5.5.2 Aplicaciones. Una de las aplicaciones de ésta técnica es en filtraciones de agua procedente del subsuelo ésta sigue una trayectoria ascendente del suelo hacia las paredes, y luego por el interior de éstas. La electroósmosis es un procedimiento que busca precisamente invertir el sentido de avance del agua a través de los poros del material. Al aplicar la electroósmosis a una edificación con humedades procedentes del subsuelo puede hacerse de forma activa o de forma pasiva. En los modelos de electroósmosis activa se utiliza un generador eléctrico para crear una diferencia de potencial entre el polo positivo y el negativo: la eficacia del sistema mejora notablemente. La electroósmosis es una técnica de drenaje del terreno que se emplea para la estabilización de arcillas blandas y limos, aumentando su resistencia por la reducción de su contenido de humedad, al ser terrenos que presentan problemas en el achique del agua mediante las técnicas convencionales de drenaje por sondeos.
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 44 Ing. Manuel Sierra Alvarado CAPÍTULO VI PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE LAS ALTERNATIVAS DE CONTENCION EN EXCAVACIONES VERTICALES
6.1 Medidas preliminares Antes de comenzar con el trabajo, es necesario tener en cuenta una serie de medidas: – – – – – – Examinar las características del terreno. Asegurarse de la ubicación de todas las instalaciones del subsuelo que entrañen peligro. Cortar o desplazar en lo posible estos suministros. Si no fuera posible esto, colgarlos. Limpiar el terreno de árboles, piedras y demás obstáculos. Vallar y señalizar la excavación. 6.2 Procedimientos generales – Los desniveles de terreno deben protegerse mediante taludes apropiados o apuntalamientos. –
–
– T. desmoronables T. blandos pero consistentes T. compactos Pendientes máximas de los taludes admitidas en tres tipos de terrenos
Examinar las propiedades colindantes para detectar: o Defectos estructurales o Asentamientos irregulares o Grietas preexistentes Tomar fotografías y levantar acta notarial sobre el estado preexistente de las construcciones adyacentes. Las construcciones adyacentes deben ser apuntaladas para que no asienten ni tengan movimientos laterales. –
–
– – Se debe proteger contra la lluvia: o Los cimientos por socavación o Las medianeras por filtraciones Los taludes sobre aceras y calles se deben apuntalar considerando los vehículos que sobre ella circulan. Los apuntalamientos muy peligrosos deben estar calculados por un profesional. Se debe constatar que:
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o Los puntales estén asentados en terreno firme o Las descargas sean normales al terreno o Los puntales estén arriostrados entre sí – – – – – Disponer un espacio para desechar el material de las excavaciones y una ruta para su acarreo. Donde haya presencia de humedad los trabajadores deben disponer de botas y ropa impermeable. No trabajar de noche. Los obreros deberán dar aviso ante cualquier indicio de debilidad de los apuntalamientos o taludes. Ante una irregularidad: o Señalizar el riesgo o Evacuar la excavación o Averiguar las causas o Recalcular las entibaciones 6.3 Sistema de contención Rígido 6.3.1 Muro Milán Tipos de Muro Milán Las técnicas de construcción de Muros Milán han sido un campo fértil para la capacidad de innovar, tanto en lo referente a equipo de excavación como en los detalles constructivos. En cuanto al procedimiento de construcción se han seguido diferentes soluciones a través de varios tipos de muros:
Muro Milán convencional hormigonado en el lugar. Muro Diafragma realizado con piezas prefabricadas con avance modular. Muro Diafragma realizado con piezas prefabricadas con avance continuo. Muro Esbelto
6.3.1.1 Descripción del proceso constructivo a) Construcción de Muro hormigonado en el lugar.- La construcción de los muros hormigonados en el lugar tienen reglas generales que sirven para asegurar que se alcance la seguridad necesaria para su empleo como muro estructural. Se identifica como tablero a un trajo de zanja que se profundiza con una maquina excavadora vertical, colocada en tres posiciones para alcanzar una longitud horizontal típica de unos 6m de profundidad requerida; en cuanto el ancho, primero el de la excavación y después del muro terminado, usualmente es de 60 a 80cm.
b) Construcción del muro con avance modular.- La empresa francesa Bachy desarrolló la técnica pionera de colocación de muros prefabricados. La excavación de la zanja se estabiliza inicialmente con lodo arcilloso o bentonítico; ese lodo, previamente a la colocación de los prehormigonados de concreto se sustituye con lodo fraguante. Las piezas prehormigonadas son unas secuencia de piezas verticales de concreto ensambladas mediante un gancho de acero y placas guías también de acero. Una vez colocadas todas las piezas, el lodo fraguante endurece hasta alcanzar una resistencia similar a la del sub-suelo para soportar y confinar al muro en su posición. El avance de excavación de estos muros se lo hace en zig- zag, de esta manera se logra la colocación continua de las piezas prefabricadas y se aprovecha al equipo de construcción el mayor tiempo posible.
c) Construcción del muro con avance continuo.- Esta ingeniosa técnica desarrollada en Francia por la empresa Soletanche (1970) con el nombre de parasol; permite lograr un procedimiento continuo con avances de excavación largos y aprovechamiento máximo del equipo de construcción. La capacidad estabilizadora de los lodos fraguantes está basada en su mayor densidad, que permite excavaciones seguras de gran longitud, haciendo factible separar el proceso de la excavación de la zanja y el de colocación de las piezas prefabricadas, ésta es la esencia de la técnica Soletanche que conlleva a un procedimiento más ordenado y eficiente.
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 46 Ing. Manuel Sierra Alvarado d) Muros esbeltos.- Se define como muro milán esbelto aquel cuyo espesor es de 30 a 45cm., estos espesores hasta hace pocos años eran irrealizables, porque se carecía de la maquinaria necesaria para llevar a cavo la excavación. La importancia de poder fabricar muros milán esbelto lo hace accesible a mayores aplicaciones. En cuanto la manera de construirlo es igual a los de tamaño usual ecepto que se requiere maquinaria adecuada que incluso puede operar en áreas reducidas.
6.3.1.2 Recomendaciones para el proceso constructivo Para la construcción de los muros milán es necesario tener en cuenta ciertas normas que servirán de mucha ayuda al constructor en el momento de la ejecución:
a) La paredes de la zanja deben ser estables, tanto y durante el proceso de la excavación como de la colocación del concreto. Lo derrumbes de las paredes producen oquedades en terreno que deben ser llenadas por el concreto, alterándose así la forma optima del muro.
b) Si el producto de los derrumbes se acumula en el fondo de la zanja y no es removido antes de colocar el concreto, este se mezclará con el suelo contaminado y sedimentado en el fondo.
c) Si el derrumbe se produce durante el proceso de homirgonado, caerá sobre el concreto fresco y se mezclará con la lechada, contaminando así el concreto.
d) Para evitar el derrumbe de las paredes se llena la zanja, generalmente, con una lechada viscosa constituida por una suspensión coloidal de bentonita en agua. Para que esta lechada sea eficaz, se debe mantener dentro de ciertas normas de viscosidad, densidad y limpieza durante todo el proceso de excavación y la colocación del concreto.
e) El concreto debe mantener una alta fluidez durante todo el tiempo de hormigonado para garantizar su comportamiento como un líquido viscoso y pesado, capaz de fluir con libertad y desplazar a la lechada de manera continua e in-interrumpida. De esta manera el concreto ocupará todo los espacios en el interior de la zanja, formando así un cuerpo sólido y continuo, un perfecto contacto con las paredes, las juntas verticales que se forman con el contacto entre tableros contiguos y la superficie de las varillas de acero de refuerzo.
6.3.1.3 Zanjas guías y brocales La zanja guía es una ranura en la superficie del terreno cuyo ancho es igual al muro más la tolerancia que permite el paso de la almeja de excavación y la profundidad generalmente es la misma a la del extracto del suelo superficial inestable.
El brocal es revestimiento que protege a la zanja en la parte superior. La zanja guía con el brocal cumplen con el siguientes objetivos fundamentales.
a) Precisar la posición topográfica de los muros incluyendo los ángulos y las curvas necesarias.
b) Comprobar que no hay instalaciones municipales, ductos o cables en la traza del muro.
c) Controlar la operación excavación obligando a que la almeja entre en la posición correcta.
d) Estabilizar la parte superior de la excavación y evitar caídos locales.
e) Confinar el lodo y facilitar el control de su nivel durante la excavación. f) Facilitar la colocación de la junta y en caso necesario servir de apoyo para sostenerla. g) Soportar la jaula de acero de refuerzo en posición fija para evitar que penetre o se levante.
h) En caso necesario servir de apoyo al paso de la maquinaria pesada de excavación y maniobra.
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 47 Ing. Manuel Sierra Alvarado La zanja se la excava con maquinaria ligera y a mano de toparse con instalaciones sub-terraneas. Generalmente los brocales se los construye de hormigón armado, de lámina con un apoyo estructural y de estructura metálica siendo estas últimas poco usada por la dificultad en el ajuste de las piezas verticales y horizontales a las irregularidades del terreno, pero desde el punto de vista económico son nada despreciables.
El brocal que más se utiliza es de hormigón armado y es el que reviste la zanja con un espesor de 10 a 15 cm. Ligado a una loza horizontal de ancho de 0.60 a 1.00 m. para proporcionar rigidez longitudinal a lo muros y permitir el paso del personal de la obra con seguridad que consta de una malla electrosoldada y un juego de pares de oreja para sujetar la jaula de acero de refuerzo.
La ejecución de un muro tipo pantalla conlleva a tener un buen diseño de la zanja guía y del brocal a continuación se presenta algunas recomendaciones para construir:
a) Es muy frecuente que la profundidad de la zanja del brocal sean insuficiente para sostener la parte superior de la excavación, provocándose salientes o panzas en el muro terminado.
b) La estabilidad de los brocales es casi siempre precaria y por ellos siempre debe mantenerse acuñados con puntales de madera para evitar que se muevan horizontalmente, los cuales deben ser retirados durante la excavación y nuevamente colocados hasta que se inicie el hormigonado.
c) Es necesario dar la profundidad adecuada al brocal porque se puede producir caídos locales justo abajo.
d) El relleno debe ser remplazado por un suelo estabilizado con cemento y muy bien compactado para no permitir el hundimiento seguramente por humedecimiento.
e) La ausencia de los puntales o golpe con la maquinaria excavadora permiten el giro del brocal.
6.3.1.4 Excavación de zanja Las zanjas necesarias para alojar el muro hormigonado in situ se excavan generalmente, empleando cucharones de almeja de diseño especiales que garantizan las dimensiones y la verticalidad de los muros. El ciclo de excavación de zanja se define como el tiempo requerido para instalar la máquina zanjadora, centrar y bajar la almeja, excavar, subir la almeja, dejar que escurra el lodo bentonítico y vaciar el material. Los ciclos de excavación para casi todas las almejas varían entre 2 y 4 minutos, dependiendo el tipo de suelo que se atraviese.
Dimensiones geométricas usuales Las tres dimensiones más importantes del muro son: La tolerancia lateral de 2.5 cm. entre la almeja y el ancho del brocal. La penetración minima de 1 cm. de la junta de las paredes de la zanja El recubrimiento mínimo de acero de 6 cm. Siendo estos valores constantes para cualquier ancho del muro y los demás serán proporcionales.
Estabilización de las zanjas: Usualmente, las zanjas se mantienen llena de lechada bentónica, la cual ejerce un empuje hidrostático sobre las paredes e impide que estas colapsen. Al extraer el suelo excavado se libera la presión horizontal natural sobre las paredes y se genera en el plano vertical una condición de equilibrio plástico que desarrolla un empuje activo de Rankine. Para que la zanja se mantenga estable es necesario que el empuje activo sea menor que la presión hidrostática ejercida por la lechada. Las partículas coloidales de bentonita de adhieren a las paredes de la zanja, formando una delgada costra impermeable, llamada cake, que impide la fuga de la lechada en excavaciones realizadas en depósitos de suelo permeable.
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 48 Ing. Manuel Sierra Alvarado El empuje depende de la resistencia al corte de los suelos atravesados por la zanja y de la posición del nivel freático. La presión hidrostática ejercida por la lechada depende de su densidad.
6.3.1.5 Colocación de juntas Las juntas de acero se instalan inmediatamente después de terminar la excavación y antes de colocar el acero de refuerzo. Su extracción debe realizarse al concluir el hormigonado. En general la geometría de las juntas debe estar en congruencia con la forma de la almeja con la que se realiza la excavación de la zanja, además las juntas deberán satisfacer los siguientes requerimientos:
Resistir la presión del concreto fresco sin experimentar excesiva distorsión o deformación y sin permitir la fuga lateral del concreto.
Su rigidez debe asegurar que la formación tolerable sea del orden de unos milímetros.
Protegiere el panel previamente hormigonado de los impactos de la almeja y permitir la excavación del panel adyacente.
El machihembrado que produce la junta deberá quedar limpio ser capaz de soportar cierta fuerza cortante entre paneles consecutivos además dificultará el paso del agua buscando que la unión entre los módulos sea lo más hermética posible.
La junta deberá ser construida con aceros y métodos simples a un costo compatible con el proyecto.
Las juntas pueden ser de concreto cuando quedan incluida en el muro, también se acostumbra que sean de perfiles de acero.
6.3.1.6 Limpieza del fondo Antes de colocar el concreto, el fondo de la zanja debe estar completamente libre de sedimentos blandos para evitar que estos se mezclen con el concreto fluido o se queden en el fondo impidiendo el buen contacto de concreto con terreno natural compactado, lo cual reduce la capacidad de carga de la junta y genera grandes asentamientos diferenciales entre las pilas. Por ello es siempre necesarios hacer la limpieza de fondo, extrayendo el material sedimentado mediante una bomba neumática de succiones (air-lift) o una bomba eléctrica sumergible, al mismo tiempo que se elimina el exceso de arena de la lechada haciéndola circular por un separador centrífuga. Después de eliminada la arena se le agrega lechada fresca para justar la viscosidad y se reincorpora a la lechada que llena la zanja.
6.3.1.7 Colocación de la armadura Izado.- Al levantar los armados de acero suelen sufrir distorsiones y deformaciones por peso propio. En el diseño de la jaula de acero de refuerzo es necesario decidir si las parrillas del armado serán una jaula rígida o flexible; las jaulas rígidas se logran agregando varillas soldadas para arriostrar; en muchos casos se prefieren las jaulas flexibles, debido a economía y a que son menos susceptibles a sufrir deformaciones permanentes durante el manejo. Para el izado de las jaulas se requiere de balancines y dos líneas de estrobos que sujetan a las jaulas, de tal manera que se eviten deformaciones por pandeo; una vez que el armado deslice dentro de la zanja y también segura el recubrimiento mínimo, los cuales se describen más adelante. Uniones.- La altura de las parrillas están determinadas por: La altura libre en obra, la capacidad del equipo disponible, la longitud y profundidad de los muros, las condiciones de apoyo dada por el procedimiento constructivo; si se hace necesario recurrir al corte de las parrillas, la unión de ellas deberá realizarse por medio de traslape, soldadura o del algún dispositivo mecánico. El procedimiento de unión de las parrillas empieza para levantar e introducir el primer tramo dentro de la zanja, dejando un tramo libre fuera de ella soportado con barras trasversales horizontales apoyadas en los muros guía; se iza y se acopla el segundo tramo de acero de refuerzo; para hacer la unión vertical de los tramos se recurre a alguna de las siguientes uniones:
Traslape de las varillas con la longitud de especificación y amarre con alambre. Traslape de las varillas con la longitud de especificación y amarre con perros o grapas “U”
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 49 Ing. Manuel Sierra Alvarado Unión de las varillas en sus puntas con conectores mecánicos de presión. Soldadura longitudinal de las varillas con longitud de especificaciones.
Descenso de refuerzo.- La maniobra se realiza lentamente de manera constante, plomeado verticalmente el armado y haciendo coincidir los centros de zanjas y parrilla; se deberá cuidar que los armados no se asienten en el fondo de las zanjas; al terminar de introducir el acero deberá mantenerse suspendido a la elevación correcta, por lo que las parrillas deberán tener orejas o lazos de varillas para su anclaje con el brocal.
6.3.1.8 Hormigonado La técnica más usada es la técnica del hormigonado sumergido, para esto, se introduce hasta el fondo de la zanja un tubo “premie” o “contractor” mediante una tubería de 15 a 30cm, con longitudes parciales de 1 a 3m, ensamblados mediante un biselado que permite un atornillado y destornillado rápido.
La tubería lleva en la cabeza una tolva para la recepción del hormigón, que se vierte de forma continua y va expulsando el lodo bentonítico hasta que rebosa por la parte superior de la zanja.
La tubería debe ser lisa por dentro y por fuera para que el concreto fluya libremente en el interior y se evite que el tubo se atore en el armado.
Las uniones entre los tramos debe ser hermética para que no se permita la entrada d3 fluido de la zanja a su interior.
Dado este sistema especial de hormigonado, es necesario que el hormigón fresco cumpla con determinadas especificaciones que garantice la correcta ejecución. Así el tamaño máximo del agregado grueso deberá ser de 30mm si es canto rodado y 20mm si es piedra triturada, la consistencia del hormigón debe ser fluida con un revenimiento en el cono de Abrams del orden de 16 a 22cm y las dosificaciones de 350kg/cm³ para resistencia a compresión simple mayores de 200kg/cm².
Es necesario destacar que la gran fluidez del hormigón, unida a la extrema limpieza de la zanja y de la lechada bentonitita, son condiciones indispensables para lograr un hormigonado integral del muro, es decir, libre de discontinuidades, de contaminación, impermeable y estructuralmente resistente.
6.3.1.9 Extracción de las juntas Cuando ha empezado el fraguado inicial del concreto en uno de los módulos del muro, debe levantarse axialmente la junta unos 2cm con la finalidad de romper la adherencia. El tiempo para iniciar la excavación del siguiente panel dependerá de la protección y ancho que proporciona la junta. La maniobra para retirar la junta, requiere de una grúa capaz de halar y de aplicar una fuerza horizontal ligera.
6.3.1.10 Equipo requerido par la construcción de Muros Milán Almejas de caída libre.- Estas almejas son ideales para excavar zanjas de gran profundidad, dependiendo de la longitud de los cables y la capacidad de la fuerza de cierre con las que se operen.
Almeja hidráulica guiada.- Se emplea para la excavación de zanjas en suelos de consistencia variable desde arcillas blandas hasta arena y grava, estos equipos pueden alcanzar profundidades de excavación de 30 a 40m.
Retroexcavadoras.- Son capaces de excavar zanjas de 7m de profundidad que equipadas con extensiones hidráulicas llegan hasta 12m de profundidad.
Perforadoras de circulación inversa.- Están dotadas con bombas de alta eficiencia y bombas de vacío integrada para eliminar el aire entrapado al incorporar cada barra a la columna de perforaron, esto ha permitido que tengan una notable productividad que llegan a excavar 21m³/hr en arcillas y 17m³/hr en arenas esto hace factible que excavar la zanja del muro Milán se transforme en una técnica usual.
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 50 Ing. Manuel Sierra Alvarado Excavadora de canjilones de corte para profundidad.- O también llamada Else, consiste de un canjilón o cuchara de corte articulada que penetra al suelo guiada por un mástil estructural, esta alcanza una profundidad de excavación de hasta 10m.
Hidrofesa.- Estas zanjadoras se desarrollaron para cortar suelos muy duros y rocas de hasta 100kg/cm² de resistencia a la compresión simple, han alcanzado profundidades de hasta 100m, particularmente para la conformación de barreras impermeables de material rígido o flexible.
6.4 Sistema de contención Flexible 6.4.1 Muros Tablestacas. Las tablestacas se construyen desde la superficie hacia abajo hincándolas, resulta ser muy eficiente en lugares que el nivel freático es muy alto o el suelo es muy blando, donde el costo del muro seria muy caro. Tipos de tablestacas Las tablestacas pueden clasificase atendiendo a varios factores, pero a continuación nombraremos en función de su forma ya que de esta manera la tablestaca logra su estabilidad, existiendo los siguientes tipos: o o o o o Tablestaca anclada simple apoyada. Tablestaca anclada semi-empotrada. Tablestaca anclada empotrada. Tablestaca anclada, empotrada con cesiones en el anclaje. Tablestaca en voladizo. Tablestacas metálicas. Por su configuración, espesor de material, anchura y la calidad de acero estas se adaptan a la moderna técnica de hincar. Especialmente en su forma simétrica lo que asegura un comportamiento para instalación e introducción por maquinaria de hincado. Debido a los altos límites de alargamiento del acero posee una gran resistencia a la torsión la cual lo protege óptimamente contra las deformaciones propias del terreno.
Perfiles ligeros.- En contraste con las tablestacas los perfiles ligeros tienen uniones de cerradura y se emplean sobretodo en suelos no cohesivos o cuando existe la posibilidad que haiga agua subterránea. Aunque la unión de soldadura no garantiza estanqueidad al agua, normalmente se produce un efecto estanqueizador que se va incrementando a medida que en el laberinto de cerradura se depositen partículas finísimas de tierra. Tanto para el hincado como para la extracción, hay que tener en cuenta la fricción adicional que estas cerraduras producen.
Codales.- se componen únicamente de tubo y roscas, la rosca trapezoidal es de dos entradas, es decir, que con una vuelta se logran 2.5cm de recorrido de ajuste. Su apoyo angular especial se sostiene sobre el alma de la vigas de refuerzo, y garantiza permanentemente la entrada céntrica de los refuerzo, al mismo tiempo que impide e resbalamiento de los codales.
Las vigas de refuerzo.- Suelen componerse de perfiles según la distancia entre codales y condiciones estáticas. Son necesarias las vigas de refuerzo mediante cadenas o cuerdas para que no se resbalen.
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 51 Ing. Manuel Sierra Alvarado Instalación y extracción.- las tablestacas o perfiles ligeros se hincan a la profundidad requerida bien antes de la excavación o en una excavación previa. Como maquinaria suelen utilizarse preferentemente equipos de vibración o pistones eléctricos o hidráulicos. Los equipos de vibración tienen la ventaja de funcionar con poco perjuicio para el medio ambiente, además de servir también para los trabajos de extracción.
Durante el proceso de excavación, se van instalando vigas de refuerzo y codales según las condiciones estáticas del caso. El apoyo inferior de las tablestacas o perfiles ligeros suelen obtenerse por empotramiento en el fondo de la excavación. Una vez realizada la excavación y teniendo las seguridades del caso se retiran las vigas de refuerzo y codales, se extrae la tablestaca. Si se procede correctamente, los asentamientos posteriores quedan prácticamente excluidos.
Ventajas o Se adaptan a todas las condiciones estáticas. o o Zona de trabajo de gran altura gracias al empotramiento en el fondo de la excavación. Por su grado de manejo las hace económicamente rentables. Desventajas o o o
o o Generalmente hay agua del lado opuesto. Son estructuras flexibles. Son construidas en lugares con el nivel freático alto o donde el suelo de la cimentación no ofrece resistencia adecuada. Posible aparición de régimen mixto de empujes. Son delgadas y por lo tanto la base no trabaja en su estabilidad. 6.4.2 Cortes Apuntalados Como primer paso en la construcción de cimentaciones, se encuentra la excavación del suelo o roca que yace bajo la superficie y por encima del nivel de dicha cimentación. Por lo tanto las excavaciones tienen como función preparar el terreno para la futura construcción del sistema de cimentación propuesto. Generalmente el proceso constructivo y método de excavación son elegidos por el Ingeniero Contratista, aunque en algunos casos se recomienda directamente por el diseñador.
Excavaciones Apuntaladas Cada uno de los tipos de excavación (Profundas y Poco Profundas) tiene un método de apuntalamiento, por esta razón se considera que un buen método es aquel que reduce al máximo las deformaciones y protege lo mejor posible las construcciones y estructuras vecinas a la excavación e inclusive el interior de la misma excavación. Son consideradas excavaciones Poco Profundas, aquellas que se encuentran entre 1 y 5 m, por lo tanto las Profundas son aquellas mayores de 5 m El apuntalamiento consiste en sostener el material adyacente a la excavación con el fin de reducir al máximo los efectos inevitables que una intervención de este tipo conlleva. Estos efectos se producen debido al cambio de esfuerzo en el suelo y comúnmente se presentan en forma de hundimientos y deformaciones.
Excavación Apuntalada con Anillos de Cemento Excavación Apuntalada con Vigas Metálicas Puntales desarmados
Dentro de las funciones del Ingeniero se encuentra la de estar completamente familiarizado con los métodos y procesos utilizados en las excavaciones y apuntalamientos con el fin de evitar errores que pueden ser desastrosos.
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 52 Ing. Manuel Sierra Alvarado Una de las recomendaciones que se hace comúnmente en cuanto al apuntalamiento es la de preesforzar cada puntal durante su colocación.
El método de preesforzar los puntales consiste en colocar con anterioridad al puntal definitivo dos puntales auxiliares equipados con gatos hidráulicos encargados de separar los largueros, para luego insertar y acuñar el puntal definitivo. Una vez colocado este, se retiran los gatos y puntales auxiliares transmitiéndole esfuerzos de varias toneladas al puntal definitivo. 6.4.2.1 Proceso constructivo de apuntalamiento de excavaciones poco profundas Debido a condiciones de linderos y reducción en las áreas de trabajo para las construcciones, es común encontrar frentes de excavaciones verticales en los cuales es recomendable apuntalar. En el caso de excavaciones poco profundas se utilizan tablones alrededor de la excavación unidos por medio de vigas perimetrales denominadas largueros soportadas entre ellas por los puntales. Estos puntales pueden ser metálicos, en madera o inclusive si la excavación es muy ancha se utilizan cerchas. o o o o Excavación Apuntalada con Madera Excavación Apuntalada con Cerchas Metálicas Cerchas Metálicas con Puntales Cercha Metálica como modo de Apuntalamiento 6.4.2.2 Proceso constructivo de apuntalamiento de excavaciones profundas Para este caso, es común la utilización de las tablestacas, pilotes metálicos en forma de “H” e inclusive muros pantalla en concreto. El proceso más común en estos casos es el de hincar las tablestacas y trabarlas para luego retirar el material del interior. A medida que se va profundizando, se van colocando los largueros y puntales. En el caso de utilizar pilotes, el procedimiento es el mismo y la diferencia radica en que una vez retirado el material del área de los pilotes se colocan tablas acuñadas entre ellos para luego ubicar los largueros y puntales. Excavación sin apuntalar Proceso de Excavación Perfeccionamiento del talud de excavación Excavación apuntalada con anillos de cemento Excavación apuntalada con vigas metálicas Puntales desarmados
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 53 Ing. Manuel Sierra Alvarado 6.5 Seguridad en excavaciones profundas 6.5.1 Generalidades Antes de los años 70, la mayoría de las excavaciones eran apuntaladas con vigas de madera. Los apuntalamientos de madera eran muy costosos, su instalación requería un tiempo considerable y tenían que ser ajustados con calces y cuñas varias veces al día.
La entrada a una excavación sin soporte para poner o sacar las vigas de apuntalamiento probó ser muy peligroso. El desarrollo de apuntalamientos hidráulicos o neumáticos livianos ha reducido considerablemente el peligro de entrar a una excavación no sostenida. Otro aparato que contribuyó a la seguridad del trabajador fue el cajón de zanjas. Un cajón de zanjas puede ser colocado dentro de una excavación antes de entrar los empleados.
6.5.2 Riesgos La mayor parte de los trabajos de construcción comprenden algún tipo de excavación para cimientos, alcantarillas y servicios bajo el nivel del suelo. El cavado de zanjas o fosos puede ser sumamente peligroso y hasta los trabajadores más experimentados han sido sorprendidos por el derrumbe súbito e inesperado de las paredes sin apuntalar de una excavación. Una persona sepultada bajo un metro cúbico de tierra no podrá respirar debido a la presión sobre su pecho, y dejando de lado las lesiones físicas que pueda haber sufrido, pronto se sofocará y morirá, pues esa cantidad de tierra pesa más de una tonelada. La tarea de excavación implica extraer tierra o una mezcla de tierra y roca. El agua casi siempre está presente. Aunque más no sea en forma de humedad del suelo, y la lluvia copiosa es causa frecuente de suelos resbaladizos. La posibilidad de anegamiento es otro riesgo a tener siempre en cuenta. La liberación de presiones a medida que se va retirando material, y el resecamiento en tiempo caluroso, causa la aparición de grietas. La índole de los suelos es variable (por ejemplo arena fina que se desliza fácilmente, arcilla dura que es más cohesiva), pero no puede esperarse que ningún suelo sostenga su propio peso, de modo que es preciso adoptar precauciones para impedir el derrumbamiento de los lados de cualquier zanja de más de 1,2 m de profundidad.
6.5.3 Causas de accidentes Las principales causas de accidentes en las excavaciones son las siguientes: – Trabajadores atrapados y enterrados en una excavación debido al derrumbe de los costados; Excavación apuntalada con cerchas metálicas Excavación apuntalada con madera Cercha metálica como modo de apuntalamiento Cercha metálica con puntales
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 54 Ing. Manuel Sierra Alvarado – –
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– Trabajadores golpeados y lesionados por materiales que caen dentro de la excavación; Trabajadores que caen dentro de la excavación; • medios de acceso inseguros y medios de escape insuficientes en caso de anegamiento; Vehículos llevados hasta el borde de la excavación, o muy cerca del mismo (sobre todo en marcha atrás), que causan desprendimiento de paredes; Asfixia o intoxicación causados por gases más pesados que el aire que penetran en la excavación, por ejemplo los gases de caños de escape de motores diesel y de gasolina.
6.5.4 Medidas de seguridad para impedir derrumbamientos Debe darse a los lados de la excavación o zanja una inclinación segura, generalmente con un ángulo de 45° en reposo, o apuntalárselos con madera en u otro material adecuado para impedir que se derrumben. La clase de soporte dependerá del tipo de excavación, la índole del terreno y el agua subterránea existente. La planificación es de vital importancia. Es preciso asegurarse de la disponibilidad de materiales para apuntalar la zanja que ha de cavarse en toda su extensión, ya que los soportes deben instalarse sin demora al practicar la excavación. Para todas las excavaciones se precisa una acumulación de maderas de reserva, pero las de 1,2 m o más de profundidad requieren un madera en o revestimiento especial (Sistemas de contención ya sea Rígida o Flexible). Si el suelo es inestable o carece de cohesión, se necesita un entablado más apretado. Nunca se debe trabajar por delante de la zona apuntalada. Los apuntalamientos deben ser instalados, modificados o desmantelados sólo por obreros especializados bajo supervisión. Dentro de lo posible, se deben erigir antes de haber cavado hasta la profundidad máxima de la excavación, hay que empezar antes de llegar a los 1,2 m.
La excavación e instalación de soportes deberá continuar entonces por etapas, hasta llegar a la profundidad deseada. Es preciso que los trabajadores conozcan bien los procedimientos para rescatar a un compañero atrapado por un desprendimiento de tierra. Los trabajadores se caen con frecuencia dentro de las excavaciones. Deben colocarse barreras adecuadas, de altura suficiente (por ejemplo, cerca de 1 m), para prevenir estos accidentes. A menudo se utilizan los extremos de los soportes que sobresalen del nivel del suelo para sostener estas barreras.
6.5.4.1 Inspección Las excavaciones deben ser inspeccionadas por una persona idónea antes de que comience el trabajo en ellas, y por lo menos una vez por día luego de iniciadas las tareas. Una persona idónea las debe revisar a fondo una vez por semana, y se debe llevar un registro de esas inspecciones.
6.5.4.2 Edificios contiguos Dentro de lo posible, las excavaciones no deben ser excesivamente profundas ni estar demasiado cerca de edificios o estructuras adyacentes como para socavarlos. Deben tomarse precauciones, mediante puntales, soportes, etc. para impedir derrumbes o desmoronamientos cuando la estabilidad de algún edificio o estructura se vea afectada por los trabajos de excavación.
6.5.4.3 Orillas No se deben almacenar ni mover materiales o equipos cerca de las orillas de las excavaciones, ya que ello acarrea el peligro de que caigan materiales sobre los que trabajan abajo, o que aumente la carga en el terreno circundante y se derrumbe el madera en o los soportes de sostén. Las pilas de desechos o descartes deben también estar lejos de las orillas de las zanjas.
6.5.4.4 Vehículos Deben colocarse bloques de tope adecuado y bien anclado en la superficie para impedir que los vehículos volquetes se deslicen dentro de las excavaciones, riesgo que corren en especial cuando dan marcha atrás para descarga. Los bloques deben estar a suficiente distancia de la orilla para evitar los peligros de un desprendimiento bajo el peso de los vehículos.
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 55 Ing. Manuel Sierra Alvarado 6.5.4.5 Accesos Cuando se trabaja en una excavación, es preciso asegurarse de que existan medios seguros de ingreso y salida, como por ejemplo una escalera de mano bien sujeta. Esto adquiere particular importancia cuando hay riesgo de anegamiento, y el escape rápido es esencial.
6.5.4.6 Iluminación El área que rodea a la excavación debe estar bien iluminada, sobre todo en los puntos de acceso y en las aberturas de las barreras.
Puntos a recordar –
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– No se debe trabajar nunca por delante de los soportes laterales de una excavación, aún cuando se están colocando los puntales. Las apariencias engañan. La poca profundidad de una excavación o el aspecto sólido del terreno no son garantía de seguridad. Las excavaciones profundas parecen peligrosas, pero la mayoría de los accidentes fatales ocurren en excavaciones de menos de 2,5 m de profundidad. Siempre debe usarse el casco de seguridad cuando se trabaja en una excavación. 6.5.5 Líneas subterráneas de servicios básicos Antes de empezar una excavación, recuerde que puede haber conductos de servicio bajo la superficie. En las zonas urbanizadas, siempre hay que esperar la presencia de cables eléctricos, caños de agua y alcantarillas. En algunos sitios también puede haber cañerías de gas.
Algunos de estos servicios tienen aspecto similar, de modo que al encontrarlos siempre hay que suponer lo peor: dar contra un cable eléctrico puede causar la muerte, o lesiones severas por choque eléctrico, o quemaduras graves. Una cañería de gas rota tiene pérdidas y puede provocar explosiones.
Los caños de agua o saneamiento averiados pueden acarrear riesgos súbitos anegando la excavación o causando el desmoronamiento de sus paredes.
6.5.5.1 Cables eléctricos Todos los años hay obreros que realizan excavaciones en obras en construcción y sufren quemaduras graves al tocar accidentalmente cables electrificados bajo tierra. Siempre tiene que suponer que el cable que Vd. encuentra está electrificado. Antes de empezar a cavar, haga averiguaciones con la empresa de electricidad, las autoridades municipales o el dueño de la propiedad acerca de los planos que posean sobre el cableado de la zona, pero aunque existan planos, recuerde que tal vez algunos cables no estén indicados en ellos o no sigan el recorrido marcado por el plano, ya que el tendido pocas veces sigue una línea exacta.
Preste atención a la cercanía de señales de tráfico luminosas, semáforos o subestaciones, generalmente abastecidos por cables subterráneos. Use un localizador de cables si es posible, pero recuerde que si hay un manojo de cables bajo tierra el aparato no podrá distinguir unos de otros, y que hay algunos tipos de cables que no detecta. Una vez hallado el cable, notifique al supervisor y a los otros trabajadores. Marque la ubicación con tiza, crayola o pintura, o si el terreno es demasiado blando, con estacas de madera. No use nunca clavijas puntiagudas. Una vez establecida la ubicación aproximada del cable bajo tierra, utilice herramientas de mano para desenterrarlo: palas y azadas y no picos u horquillas. Preste extrema atención a la presencia de cables al cavar. No deben utilizarse herramientas eléctricas a menos de medio metro de distancia de un cable.
6.5.5.2 Otros servicios Como en el caso del suministro de electricidad, deben hacerse averiguaciones con las autoridades que correspondan y con el dueño de la propiedad acerca de la existencia de planos de cañerías de gas y agua corriente, alcantarillado y cables telefónicos, y luego utilizar métodos de trabajo similares.
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CIMENTACIONES Manuel Guevara Anzules 56 Ing. Manuel Sierra Alvarado No deben usarse excavadoras mecánicas a menos de medio metro de distancia de un caño de gas. Si se siente olor a gas, asegúrese de que no haya focos de combustión cercanos, como cigarrillos encendidos o motores en marcha. Manténgase alejado de la zona, no permita el acceso de otras personas y llame a la compañía de gas. No deben usarse equipos o instalaciones pesadas encima o cerca de los caños de gas, para prevenir su rotura. Los cables y caños que hayan quedado expuestos al abrir una zanja deben ser sostenidos con soportes. No se los debe usar nunca para apoyar equipos o como escalones para bajar y subir de la excavación. Al rellenar una zanja en la que hay caños de gas, asegúrese de que el relleno esté bien afirmado debajo de ellos, para evitar roturas o rajaduras cuando se asienten
6.5.6 Medidas a adoptar durante la realización de las excavaciones –
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– Instalar señalización vial y de seguridad tanto diurna como nocturna.
Colocar protección perimetral a una distancia prudencial de los bordes de la excavación.
Instalar barreras y topes de seguridad señalizados en las proximidades del talud o borde de la excavación para evitar sobrecargas en el terreno y posibles vuelcos de la maquinaria.
Permanecer fuera del radio de acción de las máquinas.
Utilizar los maquinistas los estabilizadores de las máquinas de elevación y excavación.
Evitar en todo momento la permanencia del trabajador en el interior de una excavación mientras excava la máquina y, sobre todo, la situación de éste en aquellas zonas muertas de visibilidad para el maquinista.
Disponer de escaleras portátiles normalizadas y estables que rebasen en 1 metro el borde superior de la excavación para el ascenso y descenso de los trabajadores al fondo de la excavación y posibles casos de emergencia en cada uno de los tajos de la obra.
No utilizar los codales de la entibación como escalera.
Proceder a entibar las paredes de las zanjas y pozos o instalar sistemas de entibación o blindaje superando el nivel de la rasante del terreno, cuando la profundidad de ésta supere 1,30 metros de profundidad y la pendiente de las paredes sea superior a la del ángulo de deslizamiento del terreno o talud natural.
Contar con la presencia de personal capacitado y competente en estos trabajos, así como de Recurso Preventivo, para comprobar el estado de la entibación o paredes de los taludes antes de descender el trabajador a la zanja.
Informar al trabajador en lo relativo a los trabajos de la excavación, así como sobre los riesgos inherentes a los trabajos con materiales que contengan amianto –conducciones antiguas de saneamiento– y adoptar las medidas establecidas en los códigos de seguridad sobre las excavaciones.
Realizar los acopios de materiales y tierras procedentes de la excavación a una distancia de los bordes, acorde con la justificación técnica de la dirección facultativa.
Instalar rampas o pasarelas con un ancho mínimo de 60 centímetros y protección perimetral en aquellas zonas de paso transversales a la excavación cuyo desnivel alcance los 2 metros de altura.
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– Comprobar en las zonas de acometida a colectores y fosas sépticas, con los equipos de detección adecuados, la posible existencia de gases nocivos, inflamables, explosivos o la posible ausencia de oxígeno, antes del acceso del trabajador a la zona de riesgo.
Dotar al trabajador de los equipos autónomos o semiautónomos de protección respiratoria, si son necesarios, y de los equipos de protección individual adecuados al riesgo.
Mantener una persona de retén en el exterior de la excavación equipada con los medios de salvamento adecuados para permitir que los trabajadores puedan ponerse a salvo en casos de emergencia.
Mantener los sistemas de protección durante la colocación y tendido de tubos, realización. CAPITULO VII CONCLUSIONES
Las excavaciones profundas para cimentaciones es un tema de aplicación de las teorías generales de la Mecánica de Suelo y la Geotecnia. El análisis de las excavaciones profundas estará en función de las condiciones geotécnicas en las que se pretenda realizar el corte de excavación, estudiando el comportamiento del suelo y posteriormente aplicar los conocimientos y criterios ingenieriles.
Por otra parte, el problema fundamental de las excavaciones profundas es el estudio y análisis de su estabilidad general. Se deberán analizar todas las posibilidades de falla en las paredes y en el fondo de la excavación. Las teorías de empuje de tierras serán lo más relevante en el análisis de las paredes de la excavación mientras que la influencia del agua y la resistencia al corte o por capacidad de carga serán los temas a investigar en al análisis del fondo de la excavación. Además, el abatimiento del nivel de aguas freáticas deberá ser revisado cuidadosamente para evitar los problemas de subpresión y fallas en cimentaciones de estructuras adyacentes a la excavación.
Otro punto que será de consideración, es la estabilidad de las paredes de la excavación, cuando estas se realicen en forma de taludes. Los criterios y mecanismos de fallas deberán ser analizados con las teorías generales de la estabilidad de taludes. Su solución estará relacionada con los factores de seguridad, previa obtención de los parámetros geotécnicos de las pruebas de resistencia al corte realizadas para el caso particular de excavaciones.
Dependiente del resultado análisis de la estabilidad de las paredes verticales se aplicaran las alternativas que podrán ser rígidas o flexibles. Los Muros Milán ejemplifican el caso de un sistema mixto que podrá ser incluido como parte integral de la edificación a construirse, mientras que los Cortes Apuntalados y el uso de las Tablestacas, trabajaran como sistemas flexibles, provisorios, generalmente. Los mecanismos de falla y estabilidad de los sistemas mencionados, deberán ser estudiados para cada caso.
En lo referente al proceso constructivo de los sistemas rígidos, se recomienda que su avance sea mediante secciones alternadas, destacando la sincronización entre el continuado de la excavación y el fundido u hormigonado del muro. Para el caso de los sistemas flexibles, la selección de las secciones óptimas, y adecuadas, dependerá del análisis correspondiente de esfuerzos a la que estén sometidos. Además deberá prestarse mucha atención a la puesta en marcha en obra de los sistemas de contención, ya que al momento de ejecutarse este tipo de trabajos, los obreros y demás personal deberán tener conocimiento de los riesgos laborales que aquello implica. La seguridad industrial será aplicada como medio de protección personal en todo momento para evitar tragedias o prevención de accidentes.
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