U2 - Excavaciones Voladuras

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EXCAVACIONES, VOLADURAS Y MOVIMIENTOS DE 
TIERRAS 
MAQUINARIA Y EQUIPO DE MOVIMIENTO DE TIERRAS 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
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Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
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ÍNDICE 
ÍNDICE ........................................................................................................................................................................... 2 
1. MEDIOS DE EXCAVACIÓN ...................................................................................................................................... 4 
1.1 Operaciones previas .............................................................................................................................................. 4 
1.2 Maquinaria de excavación ..................................................................................................................................... 7 
2. CARGA Y TRANSPORTE DEL MATERIAL ........................................................................................................... 15 
2.1 El esponjamiento de los materiales y su influencia en el transporte ................................................................... 15 
2.2 Maquinaria de carga ............................................................................................................................................ 16 
2.3 Equipos de transporte ......................................................................................................................................... 20 
3. EXTENDIDO, NIVELACIÓN Y COMPACTACIÓN ................................................................................................. 25 
3.1 Extendido y nivelación ......................................................................................................................................... 25 
3.2 Compactación ...................................................................................................................................................... 28 
4. RENDIMIENTO DE LA MAQUINARIA Y EQUIPOS ............................................................................................... 38 
4.1 Equipos de excavación ........................................................................................................................................ 38 
4.2 Equipos de carga ................................................................................................................................................. 42 
4.3 Equipos de transporte ......................................................................................................................................... 43 
4.4 Traíllas ................................................................................................................................................................. 45 
4.5 Equipos de extendido y compactación ................................................................................................................ 46 
5. EXCAVACIONES BAJO EL NIVEL FREÁTICO .................................................................................................... 49 
5.1 Creación de recintos estancos ............................................................................................................................ 49 
5.2 Rebajamiento del nivel freático ........................................................................................................................... 53 
 
 
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1. MEDIOS DE EXCAVACIÓN 
La excavación es posiblemente la actividad más emblemática del movimiento de tierras y casi 
siempre la que se ejecuta en primer lugar. Desde los primitivos medios de excavación a pico y 
pala, a día de hoy existe una maquinaría variada que permite realizar las tareas de excavación 
con menos esfuerzo y aumentando considerablemente la productividad. Asimismo, unida a la 
excavación se tienen las tareas de despeje y desbroce, las cuales forman parte de las 
operaciones previas de cualquier obra lineal y de edificación, y son un paso previo en una 
explotación de canteras. 
 
1.1 Operaciones previas 
1.1.1. Despeje y desbroce 
El despeje1 2 corresponde a la operación previa de eliminación física de obstáculos que pueden 
interferir con los equipos de movimiento de tierras a emplear, como son las edificaciones 
existentes en el área de actuación y el arbolado. Para reducir el impacto ambiental, los árboles 
afectados pueden trasplantarse a otro emplazamiento. 
El desbroce3 4 consiste en la retirada de la totalidad de la cubierta vegetal (tierra, hierba y 
arbustos), de forma que se elimine todo el terreno hasta llegar una profundidad algo mayor a la 
que alcanzan las raíces. Esta capa de suelo es normal que contenga una gran cantidad de 
materia orgánica por lo que no es de utilidad en la construcción (ni como relleno ni como 
superficie sobre la que situar una infraestructura o edificio). Estos materiales se acopian por 
separado y en espesores reducidos, y en obras lineales pueden ser reutilizados en las 
plantaciones de taludes, intersecciones y enlaces. 
 
1 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen I, McGraw-Hill España (2004). 
2 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
3 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen I, McGraw-Hill España (2004). 
4 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
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La operación de desbroce no debe omitirse salvo casos excepcionales y nunca debe 
reemplazarse por la disposición de un geotextil u operación similar, pues dará lugar a potenciales 
patologías de asientos futuras. 
 
1.1.2. Retirada de servicios 
Antes de proceder a realizar un movimiento de tierras deben retirarse las instalaciones que se 
localizan en el lugar de las obras y cuya destrucción pueda ocasionar un peligro en la propia obra 
o una incomodidad en otros usuarios5. 
Casos típicos de retirada de servicios son las líneas de suministro eléctrico (baja, media y alta 
tensión), gas, agua, saneamiento, comunicaciones, gasoductos y oleoductos. En ocasiones 
también puede ser necesario proceder a la retirada, eliminación o desvío de caminos, líneas de 
ferrocarril, canales o infraestructuras de defensa. Para ello, es recomendable contactar con la 
empresa o administración correspondiente. Asimismo, en caso de existir servidumbres de paso, 
deben estudiarse y analizarse su desvío6. 
La retirada de servicios debe estar contemplada en los plazos de ejecución y siempre debe 
tenerse presente que ocasionar la interrupción de un servicio de forma súbita suele conllevar 
compensaciones económicas a las compañías y usuarios afectados nada despreciables7 
 
1.1.3. Acceso a las obras 
Evidentemente para poder proceder con el movimiento de tierras es necesario poder acceder al 
emplazamiento de la obra. La planificación de los accesos es fundamental, pues influye 
fuertemente en el rendimiento del movimiento de tierras. 
 
5 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
6 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
7 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G.Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
 
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Debe preverse el tráfico de vehículos pesados, lo que en obras lineales puede llevar a la 
necesidad de reforzar el firme de las carreteras y caminos cercanos, así como la creación de 
nuevas intersecciones. Los accesos deben contemplar zonas puntuales de la obra así como 
zonas externas (acopios o vertederos). El movimiento a lo largo de la obra suele realizarse por 
la propia zona ocupada8 
Como accesos dentro y fuera de las obras se suelen emplear caminos cuyo firme está formado 
por capas granulares separadas del terreno natural por un geotextil para preservar la integridad 
de estas capas. Los accesos deben proporcionar una circulación segura de la maquinaria y a 
una buena velocidad (en torno a 40 km/h), por lo que deben llevarse a cabo operaciones de 
mantenimiento y conservación de forma regular9 
 
 
8 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
9 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
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1.2 Maquinaria de excavación 
1.2.1. Tractor buldócer 
El tractor buldócer (bulldozer en inglés, también llamados topadoras) es una máquina de gran 
potencia dotada de una hoja frontal levemente cóncava, unida rígidamente a él, que forma un 
ángulo de 90º con el eje del tractor, con cuchillas de ataque en su parte inferior y unos pequeños 
labios laterales, y que únicamente tiene un pequeño movimiento vertical. 
Los buldóceres empleados en movimientos de tierras de obra civil van sobre orugas y en la parte 
posterior están provistos de un escarificador hidráulico o ripper (Figura 1) que puede ser de 
simple, doble o triple diente. Cuanto mayor es el número de dientes mayor es el rendimiento del 
escarificado, pero la potencia y el peso movilizado por diente es menor. Por ello, normalmente 
cuentan con un solo diente articulado (con lo que toda la potencia de la máquina se aplica en un 
único punto). 
 
 
Figura 1: Tractores buldócer: (a) Buldócer mediano; (b) Buldócer grande; nótese el escarificador hidráulico o ripper 
en la parte posterior (Caterpillar Tractor Co.) 
 
(a) (b)
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Si bien existen tractores sobre neumáticos, las ventajas de las orugas son claras: 
§ Se transmite poca presión al terreno, lo cual es muy ventajoso en terrenos blandos. 
§ Se desarrollan grandes esfuerzos de tracción al existir una buena adherencia de la 
máquina con el terreno, lo cual es muy ventajoso en terrenos accidentados. 
§ Se tiene una buena capacidad de maniobra que permite trabajar en espacios pequeños 
y difíciles. 
§ A diferencia de los neumáticos, las orugas no sufren un desgate excesivo en rocas. 
Los buldóceres pueden avanzar de tres formas: con la hoja y el escarificador levantados, para 
desplazarse; con la hoja hincada algunos centímetros en el terreno, para excavarlo; y con 
escarificador hincado, para excavar el terreno mediante escarificado. 
Los tractores sobre orugas excavan con poco rendimiento y aunque puede mover materiales 
sueltos, excavando en potencias de banco decimétricas, la distancia óptima de trabajo 
(transporte) es de unas decenas de metros (normalmente 20 a 60 m) y como máximo 100 m. 
Asimismo son relativamente lentos, siendo sus velocidades máximas en torno a los 10 km/h, y 
no deben emplearse en trabajos de precisión, ya que no está diseñados para ello. Sin embargo, 
son máquinas muy potentes y versátiles, que pueden realizar las labores de excavación y acarreo 
sin necesidad de equipos auxiliares. Además cuentan con la capacidad “especial” de escarificar 
el terreno. El tamaño de los buldóceres es muy diverso y depende del rendimiento que se desee 
alcanzar y de la potencia necesaria para el escarificado del terreno. Los modelos habituales 
tienen potencias de entre 200 y 550 kW, y pesos de entre 15 y 50 t. 
El diente o ripper empleado para la escarificación tiene un movimiento compuesto, de forma que 
simultáneamente se tiene un movimiento principal de traslación, que desgarra la roca, y otro 
secundario de hinca o empuje hacia el terreno, para penetrar en éste. Para proceder a la 
escarificación de un terreno primero el buldócer se sitúa en posición con el diente levantado, tras 
lo cual lo baja hasta clavarse en el terreno y comienza a avanzar lentamente (1-2 km/h); 
finalmente, se levanta el diente y se retrocede marcha atrás para comenzar el nuevo ciclo. Es 
recomendable que el escarificado se realice a favor de la pendiente del terreno, en el sentido del 
buzamiento de la estratificación y perpendicularmente a las fracturas existentes. Asimismo, no 
es conveniente eliminar todo el material arrancado, sino que debe dejarse un espesor de unos 
10 cm para regularizar la superficie de apoyo y mejorar la tracción y el empuje del tractor. 
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Además de en el escarificado, los buldóceres se usan en las operaciones de despeje y desbroce 
(en bosques y selvas pueden abrir caminos destoconado árboles) así como para empujar 
mototraíllas en su fase de excavación. También son de utilidad para la extensión de materiales 
y tierras en zonas irregulares (donde es difícil el empleo de otras máquinas como las 
motoniveladoras), como quitanieves o para apilar material. 
Es interesante mencionar que existen otras variantes de estas máquinas, como los angledozers 
en los que la hoja frontal está separada de la máquina permitiendo que ésta puede ser girada en 
su plano horizontal, pero ello reduce considerablemente su adecuación en trabajos que requieran 
potencia. 
 
1.2.2. Retroexcavadoras 
Las retroexcavadoras, o “retros” en su denominación familiar, son máquinas compuestas de un 
bastidor montado sobre orugas (lo habitual) o neumáticos y una superestructura giratoria que 
tiene incorporada un brazo con cuchara accionado de forma hidráulica (lo usual en edificación y 
obra civil) o por cables (Figura 2). Así, una retro excava, carga, eleva, gira y descarga el material 
en un ciclo de trabajo. Las retros trabajan fijas y puede atacar suelos con potencias de banco 
métricas. La gama de tamaños existente es muy amplia, desde miniexcavadoras de baja potencia 
(de incluso 10 kW y 1 t) pero capaces de operar en espacios muy reducidos, hasta 
retroexcavadoras muy grandes, de más 350 kW y 80 t, usadas para excavar y mover grandes 
cantidades de material. 
 
 
Figura 2: Retroexcavadoras: (a) Miniexcavadora; (b) Retroexcavadoras mediana (Caterpillar Tractor Co.) 
(a) (b)
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En general, las retros se clasifican dependiendo de su tipo y capacidad de cazo (que oscila entre 
1 a 8 m³), su medio de rodadura (neumáticos u orugas) y su brazo y articulaciones. Los cazos 
de las retros suelen ser intercambiables (existe la posibilidad de combinar un rango de 
capacidades de cazos para un mismo modelo de máquina) y llevan el labio inferior cortante con 
dientes que pueden ser cambiados una vez han sufrido desgaste. La excavación en una retro se 
produce por empuje y giro del cazo. 
Cuanto mayor sea la longitud del brazo menor será la fuerza de empuje, y cuanto mayor sea el 
radio del cazo, menor la fuerza de giro (por tanto, brazos cortos y cazos pequeños son adecuados 
para excavacionesmás exigentes). 
Las retros sobre orugas ofrecen una mayor estabilidad al situarse el centro de gravedad de la 
máquina a menor altura y contar con mayor superficie de contacto con el terreno, tienen cierta 
capacidad para “escalar” y pueden operar en terrenos blandos. Por su parte, las retros sobre 
neumáticos ofrecen mayor movilidad y velocidad de desplazamiento, y no dañan pavimentos. No 
obstante, es necesario que cuente adicionalmente con un sistema auxiliar de estabilizadores que 
permita “anclar” al suelo la máquina previamente a comenzar la excavación (los neumáticos no 
ofrecen la reacción horizontal necesaria para poder excavar). Así, las retros sobre neumáticos 
suelen usarse en edificación y en ampliaciones de carreteras donde el terreno es poco 
accidentado y/o donde la rodadura no se da sobre suelos. 
Las retros son las máquinas más empleadas en los movimientos de tierras de obra civil y 
edificación, y son muy versátiles. Su uso es muy amplio y abarca desde vaciado de sótanos o 
excavación en trincheras, hasta el acabado y refino de taludes, pasando por el manejo y 
movimiento de maquinaria auxiliar y materiales (como perforadoras pequeñas, armaduras o 
tablestacas). En obra civil se usan normalmente retros sobre orugas con brazo de triple 
articulación que tienen la capacidad de excavar muy por debajo de su plano de circulación y 
poder trabajar con gálibos muy reducidos (su rendimiento aumenta con gálibos razonables). 
 
1.2.3. Traíllas y mototraíllas 
Las traíllas son máquinas diseñas para el movimiento de tierras integral y realizan por sí mismas 
las funciones de excavación, carga, transporte y vertido del material, de forma que se pueden 
alcanzar grandes rendimientos al sustituir el uso de varios equipos. 
 
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Fundamentalmente están constituidas por una “caja” abierta en su parte superior en donde se 
almacena el material y en cuya parte inferior se tienen unas cuchillas para acometer 
excavaciones superficiales. Originalmente remolcadas con un tractor de neumáticos, más tarde 
surgieron las mototraíllas (aunque se siguen refiriendo como traíllas), es decir traíllas 
autopropulsadas sobre neumáticos, con una velocidad que oscila entre 30 y 60 km/h (Figura 
3a). Las traíllas no autopropulsadas siguen usándose en el mundo agrícola (a veces en la 
construcción), y se las conoce como “traíllas agrícolas”. 
 
 
 
Figura 3: Mototraíllas: (a) Mototraílla de taza abierta; (b) Mototraílla autocargadora (Caterpillar Tractor Co.) 
 
Si bien las traíllas tienen la capacidad de realizar todas las operaciones del movimiento de tierras 
de manera consecutiva, presentan más limitaciones que las retros y buldóceres en lo que a la 
excavación respecta, así como en comparación con las demás máquinas que realizan 
individualmente cada una de las operaciones. 
Así, la resistencia a la carga en una traílla depende de la resistencia a corte del suelo y de la del 
propio material cargado. Esto ocasiona que, cuando se ha llenado la mitad de la caja, la 
resistencia que ofrece el material cargado es tal que no puede llenarse el resto de la traílla a 
menos que se emplee un empujador, que normalmente es un buldócer (de orugas) que ejerce 
un esfuerzo adicional. 
También existe la opción de emplear mototraíllas con dos motores y tracción a las cuatro ruedas, 
lo que elimina en general la necesidad de un empujador. De hecho, estas traíllas a veces se 
acoplan en tándem, de forma que una ayuda en la excavación de la otra (lo que da lugar a las 
denominadas “mototraíllas de empuje y arrastre”). 
(a) (b)
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Otra opción es emplear una mototraílla autocargardora (Figura 3b) que lleva instalado un 
elevador de paletas en la traílla, de forma que la carga se realiza mediante dicho complemento 
que ignora la resistencia del material ya cargado y además permite desmenuzar el material a 
medida que se carga, lo que reduce su índice de huecos y aumenta la compacidad, y por tanto 
la capacidad de carga. 
El campo de aplicación de las traíllas es relativamente reducido y se limita a la excavación de 
capas superficiales de materiales fácilmente excavables (suelos), pequeñas alturas de obras de 
desmonte y relleno (2 a 6 m) y distancias de transporte medias (200 - 600 m). 
Son asimismo sensibles a las condiciones meteorológicas, necesitan buenos caminos y 
conductores experimentados. Además, consumen mucho combustible y tienen tendencia a 
averiarse. 
Sin embargo, cuando pueden ser empleadas, las traíllas son la mejor opción dado que eliminan 
la necesidad de emplear otra maquinaria, consiguen una alta producción y apenas requieren 
involucrar mano de obra adicional. Así, son muy indicadas para el movimiento de tierras de 
grandes volúmenes en zonas más o menos localizadas y de poco relieve, como puede ser la 
construcción de urbanizaciones, aeropuertos o presas de materiales sueltos. 
 
1.2.4. Martillo rompedor montado sobre retroexcavadora 
El cazo de las retroexcavadoras permite arrancar terrenos granulares o de poca resistencia, no 
siendo eficaz para excavar rocas. Sin embargo, el cazo puede sustituirse por un martillo 
rompedor que permite quebrar la roca y materiales de gran dureza, reduciéndolos a pequeños 
fragmentos. Estos martillos rompedores (Figura 4) se conocen en la jerga de obra como “pica-
pica”. 
El martillo rompedor se emplea en macizos rocosos que están en el límite de la escarificación, 
siendo su uso adecuado cuando éstos presentan una fracturación media o alta y/o están 
fuertemente plegados. Suelen oscilar entre 200 y 500 kg de peso, con un número de percusiones 
por minuto de entre 200 y 1000. Tienen la ventaja de su accesibilidad (suelen adquirirse con la 
propia retro) y de no requerir maquinaria adicional (ninguna máquina está parada cuando no se 
usa el martillo). 
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Figura 4: Martillo rompedor montado sobre retroexcavadora: (a) Bastidor de neumáticos; (b) Bastidor de orugas 
(Caterpillar Tractor Co.) 
 
No obstante, la producción del martillo rompedor es baja. Así, su uso está normalmente 
restringido a: 
§ Excavación de pequeños volúmenes de roca. 
§ Saneo y corrección de taludes. 
§ Saneo y desescombro en túneles. 
§ Demoliciones. 
§ Eliminación de repiés. 
§ Fragmentación secundaria (taqueo de bloques). 
 
1.2.5. Otra maquinaria de excavación 
Además de la maquinaria de excavación vista existen otros tipos destinadas a labores más 
concretas entre las que cabe citar a las excavadoras de empuje frontal (Figura 5a) y las 
dragalinas (Figura 5b). Las primeras son similares a las retros, pero en estas excavadoras el 
cazo está colocado con los dientes orientados hacia el exterior de la máquina (en las retros lo 
están hacia la propia máquina). Estas excavadoras son típicas de labores mineras y se utilizan 
en la excavación de bancos de altura y en los frentes de canteras tras realizar voladuras. 
(a) (b)
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 Por su parte, las dragalinas son excavadoras de cables de grandes dimensiones que se 
construye en el mismo lugar donde se va a ser empleadas. Son de uso común en minería y rara 
vez se ven en ingeniería civil excepto en la construcción de puertos, donde su capacidad para 
trabajar en lugares inundados y mover grandes cantidades de material las hacen muy útiles. 
 
Figura 5: Otra maquinaria de excavación: (a) Excavadora frontal; (b) Dragalina (Caterpillar Tractor Co.) 
Similar a estas últimas, aunque de menor tamaño, son las cucharas bivalvas, excavadoras de 
cables denominadas también excavadoras dealmeja o de cuchara prensora, de uso común en 
la ejecución de zanjas y muros pantalla. La cuchara está formada por dos mordazas que se abren 
y cierran girando alrededor de un eje horizontal. Estas máquinas pueden excavar e izar el 
material verticalmente y son adecuadas en terrenos blandos, de forma que el propio peso de la 
cuchara facilita la excavación al ser dejada caer abierta, hincándose sus dientes. 
Finalmente, también podríamos mencionar a las dragas, embarcaciones utilizadas para excavar 
material bajo agua y elevarlo a la superficie. Se emplean en canales, puertos o embalses, así 
como en la creación de islas artificiales y zonas ganadas al mar. 
1.2.6. Medición y abono 
Las excavaciones suelen abonarse por m3 medido sobre el perfil teórico, no abonándose 
sobreexcavaciones consecuencia de una ejecución defectuosa. El precio puede ser único o 
depender del material a excavar (por ejemplo, suelo, tránsito o roca, o realizar un desglose 
mucho más profundo, lo cual no es habitual)10 . 
 
10 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
 
(a) (b)
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2. CARGA Y TRANSPORTE DEL MATERIAL 
Una vez el material excavado, éste es acopiado y apilado para su posterior carga y transporte. 
La maquinaría más habitual implicada en estas operaciones son las palas cargadoras y las 
retroexcavadoras para las labores de carga, y los camiones basculantes, bañeras y dumpers 
extravíales para el transporte, estando la elección del equipo de transporte normalmente 
condicionada por la distancia a la que debe transportarse el material. Además, en la carga y 
transporte del material debe tenerse en cuenta el esponjamiento de éste, pues el volumen que 
ocupan los materiales antes y después de ser excavados nunca es idéntico. 
 
2.1 El esponjamiento de los materiales y su influencia en el transporte 
2.1.1. Factor de esponjamiento 
Al excavar un material se produce la reordenación de las partículas que lo integran, de forma 
que, a menos que esté saturado, su índice de huecos aumenta al aumentar el volumen de los 
huecos ocupados por aire. 
Así, su volumen aparente (es decir, el volumen que ocupa el material) se incrementa pero no 
ocurre lo mismo con la masa, la cual permanece constante. Lo anterior se traduce en una 
disminución de la densidad aparente del material. 
A este aumento de volumen y reducción de la densidad se le denomina “esponjamiento” y es 
común a cualquier terreno, suelo o roca (una vez excavados, el apilamiento de bloques de roca 
ocupará más espacio que el que ocupaba en el macizo). 
Para medir el esponjamiento de un material se emplea el “factor de esponjamiento” (swell factor) 
𝐹!, el cual se define (en tanto por 1) como: 
𝐹! =
𝑉"
𝑉#
 
Donde 𝑉" es el volumen que ocupa el material en banco (antes de ser excavado) y 𝑉# es el 
volumen que ocupa el material tras ser excavado. Por propia definición, 𝐹! < 1. 
El volumen 𝑉# es el que se requiere tener en cuenta para evaluar las necesidades de transporte. 
Por tanto, dado un material a excavar, deberemos dividir el volumen excavado por el factor de 
esponjamiento para obtener lo que ocupará el material en el transporte. 
Si se asume que en la excavación la humedad del material permanece constante (lo cual puede 
considerarse bastante cierto), el factor de esponjamiento puede expresarse como: 
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𝐹!(𝑊 = 𝑐𝑡𝑒) =
𝜌#
𝜌"
 
Siendo 𝜌" la densidad (aparente) correspondiente al estado 𝑉" y 𝜌# la densidad (aparente) 
correspondiente al estado 𝑉#. 
Es importante señalar que en ocasiones el factor de esponjamiento expresado como relación de 
densidades se define a la inversa (es decir 𝜌"/𝜌#) lo que da como resultado 𝐹! > 1 y por tanto el 
volumen a transportar se obtendrá multiplicando por dicho factor el volumen a excavar. 
 
2.1.2. Medición y abono 
La unidad de transporte de tierras se mide y abona por m3 de tierras “realmente transportados”, 
es decir, considerando el esponjamiento de las tierras. 
Para controlar la cantidad de material que se transporta se deben emplear tres mediciones 
simultáneas y compararlas: 
§ Cubicación teórica en base a la topografía disponible (volumen excavado en obra y/o 
rellenado). 
§ Conteo de camiones que salen y entran con una evaluación de porcentaje de llenado. 
§ Cubicación de la caja de los camiones. 
Adicionalmente, hay que tener en cuenta que en el transporte de tierras siempre se producen 
pérdidas de material que pueden evaluarse entre el 1% y 3%. Esta pérdida debe considerarse 
tanto en los costes como en la planificación del transporte de material a vertedero o desde 
préstamos, así como en la compensación de tierras. 
 
2.2 Maquinaria de carga 
2.2.1. Palas cargadoras 
Las palas cargadoras son máquinas consistentes en un tractor montado sobre orugas o 
neumáticos equipado con una cuchara frontal accionada mediante un sistema de brazos 
hidráulicos articulados sujetos al bastidor (Figura 6). Las palas cargadoras presentan diversos 
tamaños, desde minicargadores con cucharas de 0,25 m3 hasta cucharones de 10 m3. 
 
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La función principal de las cargadoras es la recogida y acarreo del material a granel, acopiado 
por una retroexcavadora o generado por una voladura, hasta el lugar elegido para el 
almacenamiento del material, una tolva o un medio de transporte (por ejemplo un volquete). 
Asimismo, gracias la fuerza generada por sus cilindros hidráulicos, las cargadoras pueden usarse 
para excavaciones menores en suelos blandos, tarea para la que son muy adecuadas, 
presentando un muy buen rendimiento consecuencia de su agilidad y capacidad de izar el 
material. 
 
 
Figura 6: Palas cargadoras: (a) Pala sobre orugas; (b) Pala sobre neumáticos (Caterpillar Tractor Co.) 
 
Las cargadoras sobre neumáticos son las más habituales y constan de un bastidor articulado; 
los neumáticos deben protegerse con cadenas si se utilizan para cargar la fragmentación 
procedente de una voladura. Por su parte, las cargadoras sobre orugas se utilizan en trabajos 
especiales y terrenos plásticos y húmedos, siendo máquinas resistentes que pueden además 
apoyar en trabajos de excavación (tienen más fuerza de arranque) y nivelación, realizando su 
labor en pendientes, terreno irregular y espacios reducidos. 
De forma habitual, las cargadoras trabajan conjuntamente con los camiones siguiendo un 
procedimiento de carga con un esquema en “V”: la cargadora se posiciona atacando el material 
de forma perpendicular, sin que la articulación (cargadoras sobre neumáticos) forme ángulo 
alguno y el camión en que va a depositarse la carga se coloca a su izquierda (de forma que 
ambos conductores pueden verse) formando unos 30º respecto a la pila de material; la cargadora 
entonces carga el material, lo iza y dar marcha atrás girando levemente; tras esto, encara el 
camión y descarga el material en él perpendicularmente, comenzando de nuevo el ciclo. 
(a) (b)
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© Structuralia 18 
 
Las palas cargadoras son de uso común en minería a cielo abierto, canteras, plantas 
clasificadoras, machacadoras de áridos, plantas de hormigón o de aglomerado asfáltico. Sus 
cucharas manejan bien los grandes bloques de escollera y pueden combinarse con los 
buldóceres, cargado el material arrancado por éstos. No obstante, en obra civil están en desuso, 
ya que el trabajo que desempeñan puede ser llevado a cabo casi totalmente por retros, que 
tienen ciclos de trabajo menores(no se desplazan, simplemente giran), mayor fuerza de arranque 
y menor radio de giro. 
 
2.2.2. Retroexcavadoras cargadoras 
Retroexcavadoras cargadoras son máquinas autopropulsadas sobre neumáticos con un bastidor 
que integra un equipo de carga frontal y un equipo trasero de retroexcavación, pudiendo ser 
usados alternativamente (Figura 7). Dado que van sobre neumáticos, requieren normalmente de 
estabilizadores para realizar las labores de retroexcavación. 
 
 
Figura 7: Retroexcavadoras cargadoras: (a) Retroexcavadora cargadora de pivote central; (b) Retroexcavadora 
cargadora de desplazamiento lateral (Caterpillar Tractor Co.) 
 
Las retroexcavadoras cargadoras son máquinas muy versátiles y rentables (puede trabajar un 
gran número de horas en obra) y pueden ser usada para excavaciones pequeñas, apertura de 
zanjas, relleno y manipulación de materiales. Además, el cazo de la retro puede sustituirse por 
un martillo rompedor con el cual es posible atacar rocas, hormigón y pavimentos asfálticos. 
(a) (b)
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
 19 © Structuralia 
 
Combinan las ventajas de palas cargadoras y retroexcavadoras, y aunque son menos potentes 
que sus homólogas individuales, pueden trabajar en zonas donde el uso de equipos más grandes 
no es práctico. 
Las retroexcavadoras cargadoras son especialmente útiles en la construcción de zanjas para la 
colocación de servicios, ya que la propia máquina puede abrir la zanja con la retro, empleando 
si es necesario el martillo rompedor para demoler el firme, y rellenar después la zanja con la 
cuchara frontal. Asimismo, la propia máquina puede emplearse como grúa para izar y colocar 
materiales en la zanja, por ejemplo tuberías o armaduras. 
 
2.2.3. Retroexcavadoras 
Si bien las palas cargadoras sobre ruedas pueden desarrollar velocidades elevadas, requiere de 
la existencia de una superficie de rodadura razonablemente granular o al menos seca en suelos 
cohesivos. De formarse barro no funcionan, ya que patinan y no pueden desarrollar empujes. 
En contrapartida, las retroexcavadoras sobre orugas funcionan bien en tales ambientes y aunque 
su cazo es menor al de la cuchara de las palas, su capacidad para trabajar en cotas inferiores a 
su localización las hace muy útiles para mover materiales que se encuentren por debajo del nivel 
freático sin necesidad de entrar en el plano inundado. Las retros pueden asimismo apoyar parte 
de su peso en el cazo disminuyendo así la carga en la rodadura y agilizando las maniobras. Las 
retros pueden además realizar las labores de carga sin necesidad de desplazarse, lo que 
aumenta notablemente el rendimiento. 
Por todas estas razones las cargadoras de ruedas han pasado a estar en desuso en obra civil y 
han sido sustituidas por las retro, salvo en situaciones de buena rodadura y/o cuando existen 
garantías de buen tiempo (climas muy poco lluviosos o estaciones claramente secas). 
El rendimiento de la carga con retros puede, no obstante, verse afectado por la abundancia de 
partículas grandes, del mismo orden de magnitud del cazo, o cuando el terreno a mover tiene 
una cohesión elevada, lo que hace que sea necesario el uso de máquinas de más potencia (si el 
terreno presenta cierta cohesión, también puede afectar a la excavación ya que el suelo se 
adhiere a la superficie del cazo y reduce el rendimiento; para evitarlo pueden emplearse cazos 
que minimicen la superficie específica). 
 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
© Structuralia 20 
 
2.3 Equipos de transporte 
2.3.1. Camión basculante o volquete 
Los camiones basculantes o volquetes (en la jerga del sector “centauros”) son camiones 
adaptados para cargar materiales a granel. Poseen una caja abierta para la carga y transporte 
del material, y la descarga se realiza por basculación de dicha caja o volcado (Figura 8a). Los 
volquetes son la maquinaria más utilizada en cualquier tipo de obra civil y cumplen netamente 
una función de transporte dentro y fuera de la obra. 
Los volquetes están diseñados para que transiten por carreteras, tienen unas dimensiones que 
respetan el gálibo de éstas (ancho de 2,50 m y altura de 4,0 m) y las cargas máximas por eje 
están limitadas a 13 t para un eje simple o 24 t para eje doble. 
 Normalmente poseen entre tres y cinco ejes, uno simple delantero direccional, y el resto simples 
o dobles, siendo normalmente el eje intermedio el eje motriz. Las capacidades de la caja suelen 
oscilar entre 10 y 50 m3, aunque existen volquetes más pequeños, de unos 7 m3, que poseen 
solo dos ejes y son usados habitualmente dentro de la obra para transportar cualquier tipo de 
material. Asimismo, algunas cajas poseen una visera en la parte delantera para la protección de 
la cabina durante las operaciones de carga. 
Los volquetes son vehículos rápidos que pueden transportan una gran cantidad de material en 
poco tiempo usando las carreteras generales. Sin embargo, su adaptación a las carreteras hace 
que su capacidad para enfrentarse al “terreno hostil” de la obra se vea mermado: así sus ruedas 
pequeñas y bastidor de una sola pieza hace que no puedan transitar por terrenos blandos ni 
rocosos, su velocidad es muy baja en pistas en mal estado y tienden a sufrir mucho desgaste 
general (lo que aumenta sus costes de reparación y mantenimiento). Además, sus radios de giro 
son mayores que los de otros camiones adaptados a trabajos en obra y canteras. 
Así, el uso de los volquetes incluye el transporte de material hacia vertederos, desde préstamos, 
de desmontes a rellenos, desde las canteras hacia plantas de procesamiento (por ejemplo de 
aglomerado asfáltico) y desde éstas hacia los diferentes tajos. 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
 21 © Structuralia 
 
 
Figura 8: Camiones para el movimiento de tierras: (a) Camión basculante o volquete (Volvo Trucks); (b) 
Semirremolque basculante o bañera (Fruehauf) 
 
2.3.2. Semirremolque basculante o bañera 
Los semirremolques basculantes se conocen como “bañeras” por las dimensiones de su caja, 
muy alargada y de gran capacidad (Figura 8b). De forma similar a los volquetes, las bañeras 
pueden transitar por carretera, pero a diferencia de éstos, pueden transportar de 30 a 70 m3, 
siendo especialmente útiles para el transporte de áridos y aglomerado asfáltico por carretera. 
Dentro de las obras se utilizan para acarrear material, igual que si de un volquete se tratara, pero 
con mayor capacidad de carga. 
Las bañeras requieren de una cabeza tractora de eje trasero doble o sencillo. La unión con la 
cabeza tractora es pivotante lo cual permite cierto grado de articulación. El semirremolque consta 
a su vez de dos o tres ejes traseros, por lo que el vehículo completo puede llegar a tener cuatro 
o cinco ejes. 
Así, las bañeras presentan el inconveniente de ser lentas en bascular y maniobrar, y sólo pueden 
transitar en firmes de carreteras, no siendo adecuadas para rodadura sobre caminos de tierra, 
ya que la tracción sólo está en la cabeza tractora. Además tienen tendencia a patinar y problemas 
de inestabilidad causados por los peraltes, y no son adecuadas para el transporte de material 
rocoso. 
 
(a) (b)
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
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2.3.3. Dúmper rígido y articulado 
El dúmper rígido es un vehículo de caja basculante muy reforzada con una tara mayor o igual a 
la carga útil del vehículo. Son máquinas grandes, y fácilmente reconocibles por tener el fondo de 
su caja en forma de ‘’V’’ lo cual sirve para bajar el centro de gravedad y evitar el vuelco del 
vehículo (Figura 9a). 
 
 
Figura 9: Dumpers: (a) Dumper rígido; (b) Dumper articulado (Caterpillar Tractor Co.) 
 
En esencia los dúmpers son volquetesmuy grandes, que no pueden circular por carretera, pero 
con una elevada capacidad de transporte, pudiendo acarrear hasta de 75 t en obras públicas y 
hasta 250 t en minería. Tienen dos ejes, el delantero de dirección y el trasero de tracción con 
dos ruedas gemelas. Siempre disponen de neumáticos todo terreno, de gran anchura y diámetro, 
con un dibujo profundo. Su peso es de entre 3 y 4 veces el peso de un volquete estándar. 
Por su parte, el dumpers articulado (conocido como “lagarto” en el sector) es una variante del 
dumper rígido (Figura 9b). Constan de dos o tres ejes y una articulación central (su eje delantero 
no es direccional). Su capacidad de carga se encuentra en torno a las 40 t. Su configuración 
hace que sean más adecuados que su contrapartida rígida en terrenos blandos de baja 
capacidad portante, en climas lluviosos que generan barro y terrenos accidentados con 
pendientes difíciles. 
El cualquier caso, ambos tipos de dumper son vehículo diseñados para obras y canteras por lo 
que pueden sortear obstáculos mucho mejor que los volquetes. Poseen gran potencia, pudiendo 
alcanzar los 60 km/h y su dirección es hidráulica, lo que les permite maniobrar fácilmente con 
radios de giro mínimos. Además, todos los elementos que componen el vehículo tienen una gran 
robustez. 
(a) (b)
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
 23 © Structuralia 
 
Sin lugar a dudas los dumpers consiguen una productividad máxima a un bajo costo por tonelada 
y m3 en distancias cortas, pero están limitados a su uso en la propia obra o cantera y pierden 
efectividad cuanto mayor es la distancia de transporte. 
 
2.3.4. Autovolquetes 
Los autovolquetes (Figura 10) son vehículos pequeños que poseen una tolva o caja basculante 
en su parte delantera, de forma que realizan la descarga hacia delante o lateralmente mediante 
gravedad o por accionamiento hidráulico. Poseen tracción delantera o de doble eje, siendo el eje 
trasero direccional. La capacidad de los autovolquetes oscila de los 0,5 a 1,5 m3 y se utilizan 
para el transporte de pequeñas cantidades de tierras o para acarrear materiales ligeros dentro 
de la propia obra. 
 
Figura 10: Autovolquetes (Kiloutou) 
 
2.3.5. Criterios de selección de los equipos de transporte 
La Figura 11 resume los criterios de selección para el equipo de transporte, los cuales se deben 
basar en: 
§ El tipo de material a transportar respecto a los tamaños máximos y capacidad de 
punzonamiento. 
§ La superficie de rodadura del recorrido (pistas en buen o mal estado, caminos de 
tierras, carreteras…). 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
© Structuralia 24 
 
§ El estado del terreno con respecto a la traficabilidad (pendientes, posibilidad real de 
paso, velocidad de recorrido…). 
§ La climatología esperable durante la ejecución de las obras y su afección a la 
traficabilidad. 
§ La distancia entre los puntos de carga y descarga. 
 
 Volquete 
B
añera 
D
um
per 
rígido 
D
um
per 
articulad
o 
Material a transportar suelo P P P P 
Material a transportar roca ? O P P 
Circulación por carretera P P O O 
Circulación extraviaría por obra P = P P 
Terreno de buena capacidad portante y 
pendientes suaves 
P P P ? 
Terreno de baja capacidad portante y 
pendientes difíciles 
P O = P 
Clima seco P P P ? 
Clima lluvioso P O = P 
Distancia transporte corta (< 500 m) = = P P 
Distancia transporte media (500 - 2000 m) ? ? P P 
Distancia transporte larga (> 2000 m) P P ? ? 
Leyenda: P Recomendable; ? Posible; = No recomendable; O No apropiado 
Figura 11: Criterios para la selección del equipo de transporte 
 
Asimismo, la elección del equipo de transporte debe contemplar la producción necesaria y el 
equipo que realiza la carga. Así, las máquinas de carga grandes suelen disponerse con dumpers 
de gran capacidad, no siendo adecuado acoplarlas con volquetes o bañeras. 
También es importante considerar la disponibilidad de los equipos así como la logística de 
suministro de repuestos y consumibles. En general, los volquetes son sencillos de encontrar y 
una muy buena solución si las máquinas de carga son convencionales y el transporte debe ser 
flexible (es decir, a veces por caminos de obra y a veces por carretera). Por su parte, los dumpers 
extravíales pueden subcontratarse pero en determinadas partes del mundo su disponibilidad 
puede ser reducida. 
 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
 25 © Structuralia 
 
3. EXTENDIDO, NIVELACIÓN Y COMPACTACIÓN 
El extendido en capas de las tierras y su nivelación facilita la creación de superficies regulares y 
uniformes sobre las que es más fácil construir posteriormente una infraestructura. Asimismo, la 
compactación de los materiales vertidos garantiza la estabilidad volumétrica de los rellenos, 
reduce la aparición de asientos irregulares evitando las patologías asociadas y aumenta la 
capacidad portante del material como cimiento. 
 
3.1 Extendido y nivelación 
3.1.1. Operación de extendido y nivelación 
Cuando se construye un relleno, las tierras no se vierten súbita y descontroladamente, sino que 
deben extenderse en pequeñas capas de espesor uniforme, denominadas tongadas, para poder 
ser compactadas posteriormente. El espesor de las tongadas depende del tipo de suelo, 
humedad, maquinaria de compactación a emplear y grado de compactación a alcanzar11. Así, 
cuanto mayor es la plasticidad o humedad del suelo, menor es el espesor de la tongada. 
Espesores habituales de tongada se encuentran entre 0,15 y 0,80 m en terraplenes y hasta 1,50 
m en pedraplenes. El material extendido debe asimismo nivelarse, de forma que se consiga que 
el espesor de la tongada sea uniforme. 
El extendido se puede llevar a cabo mediante tractores buldócer, traíllas o incluso compactadores 
que lleven equipado una hoja de empuje. Sin embargo, existe una máquina especialmente 
diseñada para ello, y que además es capaz de realizar nivelaciones y perfilados con gran 
precisión: la motoniveladora. 
Hay que tener presente que en los proyectos se especifica el espesor que deben tener las 
diferentes capas de un relleno una vez ha sido construido, es decir, tras ser compactado. Por 
tanto, en el extendido de material debe tenerse presente la reducción que sufrirá la tongada al 
ser compactada, de forma que debe extenderse un espesor superior. 
 
 
11 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
© Structuralia 26 
 
3.1.2. Motoniveladoras 
La motoniveladora es una máquina destinada al extendido y nivelación de tongadas de material. 
Son máquinas sencillas que constan de una hoja central denominada “vertedera” sujeta a una 
barra de tiro unida a un bastidor sobre neumáticos (Figura 12). Esta hoja es la encargada de 
mover, cortar y levantar el material, extendiéndolo, nivelándolo y dándole el perfil deseado. 
 La vertedera va sujeta a una corona, de forma que la combinación de movimientos 
proporcionados por la barra de tiro y la corona permite que la hoja pueda ascender, descender, 
girar y balancearse para conseguir el efecto deseado en la capa que se está nivelando. 
 
 
Figura 12: Motoniveladoras: (a) Equipo estándar con ripper trasero; (b) Equipo con hoja de empuje frontal y ripper 
trasero (Caterpillar Tractor Co.) 
 
Todas las motoniveladoras comparten el mismo sistema de tracción, siendo igualmente idéntico 
su funcionamiento, diferenciándose unas de otras únicamente por su tamaño, potencia y 
rendimiento. Su bastidor está articulado en las uniones con la barra de tiro y tienen tres ejes, uno 
direccional situado en la parte delantera, y dos motrices en laparte trasera de la máquina 
montados sobre un balancín que absorbe las irregularidades del terreno y asegura una buena 
tracción, y sobre los que se sitúa la cabina y el motor. Cuanto mayor es la distancia entre los ejes 
delantero y trasero, la máquina resuelve mejor los posibles pequeños desniveles del terreno que 
puedan existir, pero a costa de perder agilidad de maniobra. La velocidad de operación suele 
oscilar entre 1,8 y 8 km/h. 
 
 
(a) (b)
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
 27 © Structuralia 
 
La hoja vertedera puede girar 360º en su plano horizontal, de forma que cuanto menor es el 
ángulo, menor es el ancho de trabajo pero mayor es su rendimiento. Para cortar terrenos duros, 
la hoja se sitúa en torno a 45º, mientras que para cortar terrenos blandos es usual colocarla a 
55º. Para la nivelación y extendido se ubica a 60º. La hoja puede además variar su ángulo de 
ataque, inclinarse y moverse lateralmente dentro de la corona. 
 La corona puede también desplazarse lateralmente, lo que permite que la hoja salga de la barra 
de tiro (Figura 13). 
Las motoniveladoras son máquinas indicadas para conformar y perfilar rellenos y desmontes, y 
son las únicas capaces de nivelar un material con total precisión (la nivelación la logra la 
vertedera cortando el material de los salientes y empujándolo para rellenar los huecos). Si bien 
son capaces de mover pequeñas cantidades de material a cortas distancias, nunca pueden 
sustituir al trabajo de un tractor buldócer debido a la baja resistencia de su estructura y la posición 
de la vertedera. Asimismo, no es recomendable emplearlas para excavar y arrancar el material, 
pues no son máquinas de arranque. 
 
Figura 13: Motoniveladora perfilando un talud (Case Construction) 
Las motoniveladoras pueden adicionalmente estar equipadas con una hoja de empuje frontal en 
la parte delantera para empujar la tongada de material sobrante. Pueden equiparse también con 
un escarificador central, localizado delante de la vertedera y cuya misión es arrancar raíces y 
piedras, y/o con un escarificador trasero, con la misma misión pero abarcando más área. En 
ningún caso pueden escarificar materiales duros. 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
© Structuralia 28 
 
Así pues, los usos principales de las motoniveladoras incluyen el extendido de material 
descargado por equipos de transporte (como volquetes o dumpers) y su posterior nivelación, el 
refinado de explanadas, el perfilado y mantenimiento de taludes (especialmente los de un 
terraplén) y cunetas (de hecho, construyen las cunetas), y el mantenimiento y conservación de 
caminos y vías de tránsito. 
 
3.1.3. Perfilado y refino 
El perfilado y refino de desmontes y rellenos se refiere a conseguir la geometría final prevista en 
proyecto, de forma que sea adecuada con el resto de la obra y/o con el paisaje. Es por tanto una 
operación similar a una nivelación, aunque el objetivo perseguido es diferente, así como el 
momento en que se lleva a cabo, justo al final del movimiento de tierras, tras la ejecución de éste. 
Así, los desmontes se refinan para que queden uniformes, no existan zonas superficiales 
susceptibles de ser inestables y se garantice la visibilidad necesaria. En los rellenos, se perfilan 
las capas de coronación, se redondean las aristas y se recorta el sobreancho habitual dado 
durante su construcción (dicho sobreancho suele ser de 1 m y facilita el extendido y la 
compactación). Estas tareas se realizan con motoniveladoras o retroexcavadoras y su abono 
suele estar contemplado en los propios movimientos de tierras. 
 
3.2 Compactación 
3.2.1. Importancia de la compactación 
Al excavar y mover las tierras, éstas experimentan variaciones en su volumen consecuencia de 
la reordenación de sus partículas. Así, cuando finalmente las tierras se extienden para formar 
parte de un relleno, éstas se encuentran en un estado “suelto”, con un índice de huecos elevado. 
Si sobre el relleno se construye en el futuro cualquier tipo de infraestructura, desde una simple 
calzada peatonal a una estructura, pasado por un vial, y/o si el propio relleno es una 
infraestructura en sí mismo (como en el caso de una presa de materiales sueltos), éste sufrirá 
asientos irregulares y cambios de volumen provocados por su peso propio y las sobrecargas 
estáticas (pesos y cargas) y dinámicas (por ejemplo el tráfico) a que esté sometido, consecuencia 
de una nueva reordenación de las partículas. Este fenómeno puede ocasionar daños de diferente 
cuantía económica y de uso, e incluso puede llevar a que la infraestructura quede fuera de 
servicio. 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
 29 © Structuralia 
 
Para asegura la estabilidad volumétrica de un relleno, de forma que se controlen en lo posible su 
reducción de volumen futura, la técnica más empleada en los movimientos de tierra es la 
compactación artificial del material12. Para ello, se aplica una considerable energía sobre el 
material extendido en tongadas mediante máquinas pesadas denominadas compactadores. 
Además, la compactación aumenta la capacidad portante del material, lo que permite garantizar 
que las tierras extendidas tienen una resistencia suficiente frente a las acciones futuras (que 
incluye cargas, infiltraciones de agua y agentes climáticos como inundaciones o congelaciones). 
La compactación de un material es por tanto una técnica de mejora del material extendido que 
garantiza que las deformaciones del material sean uniformes y admisibles13. Básicamente se 
trata de producir una densificación rápida de éste por reordenación de sus partículas y expulsión 
de aire, sin involucrar una pérdida aparente de humedad. Si bien el relleno experimentará 
deformaciones en el futuro, por ejemplo a causa de la fluencia del material, si ha sido 
correctamente compactado estas deformaciones serán pequeñas y uniformes. 
Cabe señalar que para una correcta compactación es vital que previamente el material extendido 
tenga una buena nivelación de forma que no existan zonas deprimidas u oquedades que no sean 
pisadas por los equipos de compactación y que por tanto pueden dar lugar a zonas con deficiente 
grado de compactación. 
 
3.2.2. Compactadores de rodillos lisos 
Los compactadores de rodillos lisos estáticos compactan el terreno por presión estática (peso) y 
constan de un bastidor que se monta sobre dos o tres rodillos lisos, teniendo la máquina en total 
entre 6 y 15 t de peso. La carga por eje, la anchura de los rodillos y la velocidad de 
desplazamiento son los factores que definen la energía de compactación. 
 
 
 
12 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
13 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
© Structuralia 30 
 
Esta energía es relativamente reducida, estando el espesor máximo de tongada que pueden 
compactar adecuadamente en torno a 20 cm. A día de hoy están prácticamente en desuso 
habiendo sido superados ya desde hace décadas por los tambores vibratorios, aunque pueden 
todavía verse en la compactación de capas asfálticas. 
3.2.3. Compactadores vibratorios de tambor liso 
Los compactadores vibratorios de tambor liso (Figura 14a) nacieron en los años 30 y constan de 
un solo cilindro o tambor en cuyo interior se tiene una masa excéntrica que gira dentro del tambor, 
produciendo una fuerza centrífuga que se suma o resta al peso de la máquina y que 
exteriormente se traduce en un movimiento vibratorio que va “golpeando” consecutivamenteel 
terreno. 
 Así, en lugar de compactar por presión estática, estas máquinas compactan por vibración e 
impacto. El peso total la maquina suele encontrarse entre 6 y 15 t, correspondiendo al peso del 
cilindro únicamente alrededor de la mitad de dicho valor. 
 
 
Figura 14: Compactadores: (a) Compactador vibratorio de tambor liso; (b) Compactador vibratorio en tándem 
(Caterpillar Tractor Co.) 
 
Estos compactadores son los más usados a día de hoy para la compactación de capas 
granulares y en general terrenos no cohesivos: la vibración reduce la fricción entre las partículas 
facilitando su reordenación, reduciendo el índice de huecos y desplazando el aire y el agua hacia 
la superficie de la capa compactada. Así se consigue compactar el material con menos pasadas. 
(a) (b)
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
 31 © Structuralia 
 
Además, la vibración permite operar con espesores de tongada grandes ya que ésta aumenta el 
efecto de la compactación en profundidad. 
Sin embargo, estos compactadores no son aptos para compactar suelos arcillosos ni blandos, 
ya que la vibración apenas tiene efecto en ellos. Tampoco se recomienda su uso para capas 
asfálticas a menos que el compactador en cuestión esté diseñado para tal fin. 
3.2.4. Compactadores vibratorios de en tándem 
Los compactadores vibratorios en tándem (Figura 14b) son similares a los de rodillos lisos, pero 
incorporan el movimiento vibratorio en uno de los cilindros. Son empleados en la ejecución de 
bases de firme, capas asfálticas, suelocemento y gravacemento. 
 
3.2.5. Compactadores de patas de cabra 
Los compactadores de patas de cabra (Figura 15a) constan de un bastidor montado sobre cuatro 
cilindros que funcionan a modo de ruedas, y en cuya superficie se tienen una serie de elementos 
troncocónicos, denominados pisones o “patas de cabra” (en honor a que antiguamente se usaban 
a estos animales como medio de compactación en suelos arcillosos) que amasan el material 
evitando la estructuración laminar de la capa compactada. El peso de los cilindros (las máquinas 
pesan entre 15 y 30 t) unido a la acción de los pisones hace que la compactación se lleve a cabo 
desde la parte inferior de la tongada hacia la superficie por una combinación de presión estática, 
amasado e impacto. 
Los compactadores de patas de cabra disponen normalmente de una hoja empujadora frontal y 
son muy efectivos para compactar materiales blandos y arcillosos. Su uso es común en los 
rellenos sanitarios donde son capaces de compactar y triturar por ellos mismos los residuos 
sólidos. Asimismo, se los conoce como “compactadores de alta velocidad” ya que trabajan a una 
gran velocidad comparados con los compactadores homónimos vibratorios (de hecho, la 
velocidad que alcanzan es precisamente la que proporciona el efecto dinámico que produce la 
compactación por impacto), pero manejan espesores de tongadas más reducidos por lo que su 
rendimiento sólo es mayor como mucho en un 50%. 
 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
© Structuralia 32 
 
 
Figura 15: Compactadores: (a) Compactador de patas de cabra; (b) Compactador vibratorio de tambor de patas de 
cabra (Caterpillar Tractor Co.) 
 
3.2.6. Compactadores vibratorios de tambor de patas de cabra 
Los compactadores vibratorios de tambor de patas de cabra (Figura 15b) son similares a los 
compactadores vibratorios de tambor liso, pero reemplazan dicho tambor por uno de patas de 
cabra, también con el movimiento vibratorio. Así, estos compactadores combinan la acción de la 
compactación por vibración con el amasado e impacto que proporciona tener pisones. La alta 
secuencia de golpes hace que las partículas del terreno giren, oscilen y vibren, manteniéndolas 
en movimiento constante. Por ello, son capaces de operar sobre terrenos arcillosos. Estas 
máquinas pueden usarse en cualquier material excepto pedraplenes, bases y capas asfálticas, 
y manejan espesores de tongada medios. 
 
3.2.7. Compactadores de neumáticos 
Los compactadores de neumáticos (Figura 16) compactan el material a través de la presión que 
ejercen una serie de neumáticos llenos de aire. La deformación de los neumáticos en contacto 
con el material a compactar hace que se genere un área de transmisión, lo que supone que la 
compactación no sea puramente estática (por peso) sino que exista cierto grado de amasado 
que produce un efecto de densificación en profundidad. 
 
 
(a) (b)
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
 33 © Structuralia 
 
Estos compactadores manejan capas de espesor reducido pero pueden trabajar a velocidades 
altas, con lo que consiguen buenos rendimientos. Se utilizan en la compactación de capas 
asfálticas (su superficie lisa produce un batido de la capa superficial que hace subir al betún), 
suelocemento y gravacemento. 
 
 
Figura 16: Compactadores de neumáticos (Caterpillar Tractor Co.) 
 
3.2.8. Compactadores ligeros 
En ocasiones el material a compactar no permite el uso de compactadores dado las dimensiones 
de estos en comparación con la zona del relleno, por ejemplo en el relleno de una zanja. En tales 
casos para la compactación se emplea otro tipo de equipo, más manejable y de reducidas 
dimensiones. 
En general este equipamiento logra la compactación por vibración y/o impacto. Así se tienen las 
placas vibrantes (Figura 17a), máquinas que transmite vibración por medio de una bandeja que 
es accionada por el giro de masas excéntricas. Pueden tener un peso de entre 100 kg (placas 
vibrantes ligeras) a 3 t (placas vibrantes pesadas). Las placas vibrantes ligeras son adecuadas 
en suelos granulares mientras que las pesadas pueden emplearse en terrenos algo cohesivos. 
 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
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Figura 17: Compactadores ligeros: (a) Placa vibrante; (b) Pisón vibrante (Enar) 
 
Similares a las anteriores son los pisones vibrantes (Figura 17b), pequeñas máquinas con un 
peso de hasta 100 kg que tienen en su parte superior un pequeño motor que hace que una 
bandeja suba y baje consecutivamente, produciendo un efecto de impacto y vibración en el 
terreno. Los pisones de mayor tamaño se denominan “ranas”, tienen mayor rendimiento y pueden 
llegar a pesar 1 t. 
 
3.2.9. Grado de compactación 
Una forma de medir la compactación que alcanza un material es en base a su densidad seca. 
Así, dado que la masa del material es constante, cuanto menor sea su volumen mayor será su 
densidad seca. Sin embargo, en obra en lugar de fijar valores de una densidad seca objetivo a 
alcanzar, se utiliza un índice relativo denominado “grado de compactación”, que mide la 
proporción alcanzada de una densidad de referencia obtenida para cada material en un ensayo 
normalizado de compactación14. 
 
14 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
(a) (b)
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Este ensayo normalizado es el ensayo Proctor, existiendo dos modalidades que se diferencian 
fundamentalmente en la cantidad de energía aplicada: el Proctor Normal (PN)15 16 y el Proctor 
Modificado (PM)17 18. 
El ensayo Proctor (en cualquiera de sus dos modalidades) consiste básicamente en compactar, 
con una energía y procedimiento determinados, una serie de probetas del material analizado con 
diferentes contenidos de humedad y obtener la densidad seca alcanzada en cada caso. Con ello 
se tiene una serie de puntos humedad vs densidad seca que pueden graficarse, obteniéndose el 
punto teórico de máxima densidad seca, al cual le corresponderá una humedad óptima (Figura18). 
 
Figura 18: Resultado del ensayo Proctor 
 
 
 
 
 
15 ASTM D698-12e2, Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort 
(12 400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3)), ASTM International, West Conshohocken, PA (2012). 
16 UNE 103500:1994. Geotecnia. Ensayo de compactación. Proctor normal, Asociación Española de Normalización 
AENOR (1994). 
17 ASTM D1557-12e1, Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort 
(56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kN-m/m3)), ASTM International, West Conshohocken, PA (2012). 
18 UNE 103501:1994. Geotecnia. Ensayo de compactación. Proctor modificado, Asociación Española de 
Normalización AENOR (1994). 
Curva de saturación 
(Sr = 100%)
Densidad seca rd
Humedad w
Parejas (rd, w) 
obtenidas en el 
ensayo Proctor
Curva rd – w del 
material
Máxima densidad seca rd,max
Hu
m
ed
ad
 ó
pt
im
a 
w
op
t
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Así, cuando se dice que un relleno debe alcanzar el 95% del PM, se está indicado que la 
compactación alcanzada en obra deberá ser tal que se consiga que la densidad seca máxima 
del material sea al menos igual en un 95% a la densidad seca óptima alcanzada en el ensayo 
Proctor Modificado realizado sobre el material que forma el relleno. La forma más habitual de 
medir la densidad seca en obra es mediante el método nuclear basado en el efecto Compton. 
La compactación de los materiales en obra requiere que éstos tengan una humedad próxima al 
óptimo. No obstante, es difícil que todo el material extendido se encuentre con dicho contenido 
óptimo de humedad debido a las variaciones de temperatura y humedad del ambiente, la 
granulometría y las propiedades heterogéneas de los materiales geotécnicos y la imposibilidad 
de repartir homogéneamente la humedad en un volumen considerable19. 
A lo anterior debe añadirse la dificultad de aplicar exactamente la misma energía de 
compactación a todo el material extendido. Así pues, normalmente la compactación en obra se 
realiza con un poco más energía de la teóricamente necesaria para alcanzar el grado de 
compactación requerido. Ello permite además, que exista un pequeño rango de humedades 
compatibles con la densidad seca objetivo. 
Así, si el valor de humedad con que se compacta el suelo es algo inferior al óptimo teórico, se 
dice que se lleva a cabo una compactación por el lado seco. Si, por el contrario, el valor de 
humedad con que se compacta el suelo es algo superior al óptimo teórico, se dice que se lleva 
a cabo una compactación por el lado húmedo. De forma habitual, se elige compactar por el lado 
húmedo cuando los materiales tienen una elevada humedad de origen, y por el lado seco en 
caso contrario. 
En cualquier caso, además de controlar la densidad seca alcanzada tras la compactación, para 
asegurar que el relleno tiene una buena capacidad portante es altamente recomendable (y 
normalmente las normativas así lo prescriben) realizar otros ensayos como el CBR20 21, placas 
de carga22 23 o ensayos de huella24. 
 
19 C. Kraemer, J.M. Pardillo, S. Rocci, M.G. Romana, V. Sánchez Blanco and M.A. del Val, Ingeniería de Carreteras, 
Volumen II, McGraw-Hill España (2004). 
20 ASTM D1883-16, Standard Test Method for California Bearing Ratio (CBR) of Laboratory-Compacted Soils, ASTM 
International, West Conshohocken, PA (2016). 
21 UNE 103502:1995, Método de ensayo para determinar en laboratorio el índice C.B.R. de un suelo, Asociación 
Española de Normalización AENOR (1995). 
22 ASTM E2835-11(2015), Standard Test Method for Measuring Deflections using a Portable Impulse Plate Load Test 
Device, ASTM International, West Conshohocken, PA (2015). 
23 UNE 103808:2006, Ensayo de carga vertical de suelos mediante placa estática, Asociación Española de 
Normalización AENOR (2006). 
24 UNE 103407:2005, Ensayo de huella en terrenos para control de compactación, Asociación Española de 
Normalización AENOR (2005). 
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Así por ejemplo, en la normativa española PG-325 se indica que la compactación de una tongada 
es aceptable cuando simultáneamente se cumple que: 
§ La densidad seca in situ (en obra) es superior al máximo valor mínimo establecido en 
el proyecto (o por dicha normativa o por Director de las Obras). 
§ La humedad se encuentra dentro de los límites establecidos en el proyecto (o en dicha 
normativa). 
§ El módulo de deformación vertical en el segundo ciclo de carga del ensayo de placa 
de carga alcanza un mínimo en función del tipo de material y la zona de relleno (por 
ejemplo, en núcleo de terraplén se exigen 50 MPa para suelos seleccionados). 
 
 
25 PG-3, Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carretera y Puentes, Dirección General de 
Carreteras, Ministerio de Fomento de España (2015). 
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4. RENDIMIENTO DE LA MAQUINARIA Y EQUIPOS 
Optimizar los ciclos de trabajo de la maquinaría y alcanzar una elevada productividad horaria, 
respetando las medidas de seguridad en el trabajo y la afección al medio ambiente, deben ser 
los objetivos perseguidos en cualquier tarea de movimiento de tierras. Se exponen a continuación 
los ciclos de trabajo y la forma de calcular la productividad para los diferentes equipos y 
maquinaria de movimiento de tierras. 
 
4.1 Equipos de excavación 
4.1.1. Ciclo de trabajo de retroexcavadoras 
El ciclo de trabajo de las retros consta de las siguientes fases: 
§ Carga (que incluye la hinca del cazo en el terreno y su carga). 
§ Giro (una vez cargado el cazo, se eleva y la máquina gira hacia el lugar de descarga). 
§ Descarga (colocación del cazo y descarga). 
§ Giro hasta el frente de la excavación y posicionamiento del cazo para comenzar un 
nuevo ciclo. 
Es interesante señalar que cuanto menor es el ángulo de giro más rápido es el ciclo, siendo por 
tanto el ángulo más desfavorable 180º. Ángulos menores de 30º no suelen ser posibles desde el 
punto de vista operativo, por lo que el ángulo óptimo suele estar alrededor de 45º, debiéndose 
procurar que el ángulo siempre sea menor de 60º. 
 
4.1.2. Producción horaria de retroexcavadoras 
La producción horaria 𝑃 (en m3/h) de las retros puede medirse como: 
𝑃 = 𝑉$,&'() · 60/𝑡$ · 𝑓* 
Donde 𝑉$,&'() es la capacidad útil del cazo (en m3); 𝑡$ es el tiempo del ciclo de trabajo (en minutos); 
y 𝑓* es el factor de eficiencia horaria (que depende del estado de la máquina, tipo de tierras a 
excavar, el estado del terreno, el ángulo de giro y la carrera o recorrido del cazo en cada ciclo). 
La capacidad del cazo puede tomarse a ras o colmado (pendiente de las tierras 1:1 a 1:2), 
definiéndose la capacidad útil del cazo como: 
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𝑉$,&'() = 𝑉$ · 𝑓++ 
Donde 𝑉$ es el volumen del cazo y 𝑓++ es el factor de llenado, que depende del tipo de material: 
para los materiales con más del 30% de finos este factor puede llegar a 1,2, mientras que en 
rocas se encuentra entre 0,5 y 0,8 en función de la fragmentación; para arenas y gravas limpias, 
𝑓++ varía de 0,9 a 1,0. 
Adicionalmente, el estudio del rendimiento de las retro debe considerar los desplazamientos, que 
pueden dividirse en: 
§ Desplazamientos cortos o reposicionamientos, que suelen implican pérdidas de tiempo 
evaluables en algunos minutos por hora. 
§ Desplazamientos largos, como preparación de rampas o cambios de frente a excavar, 
que suelen implican pérdidas de tiempo evaluables en varias horas por cada turno de 
trabajo en el que haya que abordar esas tareas. 
 
4.1.3. Ciclo de trabajo de tractores buldócer 
Los tractores buldócerson máquinas de arranque que pueden realizar dos tareas diferentes: la 
excavación de la parte superficial del terreno con su hoja delantera, y el escarificado del terreno 
con su ripper trasero. Si bien a veces figuran como máquina de transporte, no resulta realmente 
eficaces para distancias superiores a los 10 – 15 m (distancias de 50 – 60 m aumenta de forma 
proporcionada el ciclo de trabajo), por lo que no debe considerarse como tal. 
El ciclo de trabajo de los tractores buldócer cuando realizan trabajos de excavación por empuje 
consta de las siguientes fases: 
§ Excavación (que incluye bajar la hoja, clavarla en el terreno y avanzar). 
§ Acarreo y apilado (con la hoja no clavada, el material excavado se arrastra). 
§ Retorno (maniobra de retorno, marcha atrás, con la hoja levantada). 
Puesto que mientras se arrastra el material siempre se pierde algo, en el ciclo de trabajo de los 
buldóceres es recomendable que siempre se esté excavando y se minimice al mínimo la 
operación de acarreo del material. 
 
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Por su parte, el ciclo de trabajo de los tractores buldócer cuando realizan trabajos de 
escarificación consta de las siguientes fases: 
§ Escarificación (que incluye bajar el ripper e hincarlo, y avanzar). 
§ Retorno (maniobra de retorno, marcha atrás, con el ripper levantado). 
Cuanto mayor sea la separación entre pasadas del ripper mayor será la producción, pero debe 
lograrse una fracturación adecuada del material, por lo que la separación debe ser inferior a 1,1 
veces el ancho de la hoja y del orden de la mitad del ancho de la hoja. Así, producciones inferiores 
a 400 m³/h implican que el escarificado no es rentable. 
Es importante señalar que en la producción del buldócer realizando labores de escarificación 
debe contemplarse también un ciclo de empuje del material, dado que lo habitual es que una vez 
escarificado el terreno el material sea acarreado y apilado por el propio buldócer. 
 
4.1.4. Producción horaria de tractores buldócer 
La producción en un tractor buldócer cuando realizan trabajos de excavación por empuje se basa 
en optimizar la capacidad de la hoja de empuje 𝐶, que puede obtenerse como: 
𝐶 = 𝐾 · 𝐿 · 𝐻, 
Siendo 𝐿 y 𝐻 la longitud y el ancho de la hoja (en m), respectivamente; y 𝐾 un coeficiente que 
varía entre 0,75 y 1 en función del tipo de hoja y empresa suministradora. En realidad, conforme 
el tractor avanza, va acumulando más material delante de él, con lo que el coeficiente 𝐾 es una 
forma de aproximar este fenómeno. 
La optimización de la producción requiere por tanto que se llene totalmente la hoja del buldócer 
con el máximo esfuerzo de la máquina y en el menor tiempo posible. Así, se define la distancia 
de llenado 𝑑++ (en m) como aquella distancia que debe recorrer el buldócer para llenar totalmente 
la hoja: 
𝑑++ = 𝑓* ·
𝐾 · 𝐿 · 𝐻,
ℎ
 
Donde ℎ es la profundidad excavada (en m) y 𝑓* es el factor de eficiencia horaria (que depende 
del estado de la máquina, tipo de tierras a excavar, el estado del terreno, la habilidad del operador 
y la pendiente del terreno). Por tanto, a cada profundidad de excavación le corresponderá una 
distancia mínima de recorrido para llenar la hoja. 
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Es importante señalar que en pendientes descendentes los rendimientos aumentan en 1,5% por 
cada 1% de pendiente, pero la excavación se ve negativamente influida por la pendiente 
transversal, ya que para pendientes transversales de más del 5% se reduce la capacidad de 
empuje. 
Por su parte, la producción horaria de los tractores buldócer (en m3/h) cuando realizan trabajos 
de escarificación suele obtenerse de las gráficas proporcionadas por los fabricantes o bien a 
partir de expresiones analíticas como26: 
𝑃 = 𝐴 · 𝐵 · 𝐶 · 𝑉' · 𝜀 
Donde: 
§ 𝐴 es el coeficiente de solape, el cual se suele adoptar igual a 0,9. 
§ 𝐵 es el coeficiente de gestión, adaptación y acoplamiento, que se puede tomar como 
0,45 en obras pequeñas y 0,60 en obras grandes. 
§ 𝐶 es el coeficiente cíclico, igual al ratio entre ciclo productivo (fase de escarificación) y 
el ciclo total (escarificación y retorno). 
§ 𝜀 es un coeficiente que depende del número de dientes e igual a 1,0 para un diente, 
1,9 para dos dientes y 2,7 para tres dientes. 
§ 𝑉' mide el volumen arrancado como: 
𝑉' = 𝐾 · 𝐻 · 𝑣, 
Siendo 𝐻 la profundidad del material a arrancar (en torno a 0,5 m); 𝑣 la velocidad del 
escarificado (en m/s), usualmente entre 2 y 3 km/h (0,56 y 0,83 m/s); y 𝐾 un parámetro 
que depende del terreno y que varía de 1,2 (rocas duras) a 0,8 (rocas blandas). 
Como se observa, cuanto mayor es el número de dientes más producción de escarificación se 
tiene. Sin embargo, la potencia del tractor se reparte, por lo que la capacidad de escarificar 
disminuye. Así, la posibilidad de usar más de un diente depende del terreno a escarificar. 
A esta producción hay que “añadirle” el ciclo de empuje mencionado anteriormente, de forma 
que se tiene: 
𝑃-,./$ = 𝑃./$ · 𝑡./$ 		; 		𝑃-,.01 = 𝑃.01 · 𝑡.01	 
 
 
26 J. Cherné and A. González, Movimientos de Tierras, Universidad de Cantabria (2000). 
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Donde 𝑃-,./$, 𝑃./$ y 𝑡./$ son la producción total (en m3), horaria (en m3/h) y el tiempo (en horas) 
invertido, respectivamente, del tractor trabajando escarificando; y 𝑃-,.01, 𝑃.01 y 𝑡.01 son la 
producción total (en m3), horaria (en m3/h) y el tiempo (en horas) invertido, respectivamente, del 
tractor trabajando empujando. 
El tiempo total debe ser igual a la suma de los tiempos trabajando escarificando y empujando, y 
la optimización de la operación se consigue cuando ambas actividades tienen la misma 
producción total (𝑃-,./$ = 𝑃-,.01), por lo que se pueden establecer los tiempos óptimos en base 
a las producciones horarias: 
𝑡./$ =
𝑃.01
𝑃./$ + 𝑃.01
		 ; 		𝑡.01 =
𝑃./$
𝑃./$ + 𝑃.01
 
 
4.2 Equipos de carga 
4.2.1. Ciclo de trabajo de palas cargadoras 
El ciclo de trabajo de las palas cargadoras consta de las siguientes fases: 
§ Carga (que incluye empuje y elevación de la carga). 
§ Acarreo a pequeñas distancias (que incluye la elevación y basculación simultánea 
de la carga para evitar que se derrame). 
§ Descarga (junto al medio de transporte, tolva o lugar donde se deposite la carga). 
§ Maniobra (retroceso, bajada de la cuchara y colocación para volver a cargar). 
Puede observarse que las cargadoras simultanean la maniobra del vehículo con el movimiento 
de la cuchara. 
 
4.2.2. Producción horaria de palas cargadoras 
La producción horaria 𝑃 (en m3/h) de las palas cargadoras puede medirse como: 
𝑃 = 𝑉$,&'() · 60/𝑡$ · 𝑓* 
Donde 𝑉$,&'() es la capacidad útil de la cuchara (en m3); 𝑡$ es el tiempo del ciclo de trabajo (en 
minutos); y 𝑓* es el factor de eficiencia horaria (que depende del estado de la máquina, tipo de 
tierras a cargar y estado del terreno). 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
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La capacidad de la cuchara puede tomarse a ras o colmada (pendiente de las tierras 1:2). Los 
fabricantes de cargadoras ofrecen diferentes tamaños de cuchara en función del material a 
cargar. Como la carga operacional no varía con el modelo de cargadora, la cuchara se llenará 
más o menos según el tipo de material, definiéndose la capacidad útil de la cuchara como: 
𝑉$,&'() = 𝑉$ · 𝑓++ 
Donde 𝑉$ es el volumen de la cuchara y 𝑓++es el factor de llenado, que varía entre el 0,65 y 1. 
Es interesante señalar a partir de la definición dada para la productividad, si el tiempo del ciclo 
es constante, la productividad será mayorcuanto mayor sea el llenado de la cuchara. Sin 
embargo, llenar la cuchara más implica que el tiempo del ciclo se incremente, por lo que el 
número de ciclos por hora será menor y la productividad descenderá. Por ello, cuando se estudia 
el rendimiento de los equipos de carga debe realizarse un pequeño análisis basado en realizar 
distintas combinaciones de tiempo del ciclo y llenado de la cuchara para encontrar el punto de 
funcionamiento óptimo. 
 
4.3 Equipos de transporte 
4.3.1. Ciclo de trabajo 
El ciclo de trabajo de los equipos de transporte consta de las siguientes fases: 
§ Carga. 
§ Salida de la zona de carga. 
§ Transporte cargado. 
§ Descarga. 
§ Salida de la zona de descarga. 
§ Transporte vacío (retorno). 
§ Maniobra hasta la posición de carga. 
Así, se pueden diferenciar dos componentes de tiempo: los que son independientes de la 
distancia de transporte, denominados “tiempos fijos” (que incluyen las maniobras de 
posicionamiento y salida, y los tiempos de carga y descarga), y los que sí dependen directamente 
de la distancia de transporte, denominados “tiempos variables” (tiempo de transporte y tiempo 
de retorno). 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
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Para reducir los tiempos fijos se debe optimizar el tiempo de posicionamiento de los vehículos, 
que depende del estado general de la obra y caminos de acceso. Así, los caminos y zonas de 
maniobras deben gozar de una maniobrabilidad y regularidad adecuadas, debe llevarse a cabo 
su mantenimiento regular, y hay que eliminar cualquier repié así como retirar los bolos fuera de 
la zona de circulación (al menos 2 m). Asimismo no debe existir material suelto en los caminos. 
Para mejorar en lo posible los tiempos variables, además de una buena labor de conservación 
de los accesos, es recomendable regar de forma adecuada (ni mucho, ni poco) los caminos de 
tierra, de forma que se reduzca la formación de polvo y se proporcione cierta cohesión al firme. 
También es recomendable disponer cubetas de limpieza a la salida de los caminos de tierra hacia 
carreteras con firmes (especialmente en climas lluviosos), así como proceder al barrido continuo 
de los primeros centenares de metros de la carretera afirmada con el fin de mantener limpia la 
carretera. 
Poco más se puede hacer para mejorar los tiempos variables, pues es difícil influir sobre la 
velocidad media de los vehículos que dependerá del trazado de las carreteras y de la calidad del 
firme de éstas. En algunas obras lineales se puede plantear la mejora de las carreteras cercanas, 
pero esto suele ser caro y a veces imposible una vez se han construido los accesos. 
 
4.3.2. Producción horaria 
La producción horaria 𝑃 (en m3/h) de los equipos de transporte puede medirse como: 
𝑃 = 𝑉$ · 60/𝑡$ · 𝑓* 
Donde 𝑉$ es la capacidad de carga de la caja (en m3); 𝑡$ es el tiempo del ciclo de trabajo (en 
minutos), igual a la suma del tiempo fijo y del tiempo variable; y 𝑓* es el factor de eficiencia horaria 
(que depende del operador, del estado de la máquina, tipo de tierras a transportar y estado del 
terreno). 
 
4.3.3. Acoplamiento con los equipos de carga 
El mayor rendimiento en el movimiento de tierras se logra cuando existe un acoplamiento entre 
los equipos de carga y transporte. El acoplamiento puede medirse con el factor de acoplamiento 
𝑀𝐹 (match factor): 
𝑀𝐹 =
𝑃'234/152'.
𝑃$3263
 
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Donde 𝑃'234/152'. es la producción horaria correspondiente al equipo de transporte y 𝑃$3263 la 
producción horaria correspondiente al equipo de carga. 
El acoplamiento será óptimo cuando 𝑀𝐹 sea igual a la unidad (en tal caso, no hay tiempos de 
espera ni en el equipo de transporte ni en el de carga), será de coste mínimo (lo que se busca 
en obras civiles) cuando 𝑀𝐹 sea menor a la unidad (en tal caso, el equipo de carga espera al 
de transporte) y de producción máxima (lo que se busca en minería) cuando 𝑀𝐹 sea mayor a la 
unidad (en tal caso, será el equipo de transporte quien espere al de carga). 
 
4.4 Traíllas 
4.4.1. Ciclo de trabajo 
El ciclo de trabajo de las traíllas consta de las siguientes fases: 
§ Carga: se abre la compuerta tipo sector de la traílla (situada en su parte delantera), se 
baja la caja y se apoya en el terreno, hincándose. A continuación la máquina avanza y 
la caja se va llenando. El espesor excavado es de unos 25 cm. En esta fase es cuando 
puede ser necesario el auxilio de un tractor empujador u otra mototraílla. 
§ Acarreo: se cierra la compuerta y se eleva la traílla, que puede desplazarse a una 
velocidad de hasta 45 km/h. 
§ Descarga: al llegar al punto de vertido, se abre la compuerta y un eyector avanza a lo 
largo de la caja vertiendo el material. Puesto que la caja puede subirse y bajarse, esto 
puede emplearse para regular el espesor de la tongada. 
§ Retorno: se levanta la caja, se cierra la compuerta y se regresa al punto de partida. 
Cuando se emplean dos traíllas acopladas, primero se carga la delantera, auxiliándose del 
empuje proporcionado por la trasera, y posteriormente, se carga la trasera, auxiliándose de la 
tracción proporcionada por la delantera. Una vez terminada la carga, las traíllas se desenganchan 
y terminan su ciclo por separado. 
 
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4.4.2. Producción horaria 
La producción horaria 𝑃 (en m3/h) de las traíllas puede medirse como: 
𝑃 = 𝑉$ · 60/𝑡$ · 𝑓* 
Donde 𝑉$ es la capacidad de carga de la caja (en m3); 𝑡$ es el tiempo del ciclo de trabajo (en 
minutos), que como en el caso de los equipo de transporte, es igual a la suma del tiempo fijo 
(carga y vertido) y del tiempo variable (acarreo y retorno); y 𝑓* es el factor de eficiencia horaria 
(que depende del estado de la máquina, tipo de tierras a transportar y estado del terreno). 
Puesto que cuanto más se carga una traílla más resistencia ofrecen las tierras cargadas, el ritmo 
de carga disminuye y por tanto el tiempo del ciclo de trabajo aumenta cuanto mayor es la carga, 
por lo que debe estudiarse el óptimo. 
 
4.5 Equipos de extendido y compactación 
4.5.1. Ciclo de trabajo de motoniveladoras 
El ciclo de trabajo de las motoniveladoras consta de las siguientes fases: 
§ Avance (avance de la máquina extendiendo, nivelando y/o perfilando el material). 
§ Retorno (desplazamiento de vuelta a la posición inicial). 
§ Maniobra (maniobra de la máquina para posicionar la hoja). 
Así, el tiempo del ciclo de trabajo debe considerar un tiempo fijo relacionado con las maniobras 
de viraje y posicionamiento de la hoja y un tiempo variable relacionado con el tiempo que la 
máquina está avanzando o volviendo a su posición inicial. Es interesante destacar que deben 
minimizarse los giros de la máquina, ya que su longitud hace que sea poco ágil y perjudica el 
rendimiento. 
Asimismo, cuanto más suelto sea el material tratado menor será el tiempo de avance y por tanto 
se conseguirá una mayor producción (de ahí el uso del escarificador que puede llevar 
incorporado la máquina para desmenuzar por ejemplo terrenos orgánicos). 
 
4.5.2. Producción horaria de motoniveladoras 
La producción horaria 𝑃 (en m3/h) de las motoniveladoras trabajando en labores de extendido 
puede medirse como: 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
 47 © Structuralia 
 
𝑃 = 𝐿 · ℎ · 𝑑 · 60/𝑡$ · 𝑓* 
Donde 𝐿 y ℎ son el ancho y el espesor de la capa extendida (en m); 𝑑 es la distancia de extendido 
(en m); 𝑡$ es el tiempo del ciclo de trabajo (en minutos); y 𝑓* es el factor de eficiencia horaria (que 
depende del operador, estado de la máquina, tipo de tierras a transportar y estado del terreno).En labores de nivelación la producción horaria se mide en m2/h y se emplea la misma expresión 
que la anterior, pero eliminando el espesor, es decir: 
𝑃 = 𝐿 · 𝑑 · 60/𝑡$ · 𝑓* 
 
4.5.3. Ciclo de trabajo de compactadores 
En los compactadores pueden asumirse que no hay “ciclo” de trabajo en sí mismo, ya que 
siempre pueden estar funcionando, dando pasadas tanto en un sentido como marcha atrás. Así, 
el número de ciclos por hora puede calcularse como: 
𝑁 =
𝑣
𝑛 · 𝑑
 
Donde 𝑣 es la velocidad del compactador (en m/s), 𝑛 es el número de pasadas y 𝑑 es la distancia 
de compactación. 
No obstante, debe considerarse adicionalmente los tiempos de maniobra para invertir el sentido 
de la máquina o desplazarse al “carril” contiguo para seguir con la operación. 
 
4.5.4. Producción horaria de compactadores 
La producción horaria 𝑃 (en m3/h) de los compactadores puede medirse como: 
𝑃 =
ℎ · 𝑙 · 𝑣
𝑛
· 𝑓* · 𝐾 · 𝑓7 
Donde ℎ es el espesor de la tongada después de ser compactada (en m); 𝑙 es la longitud del 
rodillo o tambor (en m); 𝑣 es la velocidad del compactador (en m/s); 𝑛 es el número de pasadas; 
𝑓* es el factor de eficiencia horaria (que depende del operador y el estado de la máquina); 𝐾 es 
el coeficiente de solape entre pasadas (los pases de compactación deben solaparse para 
uniformizarlos); y 𝑓′ es un factor corrector para tener en cuenta la pérdida de productividad por 
los cambios de sentido y de carril (este coeficiente puede incluirse como parte del factor de 
eficiencia horaria 𝑓*). 
Excavaciones, voladuras y movimientos de tierras - Maquinaria y equipo de movimiento de tierras 
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4.5.5. Espesor de las tongadas 
El espesor de las tongadas a extender con las motoniveladoras y posteriormente a compactar 
con los compactadores depende de las características del material (granulometría, porcentaje de 
finos, plasticidad, contenido de humedad), la energía de compactación introducida por el 
compactador (función del tipo de compactador, el número de pasadas y la velocidad de éstas) y 
el grado de compactación objetivo. Cuanto mayor sea el espesor de las tongadas y menor el 
número de pasadas del compactador, mayor rendimiento se obtendrá. 
Para determinar el espesor de las tongadas en un material y el número de pasadas con un 
compactador en concreto, es recomendable ejecutar tramos de prueba al margen de la obra 
donde probar diferentes parámetros. Estos tramos no deben pertenecer a la obra, pues se corre 
el riesgo de no compactar adecuadamente el material. 
Asimismo, la humedad con la que el material es extendido debe encontrarse cercana a la 
humedad que se pretende tener para compactar el material, y preferiblemente menor de ésta, 
pues es más fácil humectar el material mediante regado que desecarlo una vez extendido. Por 
otra parte, dado que material congelado no puede compactarse, nunca deben llevarse a cabo 
trabajos de compactación con temperaturas inferiores a 2ºC. 
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5. EXCAVACIONES BAJO EL NIVEL FREÁTICO 
Muchos de los movimientos de tierras, como las explanaciones (desmontes y rellenos) 
necesarias para ejecutar una obra lineal, o las excavaciones realizadas en canteras a cielo 
abierto, se llevan a cabo en terreno seco, lejos de la influencia del nivel freático. Sin embargo, 
existen situaciones en los que el movimiento de tierras debe ejecutarse bajo el nivel freático, 
caso típico de muchos vaciados. En tales circunstancias, para poder llevar a cabo las 
operaciones de movimiento de tierras será necesaria la creación de un recinto estanco así como 
la evacuación del agua de la zona de trabajo. Lo anterior suele ir acompañado de un control y 
rebajamiento del nivel freático, lo que puede inducir problemas geotécnicos como subsidencias 
en zonas cercanas o fenómenos de inestabilidad hidráulica en el propio fondo de la excavación. 
 
5.1 Creación de recintos estancos 
5.1.1. Muros pantalla 
Los muros pantalla son muros continuos de hormigón armado que se construyen para crear un 
recinto estanco previamente a realizar la excavación y vaciado de un área. Pueden tener una 
gran profundidad, la cual vendrá determinada por la profundidad del vaciado y/o la localización 
del estrato impermeable. Para su ejecución se emplean normalmente cucharas bivalvas (Figura 
19) llevándose a cabo la construcción por bataches de entre 2 y 5 m de longitud. En terreno 
duros, las cucharas bivalvas se sustituyen por hidrofresas. 
 
 
Figura 19: Excavación con cuchara bivalva: (a) vista global de la maquinaria (grúa sobre orugas); (b) detalle de la 
cuchara (Sennebogen) 
(a) (b)
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Las fases para la ejecución de un muro pantalla son: 
§ Ejecución de muretes guía: como fase previa se construyen dos vigas paralelas de 
hormigón ligeramente armado a lo largo de toda la alineación horizontal del futuro muro 
pantalla, separadas el ancho del batache. Estos muretes sirven de guía a la cuchara 
en su excavación y garantizan la continuidad de la pantalla. 
§ Excavación del batache (Figura 20): mediante cucharas bivalvas se procede a la 
excavación del batache, manteniendo la estabilidad de las paredes de la excavación 
con lodos (generalmente mezclas de bentonita y agua). 
§ Colocación de las armaduras (Figura 20): excavado el batache, y totalmente relleno 
de lodo, se introduce la jaula de armaduras que contienen todo el armado del muro, 
incluyendo la armadura estructural para resistir esfuerzos futuros, como la armadura 
necesaria para permitir su puesta en obra mediante izado. 
§ Hormigonado (Figura 20): una vez colocadas las armaduras, se procede al 
hormigonado del batache desde abajo hacia arriba, de forma que el lodo es expulsado 
progresivamente por la parte superior del batache a medida que éste se va rellenando 
de hormigón. El hormigonado se realiza con tubo tremie y el hormigón debe tener una 
consistencia líquida. 
§ Ejecución de la viga de coronación: una vez se han ejecutado todos los bataches 
del muro pantalla, se procede a la ejecución de una viga de coronación que una todos 
los bataches hormigonados en su parte posterior, demoliéndose asimismo los muretes 
guía. 
Una vez ejecutados los muros pantalla se procede al vaciado de la excavación (Figura 23). Dicha 
operación se realiza en fases descendentes, siendo muy habitual que sea necesario disponer 
anclajes o codales en los muros a diferentes alturas para garantizar su estabilidad vertical y evitar 
roturas por flexión o vuelco. Asimismo, a medida que se va excavando será necesario extraer el 
agua del fondo de la excavación. 
El uso de muros pantalla es muy habitual en vaciados para la construcción de edificios, dado que 
el propio muro genera directamente los sótanos del edificio y asimismo sirve de elemento de 
cimentación de la estructura. 
 
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Una alternativa a la ejecución de muros pantalla mediante muros continuos de hormigón es el 
muro de pilotes, que consisten en ejecutar todo el perímetro del muro mediante pilotes de 
diámetro medio cercanos entre sí, adyacentes o incluso solapados, en función de la 
permeabilidad y estabilidad del terreno. 
 
 
Figura 20: Ejecución de muros pantalla: (1) y (2) excavación del batache; (3) colocación de las armaduras; (4) 
hormigonado con tubo tremie; (5) batache terminado (Terratest – Terra Foundations) 
 
 
Figura 21: Vaciado al abrigo de muros pantalla; nótese la colocación de dos filas de anclajes (naranja) para 
asegurar la estabilidad del muro pantalla (Terratest – Terra Foundations) 
 
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5.1.2. Tablestacas 
Los muros de tablestacas son similares a los muros pantalla pero en lugar de emplear hormigón 
armado, el muro se materializa mediante el uso de perfiles metálicos (a veces de madera o PVC) 
denominados tablestacas, que se hincan en el terreno previamente a realizar el vaciado (Figura 
22). Así, su planteamiento y ejecución es muy similar a la de los muros pantalla, y como éstos, 
requieren en muchas ocasiones la instalación progresiva de codales o anclajes a medida que se 
va excavando para garantizar la estabilidad de las tablestacas. Asimismo, a medida que se va 
excavando será necesario extraer el agua del fondo de la excavación. 
Una ventaja que presentan estos muros frente a los muros pantalla de hormigón es que las 
tablestacas pueden ser retiradas una vez ya no son necesarias (es decir, cuando se ha llevado 
a cabo la construcción dentro del vaciado) por lo que pueden reutilizarse. No obstante, dada la 
limitación habitual en cuanto a la longitud de los transportes en carreteras convencionales, no 
suelen plantearse pantallas de tablestacas de más de 12 m de profundidad. 
 
 
Figura 22: Vaciado al abrigo tablestacas; nótese la colocación de unas filas de anclajes así como la existencia de 
pozos de bombeo (Ischebeck Ibérica) 
 
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5.2 Rebajamiento del nivel freático 
5.2.1. Agotamiento del agua de la excavación y rebajamiento del nivel freático 
La forma más sencilla y directa de realizar un vaciado es ejecutar un recinto estanco mediante 
muros pantalla, de pilotes o de tablestacas y extraer el agua por bombeo a medida que se va 
excavando, de forma el nivel freático dentro de la excavación se mantenga a una profundidad 
superior a unos 50 cm por debajo del fondo de la excavación. Con ello se asegura que se 
trabajará en seco. 
Si el estrato impermeable se encuentra a no mucha profundidad, los muros que generan el 
recinto estanco podrán alcanzarlo por un coste razonable, con lo que el agua existente dentro 
del recinto estanco será finita (Figura 23a) y podría agotarse totalmente. Si los muros no 
alcanzan el estrato impermeable (Figura 23b), su profundidad debe ser tal que lleve a que el 
caudal de entrada de agua a la excavación por el fondo sea inferior al caudal que puede extraerse 
por bombeo, de forma que se mantenga seca la excavación. 
Alternativamente, puede ejecutarse un tapón impermeable mediante jet-grouting en el fondo de 
la excavación, de forma que se eviten las filtraciones. 
 
 
Figura 23: Excavación bajo el nivel freático: (a) recinto estanco cerrado inferiormente por un estrato impermeable; 
(b) recinto estanco abierto por el fondo 
 
(a) (b)
Estrato 
permeable
Estrato 
impermeable
N.F.
Muros del recinto estanco
Estrato 
permeable
Estrato 
impermeable
N.F.
Muros del recinto estanco
Bombeo Bombeo
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En cualquier caso, el procedimiento básico anterior debe ser complementado en ocasiones con 
un rebajamiento del nivel freático (Figura 24), es decir, llevar a cabo un bombeo para bajar la 
cota natural del nivel freático. Con ello se persigue reducir las presiones sobre los muros pantalla 
o de tablestacas que generan el recinto estanco (al reducirse las presiones del agua), reducir la 
tasa de infiltración por el fondo de la excavación y aliviar posibles problemas de inestabilidad 
hidráulica (como el sifonamiento) 
Sistemas de agotamiento y rebajamiento del nivel freático 
La instalación de bombas de achique en el fondo de la excavación, en calicatas y/o en pozos, es 
el método básico para lograr el agotamiento y rebajamiento del nivel freático. 
 
 
Figura 24: Rebajamiento del nivel freático 
 
Además del sistema anterior, a día de hoy uno de los sistemas más habitualmente empleados 
son los wellpoints. Este sistema consiste en la instalación por hinca de una serie de lanzas o 
puntas filtrantes (wellpoint) de entre 38 a 50 mm con un filtro perforado en su base, rodeando el 
área del recinto estanco (Figura 25). Estas lanzas están conectadas a una bomba de vacío que 
produce la aspiración del agua, forzando en el terreno a que el agua se desplace hacia la base 
de los wellpoints con una velocidad que dependerá de la permeabilidad del terreno. 
Estrato 
permeable
Cota natural del nivel freático
Pozo de bombeo
Cota del nivel
freático causada
por el bombeo
(rebajamiento)
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Figura 25: Ejemplo del uso de wellpoints en un vaciado (Ischebeck Ibérica) 
 
Una de las ventajas que ofrece el sistema de wellpoints frente a las bombas de fondo es la 
reducción del arrastre de finos gracias a que el agotamiento se lleva a cabo en muchos puntos a 
la vez, y no concentrado en sólo algunos puntos. 
El uso de wellpoints permite agotar hasta 7 m de columna de agua en terrenos con 
permeabilidades comprendidas entre 10-3 y 10-5 m/s, manteniendo el nivel. De ser necesario 
rebajar más el nivel freático, se podrían instalar wellpoints a diferentes cotas ejecutando bermas 
intermedias en el vaciado. Asimismo, cuando el terreno tiene una gran cantidad de finos los 
wellpoints pueden instalarse en el interior de pozos drenantes (pozos rellenos de material 
drenante, como un suelo granular) para que éstos actúen de filtro, reduciéndose el riesgo de que 
cegar el sistema. 
Otros sistemas empleados para interceptar las aguas subterráneas son las zanjas drenantes, las 
cuales son zanjas rellenas con un material drenante (por ejemplo grava), aisladas de las aguas 
de escorrentía (la zanja debe taparse) y en cuyo interior se instala una tubería perforada que 
sirve para captar las aguas y evacuarla. También podríamos destacar los pozos profundos, los 
drenes californianos y las galerías de drenaje, aunque estos sistemas son menos usados en el 
control del nivel freático en vaciados. 
 
Wellpoints
Wellpoints
Bomba de vacío
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5.2.2. Problemas geotécnicos asociados a los agotamientos y rebajamientos 
El agotamiento y rebajamiento del nivel freático puede inducir problemas geotécnicos que es 
necesario conocer y controlar. Fundamentalmente se tienen tres posibles problemas, las 
subsidencias, que pueden afectar a elementos situados fuera de la excavación, el sifonamiento 
y el levantamiento de fondo, siendo estas dos últimas inestabilidades hidráulicas que pueden 
afectar gravemente a la ejecución del movimiento de tierras: 
§ Subsidencias: de acuerdo con el principio de tensiones efectivas de Terzaghi, en un 
suelo saturado una variación de tensiones efectivas lleva a que se produzcan cambios 
de volumen y en la resistencia del suelo. Las tensiones efectivas 𝜎7 se definen como 
la diferencia entre las tensiones totales 𝜎 (tensiones debidas al peso propio y cualquier 
otra carga que actúe sobre el terreno) y las presiones intersticiales 𝑢 (presión del agua 
en el punto del terreno considerado): 
𝜎7 = 𝜎 − 𝑢 
 
Así, cuando se modifica la cota del nivel freático, se están variando las presiones 
intersticiales y por tanto las tensiones efectivas (las tensiones totales se mantienen 
constantes). En concreto, el rebajamiento del nivel freático supone un aumento de las 
tensiones efectivas que se traducirá en superficie en un asiento o subsidencia 
(consecuencia de la consolidación de arcillas o la disminución de la capacidad portante 
en suelos granulares). 
Estos asientos se producen en la zona de influencia del bombeo (es decir, la zona 
afectada por el rebajamiento del nivel freático) y pueden ser de una magnitud tal que 
afecten a las infraestructuras y edificaciones(por ejemplo, asientos de 1 mm/año 
pueden dañar tabiquerías y asientos de 1 mm/mes representan ya un cierto riesgo para 
la estructura). 
§ Sifonamiento: el sifonamiento es una inestabilidad hidráulica que se da en suelos 
granulares cuando se anulan las tensiones efectivas, es decir, cuando la presión 
intersticial en un punto es de igual valor y signo contrario a la tensión total (𝜎7 = 0 →
𝜎 = 𝑢). En esta situación, el suelo pierde toda su resistencia a corte y se comporta 
como un fluido. 
 
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Visualmente, el fenómeno del sifonamiento es lo que coloquialmente se conoce como 
“arenas movedizas” y cuando ocurre en un movimiento de tierras puede resultar muy 
peligroso dado que el terreno es capaz de “engullir” incluso la maquinaria (vaya sobre 
neumáticos o sobre orugas). Si en algún momento se tiene constancia mientras se 
excava que se está produciendo dicho fenómeno, debe pararse inmediatamente la 
excavación y restituir rápidamente el material excavado, a la par que suspender el 
bombeo hasta que el fenómeno cese. 
En un vaciado al abrigo de muros pantalla o tablestacas, el sifonamiento es 
consecuencia de la existencia de una diferencia de potencial hidráulico ∆ℎ entre el nivel 
freático localizado dentro y fuera de la excavación (Figura 26a). Se crea así un 
gradiente hidráulico 𝑖 de valor: 
𝑖 =
∆ℎ
𝑙
 
Donde 𝑙 es la longitud de la línea de corriente (distancia recorrida por una gota de 
agua). Dado un valor ∆ℎ fijo, el mayor gradiente hidráulico se dará donde 𝑙 sea mínimo, 
correspondiéndose dicha longitud con el contorno de la pantalla. 
 De forma práctica se puede controlar el sifonamiento a partir de un factor de seguridad 
definido como: 
𝐹𝑆/(85430(.4'5 =
𝑖$2
𝑖
 
Donde 𝑖$2 es el gradiente crítico que se obtiene como el ratio entre la densidad 
sumergida del suelo analizado y la densidad del agua, es decir: 
𝑖$2 =
𝜌/3' − 𝜌!
𝜌!
 
Siendo 𝜌/3' la densidad saturada del terreno y 𝜌! la densidad del agua. Normalmente, 
se exige un factor de seguridad frente al sifonamiento mayor a 2,0. 
§ Levantamiento de fondo: el levantamiento de fondo es una inestabilidad hidráulica 
que se da en suelos cohesivos de muy baja permeabilidad cuando la presión intersticial 
en el muro del estrato de suelo es mayor que la tensión total, de forma que la presión 
del agua tiende a levantar y flexionar el estrato de suelo produciendo su rotura (Figura 
26b). 
 
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En un vaciado al abrigo de muros pantalla o tablestacas, el levantamiento de fondo 
puede darse por ejemplo, cuando se estén excavando suelos cohesivos situados sobre 
un estrato permeable (granular). El diseño de un vaciado que se desarrolle en tales 
circunstancias debe contemplar la posibilidad de levantamiento de fondo, 
determinándose su potencial ocurrencia. De detectarse, el fenómeno puede intentar 
paliarse mediante pozos de alivio que reduzcan las presiones intersticiales en el muro 
del estrato impermeable. 
El levantamiento de fondo es un fenómeno mecánico que puede ocasionar graves 
consecuencias y es muy difícil de solucionar una vez tiene lugar, ya que ocasiona la 
entrada de una gran cantidad de agua en la excavación y taponar la “grieta” no suele 
ser tarea fácil. Normalmente, debe recurrirse a la ejecución de un tapón de jet-grouting 
para detener el problema. 
 
 
Figura 26: Inestabilidades hidráulicas: (a) sifonamiento; (b) levantamiento de fondo 
(a) (b)
Suelo granular
N.F.
Estrato 
impermeable
Estrato 
permeable
N.F.
Sifonamiento
potencial
Líneas de 
corriente
Dh
l
Presión intersticial
Levantamiento de 
fondo potencial