Excavación y relleno en la construcción

La excavación y relleno consiste en la remoción, carga, transporte y compactación de materiales provenientes de los cortes requeridos en los planos de construcción del proyecto. El proceso de excavación modifica la topografía de una zona, a través de medios mecánicos o manuales.

Una adecuada excavación permite construir cimientos estables, libres de asentamientos, a la vez que contribuye en la durabilidad de los muros de la vivienda.

¿Qué es excavación y relleno?

Una excavación es una brecha en el terreno destinado para la construcción. La excavación se realiza posterior a la delimitación o actividades de trazo, nivelación y replanteo de la zona. Se excava hasta la profundidad y anchos requeridos o detallados en los planos de construcción.

El proceso de excavación también contempla algunas otras actividades como la carga de material, transporte, descarga, distribución y compactación.

El movimiento de tierras que se realiza dentro de una obra de construcción, generalmente involucra tanto las actividades de excavación como las de relleno en conjunto.

Excavación en construcción

Excavación a mano

Como su nombre lo indica se realiza con las manos, es llevada a cabo por los trabajadores mediante el uso de herramientas tales como: pala, sacho, coas, entre otras.

Excavación mecánica

Se realiza con el apoyo de maquinaria para este fin, tales como la retroexcavadora, la excavadora hidráulica, el tractor, cargadores frontales, rodillos, motoniveladoras. Esta actividad se apoya en el uso de camiones, en caso de requerir desechar material sobrante, hacia los sitios destinados como botaderos.

excavacion mecanica

Tipos de excavación en la construcción

Los distintos tipos de excavaciones se clasifican de acuerdo a criterios tales como el tipo de estructura, ubicación y medios para realizarla.

Excavación para explanación

Este tipo de excavaciones se realiza con gran frecuencia para la fundación de carreteras, esta actividad también incluye el corte de taludes y la conformación de cunetas que servirán para drenar el agua de escorrentía superficial.

En la explanación se escarifica, conforma y compacta el terreno, a medida que se va realizando el alineamiento vertical y horizontal que requiera el proyecto.

Dentro del grupo de excavaciones para explanación están:

• Los terraplenes y terrazas
• Escolleras
• Pedraplenes

Excavación para cimentación directa

Son realizadas a poca profundidad de la superficie, se caracterizan por ser realizadas en suelos de gran firmeza. Se emplean frecuentemente para cimentar viviendas, cuyas fundaciones son de tipo corrido o continuo, de forma tal que la estructura esta unida en un solo conjunto.

Excavación para cimentación

Excavación indirecta

Son realizadas a mayores profundidades que las realizadas para las cimentaciones directas, mayores a 1.50 metros desde la superficie. Generalmente se hace necesario realizar una limpieza una vez se ha llegado al nivel de desplante para la estructura, a través de gravas o un concreto pobre.

Para cimentación escalonada

Funciona para terrenos en desnivel, se realizan cortes horizontales y verticales, de manera tal que se van obteniendo escalones.

Excavación para cimentación aislada

Son excavaciones espaciadas por la demarcación topográfica, permite cimentar las zapatas, columnas o pilotes para una edificación. Puede ser necesario mejorar el suelo, antes de realizar algún tipo de construcción.

Excavación de material para cimentación: viga sísmica

La excavación para llevar a cabo la construcción de la viga sísmica se puede realizar de forma manual, tal como se muestra en la imagen. Esta viga sísmica tiene dimensiones de 0.40m x 0.40m y una profundidad de desplante de aproximadamente 1 metro.

La viga sísmica debe unir a todas las zapatas o pedestales, dependiendo de la ubicación que tenga ( a nivel de zapata o un poco mas arriba).

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Proceso de excavación y relleno

Paso 1. Limpieza de escombros/vegetación.

Paso 2. Desbroce o remoción de la cobertura vegetal, ya sea manual o por medios mecánicos.

Paso 3. Replanteo de la ubicación de los cimientos de la estructura, de esta manera podemos marcar los lineamientos para excavar.

Paso 4. Llevar a cabo el proceso de remoción del material para llegar a la base de desplante de la estructura.

Paso 5. Una vez construidos los cimientos, se procede a retirar el material común sobrante de las excavaciones hacia los sitios de desecho o rellenar los espacios que así lo requieran.

Relleno compactado

En la construcción de obras, la actividad relleno es comúnmente realizada en mayor o menor medida. Consiste en elevar la cota o nivel del terreno, así como también puede ser una actividad de restitución de material, posterior a una excavación.

Relleno y compactación

Al compactar el suelo, estamos eliminando el aire contenido en el material. Requiere mano de obra cuando se trata de pequeños volúmenes y se requiere energía mecánica al tener grandes áreas a compactar. 

Durante la compactación del suelo es necesario aportar agua sobre las superficies a compactar, de manera tal que vaya aumentando la densidad del terreno. Además del contenido de agua, la compactación puede verse afectada por el tipo de suelo y la cantidad de esfuerzo realizado.

Compactación del terreno: pruebas

A través de la prueba Proctor de compactación o Proctor Modificada, se puede conocer el peso específico máximo de compactación y el contenido de agua óptimo. 

El equipo compactador empleado para llevar a cabo las actividades de relleno en la construcción puede ser de rodillo, neumáticos de hule, pata de cabra, vibratorios. El tipo de equipo a utilizar va a depender de la composición del suelo, es decir, del tamaño y propiedades de las partículas que componen el terreno.

Terreno para la excavación y relleno

La excavación varía de un terreno a otro, por ello es muy importante realizar los estudios previos, que nos permitan conocer que capas componen el suelo en donde se va a excavar.

Mediante comprobaciones y ensayos de un estudio geotécnico, se puede conocer la composición del suelo. La geotecnia del terreno puede ser determinada a través de diferentes mecanismos:

• Medio geofísicos
• Pruebas SPT o de penetración
• Sondeos
• Calicatas o pozos

Clasificación general de los suelos

Los terrenos generalmente están compuesto por materias sólidas, agua y aire, en diferentes proporciones. 

Terrenos duros

Son considerados terrenos de buena calidad para cimentar una estructura. Generalmente son terrenos de alta composición rocosa, que brindan una alta capacidad portante o resistencia. En ocasiones las excavaciones en roca requieren del uso de explosivos, debido a su gran cementación y consolidación.

Terrenos medios

De resistencia regular, suelen ser terrenos compuestos por arcillas, ciertos tipos de rocas, arenas. Las rocas sueltas o fracturadas requieren del uso de maquinaria, en menor cantidad el uso de explosivos en comparación con los terrenos duros.

Terrenos blandos

Se consideran suelos de la más baja calidad para cimentar construcciones, debido a que están constituidos mayormente por un material suelto. En ocasiones los suelos blandos pueden ser de origen vegetal, arenas movedizas o materiales fangosos.

Este tipo de excavación sólo requiere del uso de maquinaria y mano de obra.

De ser necesario construir sobre este tipo de terrenos, se deben llevar a cabo adecuaciones para mejorar la resistencia de los mismos. 

Tipos de suelo: arquitectura de sus partículas

La sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) establece los límites de tamaños para las partículas de los suelos, con lo cual permite una clasificación estandarizada.

Los suelos están compuestos por partículas de grava, arenas, limos, arcillas y materias orgánicas. Siendo las gravas las de mayor dureza, al tener una mayor conformación rocosa.

Los materiales orgánicos deben ser desechados y reemplazados por un material más adecuado para la construcción, debido a su gran inestabilidad.

Suelos finos

Son aquellos que presentan un menor tamaño de partículas.

Suelos plásticos

Conformados por suelos finos, así pues, cuanto más plástico es un terreno más difícil se hace su compactación. Los suelos excesivamente plásticos son inadecuados para ser compactados, es decir que no son muy útiles para actividades que impliquen rellenos.

Suelos granulares

Dentro de este grupo encontramos los suelos con finos y sin finos. En aquellos suelos con presencia de materiales finos la cohesión se ve muy disminuida, por lo cual los trabajos de compactación se deben iniciar a bajas frecuencias.

Suelos permeables

Poseen propiedades que les permiten drenar con facilidad el agua.

Suelos impermeables

Este tipo de suelos no permite compactación, ya que el agua contenida no puede salir. Tienen pocos vacíos en la composición de sus partículas, por lo cual, no son suelos adecuados para llevar a cabo trabajos involucren rellenos.

Factor de expansión de los suelos

La expansión o esponjamiento de un suelo es el aumento volumen del material, debido a la presencia de aire. Es importante conocer el factor de expansión del suelo, cuando se realizan trabajos de excavación, desalojo de material, rellenos. 

El factor de expansión debe ser considerado para conocer la cantidad de material que será desalojada luego de excavar e igualmente si se desea conocer el volumen de relleno en un área determinada.

El volumen de material extraído al excavar aumenta o se expande debido a la presencia del aire, por ello cuando se calcula el desalojo debemos considerar  el factor expansivo.

Equipo para la excavación y relleno mecánica

Excavación con maquinaria

tipos de excavación

Cargador frontal: es un tractor equipado con brazo frontal, que le permite realizar cargas y transporte de material, a la vez que puede ser utilizado para nivelar zonas de terreno.

Excavadora: es un equipo hidráulico, que permite realizar actividades de corte, carga de diversos tipos de material, también sirve para transportar material en distancias cortas.

Motoniveladora: esta maquinaria está equipada con una cuchilla que le permite realizar excavaciones, nivelación de terreno, escarificación, corte de capas de material, distribuir y extender el material a lo largo de una superficie. La motoniveladora se emplea tanto en corte como en relleno.

Rodillo liso: permite la compactación del suelo en capas, mediante el apisonamiento que se logra con el rodillo. Su principal función es compactar, apretar, sellar y amasar el material sobre le que se trabaja.

Tractor de orugas: los tractores son maquinarias muy versátiles, su utilidad en el movimiento de tierras lo convierte en casi indispensable. Dentro de sus principales usos están el desbroce, eliminación de escombros, limpieza de terrenos, cortes menores, remolque, empujar material, extender el material.

Retroexcavadora: es otro equipo de gran utilidad para las actividades de excavación y relleno. Sirve para excavar, transportar y nivelar pequeños volúmenes de material.

Volquetes: transporte y descarga de material proveniente de excavaciones o material de relleno.

Normas de seguridad de excavación y relleno en construcción

Antes de dar inicio a las actividades de movimientos de tierra, es sumamente importante considerar la seguridad como prioridad, de tal manera que los peligros sean reducidos al mínimo.

Los accidentes en la construcción causan retrasos en la planificación de los trabajos, perdidas económicas y en el peor de los casos, pueden ocasionar la pérdida de vidas humanas. Es por ello que el área de trabajo debe ser continuamente adecuada para la seguridad de todos.

Elementos a considerar para las actividades de excavación

• Adecuado reconocimiento del terreno, antes de iniciar las labores de construcción.
• Verificación de las edificaciones colindantes y construcciones cercanas, así como infraestructura soterrada existente.
• Instalación de conducciones eléctricas aéreas de forma segura.
• Verificación continua de la estabilidad en los terrenos. 
• La profundidad crítica o máxima distancia a la que se pueden realizar excavaciones, sin reforzar paredes verticales.
• Apuntalamiento o estibaciones adecuados para el tipo de excavación que se realice. 
• Verificación del estado de las maquinarias y los equipos a utilizar.
• Uso completo del equipos de protección personal por parte de todos los trabajadores.
• Señalizaciones visibles de toda la zona de trabajo.
• Cumplimiento de la normativa vigente en la oficina de trabajo del país.
• Contar con un plan de seguridad actualizado para el tipo de obra que se construye.
• Controlar el tránsito de personas, vehículos y maquinaria pesada.
• Restringir el paso de personal o vehículos en las zonas de trabajo para evitar accidentes.
• Contratar personal idóneo y calificado para cada actividad o equipo que se opere.
• Fomentar una política de trabajo seguro dentro del proyecto.
• Capacitar continuamente y concienciar a todo el personal para el cumplimiento de las normas básicas de seguridad.

Riesgos durante las actividades de excavación

• Caídas de personas desde distintos niveles.
• Deslizamiento de material.
• Golpes por caída de objetos.
• Lesiones personales: cortes, contusiones, esguinces, lesiones por manipulación de carga.
• Sobreesfuerzos.
• Atrapamientos.
• Volcado de material o maquinaria.