Método icomcompensación optimizada de masas en obras lineales

  1. Yago Villar Suarez
Supervised by:
  1. Bernardo Llamas Moya Director
  2. Luis Felipe Mazadiego Martínez Director

Defence university: Universidad Politécnica de Madrid

Year of defence: 2018

Committee:
  1. Ricardo Laín Huerta Chair
  2. Juan Pous de la Flor Secretary
  3. Antonio Bernardo Sánchez Committee member
  4. David Revuelta Crespo Committee member
  5. Juan María Menéndez Aguado Committee member

Type: Thesis

Abstract

El movimiento de tierras supone una de las partidas más importantes en el presupuesto de una obra lineal, e influye de forma relevante tanto en el proceso de planificación como en el de construcción de la obra. El estudio detallado y la optimización de estas operaciones son aspectos importantes que considerar durante su ejecución. En este trabajo se desarrolla el Método iCom (Método inteligente de Compensación Optimizada de Masas), una nueva metodología para la optimización del movimiento de tierras en obras lineales, en el cual se tienen en cuenta, como criterios fundamentales, los exigidos en la normativa vigente con respecto a la calidad de los materiales en función de su composición. El procedimiento permite obtener una compensación de tierras más eficaz en cuanto a la reducción de las distancias de transporte, volúmenes de material acarreado, tiempo de ejecución, emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y los costes generados. Además de lo anterior se dará cumplimiento a las premisas de calidad impuestas por la normativa en materia de construcción de carreteras. Con este objetivo se plantea esta tesis doctoral, enfocada al desarrollo de una sistemática que mejore la empleada hasta ahora en los que denominaremos a partir de ahora “métodos tradicionales” de cálculo de la compensación de tierras. Estos se basan en el diagrama de masas, dividiendo en un eje una serie de perfiles con un volumen asignado. Estos perfiles se encontrarán incluidos bien en excavaciones o bien en terraplenes, introduciendo como perfiles unitarios dentro de ese eje préstamos y vertederos según necesidades. Este planteamiento, además de escueto, es rígido y la inclusión de otra variedad de áreas como enlaces, variantes, desvíos, vertederos o préstamos a distancias muy dispares del eje principal, resultan un inconveniente a la hora del cálculo. Los métodos tradicionales analizan el conjunto de volúmenes de desmontes y terraplenes sin reparar en el tipo de material que se puede o no depositar en los diferentes tipos de relleno según las exigencias de la normativa vigente al respecto. Esto supone un hándicap importante a la hora de ejecutar el movimiento de tierras, ya que no discriminan entre si el material es válido o no según las prescripciones técnicas para cada uno de los rellenos. Esto nos obliga a realizar como mínimo una segunda compensación teniendo en cuenta el destino final dónde podemos transportar cada uno de los materiales existentes en la obra. Sin embargo, el Método iCom emplea, además de los datos anteriores, los criterios de selección de materiales descritos en la normativa, lo que simplifica y optimiza los resultados obtenidos, permitiendo ejecutar el movimiento de tierras desde un principio garantizando el cumplimiento de las exigencias de calidad y sin necesidad de recalcular de nuevo la compensación. Hemos de añadir dos derivadas que resultan de una prioridad absoluta en el momento en el que se encuentra nuestra sociedad: la mejora del resultado económico y la protección del Medio Ambiente. Esto viene derivado de una reducción de parámetros como el plazo de ejecución, material a transportar, residuos generados, consumo de combustible, emisiones de gases nocivos, etc. Es por esta razón que el Método iCom propone el desarrollo sostenible de estas actividades, que comprende tres aspectos fundamentales, definidos en el Triángulo de Gestión de Proyectos: coste, ámbito y tiempo. En otras palabras, factores económicos, medioambientales y plazos de ejecución. Como datos iniciales, el Método iCom parte de los volúmenes de desmonte y relleno en cada perfil transversal, tipología de cada suelo y características de las explanadas a ejecutar, pudiendo realizar diferentes hipótesis incluyendo posibles préstamos o vertederos. Además, este método proporciona los informes, planos y diagramas necesarios para la completa definición del movimiento de tierras a realizar. Para poder comprender mejor los criterios de selección de materiales en el movimiento de tierras de una obra lineal, debemos identificar los diferentes tipos de rellenos, donde se pueden distinguir: (i) terraplén, (ii) relleno localizado, (iii) explanada. Además de estos destinos, es posible que el material no cumpla con las condiciones requeridas por la norma y sea necesario su tratamiento, transformación o descarte, para lo que determinaremos estos otros dos destinos: (a) acopio: empleado cuando el material procedente de la excavación no es posible utilizarlo inmediatamente, bien porque requiere de un tratamiento o bien porque su puesta en obra se debe realizar con posterioridad y, (b) Vertedero: recurso cuando el material de la excavación no cumple con las condiciones requerida por la norma o en caso de que haya superávit de tierra en el cómputo global excavaciones-rellenos. Como adelanto a lo que trataremos en el estudio, se clasifican los diferentes tipos de materiales existentes en las excavaciones en cuanto a la tipología, desde el punto de vista de sus características intrínsecas en cinco tipos: (1) suelos seleccionados, (2) suelos adecuados, (3) suelos tolerables, (4) suelos marginales y (5) suelos inadecuados. Adicionalmente, el método iCom distingue otros dos tipos de materiales: roca y tierra vegetal, ya que, debido a características especiales de excavación o utilización, se hace necesaria su diferenciación. Entendemos por roca en una obra lineal, aquel material que por su dureza no es posible excavarlo con medios mecánicos habituales, teniendo que recurrir a voladuras o ripado y, una vez excavado, presenta una granulometría generalmente superior, siendo recomendable diferenciarlo por este motivo. Por otra parte, la tierra vegetal (suelos con contenido en materia orgánica superior al 5%) estaría recogida dentro del grupo de Suelos Inadecuados, pero debido a su uso en restauraciones y revegetaciones de taludes, vertederos, préstamos y otros, es recomendable darle un tratamiento diferenciado. Por otro lado, en la normativa referente a la construcción de carreteras (PG-3), se especifican los materiales para la formación de las explanadas. Se establecen tres categorías de explanada, denominadas respectivamente E1, E2 y E3, dependiendo del tipo y espesor de suelo que lo forme. Una vez caracterizados los materiales existentes en los desmontes, y teniendo definidos los diferentes tipos de relleno, terraplén y explanadas, estaremos en disposición de realizar una compensación de tierras en la que los movimientos resulten óptimos, tanto en términos de distancias de transporte, como en plazos de ejecución, cumpliendo estrictamente con los criterios de calidad exigidos en la normativa vigente. Como datos iniciales partiríamos de los volúmenes de desmonte y relleno en cada perfil transversal, tipología de cada suelo y características de las explanadas a ejecutar, pudiendo realizar diferentes hipótesis incluyendo posibles préstamos o vertederos. También tenemos la posibilidad de influir en la compensación optando por diferentes configuraciones, como el tipo de compensación (considerando o no préstamos y vertederos), el sentido de esta (izda.-dcha. o viceversa), delimitar una distancia máxima de transporte, considerar el esponjamiento del material, excluir determinados suelos en la compensación, prioridad en finalizar en primer lugar desmontes, terraplenes, tronco, etc. En la siguiente sección de esta tesis, tomaremos como ejemplo la obra: “AUTOVIA RUTA DE LA PLATA A-66. BENAVENTE-ZAMORA”. En ella, vamos a realizar el estudio de sus tres tramos: tramo 1 entre la A-6 y Santovenia del Esla, tramo 2 entre Santovenia del Esla y Fontanillas de Castro y tramo 3 entre Fontanillas de Castro y Zamora. Inicialmente se realizan los cálculos de compensación con métodos tradicionales y posteriormente utilizando el Método iCom, pasando a la comparación de los resultados entre ambos métodos. Para demostrar la optimización conseguida por el Método iCom en la compensación de masas de obras lineales se detallan los resultados obtenidos mediante la aplicación de este método en movimiento de tierras de un total de 24 obras lineales. Finalmente, la traducción de estos hallazgos se verá plasmada en el objetivo final: la creación de una aplicación informática que desarrolle el Método iCom.