C O N T E N I D O
UNIVERSIDAD ALAS PERUANASFacultad de Ingeniera y
Arquitectura
Escuela Profesional de Ingeniera Civil
INDICEEXCAVACIONES EN UN SOTANO1. INTRODUCCION Pg. 22.
GENERALIDADES ............Pg. 32.1 Definicin ..Pg. 3
2.2 Tipos de excavacin ....Pg. 33. DEFINICION DE UN SOTANO
.........Pg. 6
4. ESTUDIOS NECESARIOS PARA LA EJECUCION ..........Pg. 6
4.1 Estudios de Suelos............Pg. 6
4.2 Aprovechamiento del suelo............Pg. 84.3 Obras de
contencin......................Pg. 8
4.3.1 Tipos de muro de contencin.....................Pg. 9
Suelo Enclavado.......................Pg. 9
Pantallas.......................Pg.14
Tablestacas...................Pg.17
Calzaduras....................Pg.19
5. CONCLUSIONESPg.256.
BIBLIOGRAFIA...............................................................Pg.26EXCAVACIONES
EN UN SOTANO1. INTRODUCCIONLas excavaciones profundas se realizan
con mucha frecuencia para desplantar cimentaciones sobre todo en
zonas urbanas debido a la escasez de espacio, por lo cual la
construccin bajo cota de terreno natural ha cobrado gran
importancia.
En la actualidad, las edificaciones cuentan con la construccin
de ciertos niveles de stanos que pueden tener profundidades
variables, generalmente por necesidades arquitectnicas, por
optimizacin de espacios o por soluciones geotcnicas.
En la mayora de los edificios modernos de nuestra ciudad, debido
a la problemtica de bsquedas de lugares utilizables, para stanos de
parqueos, observamos este tipo de obras. Por esta razn en este tipo
de trabajos, es fundamental determinar mtodos de excavacin
adecuados y sistemas seguros de sostenimiento, para proteger las
paredes de excavacin, evitando posibles fallas en edificios
adyacentes.En general, cuando empieza una nueva estructura a
edificarse y si esta requiere una excavacin profunda para su
cimentacin, es estrictamente necesario estudiar bajo qu condiciones
se realizaran los trabajos de excavacin, ya que la misma podra
causar prdida de capacidad de carga, asentamientos, movimientos
laterales en edificaciones colindantes, etc. Por esto es
obligatorio determinar soluciones accesibles para realizar trabajos
de excavaciones seguros y econmicos.
2. GENERALIDADES2.1 Definicin de excavacin
Es la operacin de cortar y remover cualquier clase de suelo
independiente de su naturaleza o de sus caractersticas
fsico-mecnicas, dentro o fuera de los lmites de construccin. Su
ejecucin incluye las operaciones de nivelacin y evacuacin del
material removido a su lugar de disposicin final.2.2 Tipos de
excavacin
La excavacin se establece de cuatro maneras, siendo estas:
- Por su profundidad
- Por su nivel de complejidad.- Por tipo de material
excavado
- Por su grado de humedad
2.2.1 Por su profundidad
Poco profundas
Son aquellas que se encuentran en el rango de uno a cinco metros
de profundidad.
Se puede llevar a cabo ya sea con maquinaria, de una potencia de
80 Hp o menor, como lo son retroexcavadoras, o tambin con uso de
mano de obra de forma intensiva, se da sin construccin de rampas
para la salida de camiones, nicamente de aquellas utilizadas por el
personal.
A pesar de su poca altura, si se debe tomar en cuenta el uso de
sistemas de proteccin de taludes durante su realizacin, como lo son
los apuntalamientos, los cuales son los ms recomendados, debido a
su fcil colocacin y desmontaje al finalizar el proceso de
excavacin.
En su mayora estas excavaciones, los sistemas definitivos de
proteccin del talud, no son demasiados complejos, esto debido su
poca altura, ya que en la mayora de casos se utilizan, muros de
mampostera reforzada.
Figura 1. Sistema de apuntalamiento, excavaciones poco
profundas
Profundas
Son aquellas que superan los cinco metros de profundidad, se
realizan con maquinaria que supere una potencia de 80 Hp; para su
ejecucin debe tomarse en cuenta elementos tales como: sistemas
complejos de proteccin de taludes y rampa de salida de
camiones.
La construccin de los sistemas de proteccin de taludes se
realiza durante el proceso de excavacin o bien se realizan antes de
este, estos van desde el mtodo de suelo enclavado, micropilotes,
pilotes o tablestacas, entre otros.
Para llevar a cabo este tipo de excavacin es importante que el
ingeniero, considere el peligro que el desprendimiento de tierra de
los taludes es mayor, y por ende la vida de los trabajadores corre
mayor riesgo.
Esto debido a que diferencia de niveles topogrficos, entre los
dos planos unidos por un talud, existe una tendencia natural de las
masas a equilibrar sus potenciales energticos.
Esta inestabilidad fsica, encontrara su estado tericamente de
equilibrio final, cuando las masas igualan sus energas, eliminando
la diferencia de potencial inicial. Este equilibrio tiende a
alcanzar, como estado lmite, la
Formacin de un plano horizontal. Las fuerzas que causan la
inestabilidad son la gravedad (peso de la masa), y las presiones
neutras, como por ejemplo las generadas por un flujo.2.2.2 Por su
nivel de complejidad
Excavacin masiva
Consiste en realizar el movimiento de grandes cantidades de
material, se emplea maquinaria que supere la potencia de 80Hp, para
este tipo de excavacin presenta el mayor rendimiento ya que, al
momento de realizar los cortes, nicamente se debe prestar especial
cuidado al tallado de taludes y la profundidad mxima de
excavacin.
Debido a la potencia de la maquinaria empleada los niveles de
rendimiento de corte pueden oscilar entre 110 y 125 metros cbicos
por hora, este rendimiento puede ser menor o mayor dependiendo de
factores tales como: distancia de acarreo, pericia del operario de
la maquinaria, el tipo de maquinaria y el tamao de la pala
hidrulica de corte y la clase de suelo excavado.
Durante el proceso de excavacin es importante el correcto
tallado de los taludes, respetando los ngulos mnimos y las alturas
mximas.
Excavacin estructural
Se establece como excavacin estructural a la que se realiza para
la conformacin de las fosas para la cimentacin, en esta actividad
la cantidad de material movilizado es menor, ya que los
rendimientos se reducen en comparacin a la excavacin masiva a un
rango entre 50 y 60 metros cbicos por hora, a pesar que se emplean
tanto maquinaria que supera los 80 Hp de potencia como de menor,
otro factor importante es debido a que la capacidad de la pala
hidrulica se puede reducir hasta 0,30 metros cbicos.
La complejidad radica en que durante el proceso del tallado de
las fosas se debe respetar las longitudes establecidas de estas,
como tambin la profundidad con la que se debe contar.
Excavacin en rampa
Consiste en retirar la rampa de salida de los camiones, este
proceso se realiza tomando en cuenta la altura del stano y el tipo
de maquinaria disponible.
A pesar que es la ltima excavacin a realizar, se deber de
planificar desde el inicio del proceso de excavacin, ya que su
localizacin depende de elementos tales como: la profundidad,
maquinaria disponible y forma de acceso.
Para llevar a cabo este tipo de excavacin, los rendimientos
oscilan entre los 50 y 60 metros cbicos por hora, al igual que la
excavacin estructural, esto debido a lo ya mencionado.2.2.3 Por
tipo de material excavado
Excavacin en roca
Se define como roca a aquel material cuyo tamao exceda de 50 cm
y la dureza y textura las cuales no pueden excavarse por mtodos
diferentes de demoliciones controladas o por trabajo manual por
medio de fracturas y cuas, segn las condiciones del lugar o las
caractersticas de la roca. La excavacin en roca no tendr
sub-clasificacin, es decir, no se distinguir roca hmeda o seca.
Excavacin comn en tierra, conglomerado y roca descompuesta
Es aquel material que no se asimila a la clasificacin de roca ya
definida y que pueden extraerse por los mtodos manuales normales o
mecnicos, utilizando las herramientas y equipos de uso frecuente
para esta clase de labor: barras, picos, palas, equipos desde
excavadoras hidrulicas hasta retroexcavadoras. Entre estos
materiales estn: arcilla, limo, arena, cascajo y piedras con tamao
inferior a 50 cm (20"), sin tener en cuenta el grado de compactacin
o dureza y considerados en forma conjunta o independiente.2.2.4 Por
su grado de humedad
Excavacin hmeda
Es aquella que se ejecuta por debajo del nivel fretico existente
en el momento de hacer la excavacin y que exige el uso continuo de
equipo de bombeo para extraccin del agua. No se considera como
excavacin hmeda, la debida a lluvias, infiltraciones, fugas de
aguas, aguas procedentes de alcantarillados existentes, aguas
perdidas o de corrientes superficiales que puedan ser corregidas o
desviadas sin necesidad de bombeo.
Excavacin seca
Se considera como seca toda excavacin que no se asimile a la
definicin dada para la clasificacin excavacinhmeda.3. DEFINICION DE
UN SOTANOUn stano es una estructura que se encuentra por debajo del
nivel natural del terreno, en su mayora se utilizan para la
ubicacin de elementos complementarios que ayudarn al buen
funcionamiento del edificio, siendo estos elementos tales como,
bombas de agua y plantas elctricas entre otros.
Los stanos tambin son utilizados para albergar el rea de
estacionamientos de vehculos en edificios, tanto
comercialescomodeapartamentos. 4. ESTUDIOS NECESARIOS PARA LA
EJECUCIONPara ejecutar los trabajos excavacin o movimientos de
tierra, se debe contar con estudios previos. Estos estudios deben
de aportar informacin concreta acerca de las caractersticas del
suelo antes de iniciar las labores de excavacin.
Se aconseja tomar en cuenta los siguientes parmetros: Contar con
un estudio estratigrfico del terreno a excavar, el cual demuestre
qu tipo de suelo se espera encontrar.
Se debe determinar con exactitud el nivel fretico del lugar,
esto ser de gran importancia para poder determinar la forma de
trabajo que se tendr durante la excavacin.
Ubicacin de edificaciones prximas o colindantes, se debe contar
con informacin actualizada del estado de dichas construcciones tal
como, a qu profundidad se encuentra la cimentacin.
Cota mxima de la profundidad que alcanzar la excavacin.
Detectar en el subsuelo todos los obstculos y/o infraestructura
existente que pudiera afectar la excavacin. Como sistemas de
comunicaciones (lneas de telfono, internet, etc.), sistemas de agua
potable,drenajesuotros Estudios de suelos
Los diferentes estudios que se realizan a los suelos, ayudarn a
conocer mejor las caractersticas fsicas y propiedades mecnicas de
los diferentes tipos de estratos en los cuales se encuentra
conformado el terreno.
4.1.1 Clasificacin de suelos
Consiste en la identificacin de los diferentes tipos de suelos
en los cuales se encuentra divido el terreno, la clasificacin puede
ser por medio de la nomenclatura AASHTO. La clasificacin establece
7 grupos de suelos y agregados con base en la determinacin en el
laboratorio de la granulometra, el lmite lquido y plstico. Un
octavo grupo corresponde a los suelos orgnicos. Esta clasificacin
puede ser utilizada cuando se requiere una clasificacin geotcnica
precisa. La evaluacin de los suelos dentro de cada grupo, se hace
por medio de un ndice de grupo, que es un valor calculado a partir
de una frmula emprica.
La extraccin de las muestras se puede realizar por medio de un
pozo excavado manualmente, y extrayendo una muestra alterada de
cada estrato diferente que se encuentre, o bien se puede realizar
utilizado ensayos de penetracin estndar.
Los suelos que sern excavados, se clasifican considerando varias
caractersticas tales como su origen, granulometra (densidad, tamao
y distribucin de partculas), resistencia, deformabilidad,
permeabilidad, etc. Para el proceso de excavacin, la clasificacin
de los suelos se define en funcin de la dificultad para ejecutar
esta actividad y se clasifican as:
Material I
Es aquel que es atacable, si el proceso es manual, utilizando
nicamente pala, sin requerir el uso de pico, an cuando ste se
emplee para facilitar la operacin. Si el proceso es por medios
mecnicos, este material puede ser eficientemente excavado con una
cargador frontal sobre orugas o ruedas, cuya potencia sea de 80 a
110 hp, sin el auxilio de arados o por otro similar, an cuando stos
se utilicen para obtener mayores rendimientos. Los suelos de este
tipo son blandos, no cementados, cuya medida en prueba de
penetracin estndar o en compresin simple es menor o igual a 2,5
toneladas por metro cuadrado (t/m2). Lo anterior no excluye a otro
tipo de suelo con otras caractersticas diferentes, si satisface las
sealadas en el inicio de este inciso. Material II
Si el proceso es por medios manuales, se requerir el uso de pico
y pala. Si el proceso es por medios mecnicos la dificultad de
extraccin y carga exigir el uso excavadoras hidrulicas sobre orugas
con una potencia de 140 a 160 hp, y sin el uso de explosivos, an
cuando por conveniencia se utilicen para aumentar el
rendimiento.
La resistencia a la compresin simple de este material es menor o
igual a 40 t/m2.
Material IIISi el proceso es por medios manuales, este material
slo puede removerse y alterarse con cua y mazo, o con el uso de
equipo menor como martillos neumticos, o bien mediante explosivos o
gel expansivo. Si el proceso es por medios mecnicos se requerir del
uso de martillos neumticos adaptados al equipo pesado. En este
material la resistencia a la compresin simple es de 400 t/m2. 4.1.2
Estudio granulomtrico y lmites de AtterbergEl estudio granulomtrico
establece el tamao de las partculas de los diferentes elementos que
componen el estrato, esto se logra por medio de tamices, los cuales
se encuentran graduados con diferentes tamaos, este ensayo debe ser
realizado para poder realizar la clasificacin del suelo.
El ensayo de lmites de Atterberg, consiste en determinar los
lmites lquido y plstico, este procedimiento se realiza en
laboratorio y forma parte de los diferentes estudios para realizar
la clasificacin del suelo.2. Aprovechamiento del suelo
Con el perfil estratigrfico, obtenido previamente, se podrn
conocer los volmenes aproximados de los estratos existentes, de
esta manera se puede determinar si al momento de realizar la
excavacin el material encontrado puede ser utilizado en otras
actividades y no necesariamente tiene que ser desechado, este
factor puede ayudar a realizar una variacin de costo total de la
obra.
El material encontrado puede llegar a ser comercializado como
por ejemplo: construccin de plataformas, rellenos sanitarios o
rellenos estructurales, entre otros. De encontrarse otro tipo de
material que no sea selecto, se debe determinar si cuenta con algn
uso dentro o fuera de la obra, de no ser as, el material ser
dispuesto en botaderos.
Para conocer el potencial de venta del material se deber conocer
su clasificacin y el volumen que ocupa, con elementos como estos el
ingeniero podr determinar el posible aprovechamiento que se le d al
suelo. 3. Obras de contencin para proteccin de colindancias
Al momento de realizar una excavacin de stanos de edificios, es
usual que se realice en reas, del tipo residencial o comercial,
donde generalmente se encuentran edificaciones importantes. Para
evitar realizar algn tipo de dao a la estructura aledaa, debido a
la diferencia de niveles generados por la excavacin, se debe contar
con un sistema de proteccin adecuado al tipo de suelo con que se
cuenta y con el tipo de edificaciones que se ven afectadas.
Figura . Esquema sobre la proteccin de colindancias
Dichos sistemas de proteccin son considerados como muros de
contencin, los cuales van desde el mtodo de suelo enclavado, hasta
otros sistemas de pantallas como lo son: de paneles continuos de
concreto armado in situ, pilotes secantes continuos, pilotes
discontinuos, micropilotes discontinuos, o tablestacas.
El sistema de proteccin deber ser propuesto por un experto, el
cual tomar en cuenta todos aquellos factores como: carga
solicitante hacia el talud, caractersticas fsicas y propiedades de
suelo, entre otros para disear un sistema que satisfaga las
necesidades que se presenten.
4.3.1 Muros de contencin
En el artculo del curso de mecnica de suelos de la Universidad
Tcnica Federico Santa Mara de Espaa, se define como muro: Toda
estructura que de forma activa o pasiva, produce un efecto
estabilizado sobre una masa de terreno.
El carcter fundamental de los muros, es el de servir de elemento
de contencin de un terreno, que en unas ocasiones es un terreno
natural y en otras un relleno artificial.
En las diferentes situaciones, el cuerpo del muro puede trabajar
esencialmente a flexin, y la compresin vertical, debida a su propio
peso, generalmente despreciable segn sea el caso. Sin embargo, en
ocasiones el muro desempea una segunda misin que es la de
transmitir cargas verticales al terreno, desempeando una funcin de
cimiento. La carga vertical puede venir de una cubierta situada
sensiblemente a nivel del terreno, o puede ser producida tambin por
uno o varios muros apoyados sobre el muro y por pilares que apoyan
en su coronacin
Transmitindole las cargas de las plantas superiores.
La mayora de los muros de contencin se construyen de hormign
armado, cumpliendo la funcin de soportar el empuje de tierras,
generalmente en desmontes o terraplenes, evitando el
desmoronamiento y sosteniendo el talud.
4.3.1.1 Tipos de muro de contencinSuelo enclavado
El suelo enclavado es una tcnica para reforzar el suelo in-situ.
El sistema consiste en una cubierta o revestimiento de concreto
lanzado, construido regularmente de arriba hacia abajo y un arreglo
de inclusiones (miembros reforzados), perforado o insertado en una
masa de suelo. El suelo enclavado se compone de tres elementos, el
suelo in-situ, el refuerzo y la cubierta o revestimiento (aunque
esta no siempre se utiliza).
La disposicin de las inclusiones puede efectuarse para actuar
durante un tiempo de servicio ms o menos prolongado, por lo que
cabe distinguir entre:
- Inclusiones provisionales
- Inclusiones permanentes
Las primeras, tienen el carcter de medio auxiliar, y
proporcionan las condiciones de estabilidad a la estructura durante
el tiempo necesario para disponer otros elementos resistentes que
los sustituyan. Las inclusiones permanentes se dimensionan,
evidentemente, con mayores coeficientes de seguridad.
En la actualidad, su popularidad para la proteccin de taludes en
la excavacin de stanos para edificios, es debido a que ofrece
ventajas tales como:
- Facilidad de adaptacin a la geometra del proyecto.
- Casi total ausencia de vibraciones, muy importante si existen
edificaciones aledaas.
- Notoria reduccin de descompresin o modificaciones en el
terreno, evitando de esta manera daos a las estructuras
existentes.
- Posibilidad de incorporar los paneles a la estructura
permanente.
- Posibilidad de ser usados como contencin de excavaciones
profundas.
A pesar de las ventajas que presenta el sistema de muro
enclavado, ofrece una gran cantidad de aplicaciones con total xito
en variados sectores de la ingeniera como por ejemplo:
- Proteccin de taludes en carreteras.
- Ejecucin de subsuelos para edificios, garajes subterrneos,
etc., funcionando sea como elemento estructural que como diafragma
impermeabilizante, para detener filtraciones de agua, entre
otros.Metodologa constructiva
La tcnica del suelo enclavado, es utilizada para el refuerzo de
terrenos cuya estabilidad no est asegurada. El suelo es,
generalmente, un material estructuralmente pobre, debido a la baja
tensin que presenta.
El concepto fundamental del suelo enclavado consiste en reforzar
el suelo mediante la instalacin de barras de acero, quienes van
dentro de perforaciones las cuales poseen cierto grado de
inclinacin.
Se les inyecta concreto conocido como Shotcrete o concreto
lanzado en espaol, generalmente de 3 000 psi, el cual tambin es
utilizado para cubrir el talud, el proceso constructivo se realiza
desde la parte ms alta y acaba en la ms baja.
Por lo tanto, esta tcnica se ejecuta a travs de una serie de
anclajes pasivos, por lo que no son llevados a una tensin previa,
como suele suceder en otro tipo de anclajes para construccin.
Proceso constructivo
a) Se realiza un corte inicial, en el cual el suelo pierde su
estabilidad, pero no a tal punto en el cual las inclusiones no lo
puedan estabilizar.b) Las cunetas y/o los drenajes horizontales son
instalados, si es necesario;
c) Inmediatamente despus de la excavacin, la superficie
recientemente expuesta es cubierta con una capa de concreto
lanzado;
d) Las barras del refuerzo son instalados en ubicaciones
predeterminadas con la longitud e inclinacin especificadas,
utilizando los mtodos de perforacin y colocacin de lechada
apropiados para el suelo, en el cual sern construidos;
e) Las inclusiones son pre-esforzadas a un pequeo porcentaje de
sus cargas de trabajo, contra unas platinas aseguradas en la capa
inicial de concreto lanzado. La carga de pre-esfuerzo usualmente no
excede el 20% de la carga de trabajo;
f) Una segunda capa de concreto lanzado es aplicada. El drenaje
vertical debe colocarse antes de realizar el lanzado;
g) El proceso se repite para todos los niveles
subsecuentes.Cuando se les aplica pre-esfuerzo a las inclusiones se
efecta normalmente mediante gatos hidrulicos, o mediante llave
dinamomtrica si la cabeza dispone de rosca. La accin se puede
ejercer, segn los casos, sobre la totalidad de las inclusiones
(parte superior), o bien sobre uno o varios de los elementos que
componen la masa de suelo enclavada.
La transferencia de los esfuerzos de las inclusiones al terreno
se realizar directamente a travs de la lechada de inyeccin, o
indirectamente a travs de tuberas metlicas, o de otros materiales.
El comportamiento de las inclusiones cuando la fuerza exterior acta
sobre la placa de apoyo, depende de las caractersticas de rigidez,
longitud, inclinacin del refuerzo y del terreno. Detalle tpico del
muro enclavado Colocacin de acero de refuerzo Colocacin de refuerzo
longitudinal
Proceso de lanzado Pantallas
Pantalla continua de paneles de concreto armado in situ
Consiste en la realizacin, en el subsuelo, de un muro vertical
de concreto armado de espesor variable entre 30 y 120 cm, con un fc
de ms de 3 000 psi, y un armado de acero con un fy igual o mayor al
grado 60, capaz de absorber cargas axiales, empujes horizontales y
momentos flectores, pudiendo alcanzar profundidades hasta los 50
m.
La pantalla continua se realiza en paneles (en forma sucesiva o
alternada), cuya continuidad es asegurada por medio de un tubo o
chapa junta, colocado luego de las operaciones de excavacin de cada
panel y retirado despus del comienzo de endurecimiento del
hormign.Pantalla continua de concreto armado in situ
Las tcnicas de ejecucin de las pantallas continuas son
sustancialmente idnticas a la excavacin de pilotes. La difusin,
cada vez en aumento de este sistema en el sector de las
construcciones industriales y residenciales, se debe
fundamentalmente a las ventajas que ofrece:
- Facilidad de adaptacin a la geometra del proyecto.
- Casi total ausencia de vibraciones.
- Notoria reduccin de descompresin o modificaciones en el
terreno, evitando de esta manera daos a las estructuras
existentes.
- Posibilidad de alcanzar profundidades debajo del nivel de agua
(nivel fretico).
- Posibilidad de incorporar los paneles a la estructura
permanente.
- Posibilidad de ser usados como contencin de excavaciones
profundas.Por los motivos expuestos, este mtodo de proteccin tienen
hoy en da un vasto campo de aplicacin, ya que pueden ser utilizadas
con total xito en variados sectores de la ingeniera, como por
ejemplo:
a. Fundaciones de obras de arte.
b. Servicios de proteccin tanto de taludes como de obras
amenazadas por la erosin de las aguas.
c. Grandes obras hidrulicas (presas de tierra, excavaciones en
presencia de napa fretica, cortinas de impermeabilizacin en el
cauce de los ros, etc.)
d. Obras de canalizacin para la regularizacin de los cauces de
los ros contra las crecidas (inundaciones), y la erosin.
e. Construccin de lneas de subterrneos, embarque de tneles,
cruces subterrneos y construccin de grandes excavaciones en centros
urbanos.
f. Ejecucin de subsuelos para edificios, garajes subterrneos,
etc., funcionando sea como elemento estructural que como diafragma
impermeabilizante para detener filtraciones de agua.
g. Grandes obras industriales para la construccin de pozos,
silos subterrneos, etc.
h. Construccin de muelles.
i. Pilotes rectangulares. Los paneles de la pantalla continua
pueden ser usados individualmente para soportar elevadas cargas
verticales. En este caso toman el nombre de pilotes
rectangulares.
j. Pantalla continua plstica, para conformar una barrera estanca
de fango mezcla de cemento, bentonita y agua en proporciones que
varan en funcin de la permeabilidad deseada (en funcin del grado de
impermeabilizacin que se quiere alcanzar); para conformar una
barrera hidrulica que impida filtraciones de agua o de fluidos
indeseables.
Proceso constructivo
a. Se debe realiza la excavacin por medio de una gra con
aditamento para la excavacin de pantallas (figura 14 y 15), tomando
en cuenta el ancho y la profundidad, a la cual se desee.
b. Seguidamente se introduce el refuerzo de acero, el cual se
arma in situ, posteriormente se colocar dentro de la excavacin por
medio de gra.
c. Luego se inyecta el concreto, el cual deber de poseer como
mnimo un fc de 3 000 psi, dentro de la pantalla. Gra con aditamento
para excavacin de pantallas Aditamento especial para excavacin de
pantallas
Proceso constructivo de pantallas continuas de concreto
Tablestacas Las tablestacas son perfiles, generalmente metlicos,
que pueden ser utilizados para obras definitivas (muelles, defensas
de cauces, proteccin de muros en excavaciones bajo nivel fretico,
etc.), o bien como protecciones provisionales (aperturas de zanjas
para colectores, diques secos, etc.).
En los primeros casos (tablestacas no recuperables), se realiza
la hinca de los perfiles hasta las cotas proyectadas mediante
vibrohincadores o bien mediante martillos hidrulicos. Generalmente
se obtienen unos rendimientos bastante ms elevados mediante el
empleo de vibrohincadores, permitiendo asimismo dichos medios, una
ejecucin ms precisa de los tablestacados.
En el supuesto de entibaciones provisionales (tablestacas
recuperables), se realiza tanto la hinca como la extraccin de las
tablestacas, generalmente mediante vibrohincadores. En el caso de
entibaciones para colectores, pueden ser empleados los equipos base
para la realizacin de la excavacin de zanjas o como gras para la
introduccin de tuberas, etc. Un ejemplo de aplicacin prctica de
entibacin provisional, viene dado por la formacin de recintos de
tablestacas, previos al vaciado necesario para la fundicin de pilas
de estructuras, que deban ser realizados bajo nivel fretico (cauces
de ros), procedindose a la extraccin de dichas tablestacas una vez
realizado el trabajo, emplendose sucesivamente las mismas
tablestacas para la realizacin de las siguientes fundiciones.
Estos se encuentran unidos entre s, mediante un trabe especial
que posee cada una, la cual la fija a la siguiente. Detalle de
trabe entre tablestacas Las tablestacas las podemos encontrar:
- Metlicas de acero, son las ms normales
- De hormign
- De plstico (vinilo)
- De fibra de vidrio
Su uso ofrece ventajas como: alta resistencia para solicitacin
de hincado (suelo difcil de penetrar), relativamente livianas,
pueden llegar a ser recuperables, fciles de proteger de la
oxidacin, a pesar de esto poseen grandes desventajas para su
utilizacin urbana debido a que: afectan a las estructuras muy
prximas a ellas al momento de su instalacin por ruido y
vibraciones, pueden provocar asentamiento en estructuras vecinas
debido a las vibraciones. Uso de tablestacas para la contencin de
suelo
CalzadurasLa calzadura es un elemento que soporta carga vertical
directamente y lo transmite a un estado inferior del suelo. El
trmino lo hemos generalizado para otro tipo de funciones y lo
empleamos indistintamente para aquellas obras que se realizan con
algunos de los propsitos siguientes:
a) Para consolidar la cimentacin de una estructura existente.
Tal es el caso de una estructura que ha sufrido asentamientos. Este
caso es frecuente en edificaciones de valor arquitectnico o
histrico que por estar cimentadas sobre terrenos que se
consolidaron con el tiempo han sufrido asentamientos que
comprometen su estabilidad y se requiere nivelar la estructura y
detener los asentamientos. b) Para darle mayor capacidad portante a
la cimentacin y poda requerirse buscar un estrato de suelo ms
resistente a mayor profundidad o reforzar la misma cimentacin
amplindola.
c) Para proteccin de la propiedad vecina edificaciones o taludes
cuando se va a realizar excavaciones cercanas. En este contexto las
obras de calzadura tienen carcter temporal ya que su funcin de
contencin o confinamiento ser asumida definitivamente por la nueva
construccin.TRABAJO Y DISEO DE LA CALZADURA Es recomendable que
antes de emprender trabajos de calzadura se analice el problema en
la luz de las condiciones esperadas del suelo, de las
caractersticas y ubicacin de las edificaciones vecinas etc. Y se
prepare un plano de calzadura y recomendaciones constructivas.
Las cargas sobre la calzadura-empuje lateral y cargas
verticales-en cada uno de los puntos de excavacin debern ser
evaluadas en funcin a las caractersticas del suelo, su contenido de
humedad y la cercana de cimentaciones existentes.
Conocimiento del suelo. Tanto para el diseo como para la
ejecucin de la calzadura es indispensable que se tenga conocimiento
de las caractersticas del suelo, y estar atento a cualquier
variacin de stas. En particular bolsones de arena.
Planificacin. Planificar el proceso de
excavacin-calzadura-apuntamiento y de construccin de las obras
definitivas de manera que sea un proceso secuencial lo ms rpido
posible.
Apuntalamiento. La calzadura, en particular en los frentes bajo
o cercano a edificaciones existentes, debe apuntalarse. Considerar
que la capacidad de la calzadura-pantalla de concreto simple-como
muro de contencin es limitada.
El apuntalamiento es esencial sobre todo cuando tenemos
edificaciones vecinas ya sea que stas estn al borde de la excavacin
o estn ms retiradas, caso ms peligroso porque la calzadura no
cuenta con el beneficio de la carga vertical y trabajar solamente
como pantalla con el empuje adicional del bulbo de presiones de la
cimentacin del edificio. Las recomendaciones de apuntalamiento
deben ser parte del diseo de la calzadura. La carga de diseo de los
puntales debe ser estimada conservadoramente.
El empleo de apuntalamiento no slo da seguridad a la calzadura
sino que tambin puede reducir el costo sustancialmente al permitir
espesores menores de calzaduras. En excavaciones profundas la
longitud de los puntales de la calzadura deber llegar a ser
considerable; las indicaciones se evaluaran la conveniencia del
empleo de puntales robustos versus el empleo de puntales delgados a
la luz de las necesidades de arriostre de stos y las dificultades
de obra.Monitoreo. El proceso de excavacin y calzadura requiere de
un monitor permanente para detectar: desplazamientos, asentamiento
mediante control topogrfico permanente aparicin de grietas de
tensin o grietas en las edificaciones vecinas.
A continuacin se tienen las siguientes figuras:
PROCEDIMIENTO DE TRABAJO Es usual que los problemas con las
edificaciones vecinas sean causados por las deformaciones laterales
de la calzadura o por los asentamientos diferenciales.
En los ltimos aos, en los que la confianza hacia las nuevas
construcciones ha disminuido, debido a los accidentes ocurridos en
algunas obras, el utilizar calzaduras en la construccin de muros de
stanos ha ocasionado problemas con terceros ya que se invade la
propiedad vecina. En el Per, desde el inicio de los aos 90, se
utiliza muros de concreto armado que, al principio, sirven como
elementos de contencin en la etapa de la excavacin, soportando los
empujes del suelo mediante tensores y/o anclajes potenzados. Este
elemento de contencin es el muro perimtrico del proyecto, lo que no
genera un costo adicional. Este tipo de muros son llamados muros
excavados con anclajes o muros pantalla.
La calzadura es un elemento que soporta carga vertical
directamente y lo transmite a un estado inferior del suelo. El
trmino lo hemos generalizado para otro tipo de funciones y lo
empleamos indistintamente para aquellas obras que se realizan con
algunos de los propsitos siguientes:
Al terminar de construir una primera fila de muro, se pasa a
repetir el proceso en una segunda fila. Los paos son normalmente de
3m de altura por 4.5m o 5.0m de largo con refuerzos verticales y
horizontales que sobresalen hacia abajo y hacia los costados,
aproximadamente 50cm. Esto se hace con la finalidad de hacer el
empalme con el futuro pao adyacente y luego con el pao de la fila
inferior.Colocacin de refuerzo para futuros empalmes
Cuando hay una edificacin al costado con cimentaciones
superficiales lo recomendable es hacer la primera fila del muro con
longitudes de paos de hasta 2.5m. Esto se recomienda ya que la
cimentacin del edificio existente no se est calzando y puede
desestabilizarse si se quita 5m de terreno.
Los anclajes pueden ser temporales o permanentes. Los anclajes
temporales trabajan hasta que son sustituidos por estructuras
permanentes, en el caso de una excavacin de varios stanos, el
sostenimiento temporal se realiza con anclajes, hasta que son
sustituidos por las losas de entrepiso.
Los anclajes permanentes trabajan durante toda la vida til del
proyecto, por lo que se dimensionar con mayores coeficientes de
seguridad y los niveles de proteccin sern mayores.
Los espesores recomendados para los muros anclados, construidos
en un buen suelo, como el de cusco, y para alturas normales de piso
a piso son:
PARA CONSOLIDAR LA CIMENTACIN DE UNA ESTRUCTURA Las calzaduras
son estructuras provisionales que se disean y construyen para
sostener las cimentaciones vecinas y el suelo de la pared expuesta,
producto de las excavaciones efectuadas. Tienen por funcin prevenir
las fallas por inestabilidad o asentamiento excesivo y mantener la
integridad del terreno colindante y de las obras existentes en l,
hasta que entren en funcionamiento las obras de calzadura y/o
sostenimiento definitivas.
Tambin podramos decir que es un tipo de muro de contencin de
gravedad, que se construye por tramos, en forma escalonada
siguiendo los principios Mampostera, Su aplicacin depender del tipo
de terreno, ya que no se puede construir libremente sobre cualquier
suelo, hay que tener en cuenta la resistencia, cohesin, empuje
activo del suelo, por lo tanto El INGENIERO RESIDENTE a cargo de la
Obra, deber contar con un Estudio General de Mecnica de Suelos, y
as contar con una informacin precisa acerca de la clasificacin del
mismo en cada uno de sus estratos encontrados.
En el Per, sobre todo en Lima gracias al buen suelo con que se
cuenta se suele realizar calzaduras de 10-15 mts de profundidad,
sin embargo lo recomendable es no exceder de los 6mts.Calzadura
desencofrada
Consideraciones a tomar en cuenta: Como en toda obra se realizar
la excavacin masiva de la zona que corresponder a los stanos; al
pie del muro se deben excavar piques de ancho variable que puede
ser de 1m a 1.5 metro de ancho, esto depender de la consistencia
del terreno.
Los piques (huecos) se debern de excavar alternadamente, de
forma que quede 2 piques sin excavar (2.5 m aprox.) entre pique y
pique sin excavar.
La calzadura debe realizarse lo ms rpido, por ello es que luego
de terminado los piques se debe de encofrar y luego el vaciado del
concreto. El vaciado de concreto se realizara del mismo orden como
se realizaron los piques, o de manera alternada.
Vista general de la Calzadura
Y algo muy importante que la calzadura se realiza por niveles,
por eso es que no se puede realizar piques que corresponda al nivel
inferior mientras no se haya completado la calzadura superior.
Entre una calzadura superior e inferior debe de existir un
desfase de medio pao (algo similar a lo que se realiza en
mampostera), con la finalidad de brindar trabazn entre bloques y
conforme se incremente la altura (profundidad) de la calzadura
tambin tendr que aumentar el ancho de la base del calzado, por lo
cual a mayor altura nos iremos introduciendo mas en el terreno
vecino, por ellos es que se debe ser muy cuidadoso en este proceso
de calzado pues un mnimo error puede provocar graves accidentes en
la obra como el colapso de la edificacin vecina.5. CONCLUSIONES Las
excavaciones profundas para cimentaciones es un tema de aplicacin
de las teoras generales de la Mecnica de Suelo y la Geotecnia. El
anlisis de las excavaciones profundas estar en funcin de las
condiciones geotcnicas en las que se pretenda realizar el corte de
excavacin, estudiando el comportamiento del suelo y posteriormente
aplicar los conocimientos y criterios ingenieriles. El problema
fundamental de las excavaciones profundas es el estudio y anlisis
de su estabilidad general. Se debern analizar todas las
posibilidades de falla en las paredes y en el fondo de la
excavacin. La identificacin de los diferentes estratos y posibles
obstculos que se encuentren tanto en el subsuelo como en el suelo,
ayudar a la correcta seleccin de maquinaria a utilizar. La
estabilidad de las paredes de la excavacin, cuando estas se
realicen en forma de taludes. Los criterios y mecanismos de fallas
debern ser analizados con las teoras generales de la estabilidad de
taludes.
6. BIBLIOGRAFIA Gutirrez Lazares Wilfrido (2002): Entibacin y
tablestacas; apuntes de clase. http://www.geotecniaambiental.cl/
http://es.slideshare.net/laawWxD/excavaciones-2df?related=1
http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_3277_C.pdf Lpez Carlos
(2005): Estructuras de contencin - Capitulo 3.
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