaguas
Obras de Construcción y Mejoramiento 
Iniciales
Excavación para 
Ensanchamiento
Tarapoto - Yurimaguas
Obras de Construcción y Mejoramiento 
Iniciales
Excavación para 
Ensanchamiento
Tarapoto - Yurimaguas
Obras de Construcción y Mejoramiento 
Iniciales
Excavación para 
Ensanchamiento
Muros de Contención para 
Ensanchamiento de la pista y 
Protección de la Plataforma
Tarapoto - Yurimaguas
Obras de Construcción y Mejoramiento 
Iniciales
Muros de Contención para 
Ensanchamiento de la pista y 
Protección de la PlataformaConstrucción de Carpeta 
en Pavimento Asfáltico en 
Caliente
Excavación para 
Ensanchamiento
Tarapoto - Yurimaguas
Obras de Construcción y Mejoramiento 
Iniciales
Muros de Contención para 
Ensanchamiento de la pista y 
Protección de la PlataformaConstrucción de Carpeta 
en Pavimento Asfáltico en 
Caliente
Construcción de Drenajes 
(Cuneta, Alcantarilla y 
Otras)
Excavación para 
Ensanchamiento
Tarapoto - Yurimaguas
Obras de Construcción y Mejoramiento 
Iniciales
Paita - Olmos
Obras de Construcción y Mejoramiento 
Iniciales
Recapeo Estructural para 
Aumentar la Capacidad de 
Tráfico
Ensanchamiento de las Bermas
Paita - Olmos
Obras de Construcción y Mejoramiento 
Iniciales
Gaviones
Geocompuesto de drenaje
Geotextil
H: 6 ~ 13 m
Carpeta Asfáltica Cantidades
Gaviones 
Geotextil 
5,200 m3
11,300 m2
Geocompuesto 7,500 m2
600 ml
Tarapoto
Rioja Moyobamba
Km. 502 al Km. 510 
Principales Soluciones de Ingeniería a Ejecutar: 
Tarapoto – Rioja: Muro de Suelo Reforzado Tipo 
Terramesh
Pantalla
Pilote Ø =1.0m
Material Coluvial
Estrato de fundación
H: 12 ~ 14 m
Tarapoto
CR-03 Km. 581+200 
Cantidades
Pilotes
Pantalla
1,515 ml 
450 m3
585 ml
CR-05 Km. 576+500 
CR-07 Km. 570+300 
Moyobamba
Rioja
Principales Soluciones de Ingeniería a Ejecutar: 
Tarapoto – Rioja: Pilote - Pantalla
Relleno
H: 3.50 ~ 9.30 m
Geotextil
Cantidades
Gaviones 
Geotextil
104,000 m3
79,000 m2
Enrocado 51,200 m3
6,700 ml
Naranjitos
Corontachaca
Corral 
Quemado
Rioja
Pedro Ruiz
Km. 248 al Km. 318
Gavión de Defensa
Enrocado de 
Protección
Principales Soluciones de Ingeniería a Ejecutar: 
Rioja – Corral Quemado: Muro de Gaviones
H: 4.50 ~ 6.50 m
Muro de Concreto 
de Defensa
Lecho del Río 
Cantidades
Concreto 
Enrocado
11,200 m3
20,850 m3
2,500 ml
Naranjitos
Corontachaca
Corral 
Quemado
Rioja
Pedro Ruiz
Relleno
Km. 260 al Km. 318Enrocado de 
Protección
Principales Soluciones de Ingeniería a Ejecutar: 
Rioja – Corral Quemado: Muro de Concreto
Geotextil
Cama de arena
Enrocado de Defensa
Naranjitos
Corontachaca
Corral Quemado
Rioja
Cantidades
Enrocado 
Geotextil
40,000 m3
79,000 m2
900 ml
Pedro Ruiz
DR-29 Km 277 
DR-28 Km 275
VM-3B Km 254
Principales Soluciones de Ingeniería a Ejecutar: 
Rioja – Corral Quemado: Enrocado de Defensa
Relleno
Geomalla
Carpeta Asfáltica
Material de Filtro
6.0 a 8.0 m
Naranjitos
Corontachaca
Corral 
Quemado
Rioja
Cantidades
Relleno
Filtro
46,400 m3
3,800 m3
880 ml
Pedro Ruiz
Km 258 al km 350 
Principales Soluciones de Ingeniería a Ejecutar: 
Rioja – Corral Quemado: Suelo Reforzado con Geomallas
• REQUIERE APENAS COLOCAR LA CARRETERA TAL COMO HABÍA SIDO 
DISEÑADA.
Intervenciones de Puesta a Punto
• SECTOR ESTABLE QUE NO REQUIERE OBRAS DE ESTABILIZACIÓN Ó 
DRENAJE ADICIONALES A LAS EXISTENTES.
Exudación Fisuras Ramificadas 
Ahuellamiento Hundimiento Fatiga y Fractura 
Restitución de los Niveles de Servicio en Pavimentos
Puesta a Punto: Pavimentos