FUNDAMENTOS DE CONSTRUCCIÓN

JAIME FERRI CORTÉS VICENTE RAÚL PÉREZ SÁNCHEZ ENCARNACIÓN GARCÍA GONZÁLEZ Colaboradora: Asunción López Peral

Fundamentos de construcción © Jaime Ferri Cortés Vicente Raúl Pérez Sánchez Encarnación García González ISBN: 978–84–9948–350–4 Depósito legal: A–22–2011 Edita: Editorial Club Universitario. Telf.: 96 567 61 33 C/ Decano, 4 – 03690 San Vicente (Alicante) www.ecu.fm [email protected] Printed in Spain Imprime: Imprenta Gamma. Telf.: 965 67 19 87 C/ Cottolengo, 25 – 03690 San Vicente (Alicante) www.gamma.fm [email protected] Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reproducirse o transmitirse por ningún procedimiento electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia, grabación magnética o cualquier almacenamiento de información o sistema de reproducción, sin permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright.

ÍNDICE

I MOVIMIENTO DE TIERRAS.................................................................................................................................................11 0 INTRODUCCIÓN.................................................................................................................................................................11 1 DEFINICIÓN........................................................................................................................................................................11 2 CLASIFICACIÓN DE LOS TERRENOS............................................................................................................................11 3 DUREZA DE LOS TERRENOS...........................................................................................................................................12 4 DESMONTES Y TERRAPLENES.......................................................................................................................................12 4.1 Desmonte.....................................................................................................................................................................12 4.2 Terraplenado.................................................................................................................................................................12 5 TALUDES.............................................................................................................................................................................13 6 ESPONJAMIENTO Y ASENTAMIENTO DE LAS TIERRAS..........................................................................................14 7 GENERALIDADES SOBRE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS..................................................................................16 7.1 Procesos de desmonte..................................................................................................................................................16 7.2 Terraplenados...............................................................................................................................................................20 7.3 Protección de desmontes y terraplenes........................................................................................................................20 8 MEDICIÓN DE VOLÚMENES DE DESMONTES Y TERRAPLENES...........................................................................21 9 ENTIBACIÓN.......................................................................................................................................................................22 10 PROFUNDIDAD CRÍTICA DE EXCAVACIÓN...............................................................................................................22 11 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PROFUNDIDAD CRÍTICA................................................................................23 12 ANCHO MÍNIMO DE LA EXCAVACIÓN SEGÚN SU ALTURA...................................................................................23 13 EXCAVACIONES SIN ENTIBACIÓN..............................................................................................................................24 14 EXCAVACIÓN CON ENTIBACIÓN.................................................................................................................................24 14.1 Entibación ligera........................................................................................................................................................25 14.2 Entibación semicuajada.............................................................................................................................................26 14.3 Entibación cuajada.....................................................................................................................................................27 15 EXCAVACIÓN A CIELO ABIERTO Y EN ZANJAS MUY ANCHAS............................................................................28 16 CRITERIOS CONSTRUCTIVOS......................................................................................................................................28 17 DESENTIBADO.................................................................................................................................................................29 18 OTROS PROCEDIMIENTOS DE CONTENCIÓN Y PROTECCIÓN.............................................................................29 19 MEDIDAS DE SEGURIDAD EN LAS ENTIBACIONES...............................................................................................31 20 UN EJEMPLO ESPECIAL DE MOVIMIENTO DE TIERRAS. LA CASA CORDÓN EN BURGOS............................32 II PUESTA EN OBRA DEL HORMIGÓN.................................................................................................................................35 0 INTRODUCCIÓN.................................................................................................................................................................35 1 PUESTA EN OBRA..............................................................................................................................................................35 2 ENCOFRADOS....................................................................................................................................................................38 2.1 Condiciones que debe reunir un encofrado..................................................................................................................38 2.2 Clasificación.................................................................................................................................................................38 3 VERTIDO DEL HORMIGÓN..............................................................................................................................................42 3.1 Cómo conseguir un hormigonado homogéneo............................................................................................................43

3.2 Cómo conseguir un hormigón compacto.....................................................................................................................43 EL PROCESO DE FRAGUADO Y ENDURECIMIENTO DEL HORMIGÓN..................................................................45 DESENCOFRADO...............................................................................................................................................................47 CURADO..............................................................................................................................................................................47 EFECTO DE LAS TEMPERATURAS EN EL HORMIGÓN..............................................................................................48 7.1 Efecto de las temperaturas en verano...........................................................................................................................48 7.2 Efecto de las temperaturas en invierno........................................................................................................................48 8 HORMIGONADO EN TIEMPO FRÍO................................................................................................................................49 9 HORMIGONADO EN TIEMPO CALUROSO....................................................................................................................50 10 LA RETRACCIÓN EN EL HORMIGÓN..........................................................................................................................50 11 ENTUMECIMIENTO.........................................................................................................................................................51 12 JUNTAS EN LOS ELEMENTOS DE HORMIGÓN..........................................................................................................51 13 TIPOS DE JUNTAS............................................................................................................................................................52 13.1 Juntas de trabajo.........................................................................................................................................................52 13.2 Juntas de retracción....................................................................................................................................................53 14 LA CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS EN EL HORMIGÓN ARMADO.................................................................55 15 EL CONTROL DEL PROCESO DE HORMIGONADO...................................................................................................55 4 5 6 7

III ACCIONES EN LA EDIFICACIÓN......................................................................................................................................57 0 INTRODUCCIÓN.................................................................................................................................................................57 1 ACCIONES EN LA EDIFICACIÓN ...................................................................................................................................57 1.1 Acciones permanentes..................................................................................................................................................58 1.1.1 Peso propio.........................................................................................................................................................58 1.1.2 Pretensado...........................................................................................................................................................58 1.1.3 Acciones del terreno...........................................................................................................................................59 1.2 Acciones variables.......................................................................................................................................................59 1.2.1 Sobrecarga de uso...............................................................................................................................................59 1.2.2 Acciones sobre barandillas y elementos divisorios............................................................................................60 1.2.3. Acción del viento................................................................................................................................................61 1.2.4 Acción térmica....................................................................................................................................................61 1.2.5 Acción de nieve..................................................................................................................................................62 1.3 Acciones accidentales..................................................................................................................................................62 1.3.1 Sismo..................................................................................................................................................................62 1.3.2 Incendio..............................................................................................................................................................63 1.3.3 Impacto...............................................................................................................................................................63 2 COEFICIENTES DE SEGURIDAD.....................................................................................................................................64 2.1 Coeficientes de minoración de resistencias..................................................................................................................64 2.2 Coeficiente de mayoración de acciones.......................................................................................................................64 3 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES USADOS EN LAS ESTRUCTURAS..............................................................64 3.1 Materiales frágiles........................................................................................................................................................65 3.2 Materiales plásticos......................................................................................................................................................65 3.3 Materiales elásticos......................................................................................................................................................65 3.3.1 Materiales elastoplásticos...................................................................................................................................65 3.3.2 Materiales elastofrágiles.....................................................................................................................................65

4 ESFUERZOS.........................................................................................................................................................................65 4.1 Compresión..................................................................................................................................................................65 4.2 Tracción........................................................................................................................................................................66 4.3 Flexión recta.................................................................................................................................................................66 4.4 Flexión esviada............................................................................................................................................................67 4.5 Cortante........................................................................................................................................................................67 4.6 Torsión.........................................................................................................................................................................67 4.7 Punzonamiento.............................................................................................................................................................68 4.8 Pandeo..........................................................................................................................................................................68 4.9 Rasante.........................................................................................................................................................................68 5 TENSIÓN DE ROTURA......................................................................................................................................................68 6 RESISTENCIA CARACTERÍSTICA...................................................................................................................................69 7 TENSIÓN DE TRABAJO.....................................................................................................................................................69 8 TENSIÓN ADMISIBLE.......................................................................................................................................................69 9 UNIDADES DE MEDIDA...................................................................................................................................................69 10 FISURAS POR DEFORMACIONES.................................................................................................................................70 10.1 Por compresión..........................................................................................................................................................70 10.2 Por tracción................................................................................................................................................................70 10.3 Por flexión..................................................................................................................................................................71 10.4 Por torsión..................................................................................................................................................................71 10.5 Por cortante................................................................................................................................................................71 10.6 Por rasante..................................................................................................................................................................72 IV CIMENTACIONES..................................................................................................................................................................73 0 INTRODUCCIÓN.................................................................................................................................................................73 1 CONDICIONANTES DEL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LOS CIMIENTOS..........................................................73 1.1 El terreno......................................................................................................................................................................73 1.2 La estructura.................................................................................................................................................................74 1.3 El tipo de edificio.........................................................................................................................................................74 1.4 Económicos..................................................................................................................................................................74 2 CONDICIONES GENERALES............................................................................................................................................74 3 ASPECTOS QUE CONDICIONAN LA ELECCIÓN DE UNA CIMENTACIÓN..............................................................75 4 CLASIFICACIÓN DE LAS CIMENTACIONES................................................................................................................76 5 DE HORMIGÓN...................................................................................................................................................................76 6 SUPERFICIALES.................................................................................................................................................................76 6.1 Zapatas corridas...........................................................................................................................................................77 6.2 Zapatas nervadas..........................................................................................................................................................77 6.3 Zapatas aisladas...........................................................................................................................................................79 6.3.1 Zapatas centrales................................................................................................................................................79 6.3.2 Zapatas de medianera.........................................................................................................................................80 6.3.3 Zapatas de esquina..............................................................................................................................................81 6.3.4 Zapatas combinadas ..........................................................................................................................................81 7 CONDICIONES A TENER EN CUENTA AL DISEÑAR UNA CIMENTACIÓN POR ZAPATAS...................................82 8 VIGAS CENTRADORAS O EQUILIBRADORAS............................................................................................................82

9 ZUNCHOS O CORREAS DE ATADO................................................................................................................................83 10 CIMENTACIÓN POR LOSAS...........................................................................................................................................85 13 CIMENTACIONES PROFUNDAS....................................................................................................................................87 13.1 Criterios para la adopción de cimentaciones profundas............................................................................................87 14 POZOS................................................................................................................................................................................88 15 MUROS PANTALLA..........................................................................................................................................................89 15.1 Técnica de construcción de los muros pantalla..........................................................................................................90 16 PILOTES.............................................................................................................................................................................97 17 CLASIFICACIÓN DE LOS PILOTES...............................................................................................................................98 18 PILOTES PREFABRICADOS DE HINCA........................................................................................................................98 18.1 Ventajas de los pilotes prefabricados de hinca.........................................................................................................101 18.2 Inconvenientes de los pilotes prefabricados de hinca..............................................................................................101 19 PILOTES MOLDEADOS IN SITU..................................................................................................................................101 19.1 Pilotes moldeados in situ hincados..........................................................................................................................101 19.1.1 Ventajas de los pilotes moldeados in situ hincados........................................................................................102 19.1.2 Inconvenientes de los pilotes moldeados in situ hincados.............................................................................102 19.2 Pilotes excavados.....................................................................................................................................................102 19.2.1 Pilotes excavados con entubación..................................................................................................................102 19.2.2 Pilotes excavados sin entubación...................................................................................................................103 19.2.3 Ventajas de los pilotes excavados...................................................................................................................104 19.2.4 Inconveniente de los pilotes excavados..........................................................................................................105 20 ENCEPADOS....................................................................................................................................................................105 21 CIMENTACIONES BAJO EL AGUA..............................................................................................................................106 21.1 Sistemas de eliminación o contención del agua.......................................................................................................107 21.2 Agotamiento del terreno...........................................................................................................................................107 21.3 Tablestacados y ataguías..........................................................................................................................................108 21.4 Tablestacas...............................................................................................................................................................109 21.5 Ataguías....................................................................................................................................................................109 22 ASIENTOS........................................................................................................................................................................110 22.1 Concepto..................................................................................................................................................................110 22.2 Importancia del tipo de asiento................................................................................................................................ 111 22.3 Causas de los asientos.............................................................................................................................................. 111 23 ALGUNOS CASOS DE DAÑOS PRODUCIDOS POR ASIENTOS EN SUELOS CON IRREGULARIDADES DE COMPOSICIÓN.....................................................................................................................................................................112 V MUROS DE HORMIGÓN.....................................................................................................................................................113 0 INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................................113 1 CLASIFICACIÓN...............................................................................................................................................................113 2 MUROS DE HORMIGÓN EN MASA...............................................................................................................................113 3 MUROS DE HORMIGÓN ARMADO...............................................................................................................................114 4 ARMADO DEL MURO......................................................................................................................................................114 5 JUNTAS EN EL MURO DE HORMIGÓN ARMADO.....................................................................................................119

VI SOLERAS DE HORMIGÓN...............................................................................................................................................121 0 INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................................121 1 DEFINICIÓN......................................................................................................................................................................121 2 COMPOSICIÓN DE UNA SOLERA.................................................................................................................................121 3 SUB-BASE..........................................................................................................................................................................121 4 BASE DE SOLERA............................................................................................................................................................122 5 LAMINA O MEMBRANA IMPERMEABLE ..................................................................................................................122 6 CUERPO DE SOLERA.......................................................................................................................................................123 6.1 Armadura....................................................................................................................................................................123 7 AISLAMIENTO TÉRMICO...............................................................................................................................................125 8 LAS JUNTAS EN LAS SOLERAS....................................................................................................................................126 9 CLASES DE JUNTAS........................................................................................................................................................126 10 JUNTAS DE TRABAJO...................................................................................................................................................126 11 JUNTAS DE RETRACCIÓN............................................................................................................................................126 12 JUNTAS DE DILATACIÓN-CONTRACCIÓN Y DE CONTORNO..............................................................................128 13 JUNTAS ESTRUCTURALES..........................................................................................................................................129 VII ESTRUCTURAS...................................................................................................................................................................133 0 INTRODUCCIÓN...............................................................................................................................................................133 1 DEFINICIÓN......................................................................................................................................................................133 2 MUROS DE CARGA..........................................................................................................................................................134 2.1 De bloque de hormigón..............................................................................................................................................134 3 PILARES Y SOPORTES....................................................................................................................................................137 4 VIGAS.................................................................................................................................................................................137 4.1 Apoyadas....................................................................................................................................................................137 4.2 Empotradas................................................................................................................................................................137 4.3 Continuas...................................................................................................................................................................138 4.4 En voladizo................................................................................................................................................................139 5 PÓRTICOS..........................................................................................................................................................................139 5.1 Pórticos isostáticos.....................................................................................................................................................140 5.2 Pórticos hiperestáticos...............................................................................................................................................141 6 CLASIFICACIÓN DE LOS PÓRTICOS SEGÚN SU CONSTITUCIÓN.........................................................................141 6.1 De acero laminado.....................................................................................................................................................141 6.2 De hormigón armado.................................................................................................................................................149 6.3 Pórticos de hormigón armado prefabricados.............................................................................................................151 6.4 Con madera laminada encolada.................................................................................................................................152 6.5 Mixtos de hormigón armado y acero.........................................................................................................................152 6.6 Compuestos................................................................................................................................................................153 7 FORJADOS.........................................................................................................................................................................155 7.1 Unidireccionales........................................................................................................................................................155 7.2 Bidireccionales...........................................................................................................................................................157 7.3 Bidireccionales reticulares.........................................................................................................................................157 8 COMPONENTES DE LOS FORJADOS POR NERVIOS.................................................................................................157 9 FORJADOS CON VIGUETAS INDUSTRIALIZADAS...................................................................................................158

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

9.1 Viguetas autorresistentes............................................................................................................................................159 9.2 Viguetas semirresistentes...........................................................................................................................................160 9.3 Viguetas de cerámica armada.....................................................................................................................................162 FORJADOS CON NERVIOS DE HORMIGÓN ARMADO IN SITU............................................................................163 FORJADOS CON VIGUETAS DE ACERO....................................................................................................................165 ENTREVIGADO..............................................................................................................................................................167 LOSA SUPERIOR DE HORMIGÓN...............................................................................................................................169 ARMADURA DE REPARTO...........................................................................................................................................169 ZUNCHOS........................................................................................................................................................................170 FORJADOS PREFABRICADOS.....................................................................................................................................171 FORJADOS BIDIRECCIONALES RETICULARES......................................................................................................172 LOSAS..............................................................................................................................................................................178 PLACAS............................................................................................................................................................................179 FORJADOS CON CHAPA NERVADA Y HORMIGÓN.................................................................................................180

VIII CERRAMIENTOS Y PARTICIONES.............................................................................................................................183 0 INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................................183 1 TIPOS DE FÁBRICAS A COLOCAR EN FACHADAS Y PARTICIONES.....................................................................183 1.1 Fachadas y medianeras..............................................................................................................................................183 1.2 Particiones...................................................................................................................................................................184 1.3 Separación con zonas comunes . ................................................................................................................................185 3 NORMAS PARA LA EJECUCIÓN DE FÁBRICAS DE LADRILLO..............................................................................187 4 CERRAMIENTOS DE FACHADA CON LADRILLOS CARA VISTA...........................................................................192 5 FÁBRICAS CERÁMICAS ARMADAS............................................................................................................................197 5.2 Armaduras empleadas................................................................................................................................................200 5.3 Construcción de la fábrica con armadura...................................................................................................................200 5.4 Ejemplos de obras realizadas con fábrica cerámica armada......................................................................................201 6 BLOQUE.............................................................................................................................................................................201 6.1 Tipos de bloques........................................................................................................................................................201 6.1.1 Bloque hueco....................................................................................................................................................201 6.1.2 Bloque hueco con fondo ciego.........................................................................................................................201 6.1.3 Dintel................................................................................................................................................................201 7 EJECUCIÓN DE LAS FÁBRICAS DE BLOQUE............................................................................................................202 8.1 Muros ordinarios........................................................................................................................................................203 8.2 Muros esbeltos...........................................................................................................................................................204 9 CONDUCTOS DE VENTILACIÓN FORZADA...............................................................................................................204 IX CUBIERTAS..........................................................................................................................................................................209 0 INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................................209 1 DEFINICIÓN......................................................................................................................................................................209 2 CLASIFICACIÓN DE LAS CUBIERTAS PLANAS........................................................................................................209 2.1 Transitables................................................................................................................................................................209 2.2 No transitables...........................................................................................................................................................209 2.3 Frías............................................................................................................................................................................209

2.4 Calientes.....................................................................................................................................................................210 3 PARTES DE UNA CUBIERTA PLANA.............................................................................................................................210 3.1 Soporte base de la impermeabilización......................................................................................................................210 3.2 Impermeabilización con materiales bituminosos.......................................................................................................211 3.3 Protección de la impermeabilización.........................................................................................................................211 3.4 Capa separadora.........................................................................................................................................................212 3.5 Aislamiento térmico...................................................................................................................................................213 4 NORMAS A TENER EN CUENTA PARA LA EJECUCIÓN DE LAS CUBIERTAS......................................................213 5.1 Encuentro de un faldón con un elemento vertical......................................................................................................214 5.2 Encuentro de un faldón con un desagüe....................................................................................................................217 5.3 Juntas de dilatación....................................................................................................................................................219 5.4 Rebosaderos...............................................................................................................................................................221 5.5 Puertas de acceso a la cubierta...................................................................................................................................221 6 LA CUBIERTA INVERTIDA.............................................................................................................................................223 6.1 Composición de la cubierta invertida........................................................................................................................223 6.2 Ejecución....................................................................................................................................................................224 6.3 No transitable.............................................................................................................................................................224 6.4 Transitable pavimentada con mortero........................................................................................................................225 6.5 Transitable con pavimento flotante............................................................................................................................227 7 IMPORTANCIA DEL AISLAMIENTO TÉRMICO EN LAS CUBIERTAS.....................................................................232 8 COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE LAS CUBIERTAS...............................................................................................233 X REVESTIMIENTOS..............................................................................................................................................................235 0 INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................................235 1 MORTEROS MONOCAPA................................................................................................................................................235 2 APLACADOS.....................................................................................................................................................................236 3 PAVIMENTO O SOLADO.................................................................................................................................................238 4 TRATAMIENTO SUPERFICIAL DEL CUERPO DE LA SOLERA . ..............................................................................238 4.1 Tratamiento superficial del propio cuerpo de solera en fresco..................................................................................238 4.2 Tratamiento superficial una vez el hormigón ha endurecido.....................................................................................240 5 REVESTIMIENTOS DISCONTINUOS ADHERIDOS....................................................................................................240 5.1 Pavimentos de baldosas cerámicas............................................................................................................................240 5.1.1 Condiciones que debe reunir el soporte............................................................................................................240 5.1.2 Técnicas de colocación . ..................................................................................................................................241 5.2 Pavimentos de baldosas de terrazo............................................................................................................................242 XI BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................................................245

I MOVIMIENTO DE TIERRAS

0 INTRODUCCIÓN Se trata de un capítulo que está desarrollado en torno a tres grandes apartados. En un primer lugar se abordan las definiciones esenciales propias del tema, introduciendo los conceptos necesarios para la realización de ejercicios prácticos de cálculo de volúmenes. En una segunda parte se tratan las técnicas utilizadas en edificación para realizar, con seguridad, los trabajos de movimientos de tierras, y en último lugar se ofrece un ejemplo de ejecución de la excavación de un edificio en condiciones extremas.

1 DEFINICIÓN Son las labores que normalmente acompañan a la actividad constructora, en ocasiones como trabajos auxiliares, y en otras con la importancia de ser obra principal. Dentro de esta denominación se engloban todos los trabajos que implican desplazamiento de tierras, sus labores preparatorias y aquellas otras que implican acondicionamientos de los terrenos sobre los que se ha actuado. Evidentemente, estos trabajos llevan consigo el empleo de herramientas y maquinarias específicas, utilización de materiales destinados a dotar de condiciones de seguridad a los trabajos, y en muchas ocasiones una concienzuda labor previa de estudio y vigilancia exhaustiva por los técnicos encargados de la dirección de los trabajos. Como ejemplo de esta clase de actividad se puede encontrar: la ejecución de pozos y zanjas destinados a albergar cimentaciones de edificios, vaciado de terrenos para ubicación de depósitos o piscinas, rellenos de tierras para alcanzar nuevas cotas o nivelar superficies desiguales, etc.

2 CLASIFICACIÓN DE LOS TERRENOS

Los suelos se pueden clasificar en función de la cohesión de sus partículas en: • Arenas y suelos con gravas. • Arenas cohesivas. • Arcillosos. • Muy compactos.

En algunas ocasiones el propio suelo reestablece el equilibrio que rompemos al excavarlo. Dependiendo del tipo de suelo esto se produce de inmediato, como en la arena, mientras que en otros es más lento y puede durar días, meses e incluso años, dependiendo de factores que solo se pueden conocer con un profundo estudio del suelo.

Estas características son principalmente: • El ángulo de rozamiento interno. • El tamaño y clase de los granos. • El esfuerzo cortante. • La consistencia. • El contenido de humedad. 11



• • • • • • •

La densidad. La permeabilidad. La estabilidad. La estratigrafía y fallas. La presión lateral del terreno. Las canalizaciones existentes. Las vibraciones en las proximidades.

3 DUREZA DE LOS TERRENOS La dureza del terreno es otro aspecto fundamental a tener presente siempre en cualquier movimiento de tierras. Dado el amplio espectro de terrenos en los que hay que trabajar, los procesos y los medios a utilizar, pueden dar resultados dispares. El técnico o constructor puede verse obligado a efectuar trabajos de movimiento de tierras en terrenos granulares sueltos, como las arenas de playas o ríos, o terrenos muy duros y compactos como las rocas o arcillas cohesivas. Por tal razón, todo tipo de herramientas o maquinaria puede ser suficiente o ineficaz en función de la dureza del terreno. Desde la simple pala manual o mecánica, hasta el empleo de punteros de rotura o incluso el uso de explosivos en ciertos lugares de rocas, el técnico puede encontrar un amplio abanico de problemas y necesidades de aplicación de técnicas variadas, agravadas en ciertas ocasiones por la presencia del agua.

4 DESMONTES Y TERRAPLENES Dado el carácter del movimiento de tierras, no ceñido a una sola operación, se definen los trabajos fundamentales de la siguiente manera: 4.1 Desmonte Se denomina así a las labores de excavar, rebajar o eliminar cierta parte de un terreno por necesidades determinadas. En general implica rotura del terreno y transporte de las tierras a otros lugares. Se presenta normalmente bajo el nombre de excavación en trinchera, de pozo, de zanja, o bien desmonte a cielo abierto para rebajar las tierras hasta alcanzar una cierta cota de nivel.

Trinchera

Pozo

Zanja

Desmonte

4.2 Terraplenado Es la operación contraria al desmonte, implica aportación de tierras sobre un lugar determinado debido a exigencias de las obras que allí van a efectuarse, como por ejemplo subir la cota de un terreno, nivelar un terreno irregular, crear taludes artificiales, etc. 12

Subida del nivel del terreno

Nivelación de terreno irregular

Creación de taludes artificiales

5 TALUDES Se entiende por talud el ángulo α de inclinación que forma la superficie de un terreno en su estado natural o el obtenido artificialmente, respecto al plano horizontal.

Talud en distintos tipos de suelos

Debido a la propia estructura que ha llegado a alcanzar la tierra compactada a lo largo del paso del tiempo por efecto de lluvias, su propio peso, etc., las tierra recién excavada posee, en general, excepto en terrenos estrictamente granulares, un talud natural mucho más elevado que las tierras a las que se les rompe la estructura por haber realizado un desmonte. Por ejemplo, si se excava un suelo de gran cohesión como puede ser la arcilla, se podrá mantener un talud casi vertical, mientras no se erosione y la profundidad no sea excesiva.

Talud en terreno cohesivo, antes y después de la excavación

Las propias fuerzas de cohesión interna atan suficientemente entre sí las partículas para que esto ocurra. Sin embargo, las tierras extraídas y trasladadas a otro lugar, al depositarse sobre el nuevo destino, adquieren un talud natural mucho menor que el primitivo, debido a la pérdida de cohesión por alta de compacidad. 13

Si el terreno excavado fuese granular, como en esta clase de suelos fundamentalmente las únicas fuerzas existentes entre las partículas son las de rozamiento, el talud resultante de la excavación α sería muy semejante al nuevo formado con las tierras excavadas y trasladadas. Estas consideraciones son de suma importancia desde el mismo momento en el que se plantea un movimiento de tierras, por lo que es imprescindible conocer previamente el tipo de suelo a desmontar o terraplenar, ya que las operaciones pueden ser distintas y los costes diferentes según las características de aquellos.

Talud en terreno granular, antes y después de la excavación

6 ESPONJAMIENTO Y ASENTAMIENTO DE LAS TIERRAS Las tierras en su estado natural, antes de ser removidas por trabajos de desmonte o excavación, presentan un grado más o menos elevado de compactación debido a muchas causas, entre las que se encuentran normalmente la antigüedad del tajo, lluvias recibidas, compactaciones recibidas por paso de personas o vehículos, naturaleza del terreno, etc. Todo ello hace que esas tierras posean un porcentaje de poros reducido debido al acoplamiento de partículas entre sí. Por ello cuando las tierras son extraídas de su lugar de origen, por cualquier medio y vertidas en otro lugar, el nuevo volumen ocupado siempre es superior. Este fenómeno se conoce con el nombre de esponjamiento, y se define como el aumento de volumen que experimentan las tierras al ser extraídas de su lugar de origen. Cuando en un terreno se exacava un volumen de tierra V0, poseen por las razones anteriormente expuestas un volumen V1 mayor que V0. Habrá pues un incremento de volumen de valor ∆ V = V1 - V0.

Incremento del volumen producido por el esponjamiento de las tierras

14

Si este incremento se divide por el volumen inicial V0 se habrá obtenido el incremento de volumen por unidad y si se multiplica por cien, el incremento de volumen en tanto por ciento. A este valor se le denomina Coeficiente de esponjamiento (Ce):

Con el paso del tiempo, riegos, lluvias o incluso compactación manual o mecánica, el terreno que ocupaba un volumen V1 pasa a reducirse a otro volumen V2.

Disminución de volumen producido por el asentamiento de las tierras

En este caso se tiene una pérdida de volumen de valor V1 - V2. Si esta pérdida se divide por el volumen inicial V1 se habrá obtenido la pérdida de volumen por unidad y si se multiplica por cien, la pérdida de volumen en tanto por ciento.

A este valor se le denomina Coeficiente de asentamiento(Ca):

Este coeficiente, dado que depende de muchas circunstancias, debe ser evaluado no solo para cada tipo de suelo sino para cada circunstancia determinada, como el tratamiento a recibir por las tierras, el tiempo, etc.

Si se sustituye V1 por su valor se tendrá:

El conocimiento experimental de estos coeficientes es sumamente importante y necesario para determinar los volúmenes de tierras a extraer o transportar, bien para terraplenar, o bien para llevar a vertedero.

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A título indicativo se indican en la tabla siguiente los valores de estos coeficientes, el ángulo de talud natural y el peso en toneladas por metro cúbico de cierta clase de terrenos. Es usual indicar los coeficientes de esponjamiento y de asentamiento en %. Valores orientativos de las características de algunos terrenos Ángulo Naturaleza de las tierras

de talud

Peso (t/m3)

Esponjamiento (%)

Asentamiento (%)

natural Arena fina, seca

10 a 20

1,4

10%

6%

Arena fina, mojada

15 a 25

1,6

12%

13%

Grava media húmeda

30 a 40

1,9 a 2,1

12%

17%

Tierra vegetal húmeda

30 a 45

1,6 a 1,7

11%

6%

Tierra muy compacta

40 a 50

1,6 a 1,8

16%

33%

Guijarros, escombros

40 a 50

1,5 a 1,7

15%

23%

Marga seca

30 a 45

1,5 a 1,6

15%

28%

Arcillas seca

30 a 50

1,6

15%

23%

Arcilla húmeda

0 a 20

1,8 a 2,2

12%

14%

Gres tierno, rocas diversas

50 a 90

2,0 a 2,5

15%

23%

7 GENERALIDADES SOBRE LOS MOVIMIENTOS DE TIERRAS De acuerdo con las definiciones anteriormente expuestas, los trabajos de movimiento de tierras pueden reducirse a tres casos: • Desmonte. Las tierras desmontadas normalmente por medios mecánicos, ya que el trabajo manual queda limitado a recortes y ajustes de excavaciones y el uso de explosivos para grandes movimientos y tierras muy duras o rocas, se acumulan en un emplazamiento cercano que no impida su posterior carga en camiones, o bien se depositan directamente para su transporte o posteriores operaciones de extendido. • Terraplenado. Se trata de aportes de tierras procedentes de lechos de ríos o playas, si son naturales, o bien de cantera procedentes de machaqueo. Las tierras aportadas mediante camiones, generalmente, son vertidas, extendidas y compactadas por medios mecánicos. • Combinación de ambas operaciones. Se efectúa el terraplenado aprovechando las tierras sobrantes de un mismo lugar, por encima de una cierta cota, vertiéndolas en otras por debajo de ellas. Es el caso de nivelaciones en terrenos accidentados, donde quiere obtenerse una rasante determinada que se encuentra aproximadamente en el punto medio entre la cota superior e inferior del estado natural o perfil natural del terreno. 7.1 Procesos de desmonte 16

Las operaciones deben efectuarse teniendo en cuenta las siguientes precauciones:

• En terrenos de consistencia normal y salvo proximidad a vías públicas, cimentaciones vecinas, etc., pueden normalmente efectuarse excavaciones o rebajes hasta una profundidad de 3 m con elevado talud, pero siempre por cortos periodos de tiempo. • La aplicación de más o menos medidas de seguridad en desmontes viene dada por las siguientes condiciones: ∗ Tipo de cohesión de las tierras. ∗ Riesgo de modificación del grado de cohesión por condiciones externas del terreno: ∗ Proximidad de cargas. ∗ Vibraciones producidas por el paso de vehículos. ∗ Profundidad de la excavación. ∗ Riesgo de descompresiones que afecten a cimentaciones vecinas. • Los rebajes de terrenos de grandes superficies, como sótanos de edificios, se practicarán por capas sucesivas de poca potencia, dejando zonas sin desmontar para ser aprovechadas como rampas para el movimiento de máquinas y medios de transporte, eliminándolas en último lugar. • En caso de excavaciones junto a cimentaciones vecinas se empleará el método de excavación por bataches, procedimiento por el que no se efectúa la totalidad de la excavación, sino que en las paredes vecinas se dejarán una especie de contrafuertes que no serán excavados hasta que en los espacios entre ellos se haya construido el muro de contención de tierras. La eliminación de los contrafuertes se realizará posteriormente y paulatinamente con un orden preestablecido por muros de contención que se unirán convenientemente con los anteriormente ejecutados.

Desmonte por bataches

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Desmonte por bataches

Desmonte por bataches

Desmonte por bataches con acodalamiento

Desmonte por bataches con acodalamiento

• Dado que los taludes o inclinaciones dadas a las paredes resultantes de una excavación dependen de la naturaleza del terreno, cohesión, compacidad, etc., ha de tenerse en cuenta: ∗ Las rocas duras se pueden excavar dejando taludes prácticamente verticales, pero es aconsejable un ángulo de al menos a/b ≈ 1/10. ∗ En rocas blandas o terrenos muy compactos y cohesivos a/b ≈ 1/4. ∗ En terrenos blandos desde a/b ≈ 1/2 a a/b ≈ 1/1. ∗ En terrenos muy blandos, sueltos o fácilmente erosionables es conveniente menor inclinación o incluso dejar mesetas escalonadas, reforzando con adecuados apeos las paredes de los rebajes que vayan realizándose posteriormente, hasta la definitiva construcción del muro de contención de tierras. 18

Relación a tener en cuenta para la formación del talud

En cualquier caso el ángulo de talud vendrá dado por el conocimiento obtenido del suelo después de haber realizado estudios geotécnicos, del análisis del propio comportamiento contrastado en obra durante el proceso de vaciado o desmonte, y en todo caso del periodo de tiempo que se estima que se encontrará el talud sin protección y expuesto a los agentes atmosféricos que pueden modificar substancialmente las primitivas características de las tierras. Igualmente es imprescindible, al establecer el plan de excavación, el estudio de las repercusiones que un vaciado de tierras o un desmonte pueden producir en edificaciones o instalaciones cercanas.

Aparición de un aljibe en el desmonte

Pozo ciego bajo edificio de medianera 19

7.2 Terraplenados

Las normas mínimas a tener en cuenta en estos procesos son: • En aquellos terrenos donde deban verterse nuevas tierras y exista vegetación debe procederse al arranque de ésta, para facilitar el asiento adecuado de las nuevas tierras. • Cuando el terraplenado se vaya a efectuar sobre terrenos inclinados, deberán realizarse pequeños escalones, hasta un máximo de 60 cm, de manera que puedan obtenerse lechos de apoyo horizontales que eviten el deslizamiento de las nuevas tierras. • El aporte de tierras debe realizarse de manera que puedan establecerse tongadas, de 20 a 40 cm de espesor para que que puedan ser compactadas. • En terrenos fangosos se emplea el vertido de piedras en las primeras capas, para facilitar el drenaje, obteniéndose entonces un pedraplenado. • En cualquier caso hay que tener en cuenta los asentamientos propios de los rellenos para la determinación de las cotas iniciales y finales de la superficie del terraplén. • En general, deben ser desechados los rellenos con escombros, dado que su falta de homogeneidad y la incorporación de restos orgánicos impiden una compactación uniforme y pueden ocasionar asientos imprevistos. • Como norma general debe evitarse el apoyo de edificaciones sobre rellenos. Solamente se podrán realizar en construcciónes de elementos superficiales, y después de haber realizado los ensayos previstos en el proyecto y en la normativa vigente.

Formación de escalones para recibir la aportación de tierras

7.3 Protección de desmontes y terraplenes El mayor riesgo que corren estas obras, si van a quedar desprotegidas, es el de corrimiento de tierras, especialmente cuando se producen lluvias con formación de escorrentías. Si son tierras que van a permanecer con carácter indefinido sin proteger es conveniente el plantado de arbustos o árboles que “cosan” las tierras, evitando su deslizamiento.

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Si hubiera que proteger al máximo la obra ejecutada, el mejor sistema sería la construcción de muros de contención con drenajes adecuados. En cualquier caso hay que tener en cuenta que, independientemente del sistema elegido, la protección se mejora de manera importante disminuyendo el talud en los desmontes. Es frecuente, fundamentalmente en obra civil, el uso de mortero gunitado sobre el frente del desmonte, como técnica de protección y estabilización del mismo.

Desmoronamiento del terreno

8 MEDICIÓN DE VOLÚMENES DE DESMONTES Y TERRAPLENES Dada la necesidad de establecer a priori o a posteriori el volumen de tierras movido, para evaluar el coste de los trabajos, es normal la aplicación de una sencilla técnica de medición aplicable a la mayoría de los trabajos. Por ejemplo, si se quisiera construir una plataforma destinada a secado de grano al aire libre a una cota de + 2,00, en un terreno cuyas curvas de nivel se conocen, se realizan las secciones verticales indicadas como P1, P2, P3 y P4, denominadas Perfiles del terreno. Sobre cada una de ellas se dibujaría la plataforma a obtener mediante terraplenado y desmonte. Con ello se podría obtener en cada uno de esos planos el aporte o retirada de tierra, equivalente a la superficie rayada. Dichas superficies multiplicadas por la semidistancia entre secciones colindantes daría con bastante exactitud el volumen de aporte o retirada de tierras.

Terraplenado:

S1t x 1,5 + S2t x 3 + S3t x 3 + S4t x 1,5



Desmonte:

S1d x 1,5 + S2d x 3 + S3d x 3 + S4d x 1,5 21



A mayor número de secciones o perfiles, más precisión.

Estas cantidades así obtenidas deberán ser modificadas por la aplicación de coeficientes de esponjamiento y asentamiento de las tierras previsto.

9 ENTIBACIÓN

Reciben el nombre de entibación las operaciones que se realizan para sostener las tierras y evitar su desmoronamiento.

La entibación es una medida de seguridad que debe estar construida de forma que cumpla las funciones para las que se realiza.

10 PROFUNDIDAD CRÍTICA DE EXCAVACIÓN Se denomina profundidad crítica de excavación de un terreno a la profundidad máxima que se puede excavar en pared vertical estable sin ningún tipo de entibación. En caso de zanjas deben entibarse siempre que su profundidad supere 1,25 m, especialmente si los terrenos son no cohesivos o de relleno. Como norma orientativa se adjunta el siguiente cuadro:

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TABLA DE LA PROFUNDIDAD CRÍTICA DE EXCAVACIÓN DE LAS TIERRAS Tipo de terreno

Profundidad en metros

Arena y suelos con grava

1,00

Arenas cohesivas

1,25

Arcillosos

1,50

Muy compactos

1,80

11 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PROFUNDIDAD CRÍTICA Las vibraciones producidas por el tráfico o por máquinas en las cercanías. La existencia o colocación de silos, grúas, etc., en la zona de influencia de la excavación. La existencia de conducciones de gas, agua, electricidad, etc. La existencia de edificaciones medianeras o próximas cuyas cargas influyan sobre la excavación a realizar. La existencia de galerías, refugios, pozos, etc. El acopio de materiales en las proximidades. El nivel freático. El agua, bien por lluvia, o por rotura de conducciones, es un factor importante, ya que una inundación puede disminuir la cohesión del terreno y socavar las paredes de la excavación. • En época de heladas o por congelación artificial, el terreno es más estable, pero aumenta el peligro, ya que una subida de la temperatura puede provocar que el agua del terreno vuelva al estado líquido, siendo más probables los derrumbamientos. • • • • • • • •

12 ANCHO MÍNIMO DE LA EXCAVACIÓN SEGÚN SU ALTURA El ancho de la zanja a excavar debe ser tal que reúna condiciones para poder realizar los trabajos, aumentando este con la profundidad. Como mínimo esta anchura debe ser: Ancho de la excavación en metros

Profundidad en metros

0,55

1,00

0,65

2,00

0,70

3,00

0,80

5,00

Cuando sea necesario realizar zanjas de más de 5 metros, se deberá sobreexcavar la parte superior de forma que ésta quede con una profundidad de 5 metros como máximo.

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La citada sobreexcavación se realizará respetando los taludes naturales de la tierra y dejando bermas de paso de 0,65 m de ancho y 1,25 m de profundidad.

13 EXCAVACIONES SIN ENTIBACIÓN

Se realizarán con un ángulo de inclinación inferior al ángulo del talud natural del terreno.



Cada 1,25 m de profundidad se realizarán banquetas o bermas de 0,65 m de ancho para facilitar la extracción de las tierras.

Excavación sin entibación

14 EXCAVACIÓN CON ENTIBACIÓN Se llevará a cabo cuando se realice la excavación de una zanja y no sea posible o conveniente dejar la misma con el ángulo de talud natural, por ser un terreno poco cohesivo e inestable, por la seguridad de los obreros o por no aumentar el volumen de la excavación. 24



Según la estabilidad del terreno distinguiremos los siguientes tipos de entibación.

14.1 Entibación ligera Es la realizada sin tablero de revestimiento de la superficie de las paredes. Constituida tan solo por montantes verticales o velas sujetos por codales. Es válida tan solo para suelos muy compactos o muy arcillosos.

Entibación Ligera Fase-1

Entibación Ligera Fase-2

Entibación Ligera Fase-3

Entibación Ligera Fase-4 25