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Estrategias organizativas para la construcción de terraplenes de carreteras



  1. Resumen
  2. Introducción
  3. Desarrollo
  4. Conclusiones
  5. Bibliografía

Resumen

Se proponen las estrategias organizativas y los
métodos para lograr la óptima distribución
de las masas de tierra necesarias para la construcción de
terraplenes de las vías de comunicación terrestres,
en particular de las carreteras; los criterios para la
selección de la maquinaria óptima para ejecutar
actividades de movimiento de tierras mediante dos procedimientos
diferentes con similar finalidad, así como debe procederse
para programar y balancear los principales recursos que se
emplean en tales trabajos, de manera tal de asegurar que la
ejecución de dichas explanaciones sea realizado con la
necesaria eficacia técnica-económica por las
empresas constructoras, tal como se comprobado en varias
aplicaciones en varias obras de la región central del
país, en las que pudo reducir los costos de
ejecución de los movimientos de tierras hasta en un 30% en
comparación con los que se obtienen tradicionalmente en
las empresas constructoras de obras de ingeniería.
.

Abstract:

The principal purpose this paper is showed the
organizational strategies and the methods to use to achieve a
optimal distribution of the earthmoving necessary to build
embankment, approaches for the selection of the best machinery to
execute this word, by means of two procedures different with
similar purpose, as well as it should be proceeded to program and
to balance the principal resources, in a such way of executing
this embankment with necessary efficiency, all that which could
contribute decisively to reduce the execution cost of such works
of being used in the construction companies until in a 30% in
comparison with those that at the moment are obtained with the
procedures that are generally used.

Key Words:

Earthmoving, organizational strategies,
construction embankment.

Introducción

Las comunicaciones en el mundo actual juegan un rol cada
vez más decisivo para el desarrollo socio económico
de las naciones. Las vías de comunicación
terrestres (autopistas, carreteras, caminos, vías
férreas, aeropistas, etc.) constituyen la infraestructura
necesaria para garantizar el desarrollo económico y social
de los países. Su construcción eficaz es
fundamental para el desarrollo de la economía nacional,
por tales razones la construcción con mínimo costo
de las explanaciones necesarias para ejecutar estas obras viales
resultan de gran importancia, ya que estas constituyen una parte
significativa del costo de su construcción. Dado los
grandes volúmenes de movimientos de tierras que se
acometen en Cuba anualmente, ascendentes a varios millones de
metros cúbicos de tierra, la magnitud del ahorro que se
alcance puede ser significativa, por tal razón se hace
necesario la utilización de estrategias, métodos
organizacionales que hagan posible realizar una
distribución óptima de las masas de suelos a mover
y la maquinaria óptima a utilizar en la ejecución
de cada trabajo, así como para garantizar la racional
distribución espacio – temporal de la maquinaria en las
obras viales. Las técnicas y procedimientos propuestos
poseen un enfoque integral con relación al que el
tradicionalmente emplean las empresas constructoras cubanas,
siendo el objetivo principal de este trabajo divulgar sus
aspectos esenciales para ponerlas a disposición de los
profesionales que se encargan de la realización de estos
trabajos en las empresas constructoras del
país.

Desarrollo

Una vez realizado el proyecto geométrico y el
diseño y/o revisión geotécnica del
terraplén de una carretera, es decir de terminada la dase
de definición del proyecto, comienza en la empresa
constructora una importante fase de trabajo, la fase 3 o de
Ejecución, en la que se hace la necesaria
preparación técnica de la obra, en la que se
organiza la ejecución de los trabajos y el balance y
empleo racional de los recursos disponibles, fundamentalmente de
las maquinarias de movimiento de tierras lo cual tiene una
importancia e incidencia fundamental para lograr la eficacia
técnica y económica requerida Se propone en este
artículo las estrategias organizativas a cumplir para
distribuir óptimamente las masas de suelo a mover, para
así asegurar que las explanaciones se ejecuten con
mínimo costo y en el menor tiempo posible, garantizando la
requerida calidad.

Para concretar lo antes afirmado debe cumplirse con el
siguiente procedimiento (4):

1.    Decidir la estrategia y la
técnica constructiva más adecuada o idónea
acorde con las características topográficas e
hidrogeológicas de la zona, considerando los recursos
disponibles.

  • 2. Distribuir óptimamente las masas de
    suelos a mover, lo que implica realizar los movimientos de
    tierras de las explanaciones en el menor número de
    movimientos posibles, a las mínimas distancias de
    compensación o de acarreo.

  • 3 Ejecutar los trabajos con la maquinaria
    óptima, aquella que asegure mínimo costo de
    ejecución de los trabajos de movimiento de tierras,
    asegurando, la mecanización integral de las labores,
    elevados rendimientos y la necesaria calidad.

4    Lograr un ritmo constructivo
ininterrumpido o continuo de estos trabajos mediante una correcta
programación y balance de los principales recursos
utilizados, en especial de las maquinarias de movimiento de
tierras y los recursos humanos.

5.   Realizar los trabajos con la requerida
calidad acorde con la importancia de la obra, las exigencias del
proyecto y las normas estatales vigentes.

Ahora bien: ¿Cómo definir la estrategia
constructiva y la distribución óptima de las masas
de suelo a mover para ejecutar las explanaciones?;
¿Cómo seleccionar la maquinaria óptima a
utilizar? ¿cómo realizar la programación y
el balance racional de los recursos disponibles en la brigada o
empresa constructora?

Para definir le estrategia organizacional idónea
a seguir previa deben considerarse previamente los siguientes
aspectos:

– las características topográficas e
hidrogeológicas del tramo o zona a construir,

– los recursos disponibles, principalmente el parque de
máquinas de movimiento de tierra de existente en la
brigada o empresa.

– el Perfil longitudinal y el Diagrama de Masa de dicho
tramo (según el Proyecto Geométrico Ejecutivo del
Terraplén de la Carretera), pudiendo suceder dos
situaciones básicas:

  • 1) En zonas topográficas llanas y
    onduladas:

En las zonas llanas en las que predominan los
terraplenes de baja altura construidos desde los préstamos
laterales, la estrategia a seguir es avanzar en la
construcción de la explanación independientemente
de las obras de fábrica, haciendo desvíos
provisionales en las mismas, así como construyendo los
terraplenes de aproche de las alcantarillas y los puentes que se
vayan terminado, tratando de circular por sobre los tramos de
terraplenes construidos.

La estrategia de organización en las zonas
onduladas es diferente y debe consistir en: priorizarla
ejecución de las compensaciones longitudinales y
transversales, las excavaciones de materiales sobrantes o
indeseables, las excavaciones de los dispositivos del sistema de
drenaje, los terraplenes desde préstamos laterales si
hiciese falta y por último las actividades de
terminación o acabado, tratando de hacerlas en el
mínimo número de movimientos a las distancias
mínimas de compensación y/o acarreo posibles,
empleando la Técnica de Optimización Lineal
denominada: "Método del Transporte", la cual aparece
tratada en revistas especializadas (3), o al menos utilizar el
procedimiento gráfico siguiente (:

1.    Ubicar en un mismo Plano el
Perfil Longitudinal y el Diagrama de Masas confeccionado para el
tramo de terraplén analizado en el proyecto ejecutivo de
la obra (ver Figura 1)

2.    Definir las posibles zonas de
compensación longitudinal de volúmenes de tierra en
el perfil apoyándose en el Diagrama de Masas, mediante un
método gráfico que consiste en trazar
"líneas de compensación" que delimiten zonas a
compensar, acorde con las maquinarias de movimiento de tierra
disponibles en la brigada o empresa constructora.

3.    Definir la posición de
los centros de masas de dichas zonas de compensación, es
decir, la posición de los centros de masas de las zonas de
excavación y de relleno o terraplén, en el perfil
longitudinal.

4.   Medir a escala, de manera horizontal
(paralela al eje de las distancias o estacionados) la distancia
existente entre los centros de masas de excavación y
relleno de cada zona de compensación definida denominadas
distancias medias de compensación (dm) (ver en la Figura 1
las dm 1 y dm 2)

5.    Elegir la maquinaria
idónea técnica – económica para acometer las
compensaciones, considerando el rango económico de acarreo
de tierras establecidos para cada tipo de máquina
según normas estatales vigentes.

6.   Definir para el resto de las
actividades a ejecutar la maquinaria idónea a emplear
según la distancia de acarreo o características de
la labor a ejecutar.

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Figura 1. Método gráfico
basado en el Perfil Longitudinal y el Diagrama de
Masas

B) En zonas montañosas con condiciones normales y
favorables:

En éstas zonas al predominar los sucesivos tramos
en corte y terraplenes altos, el procedimiento anterior no es
aplicable, pues la determinación de las distancias medias
de compensación sería demasiado imprecisa. Se
propone otro método (7), que se basa en el Perfil
Longitudinal del Tramo analizado y en la definición de los
denominados: "frentes de trabajo" que se caracterizan por
tener:

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Dimensiones adecuadas (espesores de capa ( 2 m y longitud
máxima de 160 m

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Posición definida (estacionado y definición de su
centro de masas).

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adecuado (entre 5000 – 15000 m3).

Procedimiento:

1.    Definir los frentes de trabajo
directamente en el Perfil Longitudinal del tramo analizado (ver
figura 2)

2.   Determinar la posición de los
centros de masa de cada frente de trabajo tanto en corte como en
relleno o terraplén.

3.   Medir a escala las distancias de
compensación entre los centros de masas definidos con la
inclinación correspondiente (ver en Figura 2 las dm1,,dm
2, dm3 y dm 4)

4.   Elegir la maquinaria idónea
acorde con los rangos económicos de acarreo de las
maquinarias

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Figura 2: Distancias medias de
compensación obtenidas directamente del Perfil
Longitudinal de un Tramo Montañoso.

¿Cómo asegurar la secuencia
correcta de realización de estos trabajos sin sobrepasar
las cantidades de equipos?. Para ello se confeccionará el
Diagrama Espacio – Tiempo el cual permitirá responder las
anteriores interrogantes.

El diagrama consiste en un gráfico de Tiempo de
Duración vs. Distancia o Estacionado, en el cual se
refleja gráficamente la duración de cada actividad,
el que se expresa más detalladamente en (9). Una idea de
este diagrama se muestra seguidamente en la Figura 3 donde se
presenta unido al Perfil Longitudinal y al Diagrama de Masas de
un tramo determinado:

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Figura # 3: Perfil Longitudinal,
Diagrama de Masas y Diagrama Espacio -Tiempo.

Como es obvio, para poder confeccionar el diagrama
Espacio tiempo hay que calcular los tiempos de duración de
cada actividad, lo cual requiere haber calculado previamente el
rendimiento de las máquinas o conjuntos de máquinas
óptimas o al menos racionales para la realización
de cada labor. Se entenderá por óptimo aquella
máquina o conjunto de máquina que permita ejecutar
la labor con mínimo costo, para su determinación
pueden usarse dos procedimientos:

En la base al tipo de labor a realizar se
propondrán todas las posibles variantes de equipos o
conjuntos de equipos que justificados técnica y
económicamente que puedan realizar cada labor, aplicando
el Modelo Matemático propuesto en la Tesis Doctoral (6) el
que tiene satisfactoria solución por el Método
Directo (variante del Método Simplex empleado en la
Programación Lineal), mediante el cual se puede definir
cuáles son las variantes óptimas de máquinas
para asegurar la realización de las actividades de
movimiento de tierras con mínimo costo unitario de
ejecución, que son las que se emplearán realmente
en la obra. Estas variantes de máquinas o de conjuntos de
máquinas poseen un determinado rendimiento, el cual se usa
para estimar el tiempo de duración dividiendo el volumen
de trabajo a ejecutar entre dicho rendimiento. Se ha comprobado
en varias empresas de la región central de Cuba (6), que
realizando lo antes planteado y seleccionando las maquinarias por
este método, se pueden reducir hasta en un 30 % los costos
directos reales de los trabajos de movimiento de tierra, en
comparación con los procedimientos tradicionalmente
empleados en las empresas constructoras de obras de
ingeniería.

  • b) Usando un Método Racional para
    seleccionar la maquinaria idónea:

Este método (4) se puede emplear para definir las
variantes de máquinas o conjuntos de máquinas a
utilizar sin garantizar el mínimo costo, pero logrando
definir de forma más fácil aunque menos precisa la
variante de equipos idónea para acometer los trabajos de
movimiento de tierras, como aquella de menor costo unitario
directo posible entre las principales variantes propuestas
considerando el parque de máquinas disponible.

Procedimiento:

1.      Definir las
características de las labores a realizar (tipos, volumen
de trabajo, dimensiones, tipo de suelo, distancia de acarreo,
etc.).

2.     Conocer las
características y parámetros fundamentales de la
maquinaria disponible (tipo, marca y modelo, potencia, peso,
capacidades, órganos de trabajo disponibles,
maniobrabilidad, estado técnico, etc.)

3.     Proponer distintas
variantes de máquinas o conjuntos de máquinas
justificadas técnicas y económicamente, que puedan
realizar cada labor acorde a las condiciones disponibles (al
menos dos variantes).

4.      Calcular el costo
unitario de ejecución mecanizada a cada labor (CMT)
según variante de máquinas o conjunto de
máquinas propuesta, así como el rendimiento de
éstas (Rc).

5.      Elegir para cada
actividad a realizar la variante que posea el menor (CMT), y si
es posible a su vez, también la de mayor rendimiento (Rc),
como la variante idónea a utilizar.

Definidas las máquinas o conjuntos de
máquinas óptimas o al menos la idónea a
utilizar para ejecutar cada actividad, se determina el tiempo de
duración de estas como se explicó anteriormente,
procediéndose finalmente a realizar la programación
de los trabajos y el necesario balanceo de recursos, la cual debe
realizarse cumpliendo con la metodología siguiente
(4):

1.   Confección de la Red de
Actividades Nodal de los trabajos de la explanación a
construir.

2 Correr el programa profesional de computación:
"MS – PROJECT", auxiliándose de la red nodal confeccionada
y los recursos empleados para hacer cada actividad.

3. Se analiza el uso de los principales recursos
empleados en la construcción

(maquinarias y mano de obra), detectando si existe sobre
asignación de recursos

tratando de solucionar estas situaciones.

4. Asegurar un racional empleo espacio – temporal de las
maquinarias que garantice el

máximo avance físico (Km terminados) en la
construcción de los terraplenes

5. Estimar el tiempo de duración total de los
trabajos de construcción de la explanación mediante
el Cronograma General de la Obra confeccionado con ordenamiento
de las actividades según sus niveles de criticidad
descendentes.

De esta forma se brinda una metodología o
procedimiento general e integral que permite mediante el
cumplimiento de las estrategias organizativas propuestas,
asegurar el cumplimiento de la trilogía plazo, costo y
calidad del Proyecto Ejecutivo de Construcción de los
movimientos de tierras necesarios para la construcción de
terraplenes de las carreteras, al organizando eficazmente dichos
trabajos a realizar por las empresas o brigadas constructoras,
estrategias y metodologías que se ha empleado en varias
obras en la región central del país, así
como en la docencia de pre y post grado para realizar proyectos
de curso y de diploma durante más de 20 años con
resultados satisfactorios.

Conclusiones

Una vez confeccionado el proyecto ejecutivo de una
explanación debe realizarse el Proyecto de
Organización de la Ejecución de los Trabajos en
tres etapas: la de organización donde se decide la
óptima distribución de las masas de suelos a mover
y las maquinarias a utilizar en cada labor; la fase de
programación donde se llega a estimar la duración
de los trabajos y tercera el lograr un adecuado balance de
recursos a utilizar, asegurando un uso racional de la
maquinarias, principal recurso utilizado, todo lo cual
servirá de guía de acción para construir
eficazmente, como se ha comprobado en varias obras ejecutadas en
la región central (tramo de autopista nacional en "Punta
de Diamante", la cortina de la presa de tierras "La Quinta", en
las que pudo reducir los costos unitarios directos reales de las
labores de movimiento de tierra hasta en un 30%, tal como lo
requiere la economía nacional.

Bibliografía

  • 1. Ballester, Francisco. Máquinas de
    Movimiento de Tierra. Criterios de Selección. /
    Francisco Ballester, Jorge Capote.2da. Edición.
    España: Editorial Pedeca, 1998. 405 p.

  • 2. Crespo Villalaz, Carlos. Vías de
    Comunicación. / Tercera Edición. México:
    Editorial Limusa, 2000. — 715 p.

  • 3. Earth Moving Cost Optimization by
    Operational Research, John Christian and H. Caldera. Journal
    Civil Engineering Nº 15, pages.. 679 – 684, Canada,
    1998.

  • 4. Orta Amaro, Pedro Andrés.
    Tecnología de Construcción de Explanaciones,
    Editorial Félix Varela, La Habana, Abril, 2013, 266
    p.

  • 5. Orta Amaro, Pedro Andrés. Maquinarias
    de Movimiento de Tierras, en edición por la Editorial
    Félix Varela, La Habana.

  • 6. Orta Amaro, Pedro Andrés.
    Perfeccionamiento de la Ejecución Mecanizada de los
    Movimientos de Tierra. / Pedro Andrés Orta Amaro.
    Tesis en opción del Grado Científico de Doctor
    en Ciencias Técnicas. Universidad Central de Las
    Villas, Santa Clara, Abril 1996 — 89 p.

  • 7. Organización de la ejecución
    de una explanación vial. Trabajo de Diploma, Amauris
    Noquera y Zhenia M. Fabrá, Tutor, Dr. Ing. Evelio
    Jústiz García, Universidad de Oriente, Mayo,
    1996.

  • 8. Rico Rodríguez Alfonso; Del Castillo
    Mejía Hermilio. La Ingeniería de Suelos en las
    Vías Terrestres: Carreteras, Ferrocarriles y
    Aeropistas. Volúmenes 1 y 2.Editorial Limusa, S.A de
    C.V Grupo Noriega Editores, México D.F.,
    2003.

  • 9. Torres Vila, Juan A., Diseño y
    Construcción de Explanaciones. Tomo 2. Editorial
    EMPES, La Habana, 1986. 421_p..

 

 

Autor:

Pedro A. Orta Amaro

Profesor Titular, Doctor, Ing. Civil,

Dpto. de Ingeniería Civil, Facultad.
Construcciones, UCLV, Santa Clara, Cuba.

Coordinador de la Maestría en
Vías de Comunicación Terrestres

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