Ficha técnica para la excavación mecanizada de tierras en foso de cimentación

El proceso tecnológico ha sido diseñado para la ejecución de un foso de cimentación con dimensiones en planta de 37,41×17,17 m y una profundidad de proyecto de 2,5 m para la construcción de un edificio de ladrillo de 5 plantas con dimensiones entre ejes de 32,1×12 m. El volumen total de tierra a excavar en el foso es de 1464,08 m³. De ellos, 369,63 m³ se almacenan en un acopio temporal para el posterior relleno de los trasdoses (considerando un coeficiente de esponjamiento residual de 1,07), y el excedente de 1094,45 m³ se transporta fuera del recinto de la obra.

Los trabajos se realizan en condiciones climáticas adversas: la temperatura exterior de cálculo alcanza los -34 °C y la profundidad normativa de congelación del suelo es de 1,70 m. La base es de arcilla limosa pesada con las siguientes características físico-mecánicas: densidad en estado natural — 1800 kg/m³, ángulo de talud natural — 63°. La pendiente de proyecto de los taludes para este tipo de suelo, con profundidades de hasta 3 m, se asume como 1:0,5. El coeficiente de esponjamiento inicial del suelo en la cuchara de la excavadora es de 1,2.

Para garantizar un ciclo continuo, los trabajos se realizan en régimen de dos turnos. El proyecto contempla la ejecución de una rampa de acceso en zanja con una anchura en el fondo de 3 m y coeficientes calculados para la inclinación de los taludes. El área óptima de la cimentación en su base es de 427,43 m², lo que requiere una preparación minuciosa de la base y el cumplimiento de las tolerancias normativas durante el refino final.

1Muro de carga exterior, situado a lo largo del perímetro del edificio, que proporciona soporte estructural y cerramiento.

2Tabique interior no portante, que separa espacios dentro de una vivienda, situado a lo largo del eje B.

3Abertura de puerta interior, que proporciona acceso entre habitaciones o pasillos adyacentes.

4Abertura de ventana en el muro exterior, que permite el paso de luz natural y ventilación, situada a lo largo de la fachada del edificio.

5Abertura de ventana en el muro exterior, que permite el paso de luz natural y ventilación, situada a lo largo de la fachada del edificio.

6Abertura de puerta interior, que proporciona acceso a una caja de escaleras o pasillo.

7Tabique interior no portante, que separa áreas funcionales específicas, posiblemente un baño o cuarto de servicio.

8Espacio interior, posiblemente una zona de estar o dormitorio, delimitado por muros estructurales y tabiques circundantes.

9Abertura de ventana en el muro exterior, que permite el paso de luz natural y ventilación, situada a lo largo de la fachada del edificio.

10Tabique interior no portante, que separa espacios dentro de una vivienda.

11Muro de carga exterior, situado a lo largo del perímetro del edificio, que proporciona soporte estructural y cerramiento.

12Tabique interior no portante, que separa espacios dentro de una vivienda, situado cerca del eje central.

1. Análisis de la documentación del proyecto y verificación de las propiedades físico-mecánicas de los suelos según los datos de los estudios geotécnicos.
2. Determinación de los volúmenes de movimiento de tierras: excavación, relleno y transporte de excedentes.
3. Cálculo de los parámetros de los acopios temporales: para almacenar 369,63 m³ de tierra se forma un acopio temporal de 74,82 m de largo, 3,5 m de alto y 3,45 m de ancho.
4. Aprobación del plan de circulación de la maquinaria de movimiento de tierras y de transporte en el recinto de obra.

Hasta el inicio del ciclo principal de excavación, el recinto de obra debe estar completamente preparado de acuerdo con el plan de organización de la construcción aprobado. En primer lugar, se realiza el despeje del terreno, el desbroce de la capa vegetal fértil con su almacenamiento separado, así como la nivelación vertical preliminar de la parcela en la zona de emplazamiento del edificio. Una etapa fundamental es la organización del drenaje superficial para evitar el encharcamiento de los suelos de cimentación durante el período de ejecución de los trabajos.

El servicio de topografía realiza el replanteo de los ejes del edificio sobre el terreno, fijándolos con camillas de replanteo fuera de la zona de movimiento de tierras (a no menos de 3-5 metros del borde del foso). Se realiza el replanteo de los contornos del foso en la parte superior e inferior, teniendo en cuenta la pendiente de los taludes (1:0,5) y las dimensiones de la rampa de acceso. Todos los puntos topográficos deben estar debidamente protegidos contra posibles daños por parte de la maquinaria de construcción.

Para el funcionamiento ininterrumpido del transporte motorizado, se habilitan vías de acceso temporales. Las rutas de los vehículos se calculan en base a una velocidad media de 22 km/h para una distancia de transporte de 3 km. El acopio temporal de tierra para el relleno se ubica estrictamente a lo largo de los lados mayores del foso, fuera de la cuña de rotura, respetando las dimensiones calculadas (sección del acopio, altura de 3,5 m).

2Borde superior del talud del foso de excavación a lo largo del lado superior

3Borde inferior (pie) del talud del foso de excavación a lo largo del lado inferior

4Talud en el lado izquierdo del foso de excavación

5Talud en el lado derecho del foso de excavación, adyacente a la rampa de acceso

6Rampa de acceso inclinada que conduce al interior del foso de excavación, marcada con un ángulo de descenso de 30°

7Punto de esquina que indica la transición entre el talud superior y la rampa de acceso

8Punto de esquina que define la extensión inferior derecha de la base principal del foso de excavación

1. Preparación técnica del terreno: despeje, desbroce de la capa vegetal y nivelación.
2. Ejecución de sistemas de drenaje temporal (cunetas de guarda, drenajes).
3. Replanteo topográfico con instrumentos del contorno de la excavación y fijación de cotas de referencia.
4. Acondicionamiento de caminos provisionales interiores y zonas de maniobra para los camiones.
5. Formación de zonas de acopio para la tierra de relleno fuera de la cuña de rotura.

La excavación principal del terreno se realiza mediante una excavadora hidráulica de cadenas, equipada con una retroexcavadora con una capacidad de cuchara de 0,65 m³. La excavación se realiza en dos pasadas frontales. Para este tipo de equipo, el radio máximo de corte al nivel de la superficie de apoyo es de 9,1 m y la profundidad máxima de excavación es de 6 m. El radio óptimo de corte se asume igual a 8,19 m. El paso de avance de la excavadora se calcula como 0,75 de la longitud del brazo y equivale a 2-2,25 m.

La carga de la tierra excavada se realiza en camiones volquete con una capacidad de carga de 10 t. El llenado de la caja de un volquete requiere la carga de 10 cucharas de tierra, con una duración de 27 segundos por ciclo de trabajo de la excavadora y un factor de llenado de la cuchara de 0,8. El ciclo de transporte incluye la maniobra (1,25 min), el posicionamiento para la carga (0,3 min) y la descarga (1,6 min). Sobre la base de los cálculos del tiempo de viaje (incluido el recorrido de 3 km en un sentido) se determina la cantidad óptima de camiones volquete para garantizar el funcionamiento continuo de la excavadora sin tiempos de inactividad.

Un requisito crítico de la tecnología es evitar la alteración de la estructura natural del suelo en la base de las cimentaciones. Por ello, la excavación mecanizada se ejecuta con un resguardo de seguridad (sobreespesor) respecto a la cota de proyecto de 0,15 m (el volumen de este resguardo para el presente proyecto es de 64,11 m³). El refino final del fondo del foso hasta las cotas de proyecto se realiza mediante un buldócer (con una potencia mínima de 58,8 kW) y manualmente de forma inmediata antes de la ejecución de la cimentación. La tierra del refino es empujada por el buldócer hacia el extremo del foso, desde donde es extraída por la excavadora.

1Fila 1: Tarea programada intermitentemente a lo largo de los tres días, que ocurre durante horas específicas tanto en el turno 1 como en el 2.

2Fila 2: Tarea programada intermitentemente a lo largo de los tres días, reflejando la misma programación que la tarea de la Fila 1.

3Fila 3: Tarea programada brevemente el día 3, turno 1, específicamente durante la 7.ª hora.

4Fila 4: Tarea programada brevemente el día 3, turno 1, específicamente durante la 7.ª hora.

5Fila 5: Tarea programada de forma continua desde el día 3, turno 1, hora 8 hasta el final del día 3, turno 2, hora 8.

15Valor que indica una cantidad, duración o métrica específica relacionada con las tareas programadas, situado en el centro sobre las filas principales de tareas.

1. Posicionamiento de la excavadora en el frente de excavación, marcado de la anchura de la primera pasada frontal (hasta 10 m en la parte superior).
2. Excavación de la arcilla limosa con descarga en la caja del camión volquete (10 cucharas por camión) o en el acopio temporal.
3. Control de la profundidad de excavación mediante miras, dejando una capa de protección (resguardo) con un espesor de 0,15 m.
4. Avance regular de la excavadora a lo largo del eje de la pasada a intervalos de 2-2,25 m.
5. Corte de la capa de resguardo con buldócer y refino manual del fondo inmediatamente antes del vertido o montaje de las cimentaciones.

Con una temperatura exterior de cálculo de -34 °C y una profundidad normativa de congelación de 1,70 m, la excavación de arcillas limosas pesadas requiere la aplicación de tecnologías especiales. Dado que el frente de avance de la excavadora se congela desde la corona, el talud y la parte frontal, la excavación de terrenos helados se lleva a cabo mediante esquemas especializados: a lo largo de la capa congelada, transversalmente, por socavación (comenzando por debajo de la capa congelada) o en ángulo con el talud del frente. La profundidad máxima permitida de congelación para la excavación sin escarificación previa se calcula individualmente y depende del tamaño de la cuchara y del grupo de suelo.

En caso de exceder la profundidad permitida de congelación, se aplica la escarificación previa. El método mecánico más eficaz es el uso de martillos rompedores hidráulicos acoplados en la excavadora. La excavación se realiza por capas, con un espesor de capa de 40-60 cm. El rendimiento de esta operación varía entre 5 y 25 m³/h dependiendo de la energía de impacto del martillo hidráulico. Con una profundidad de congelación superior a 0,8 m, es conveniente aplicar el método de perforación y voladura utilizando cargas en barrenos o grietas. En este caso, el foso se divide en tres zonas de trabajo: trabajos de perforación y voladura, zona de seguridad y zona de excavación de suelo disgregado.

Como medidas preventivas para proteger el suelo contra la congelación antes del inicio de las temperaturas negativas, se aplica el arado con escarificadores hasta una profundidad de 30-35 cm seguido de un rastrillado de 15-20 cm. La presencia de la capa disgregada y de la cubierta de nieve retrasa el inicio de la congelación hasta 1,5 meses. El paleado profundo por la excavadora a una profundidad de 1,3-1,5 m puede prolongar el periodo de excavación de suelo no congelado durante 1-2 meses y reducir a la mitad la profundidad total de congelación.

1. Evaluación de la profundidad real de congelación del suelo en la obra (calicatas, sondeos).
2. Para profundidades de hasta 0,4-0,5 m: excavación directa aplicando el esquema de excavación por "socavación".
3. Para profundidades > 0,5 m: escarificación por capas mediante martillo rompedor hidráulico en capas de 40-60 cm.
4. Extracción del terreno helado disgregado mediante excavadora y carga en el transporte.
5. Protección del fondo expuesto del foso contra la congelación utilizando mantas termoaislantes o nieve suelta hasta el inicio de los trabajos de hormigonado.

La calidad de los movimientos de tierra está sujeta a un control operativo continuo por parte de los encargados, jefes de obra y el servicio de topografía. El objetivo principal es comprobar la conformidad de los parámetros geométricos de la excavación con los datos del proyecto y conservar la capacidad portante de los suelos de la base. La inspección visual de la ubicación del foso en planta se lleva a cabo constantemente; el control instrumental se realiza durante el proceso de excavación y al finalizar el mismo.

Tolerancias estrictas (según normativas internacionales de construcción) regulan la calidad de la recepción: las desviaciones respecto a las cotas de proyecto del fondo y los bordes no deben exceder de ±0,05 m. La desviación respecto a la pendiente longitudinal establecida se permite dentro de un margen de ±0,0005. Está categóricamente prohibido reducir el contorno de proyecto (disminuir la distancia del eje al borde) y aumentar la inclinación de los taludes por encima del valor de proyecto (1:0,5), ya que esto conlleva un riesgo de colapso de las paredes.

Al término de la excavación, se recurre a un laboratorio geotécnico para evaluar las propiedades físico-mecánicas de los suelos expuestos en la base (confirmación de la densidad de 1800 kg/m³, humedad natural, ausencia de bolsas de suelos blandos). Si se detectan discrepancias o zonas sobreexcavadas accidentalmente, estas deben ser rellenadas con hormigón de limpieza (clase C8/10 o C12/15) o con material compactado de arena y grava. Los resultados del levantamiento topográfico del fondo del foso se documentan mediante un plano as-built y un acta de recepción de trabajos ocultos.

1Cuchara de la excavadora llena de tierra excavada, operando sobre la caja del camión para transferir el material directamente a un camión volquete KamAZ-5511 para su transporte fuera de la obra

2Excavadora hidráulica de cadenas (modelo EO-4321), posicionada sobre la superficie estable del terreno a la cota -0,400, operando como la maquinaria principal de movimiento de tierras para la excavación del foso

3Montículo cónico de tierra (acopio de tierra excavada), de 3450 mm de altura y 3500 mm de radio de base, posicionado de forma segura con un retranqueo mínimo de 1000 mm (berma) desde el borde de la zanja para prevenir fallos estructurales del talud

4Foso/zanja principal de cimentación excavada, con una profundidad total de 2,5 m (cota inferior -2,900), con una anchura de base de 14670 mm y taludes laterales con inclinación 1:0,5 para garantizar la estabilidad del terreno

5Nivel de la superficie del terreno existente (cota de trabajo), establecida en -0,400, que sirve como plataforma operativa principal para la maquinaria pesada y el diseño de la obra

1. Control diario de las cotas de excavación por parte del maquinista de la excavadora y el encargado de obra mediante nivel óptico.
2. Realización de un levantamiento topográfico as-built del fondo y los taludes tras la excavación en bruto.
3. Toma de muestras de suelo por el laboratorio desde el fondo del foso para confirmar la capacidad portante de proyecto.
4. Registro de las desviaciones máximas (tolerancia de altura ±50 mm, pendientes ±0,0005).
5. Formalización del acta de recepción de trabajos ocultos y entrega del frente de trabajo a las cuadrillas de cimentación.

La ejecución de movimientos de tierra se clasifica como un trabajo de alto riesgo. Antes de iniciar la excavación en las zonas de ubicación de los servicios subterráneos existentes, se tramita un permiso de trabajo, consensuado con las empresas operadoras. En las zonas de paso de líneas de cables en tensión o gasoductos, los trabajos se realizan exclusivamente bajo la supervisión de los representantes de los servicios correspondientes. El uso de maquinaria mecanizada en zonas de protección está estrictamente regulado.

Para prevenir el colapso de los taludes y garantizar la seguridad de los trabajadores, la tierra extraída del foso (incluido el acopio temporal para el relleno) debe almacenarse a una distancia no inferior a 0,5 metros desde el borde de la excavación. Queda terminantemente prohibido excavar la tierra mediante el método de "socavación" (formación de voladizos). Todas las rocas, piedras grandes o desprendimientos de tierra detectados en los taludes deben ser eliminados inmediatamente bajándolos al fondo.

La organización de los lugares de trabajo requiere la instalación de accesos seguros al foso (escaleras con una anchura no inferior a 0,75 m con barandillas por cada 25 m de perímetro). Los lugares de cruce de las zanjas por parte del personal se equipan con pasarelas de tránsito iluminadas durante la noche. La carga de la tierra en los camiones volquete por parte de la excavadora debe realizarse únicamente por el lado posterior o lateral de la caja; el paso de la cuchara por encima de la cabina del conductor está estrictamente prohibido. Durante la carga, el conductor debe abandonar la cabina si esta no cuenta con una visera protectora especial.

1. Señalización y apertura de calicatas en las zonas de trazado de los servicios subterráneos existentes.
2. Instalación de vallado perimetral en el foso y montaje de pasarelas o escaleras de tránsito.
3. Control del almacenamiento de tierra y del movimiento de maquinaria (a no menos de 0,5 m del borde de rotura).
4. Inspección periódica de los taludes para detectar fisuras por deslizamiento, especialmente después de precipitaciones o deshielo.
5. Cumplimiento del protocolo de carga: emisión de señales acústicas, posicionamiento de la cuchara por el lateral o la parte trasera de la caja del volquete.