Mapa conceptual a cerca de los procedimientos realizados para la elaboración de un túnel: CONTROL DE ESPOJAMENTO Para tener un concepto más claro acerca del factor de esponjamiento sobre su valor en la obra de construcción en un túnel debemos conocer a cerca de movimiento de tierras y los cambios de volumen en el terreno de trabajo 1.1 EL MOVIMIENTO DE TIERRAS. Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales útiles en obras públicas, minería o industria. Las operaciones del movimiento de tierras en el caso más general son: • Excavación o arranque. • Carga. • Acarreo. • Descarga. • Extendido. • Humectación o desecación. Compactación. • Servicios auxiliares (refinos, saneos, etc.). Es decir. una protección frente a la humedad. el material es depositado mediante la operación de descarga. etc. modificaremos así mismo el volumen de huecos. que se denominan bancos. El volumen que ocupa en una situación dada se llama volumen aparente. se habla también de densidad aparente. capas de espesor aproximadamente uniforme.2 CAMBIOS DE VOLUMEN. Esta puede hacerse sobre el propio terreno. Los terrenos. es indispensable un comportamiento mecánico adecuado. es frecuente formar. mediante la operación de extendido. sino que depende de las acciones mecánicas a que lo sometamos. La excavación consiste en extraer o separar del banco porciones de su material. Cada terreno presenta distinta dificultad a su excavabilidad y por ello en cada caso se precisan medios diferentes para afrontar con éxito su excavación. con el material aportado. están constituidos por la agregación de partículas de tamaños muy variados. Una vez llegado a su destino. Si mediante una acción mecánica variamos la ordenación de esas partículas. y en préstamos fuera de ella. prestando atención a la maquinaria que actualmente se emplea. De acuerdo con la función que van a desempeñar las construcciones hechas con los terrenos naturales aportados. el volumen de una porción de material no es fijo. Por esta razón. y su volumen aparente: . Estos objetivos se consiguen mediante la operación llamada compactación. que debido a un apisonado enérgico del material consigue las cualidades indicadas. 1. Para su aplicación en obras públicas. A través de los sucesivos capítulos del libro se expondrán las distintas operaciones que comporta el movimiento de tierras. ocupados por aire y agua. sus ciclos de trabajo y producciones. en tolvas dispuestas a tal efecto. etc. Los productos de excavación se colocan en un medio de transporte mediante la operación de carga. ya sean suelos o rocas más o menos fragmentadas. Entre estas partículas quedan huecos.Los materiales se encuentran en la naturaleza en formaciones de muy diverso tipo. como cociente entre la masa de una porción de terreno. en perfil cuando están en la traza de una carretera. con ejercicios y casos prácticos. En la práctica se toma como referencia 1 m3 de material en banco y los volúmenes aparentes en las diferentes fases se expresan con referencia a ese m3 inicial de terreno en banco.2 representa la evolución del volumen aparente (tomando como referencia 1 m3 de material en banco). M : masa de las partículas más masa de agua El movimiento de tierras se lleva a cabo fundamentalmente mediante acciones mecánicas sobre los terrenos. La figura 1. . durante las diferentes fases del movimiento de tierras. unas veces como efecto secundario (aumento del volumen aparente mediante la excavación) y otras como objetivo intermedio para conseguir la mejora del comportamiento mecánico (disminución mediante apisonado).1 presenta esquemáticamente la operación de cambio de volumen. La figura 1. Va : volumen aparente.da : densidad aparente. Se causa así un cambio de volumen aparente. una porción de suelo o rocas mantendrá constante el producto de su densidad aparente por su volumen aparente.3 indica variaciones en volúmenes y densidades en las operaciones del movimiento de tierras comentados en el apartado 1.Mientras no se produzcan pérdidas o adición de agua. etc. Va x da = M En el movimiento de tierras esta limitación se satisface muy pocas veces (evaporación. En adelante se entenderá que los conceptos de volumen y densidad se refieren a volumen aparente y densidad aparente. La Figura 1. aunque se omita el adjetivo aparente.). . siendo esta constante la masa de la porción de terreno que se manipula. expulsión de agua durante el apisonado.1. por lo que la ecuación anterior no es de aplicación general. adición de agua para facilitar el apisonado. B) o al material ya excavado (Suelto. Sin embargo si en otro texto figura otra tabla con . bank. Al excavar el material en banco. S). loose. Se denomina factor de esponjamiento (Swell Factor) a la relación de volúmenes antes y después de la excavación. éste resulta removido con lo que se provoca un aumento de volumen. En todo momento se debe saber si los volúmenes de material que se manejan corresponden al material en banco (Banco. FW : factor de esponjamiento (swell) VB : volumen que ocupa el material en banco VS : volumen que ocupa el material suelto dB : densidad en banco dS : densidad del material suelto. Este hecho ha de ser tenido en cuenta para calcular la producción de excavación y dimensionar adecuadamente los medios de transporte necesarios.1.3 ESPONJAMIENTO Y FACTOR DE ESPONJAMIENTO. Se tiene que: M = dS x VS = dB x VB El factor de esponjamiento es menor que 1. sin más que operar en la expresión anterior.factores mayores que 1. Para volúmenes se tiene: Para densidades resulta: El porcentaje de esponjamiento y el factor de esponjamiento están relacionados: y por consiguiente conociendo el % de esponjamiento de un material se conoce su factor de esponjamiento. o sea F´ = VS / VB y si se desean emplear las fórmulas expuestas aquí. quiere decir que están tomando la inversa. deben invertirse. y viceversa. Otra relación interesante es la que se conoce como porcentaje de esponjamiento.1 aparecen los valores de Fw y Sw característicos de distintos materiales frecuentes en . En la tabla 1. Conviene por ello deducir la relación entre volúmenes o densidades en banco y en material suelto. Se denomina así al incremento de volumen que experimenta el material respecto al que tenía en el banco. o sea: SW : % de esponjamiento O en función de las densidades: Son frecuentes tablas en las que aparece el valor del esponjamiento para diferentes materiales al ser excavados. Este proceso se conoce genéricamente como compactación y consolidación del material (Shrinkage). respecto al volumen del material en banco. Las obras realizadas con tierras han de ser apisonadas enérgicamente para conseguir un comportamiento mecánico acorde con el uso al que están destinadas. multiplicada por 100: Con ello la relación entre volumen en banco y volumen del material compactado queda: Sh : % de consolidación. el factor de consolidación puede expresarse según Va x da = M de la forma: Fh : factor de consolidación (Shrinkage). Si en el proceso de compactación y consolidación no ha habido pérdida ni adición de agua (lo que es poco frecuente). Se denomina factor de consolidación a la relación entre el volumen del material en banco y el volumen que ocupa una vez compactado. Expresa el porcentaje que representa la variación de volumen del material en banco al material compactado.4 CONSOLIDACION Y COMPACTACION. La compactación ocasiona una disminución de volumen que ha de tenerse en cuenta para calcular la cantidad de material necesaria para construir una obra de tierras de volumen conocido. VC : volumen de material compactado. 1. dB : densidad del material en banco. Otra relación interesante es la que se denomina porcentaje de consolidación.movimiento de tierras. Fh : factor de consolidación (Shrinkage). . A falta de un estudio particular. para poder calcular con exactitud los cambios de volumen que va a experimentar el material en las distintas operaciones. . En este caso la relación entre densidades es: En cualquier caso.Si en el proceso de compactación y consolidación no hay pérdida ni adición de agua (lo que no es frecuente) es de aplicación la expresión Va x da = M y el porcentaje de consolidación puede expresarse como: Sh : % de consolidación. Sw. pueden adoptarse los valores que aparecen en la siguiente tabla. de las expresiones del factor de consolidación y el porcentaje de consolidación se deduce que estos están relacionados por la expresión: En cada caso concreto conviene estudiar los valores de Fw. 91 o si se aplica la formula en forma inversa varia de 1.1-1.7. .59-0.Se nota que la variación del factor de esponjamiento de los materiales varía desde 0.