Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de
IngenieraEscuela de Ingeniera Civil
PREVENCIN Y CONTROL DE RIESGOS EN EXCAVACIONES TEMPORALES
REALIZADAS EN LA CONSTRUCCIN DE OBRA CIVIL A TRAVS DE SISTEMAS DE
ENTIBACIN EN LA REPBLICA DE GUATEMALA
Julio Roberto Xocoy CanAsesorado por el Ing. Hugo Roberto Njera
Castillo
Guatemala, mayo de 2014
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
PREVENCIN Y CONTROL DE RIESGOS EN EXCAVACIONES TEMPORALES
REALIZADAS EN LA CONSTRUCCIN DE OBRA CIVIL A TRAVS DE SISTEMAS DE
ENTIBACIN EN LA REPBLICA DE GUATEMALA
TRABAJO DE GRADUACIN
PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LAFACULTAD DE
INGENIERAPOR
JULIO ROBERTO XOCOY CANASESORADO POR EL ING. HUGO ROBERTO NJERA
CASTILLO
AL CONFERRSELE EL TTULO DE
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, MAYO DE 2014
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALAFACULTAD DE INGENIERA
NMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANOIng. Murphy Olympo Paiz RecinosVOCAL I Ing. Alfredo
Enrique Beber AceitunoVOCAL II Ing. Pedro Antonio Aguilar
PolancoVOCAL III Inga. Elvia Miriam Ruballos SamayoaVOCAL IV Br.
Walter Rafael Vliz MuozVOCAL V Br. Sergio Alejandro Donis
SotoSECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez
TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz RecinosEXAMINADOR Ing. Omar
Enrique Medrano MndezEXAMINADOR Ing. Ronald Estuardo Galindo
CabreraEXAMINADOR Pedro Antonio Aguilar PolancoSECRETARIO Ing. Hugo
Humberto Rivera Prez
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
En cumplimiento con los preceptos que establece la ley de la
Universidad de San Carlos de Guatemala, presento a su consideracin
mi trabajo de graduacin titulado:
PREVENCIN Y CONTROL DE RIESGOS EN EXCAVACIONES TEMPORALES
REALIZADAS EN LA CONSTRUCCIN DE OBRA CIVIL A TRAVS DE SISTEMAS DE
ENTIBACIN EN LA REPBLICA DE GUATEMALA
Tema que me fuera asignado por la Direccin de la Escuela de
Ingeniera Civil, con fecha noviembre de 2011.
Julio Roberto Xocoy Can
Acto que dedico a:
DiosPor acompaarme diariamente y darme la sabidura y
entendimiento necesarios para alcanzar mis metas.
Mi padreToribio Alfonso Xocoy Velasco (qepd), por su ejemplo de
hombre responsable y emprendedor, s que desde los cielos se siente
orgulloso y feliz de ver este logro alcanzado.
Mi madreMara Soledad Can Velasco por ser ejemplo de
perseverancia y dedicacin y por ser motivo de inspiracin.
Mis hermanosPor el apoyo directo e indirecto que he recibido a
lo largo de mi vida.
Mi noviaJenifer Arriola, por su apoyo incondicional y muestras
de amor en cada momento.
Mis amigosPor los buenos y malos momentos que hemos
compartido.
Agradecimientos a:
DiosPor cuidarme y protegerme siempre, darme la salud, sabidura
y entendimiento para alcanzar esta importante etapa de mi vida.
Ing. Hugo NjeraPor el asesoramiento en el trabajo de graduacin,
el apoyo incondicional brindado y por los conocimientos compartidos
que me hacen ser mejor profesional
Universidad San Carlos de Guatemala Por ser mi Alma Mater,
fuente del conocimiento y por la creacin de nobles ideales para el
desarrollo profesional.
Facultad de IngenieraPor permitirme culminar mis estudios y
formarme acadmicamente como profesional en el rea de ingeniera
civil.
ndice general
ndice de ilustraciones
Lista de smbolos
SmboloSignificado
HsAltura de un estrato de arena
HAltura de un estrato de suelo
hAltura del alma de perfil de acero tipo H
tWAncho de patn de perfil de acero tipo H
ngulo de friccin interna
ngulo de inclinacin arriba de un muro
ngulo de friccin interna de la arena
ngulo de reposo del suelo
Cambio
CmCentmetros
CcCoeficiente de curvatura
KoCoeficiente de distribucin de carga en reposo
nCoeficiente de falla progresiva
KpCoeficiente de friccin pasiva de Rankine
KaCoeficiente de la presin activa de Rankine
Ks Coeficiente de presin lateral de tierra para
CuCoeficiente de uniformidad
CCohesin
D10Dimetro aparente de la partcula de suelo a un 10%
D30Dimetro aparente de la partcula de suelo a un 30%
D60Dimetro aparente de la partcula de suelo a un 60 por
ciento
el estrato de arena
admEsfuerzo admisible de flexin del material de la
tablaestaca
Esfuerzo cortante sobre el plano de falla
Esfuerzo normal sobre el plano de falla
tEspesor del patn de perfil de acero tipo H
mMetros
mmMilmetros
bMitad del patn de perfil tipo H
SMdulo de seccin requerido de las tablaestacas
Peso especfico de la arena
Peso especfico del estrato de arcilla
Peso especfico del suelo
Peso especfico promedio de estratos de suelo
Pies
PaPresin activa
PpPresin pasiva
Pulgadas
PlgPulgadas
Roc Razn de sobre consolidacin
quResistencia a la compresin no confinada de la arcilla
TonTonelada
Glosario
AISCAmerican Institute of Steel Construction, es el instituto
Americano de construccin en acero.
AnegacinEs el acto de llenar de agua o de cualquier otro lquido
una superficie.
ApuntalamientoAccin de sostener o afirmar con puntales.
ArcillaEs un material natural que est constituido por minerales
en forma de granos y su dimetro es inferior a 0,002 milmetros.
ArenaEs un conjunto de partculas de rocas disgregadas, su tamao
vara entre 0,0063 y 2 milmetros.
ASTMAmerican section of the international association for
testing materials. La ASTM est entre los mayores contribuyentes
tcnicos y mantiene un slido liderazgo en la definicin de los
materiales y mtodos de prueba en casi todas las industrias.
CienoBarro blando en el fondo de un terreno muy hmedo.
CohesinEs la capacidad que tienen las partculas del suelo de
permanecer unidas como conjunto.
CompacidadSe llama compacidad a la forma de empaquetamiento que
tienen las partculas del suelo dentro su masa lo cual determinar el
ndice de vacos del suelo.
CPTCone Penetration test, es una prueba de sondeo empleada
bsicamente para conocer las condiciones del subsuelo.
EntibacinEs un tipo de estructura de contencin provisional muy
flexible.
GravaSon rocas de tamao comprendidas entre 2 y 64 milmetros.
HincarIntroducir o clavar una cosa en otra ejerciendo una
presin.
LimoEs un material suelto con una granulometra comprendida entre
la arena y la arcilla.
MargaRoca sedimentaria compuesta de arcilla y carbonato de
calcio a partes iguales, de aspecto similar a la caliza.
Napa subterrneaSe refiere a las aguas subterrneas que se forman
a partir de la infiltracin de lluvias y por aportes de los cursos
superficiales, viajan en forma vertical por la fuerza de gravedad
hasta encontrar un piso impermeable.
OSHAOccupational safety and health administration. Es la
administracin de seguridad y salud ocupacional de los estados
unidos encargada de velar por la seguridad de los trabajadores.
PenetrmetroEs un aparato que se utiliza para determinar la
resistencia a la penetracin de los suelos.
PermeabilidadEs la capacidad que tiene el suelo de permitirle a
un lquido que lo atraviese sin alterar su estructura interna.
Presin lateralEs la presin que el suelo ejerce en el plano
horizontal.
SoterramientoPoner bajo tierra a determinado objeto o
persona.
SPTStandar penetration test. Es un ensayo de penetracin que se
utiliza para determinar la compacidad y capacidad soporte del
suelo
Resumen
El presente trabajo de graduacin, describe los principales
riesgos que se presentan al realizar excavaciones en el rea de
construccin, y la manera de minimizar los mismos por medio de los
diferentes sistemas de entibacin. Para determinar el tipo de
sistema a utilizar se analizan tambin las caractersticas de los
diferentes tipos de suelo.
Es de vital importancia conocer la resistencia al corte del
suelo y el ngulo de friccin interna que posee para determinar el
tipo de sistema de entibacin ptimo que deber utilizarse. Por lo que
se menciona en el presente trabajo los diferentes ensayos tanto de
campo como de laboratorio que proporcionan dichos datos
Para adentrar al lector en el tema, se presenta la manera en que
se ven afectados los sistemas de entibacin por el empuje de la
tierra. Posteriormente se propone un ejemplo de aplicacin en el que
se disean los diferentes componentes de un sistema de tablaestacas
de acero.
Por ltimo se describe la forma de colocacin y retiro de cada uno
de los sistemas de entibacin y las medidas de seguridad para
trabajar en las excavaciones; as como los resultados esperados al
utilizar los sistemas de entibacin.
Objetivos
General
Dar a conocer los distintos sistemas de entibacin que se pueden
utilizar para la proteccin del personal que labora en excavaciones
temporales.
Especficos
1. Dar a conocer los principales riesgos que se presentan al
realizar excavaciones temporales.
2. Analizar las principales caractersticas de los distintos
tipos de suelo que se pueden encontrar en determinada
excavacin.
3. Enumerar los distintos ensayos de campo y laboratorio que
permiten determinar la resistencia al esfuerzo de corte de los
suelos, asi como el ngulo de friccin interna y el peso especfico
que permitirn disear un sistema adecuado de entibacin.
4. Interpretar el concepto de empuje de tierras sobre los
sistemas de entibacin
5. Dar un ejemplo del clculo de cargas y momentos que deben
soportar los diferentes componentes de un sistema de entibacin para
poder determinar las dimensiones ptimas de los mismos.
6. Crear conciencia de la necesidad de medidas de seguridad e
higiene que puedan ser aplicables en el proceso de excavaciones
temporales.
7. Presentar los resultados que se esperan al utilizar un
sistema de entibacin en las excavaciones temporales.
Introduccin
En la mayora de los trabajos de construccin es necesario
realizar algn tipo de excavacin ya sea para cimientos,
alcantarillas o algn otro servicio bajo el nivel del suelo; esta
actividad viene a representar riesgos para el personal que trabaja
en esas condiciones debido a posibles accidentes que podran causar
incluso hasta la muerte por soterramiento.
El presente trabajo de investigacin tiene como finalidad
proponer actividades que logren controlar y eliminar riesgos y
accidentes que pudieran ocurrir en la etapa de excavacin. Una de
estas actividades consiste en el proceso de entibacin el cual puede
ser realizado con tablestacas de madera o acero. Se brindaran los
lineamientos necesarios para el diseo de estas obras de proteccin
as como tambin medidas complementarias para la prevencin de cadas y
accidentes de otra ndole.
En ese orden de ideas, se nombran los principales riesgos que se
presentan al momento de realizar una excavacin temporal.
Este documento da a conocer las caractersticas de los suelos y
los mtodos de identificacin de los mismos, as como los ensayos de
campo y laboratorio que permiten conocer los datos necesarios para
disear un sistema de entibacin.
Se enfocara en presentar en que consiste un sistema de
entibacin, dando a conocer sus distintos componentes, as como los
diversos tipos de entibacin que existen en la actualidad.La teora
del empuje de tierras y su aplicacin sobre un sistema de entibacin
se presentan para conocer de qu manera interactan entre s.
Los criterios de diseo de los componentes de un sistema de
entibacin, se presentan y aplican en un ejemplo de aplicacin para
disear un sistema de entibacin con tablaestacas metlicas. .En si
expone el procedimiento de instalacin de los distintos sistemas de
entibacin y las medidas de seguridad a considerar en excavaciones
temporales. Por ltimo se dan a conocer los resultados esperados al
utilizar un sistema de entibacin.
VI
GENERALIDADES
Definiciones
Para comprender el tema de entibaciones es necesario conocer
algunas definiciones bsicas, por ellos se explicaran algunos
trminos usados en este trabajo de investigacin.
Excavacin
Es la actividad que consiste en remover parte de la superficie
del suelo o subsuelo con el propsito de realizar estudios del
mismo, nivelar terrenos, realizar perforaciones para construir o
reparar instalaciones.
Zanja
Excavacin larga y relativamente estrecha, se practica en la
tierra para fines diversos, ya sea hecha a mano o asistida con
maquinaria especializada. Por lo general es lo primero a realizar
en la construccin.
Suelo
El suelo puede definirse como una delgada capa de la corteza
terrestre, que resulta de la desintegracin y alteracin fsica o
qumica de las rocas, por los cambios bruscos de temperatura, la
accin del agua, del viento y de los seres vivos que sobre ella se
asientan.[footnoteRef:1] [1: VILLALAZ, Carlos C. Mecnica de suelos
y cimentaciones. p. 18.]
Apuntalamiento
Se refiere al refuerzo de los bordes de la excavacin o zanja con
materiales que impidan el deslizamiento o derrumbe de tierra o
arena, estos evitan que la zanja pierda la forma deseada.
Principales riesgos en excavaciones temporales
La mayora de excavaciones representan riesgo para los
trabajadores. Para poder prevenir los riesgos en estas obras, es
necesario realizar una proteccin en las excavaciones y que no
colapsen las paredes al momento de superar las presiones mximas. En
seguida se presentan los principales riesgos a considerar en las
excavaciones temporales.
Deslizamiento o desprendimiento del terreno
El deslizamiento o desprendimiento de masas de tierra o piedras
se origina al liberar las presiones del suelo excavado, provocando
directamente prdida de cohesin del material. Estos deslizamientos o
desprendimientos del terreno pueden sepultar a personas, con
probabilidad de muerte por asfixia y aplastamiento, y causar daos
materiales a instalaciones o edificaciones prximas.
Acopio del material resultante de las excavaciones cerca de los
bordes
En la mayora de excavaciones el material extrado se acumula en
el borde superior de la zanja, lo cual representa uno de los
mayores riesgos de soterramiento para el personal que labora en el
interior de la misma.
Desprendimiento de las paredes por el efecto de cargas
Las cargas de vehculos y maquinaria producen desprendimiento de
las paredes de la excavacin debido a la vibracin de los motores,
esto provoca daos a la construccin.
Riesgo de accidente por carga de maquinaria
Fuente: Osha, Manual de Seguridad laboral en construccin de obra
civil, p. 34.
Anegacin de la excavacin por el ingreso de agua
La presencia de agua en la excavacin representa otro riesgo alto
para trabajar en excavaciones, ya que colabora en la prdida de
estabilidad de las paredes de la zanja. El agua puede presentarse
por precipitaciones o de forma subterrnea.
Lesiones severas por conductos elctricos enterrados
Se pueden producir lesiones severas por choque elctrico e
incluso quemaduras graves por contacto con cables elctricos
subterrneos. En zonas urbanas tambin hay presencia de tubera de
agua y alcantarillas.
Asfixia e intoxicacin por falta de ventilacin en la fosa
excavacin
La presencia de motores de combustin en el interior de la
excavacin representa riesgo de intoxicacin y asfixia para el
personal que trabaja en la misma, ya que dichos motores generan
gases ms pesados que el oxgeno.
Cada de trabajadores dentro de la excavacin
La falta de sealizacin de excavaciones representa riesgo de cada
de los trabajadores al fondo de la misma. Dichas cadas pueden
producir fracturas e incluso la muerte.
En el captulo 6 se dan recomendaciones para minimizar los
riesgos y accidentes relacionados con las excavaciones.
Seguridad en excavaciones
Los operarios que trabajan en zanjas profundas debern usar
obligatoriamente casco de seguridad a fin de protegerse contra
posibles cadas de material y tambin zapatos de seguridad para
controlar lesiones producidas por accidentes del tipo atrapamiento
y golpeador.
En las excavaciones de zanjas, debern mantenerse a los operarios
trabajando a cierta distancia unos de otros, a fin de evitar que se
golpeen con las herramientas mientras trabajan, esta distancia ser
de 2 metros como mnimo.
Responsabilidad de los patronos en el cumplimiento normas de
seguridad
El patrono desempea el papel ms importante en el lugar de
trabajo, pues de l depende que se cumpla con las normas
establecidas en el lugar de trabajo, adems de brindar herramienta y
el equipo acorde a las tareas designadas, para lo cual cada
trabajador debe recibir la capacitacin necesaria para el uso y
manejo del equipo que se usara para realizar las labores para su
propia proteccin.
Los patronos tienen la obligacin de proveer el equipo de
proteccin necesario para preservar la integridad fsica, la salud y
la vida de los trabajadores; as como velar por que los empleados
utilicen dicho equipo en los casos en que se requiera. Los
empleadores deben realizar un anlisis de los riesgos a los que los
trabajadores se exponen.
La supervisin, como una actividad planeada, sirve para conocer
oportunamente los riesgos a que estn expuestos los trabajadores,
antes que ocurra un accidente, que pueda provocar una lesin o la
prdida de la salud del trabajador. Esta debe hacerse, en funcin de
las especificaciones que estn establecidas, en forma peridica y
siguiendo una gua que contenga los puntos por comprobar, que debe
complementarse con la observacin de detalles importantes de
seguridad.
Segn el Cdigo de Trabajo en su Artculo 198 dice, todo patrono
est obligado a acatar y hacer cumplir las medidas que indique el
Instituto Guatemalteco de Seguridad Social, con el fin de prevenir
el acaecimiento de accidentes de trabajo y de enfermedades.
Responsabilidad de los trabajadores
Los trabajadores tienen derecho a gozar de condiciones de
trabajo seguras y capacitarse, pero por otra parte tienen la
obligacin de cumplir las normas y programas de prevencin, utilizar
equipo de proteccin, usar correctamente los materiales, maquinaria
y herramientas, observar las indicaciones de carteles y avisos
precautorios e informar hechos riesgosos.
Qu es entibacin?
La entibacin se define como un conjunto de medios fsicos o
mecnicos que de forma transitoria impedirn que una zanja excavada
se desmorone debido al empuje de tierras. El proceso adecuado de
instalacin de un sistema de entibacin se desarrolla en el captulo
3.
Razones de uso de un sistema de entibacin
Las principales razones de uso de un sistema de entibacin son:
la seguridad de las personas que trabajan dentro de las
excavaciones temporales, ahorro de tiempo e incremento de la
productividad.
El entibado puede ser omitido dentro de ciertos criterios
lgicos, siempre y cuando se pueda anular el empuje de tierras, por
cualquier otro procedimiento o considerar que durante el tiempo que
dure la zanja abierta, la tierra no se deslice. En este ltimo caso
hay que tomar en cuenta el factor psicolgico ya que sin la
proteccin de un entibado, el fondo de una zanja produce sensacin de
inseguridad y temor que influye en su rendimiento.
Otros factores que influyen en la determinacin de usar un
entibado es la presencia de cimentaciones prximas de edificaciones,
pavimentos de calles, cimientos de muros y otro tipo de
estructuras.
Tipos de equipo de entibacin
Los tipos de entibados utilizados deben ser los especificados en
el proyecto, basados en la observacin de factores locales, tales
como la calidad de terreno, la profundidad de la zanja, la
proximidad de edificaciones o vas de trfico. Los tipos de entibado
ms utilizados son: las tablaestacas, sistemas deslizables, cajas de
zanja y andamios hidrulicos. Tablaestacas
Las tablaestacas son elementos laminares que trabajan a flexin y
transfieren la carga lateral desde el suelo hasta los largueros que
al mismo tiempo transmiten dicha carga a la tablaestaca ubicada en
la contraparte de la zanja.
Sistemas deslizables
Como su nombre lo indica, estos sistemas poseen guas
deslizables. Se dividen en 2 tipos: sistema de doble corredera y
sistema paralelo; mismo que se presentan en las secciones 3.2.2.5.1
y 3.2.2.5.2. (p. 44 y 46 respectivamente).
Cajas de zanja
Este sistema de entibacin por lo general es prefabricado, con
paneles metlicos y puntales ajustables al ancho de la zanja. La
descripcin completa de este tipo de sistema se desglosa en el
inciso 3.2.2.4. (p. 42).
Andamios hidrulicos
La entibacin hidrulica o andamios hidrulicos, se utilizan por lo
general en espacios reducidos, utilizan gatos hidrulicos y
tablaestacas de metal o madera para el sostenimiento de paredes de
zanjas. La descripcin completa de este sistema se presenta en la
seccin 3.2.2.6. (p. 49).
SUELOS
Clasificacin e identificacin de suelos
Los suelos por lo general presentan diferentes caractersticas
que los distinguen, y es de vital importancia conocer el suelo con
el que se est trabajando. A continuacin se enuncia dichas
caractersticas:
Color: los suelos pueden presentar colores variados, y esto
depender de los minerales que lo componen.
Consistencia: representa los cambios de volmenes, movimiento de
agua en el interior del suelo, elasticidad y capacidad de carga del
mismo, variando lo anterior en funcin del contenido de humedad en
el suelo.
Cohesin: es la atraccin intermolecular, es decir, la
caracterstica de algunas partculas del suelo de atraer y adherirse
a partculas semejantes. Por medio de la cohesin se determina si los
suelos pueden cementarse como en el caso de las arcillas,
consideradas como suelos cohesivos. Los suelos no cohesivos son los
formados de partculas de roca sin ninguna cementacin, como la arena
y la grava.
Estructura: es el ordenamiento, fsico natural de las partculas
de un suelo en estado inalterado, que indicara la disposicin, forma
general y tamao.
Textura: es el grueso o finura de los granos de un suelo.
Principales tipos de suelo
De acuerdo con el origen de sus elementos, los suelos se dividen
en dos amplios grupos: suelos inorgnicos, cuyo origen se debe a la
descomposicin fsica y qumica de las rocas y suelos cuyo origen es
principalmente orgnico.[footnoteRef:2] [2: Ibd. p. 21.]
Si en los suelos inorgnicos el producto del intempersmo de las
rocas permanece en el sitio donde se form da origen a un suelo
residual, en caso contrario forman un suelo transportado. En cuanto
a los suelos orgnicos estos se forman in situ.
A continuacin se presenta una descripcin de los suelos ms
comunes, con los nombres utilizados generalmente dentro del campo
de la ingeniera:
Gravas. Son acumulaciones sueltas de fragmentos de rocas y que
tienen ms de dos milmetros de dimetro.
Arenas. Se llama as a los materiales de granos finos procedentes
de la denudacin de las rocas o de su trituracin artificial y cuyas
partculas varan entre 2 y 0,05 milmetros de dimetro. No se contraen
al secarse, no son plsticas, son menos compresibles que la arcilla
y al aplicrseles carga en la superficie se comprimen casi
instantneamente.
Limos. Son suelos de granos finos con poca o ninguna
plasticidad, sus partculas estn comprendidas entre 0,05 y 0,005
milmetros de dimetro, su origen puede ser de tipo orgnico como el
que suele encontrarse en los ros y de tipo inorgnico producido en
canteras. Su permeabilidad suele ser baja y su compresibilidad muy
alta; su color vara desde gris claro a muy oscuro.
Arcillas. Son partculas slidas cuyo dimetro es menor a 0,005
milmetros de dimetro, tienen la propiedad de volverse plsticas al
mezclarse con agua, qumicamente es un silicato de almina hidratado,
aunque no en pocas ocasiones puede contener silicatos de hierro o
de magnesio hidratados.
Mtodos de identificacin de suelos
Segn la administracin de seguridad y salud ocupacional (OSHA,
por sus siglas en ingls) de los Estados Unidos de Amrica, los
suelos se pueden identificar y clasificar con base en su
estabilidad en 3 tipos:
Suelo tipo A
El tipo de suelo que se considera ms estable despus de la roca
es el que est compuesto por arcilla, arcilla limosa, marga y
arenosa. Este tipo de suelo tiene una capacidad a compresin de 1,5
o ms toneladas por pie cuadrado. Este suelo es muy cohesivo. Un
suelo de este tipo no se considera estable si se presentan fisuras
o si est sujeto a vibraciones de trfico, maquinaria u otras
actividades de excavacin.
Suelo tipo B
Por lo general son suelos cohesivos tales como el cieno,
cieno-marga, marga arenosa y slidos granulares cohesivos incluyendo
grava angular (piedra triturada), Tienen una capacidad a compresin
mayor a 0,5 toneladas por pie cuadrado pero menor a 1,5 toneladas
por pie cuadrado.Suelo tipo C
Los suelos menos estables son los no cohesivos, como lo son los
suelos granulares; entre ellos se tiene la arena, grava, suelo
sumergido o suelo del cual est colando agua, piedra sumergida, o
suelo en un sistema de capas en declive donde las capas se
extienden hacia abajo. Este tipo de suelos tienen una capacidad a
compresin de 0,5 o menos toneladas por pie cuadrado.
Resistencia a corte de los suelos
La resistencia a corte de un suelo se ha definido como la ltima
o mxima resistencia que el suelo puede soportar. Tambin es conocida
como cohesin. Especficamente, se ha expresado como la resistencia
interna que ofrece la masa de suelo por rea unitaria para resistir
la falla al deslizamiento a lo largo de cualquier plano dentro de
l.
Criterios de falla de Mohr-Coulomb
Otto Mohr (1900) present una teora sobre la ruptura de los
materiales. Dicha teora afirma que un material falla debido a una
combinacin crtica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante, y no solo
por la presencia de un esfuerzo mximo normal o bien de un esfuerzo
mximo cortante. Por lo cual, la relacin entre un esfuerzo normal y
un esfuerzo cortante sobre un plano de falla se expresa en la
siguiente ecuacin.
Donde:
f = esfuerzo cortante sobre el plano de falla = esfuerzo normal
sobre el plano de falla
La envolvente de falla definida por la ecuacin es una lnea
curva. Para la mayora de los problemas de mecnica de suelos, es
suficiente aproximar el esfuerzo cortante sobre el plano de falla
como una funcin lineal del esfuerzo normal, lo cual se conoce como
el Criterio de falla Mohr-Coulomb como se presenta en la
ecuacin.
Donde:
C = cohesin = ngulo de friccin interna
En la figura 2 se observa, que si el esfuerzo normal y el
esfuerzo cortante sobre un plano en una masa de suelo son tales que
son representados por el punto A, entonces no ocurrir una falla
cortante a lo largo de ese plano. Si el esfuerzo normal y el
esfuerzo cortante sobre un plano son representados por el punto B
(sobre la envolvente de falla), entonces ocurrir una falla de
cortante a lo largo de ese plano. Un estado de esfuerzo ubicado en
el punto C no existe, porque queda por arriba de la envolvente de
falla y la falla cortante ya habra ocurrido en el suelo.
Envolvente de falla de Mohr
Fuente: elaboracin propia.
Pruebas de campo utilizadas para determinar la resistencia a
corte del suelo
La resistencia a corte puede ser determinada de muchas maneras;
La mayora de estos ensayos no evitan los problemas asociados con la
alteracin de la muestra debido a su extraccin en el campo. Algunos
de los ensayos ms comunes se presentan en la tabla I.
Ensayos de campo utilizados para determinar la resistencia a
corte de suelos
NOMBRE DEL ENSAYONORMA
Ensayo de penetracin estndar (SPT)ASTM D-1586
Ensayo de cono de penetracin (CPT)ASTM D-3441
Ensayo de penetrmetro de bolsilloASTM D-1558
Ensayo de corte con veletaASTM D-2573
Fuente: elaboracin propia.
Los ensayos de campo ofrecen informacin sumamente importante,
muchos de esos mtodos determinan la resistencia al cortante
indirectamente a travs de correlaciones.
Ensayo de penetracin estndar (SPT)
El ensayo de penetracin estndar (Standar Penetration Test) est
estandarizado por la norma ASTM D-1586 y bsicamente sirve para
determinar la compacidad y la capacidad soporte del suelo.
Ensayo de cono de penetracin (CPT)
El ensayo de cono de penetracin (CPT) por sus siglas en ingls
conocido anteriormente como prueba de penetracin de cono holands,
es una prueba de sondeo empleada bsicamente para identificar las
condiciones del subsuelo. Un ordenador controla el avance de la
sonda y la adquisicin de datos y un registro casi continuo de
informacin del subsuelo recogido. El ensayo se realiza
principalmente en arcillas blandas, limos blandos y en depsitos de
arena fina y media (no funciona en gravas o en depsitos cohesivos
de gran dureza). Se encuentra estandarizado por la Norma ASTM
D-3441.Pruebas de laboratorio utilizadas para determinar la
resistencia a corte del suelo
Para el diseo de sistema de entibacin o cualquier otro mtodo de
apuntalamiento de muros se necesita informacin de la resistencia a
corte de los tipos de suelo, aunque las pruebas de campo brindan
resultados rpidos, es recomendable realizar ensayos de laboratorio
que resultan ms confiables. Los ensayos de laboratorio que permiten
conocer datos de resistencia a corte del suelo y otros datos
importantes se mencionan en la tabla II.
Ensayos de laboratorio utilizados para determinar la resistencia
a corte de suelos
NOMBRE DEL ENSAYONORMAS
Ensayo de compresin triaxial, Ensayo consolidado- no drenado
(CU)ASTM T297-94
Ensayo de compresin triaxial, Ensayo no consolidado- no drenado
(UU)AASHTO T296-05 y ASTM T297-95
Ensayo de compresin triaxial, Ensayo consolidado-drenado
(CD)ASTM T297-96
Ensayo de resistencia a la compresin no confinadaASTM
T297-97
Ensayo de corte directoASTM T297-98
Fuente: elaboracin propia.
Ensayos de laboratorio necesarios para el diseo de sistemas de
entibacin
Adems de los ensayos mencionados con anterioridad, los cuales
permitirn conocer la cohesin del suelo y el ngulo de friccin
interna, es necesario realizar las siguientes pruebas para poder
disear un sistema de entibacin.
Ensayos de laboratorio necesarios para el diseo de sistemas de
entibacin
NOMBRE DEL ENSAYONORMA
Peso especfico de los slidosASTM C-127-04
Ensayo de granulometraASTM D421-98 ASTM D-422-02
ENSAYOS DE PLASTICIDADLmite liquido (LL)ASTM D423-66 (1982)
Lmite plstico (LP)ASTM D424-54 (1982)
Fuente: elaboracin propia.
Sistema unificado de clasificacin de suelos
Aunque existen distintos mtodos de clasificacin, el que mejor
satisface los distintos campos de aplicacin de la mecnica de suelos
es el sistema unificado de clasificacin de suelos (SUCS),
(desarrollado por Arthur Casagrande en 1942), por lo que es el ms
aceptado.
Este sistema clasifica los suelos segn las propiedades de
plasticidad o lmites de Atterberg (lmite lquido y lmite plstico) y
el tamao de sus partculas mediante una prueba de granulometra. Este
sistema se representa mediante un smbolo con dos letras cuyo
significado se presenta a continuacin:
Primera y segunda letra:
Simbologa de significados de literales de sistema unificado de
clasificacin de suelos
SMBOLODEFINICIN
GGrava
S Arena
MLimo
CArcilla
OOrgnico
Fuente: elaboracin propia.
Definicin de significados de literales de sistema unificado de
clasificacin de suelos
LETRADEFINICIN
PPobremente graduado (tamao de partcula uniforme)
WBien graduado (tamaos de partcula diversos)
HAlta plasticidad
LBaja plasticidad
Fuente: elaboracin propia.
A continuacin se describe la forma de clasificar un suelo en
base a sus caractersticas de plasticidad y granulometra.
Gravas o arenas son: GW, GP, SW o SP, si menos del cinco por
ciento del material pasa a travs del tamiz No 200; la designacin
bien graduada o mal graduada depende de los valores caractersticos
para Cu y Cc obtenidos en el ensayo de granulometra.
Gravas y arenas son: GM, GC, SM, SC, si ms del 12 por ciento del
material pasa a travs del tamiz No 200; la designacin limo o
arcilla se determina despus de obtener los valores de los limites
lquido y plstico de la fraccin menor al tamiz No. 40 y utilizando
los criterios de carta de plasticidad de la figura 3.
Grfica de plasticidad para el sistema unificado de clasificacin
de los suelos SUCS
Fuente: Joseph E. Bowles. Manual de laboratorio de suelos en
ingeniera civil. p. 75.
Las gravas y las arenas se pueden clasificar as:GW-GC SW-SC
GP-GC SP-SCGW-GM SW-SM GP-GM SP-SM
Si entre 5 y 12 por ciento del material pasa a traves del tamiz
No. 200.
Los suelos de grano fino (ms del 50 % pasa el tamiz No. 200) son
ML, OL CL. Si los lmites lquidos son menores que 50 por ciento.
Los suelos de grano fino son: MH, OH, CH, si los lmites lquidos
son superiores a 50 por ciento. Los lmites lquido y plstico se
ejecutan sobre material correspondiente a la fraccin menor del
tamiz nm. 40 de todos los suelos, incluyendo gravas, arenas y
suelos finos, utilizando en la ejecucin los procedimientos del
ensayo de lmite lquido y plstico. Estos lmites se utilizan con el
grfico de plasticidad, para determinar el prefijo M, O o C,
dependiendo de la localizacin de las coordenadas de plasticidad de
suelo dentro del grfico.
Sistema unificado de clasificacin de los suelos SUCS
Fuente: Joseph E. Bowles. Manual de laboratorio de suelos en
ingeniera civil. p. 74.Procedimiento auxiliar para la clasificacin
de suelos en laboratorio SUCS
Fuente: Joseph E. Bowles. Manual de laboratorio de suelos en
ingeniera civil. p. 75. SISTEMAS DE ENTIBACIN
Frecuentemente se tiene el problema de realizar excavaciones
temporales que han de rellenarse posteriormente; por ejemplo, las
zanjas para la instalacin de tuberas enterradas, las zanjas de
drenaje, para la estabilizacin de taludes, cimentaciones y otros
usos. En tales casos se procede a utilizar algn mtodo de entibacin
cuyos procesos de instalacin se detallan en el captulo 6.
Componentes de un sistema de entibacin
Un sistema de entibacin est compuesto principalmente por tres
elementos principales: puntales, tablaestacas de madera o metlicas
y largueros, como lo muestran las figuras 5 y 6.
Componentes de un sistema de entibacin con tablaestacas de
madera
Fuente: Osha, Manual de Seguridad laboral en construccin de obra
civil, p. 47Componentes de un sistema de entibacin con tablaestacas
metlicas
Fuente: Osha, Manual de Seguridad laboral en construccin de obra
civil, p. 47
Puntales
Los puntales son columnas horizontales sometidas a compresin,
las cuales varan en seccin y en material, dependiendo de las cargas
laterales que deben soportar; estos pueden ser de madera o de
acero. Los puntales se utilizan como soporte lateral en los
entibados ante el empuje horizontal del terreno. Su falla puede ser
ocasionada por compresin, pandeo o corte.
Debido a que se comportan como columnas, estos dependen de su
relacin de esbeltez la cual puede ser reducida con arrostramientos
verticales y horizontales en puntos intermedios del elemento. La
longitud de los puntales depende de los anchos de zanjas que se
manejen dentro de la obra.
Tipos de puntales
Fuente: Trenching and shoring manual 2011, California DOT. p.
5-1.
En algunos sistemas de entibacin tambin se utilizan puntales con
perfiles de acero de tipo H.
Puntal hecho con perfil de acero tipo H
Fuente: Trenching and shoring manual 2011, California DOT. p.
5-5.Tablaestacas de madera
La definicin de tablaestacas se dio a conocer en el inciso
1.6.2.1. (p. 7) Cuando son tablaestacas de madera son tablones que
varan en sus dimensiones dependiendo de las propiedades geotcnicas
del suelo.
Tablaestacas conectables
Son tablaestacas generalmente de acero, que son conectables
entre si por sistemas de machihembrado o de rotula. Se instalan
antes de efectuar la excavacin por medio de procesos de hincado o
vibracin.
Largueros
Son elementos horizontales que trabajan a flexin y se considera
que estn articulados en los puntales en madera o acero. Los
largueros son elementos estructurales que actan como vigas
sometidas a carga distribuida articulada en los dos extremos. Los
largueros suelen ser de madera o de acero y se disponen en posicin
horizontal y en contacto longitudinal con la pared de la excavacin
o del entibado.
Detalles de los sistemas de entibacin
Existen diferentes sistemas de entibacin dependiendo del tipo de
suelo en que se va a trabajar, las sobrecargas debidas a trfico,
cimentaciones adyacentes a la zanja, materiales utilizados y la
profundidad de la excavacin. Los sistemas de entibacin que se
presentan posteriormente se utilizan en zanjas con profundidades de
0 a 4,5 metros.
Entibaciones de madera
El sistema de entibacin de madera es el ms antiguo utilizado en
la industria de la construccin, aunque poco a poco est siendo
reemplazada por las entibaciones metlicas, no por ello ha dejado de
cumplir las solicitaciones requeridas.
Para realizar cualquier tipo de entibacin de madera, se deben
considerar diferentes aspectos entre ellos la calidad de la madera
a utilizar, la importancia de la obra a realizar y la calidad del
suelo. Como cualquier otro sistema, la entibacin de madera presenta
ventajas y desventajas, los cuales se detallan a continuacin.
Ventajas de las entibaciones de madera
La madera por tradicin es el material por excelencia para las
entibaciones, las caractersticas de este material presentan un gran
atractivo a los constructores y a continuacin se habla de
ellas.
Su realizacin implica materiales de fcil acceso.
Su costo es razonable.
Es recomendable para excavaciones poco profundas y de corto
tiempo de ejecucin.
Se recomiendan cuando la solicitacin no es tan importante y la
excavacin no comprometa la capa subterrnea
Desventajas de las entibaciones de madera
La madera tambin tiene desventajas por ser un material de origen
organico, las caractersticas que a continuacin se indican dejan en
claro que este material no es el ideal.
Tiene limitaciones tanto en la altura de excavacin como de la
cantidad de soporte la cual depender exclusivamente de los puntales
de soporte y de la madera elegida para dicho efecto.
Su confeccin es lenta.
Es necesario un mantenimiento constante en las placas de soporte
y en el clavado.
Mayor uso de mano de obra.
Muy baja vida til.
No es recomendable para suelos con presencia de napas
subterrneas.
Su forma puede dar lugar a elementos sometidos a torsin,
hinchamiento y pandeo.
Determina un factor importante de riesgo a la hora de colocacin
y retiro de las entibaciones puesto que son colocadas despus de
realizada la excavacin final no otorgando seguridad en el periodo
de realizacin de esta.
Dimensiones comerciales de la madera en Guatemala
En el mercado guatemalteco se puede obtener madera para la
construccin, la que se comercializa aserrada, ya sea rstica o
cepillada, en forma rectangular, llamndose a su seccin escuadrilla
y vendindose en unidades de pie tabla. Los pie tabla son uniformes
y contienen 144 pulgadas cbicas, o el equivalente a una tabla de 1
x 12 x 12 pulgadas. Las dimensiones comerciales en Guatemala se
pueden clasificar tal como se muestra en la tabla VII.
Dimensiones comerciales de madera en Guatemala
DENOMINACINESCUADRILLA
VIGAS5" X 8" para arriba
VIGUETAS4" X 6" para arriba
COLUMNAS4" X 4" para arriba
PARALES3" X 3"
COSTANERAS3" X 4"
REGLA2" X 3"
TABLN2" X 12"
TABLONCILLO1-1/2" X 12"
TABLA1" X 12"
Fuente: elaboracin propia.
Entibacin horizontal de madera
Las entibaciones horizontales se realizan colocando los tablones
horizontalmente, uno debajo del otro, conforme va bajando la
excavacin. Los tablones deben apuntalarse o asegurarse con
anclajes.Entibacin horizontal con puntales
Fuente: elaboracin propia.
Entibacin horizontal con anclajes
Fuente: elaboracin propia.Entibacin vertical de madera
Las entibaciones verticales de madera se utilizan cuando se
presentan terrenos muy blandos, ya que los tablones no se pueden
sostener. Antes de iniciar la excavacin se hincan en el terreno los
tablones a una profundidad de 0,3 metros como mnimo, esto en cada
etapa del trabajo.
Entibacin vertical con puntales
Fuente: elaboracin propia.
La entibacin vertical tambin se puede realizar por medio de
anclajes como lo muestra la figura 12.
Entibacin vertical con anclajes
Fuente: elaboracin propia.
Entibacin ligera de madera
Este tipo de entibado es el ms sencillo y se debe utilizar en
suelos cohesivos firmes y para profundidades promedio de 0 a 3
metros, solo consta de tablones verticales y puntales de madera. Se
aconseja no utilizar este tipo de entibacin si tiene que resistir
solicitaciones de cargas de trfico o si hay cimientos de
estructuras adyacentes a la zanja.
Entibacin ligera de madera
Fuente: Universidad industrial de Santander, Manual para clculo
de entibados, p. 35.La tabla VIII indica una configuracin mnima
para utilizarse en este tipo de entibacin, el ancho mximo con el
que se trabaja es de 2 metros.
Secciones y espaciamientos mximos para entibado ligero
Profundidad H(m)0 a 3 m
TABLAESTACA (Tablones)Seccin transversal (pulg)8 " x 1- 1/2"
Espaciamiento mximo S (m)1
PUNTALESSeccin transversal (pulg)4" x 4"
Espaciamiento mximo vertical D (m)1
Espaciamiento mximo horizontal S (m)1
Fuente: Universidad industrial de Santander, Manual para clculo
de entibados, p. 36.
Entibacin discontinua
Este sistema es utilizado en arcillas firmes, consta de tablones
o tablaestacas de madera, puntales y largueros. La profundidad
mxima que se puede trabajar con este sistema es de 4,5 metros y
para anchos menores a 2 metros, con nivel fretico por debajo de la
excavacin.
Entibacin discontinua
Fuente: Universidad industrial de Santander, Manual para clculo
de entibados, p. 37.La siguiente tabla muestra las secciones y
espaciamientos mximos para entibado discontinuo.
Secciones y espaciamientos mximos para entibacin discontinua
TIPO DE SUELOARCILLA FIRMEARCILLA MEDIA
PROFUNDIDAD H (m)0 a 33 a 4,50 a 33 a 4,5
TABLAESTACA (Tablones)Seccin transversal (pulgadas)8" x 1-1/2"8"
x 1-1/2"8" x 2"8" x 2"
Espaciamiento mximo M (metros)0,60,60,60,6
PUNTALESSeccin transversal (pulgadas)4" x 4"4" x 4"4" x 4"4" x
4"
Espaciamiento mximo vertical D (metros)10,810,8
Espaciamiento mximo horizontal S (metros)10,910,9
Largo T (pies)6666
LARGUEROSSeccin transversal (pulgadas)8" x 6"10" x 6"10" x 6"10"
x 6"
Espaciamiento mximo D (metros)10,810,8
Fuente: Universidad industrial de Santander, Manual para clculo
de entibados, p. 37.
Debido a que la seccin de la entibacin tiene una menor longitud
que la profundidad de la zanja, esta se debe entibar por mdulos,
cuando se termine un mdulo completo y se empiece otro, estos deben
quedar doblemente apuntalados para garantizar una mejor
resistencia, como lo muestra la figura 15.
Seccin longitudinal y transversal del empalme del entibado
discontinuo
Fuente Universidad industrial de Santander, Manual para clculo
de entibados, p. 38.
Entibacin contina
Este sistema es utilizado para suelos arcillosos blandos, suelos
granulares poco cohesivos y suelos arenosos, los cuales tienen poca
estabilidad y necesitan ser contenidos en toda su rea para evitar
un desprendimiento progresivo del material. Se entiban
completamente las caras laterales de la zanja por medio de tablones
de madera o tableros clavados a los largueros y sostenidos por los
puntales. Todos sus elementos deben ser capaces de soportar las
cargas laterales adems de las solicitaciones por sobrecarga.
La profundidad mxima que se puede trabajar con este sistema y
para los tipos de suelo mencionados son aproximadamente 4,5 metros,
para anchos menores de 2 metros y nivel fretico rebajado o por
debajo de la excavacin.
En la figura 16 se puede observar la configuracin que debe
llevar el entibado continuo, y en la tabla X se aconsejan las
distancias mnimas para dar un correcto soporte a la zanja.
Entibacin contnua
Fuente: Universidad industrial de Santander, Manual para clculo
de entibados, p. 39.
Secciones y espaciamientos mximos para entibacin continaTIPO DE
SUELOARCILLAS BLANDAS, GRANULARES POCO COHESIVOS, SUELOS
ARENOSOS
PROFUNDIDAD H (m)0 a 33 a 4.5
TABLAESTACA (Tablones)Seccin transversal (pulg)8" x 1-1/2"8" x
1-1/2"
PUNTALESSeccin transversal (pulg)4" x 4"4" x 4"
Espaciamiento mximo vertical D (m)10,8
Espaciamiento mximo horizontal S (m)0,80,6
Largo T (pies)66
LARGUEROSSeccin transversal (pulg)8" x 6"10" x 6"
Espaciamiento mximo D (m)10,8
Fuente: Universidad industrial de Santander, Manual para clculo
de entibados, p. 40.En este tipo de entibacin tambin se debe
empalmar el entibado, tal como lo indica la figura 17.
Seccin longitudinal y transversal del empalme de la entibacin
continua
Fuente: Universidad industrial de Santander, Manual para clculo
de entibados, p. 41.
Entibaciones metlicas
Las entibaciones metlicas son ms recomendables que las
entibaciones de madera, pues aseguran mediante el acero una mayor
estabilidad en la ejecucin de los frentes de trabajo.
Existen varios tipos de entibaciones metlicas, entre los cuales
destacan:
Tablaestacas de aceroSistemas de cajones o cajas de
zanjaSistemas con guas deslizantes (doble corredera y sistema
paralelo)Andamios hidrulicosAl igual que las entibaciones de
madera, las entibaciones metlicas ofrecen ventajas y desventajas,
las cuales se describen a continuacin.
Ventajas de las entibaciones metlicas
A continuacin se hablar de las caractersticas del material
metlico, que es muy conocido en la regin. Las entibaciones metlicas
ofrecen diferentes ventajas:
Permite diferentes anchos para la excavacin.Permite excavaciones
profundas.Tiene mayor resistencia a los esfuerzos de empujes
solicitantes.Necesita menos mano de obra para su colocacin y
retiro.Permite una mayor rapidez de avance.Una perdida muy reducida
o nula.No es necesario otros elementos ms que los utilizados en las
excavaciones mismas para su manipulacin, colocacin y retiro.Provee
un nivel de confianza muy elevado.
Desventajas de las entibaciones metlicas
Entre las desventajas que se presentan con un sistema de
entibacin metlico se tienen:
Necesita un grado de capacitacin para la colocacin y extraccin
de los mdulos en forma correcta y segura para cada tipo de
sistema.
Tiene un costo elevado por ser un mercado poco abarcado en
nuestro Pas.El costo de las entibaciones metlicas es alto en
comparacin a las entibaciones de madera pero, considerando las
garantas de seguridad que otorga se elige el sistema, siendo el ms
utilizado.
Tablaestacas metlicas
Las tablaestacas metlicas son piezas prefabricadas, rectas, de
seccin transversal constante y alargada cuyos extremos estn dotados
de juntas para su unin a otras tablestacas idnticas. El
acoplamiento entre tablestacas metlicas se hace por desplazamiento
de una pieza con otra dado que cuenta con conexin machihembra a lo
largo de la junta. Su empleo es por hinca sucesiva en el terreno,
en el sentido de su longitud, para formar pantallas continuas, que
reciben el nombre de tablestacados. La hinca es en vertical
generalmente o con ligera inclinacin.
La gran desventaja es el excesivo peso de estos elementos puesto
que su manejo y colocacin genera altos costos por el equipo
necesario para su instalacin.
Las tablestacas metlicas son las ms usadas debido a la gran
diversidad de presentaciones, formas, resistencia, y peso. Dentro
de este tipo de tablestacas existen tablestacas de seccin plana y
modular. Las primeras, es decir, las planas tienen una resistencia
a flexin, perpendicularmente a su plano, muy reducida, siendo por
eso inadecuadas para formar pantallas de contencin de tierras. Y el
segundo tipo, las tablestacas modulares son aquellas que se
ensamblan unas con otras, dan lugar a pantallas onduladas de
elevada resistencia a flexin.
El tablestacado es un procedimiento considerable costoso debido
a ello, este debe realizarse de forma correcta para evitar fallas y
el mal funcionamiento de la tablestaca.
Propiedades de secciones de tablaestacas metlicas
Fuente: Principios de ingeniera de cimentaciones, Braja Das, p.
836.
Entibacin con tablaestacas metlicas
Fuente: Iguazuri, Tecnologa moderna para la entibacin de zanjas,
p. 32.
Sistemas de entibacin de cajones o cajas de zanja
Este sistema comprende situaciones entre 3 a 7 metros de
profundidad. Est compuesto por puntales estndar para entibaciones
expandibles, paneles laterales que recibirn las cargas pertinentes,
los cuales son de metal reforzado por la cara inferior con placas
verticales las cuales soportan la carga lateral mediante los
puntales los cuales van sujetos a las planchas con pasadores los
que se fijan en los rieles que traen incorporados.
Su colocacin y extraccin debe realizarse con una excavadora de
20 toneladas por la presin lateral a la cual se ve sujeta. Cada
mdulo tiene entre 3 y 4 metros de largo y entre 2 y 2,5 metros de
altura en su primer cuerpo, el cual puede ampliarse con una
extensin de las mismas caractersticas de 1,5 metros. Estas medidas
pueden variar segn el proveedor. Se recomienda utilizar a lo mximo
3 extensiones las cuales permitirn una altura mxima de entibacin de
casi 10 metros. Este sistema es el ms utilizado para la solucin de
entibaciones.
Vista frontal sistema cajn
Fuente: Henrique Valladares, Clculo y diseo de entibaciones para
excavaciones en profundidad, p. 47.
Vista isomtrica de sistema cajn
Fuente: Henrique Valladares, Clculo y diseo de entibaciones para
excavaciones en profundidad, p. 47.Sistemas de entibacin con guas
deslizables
Como su nombre lo indica, estos sistemas poseen guas deslizables
y se dividen en dos tipos: el sistema de doble corredera y el
sistema paralelo. A continuacin se detalla cada uno de ellos.
Sistema doble corredera
Este sistema se compone de 2 paneles, entre 3 y 4 metros de
largo y entre 2 y 2,5 metros de altura, con una altura total
entibada de 2,40 + 2,40 = 4,80 metros. Esta altura puede
implementarse con pilares de apoyo de mayor envergadura pudiendo
resistir la carga de hasta 3 paneles los que llegan a una altura
superior a los 7 metros.
Los paneles se deslizan por un riel doble corredera instalando
el panel superior por la parte externa del riel y el panel inferior
por la parte interna.
Al estar los paneles superiores e inferiores en distinto plano
se reduce el rozamiento de stos con el terreno y por tanto su
adhesin al mismo. Adems, esto permite extraer los paneles
inferiores sin mover los superiores, lo que involucra una gran
eficiencia en el proceso de rellenos compactados. El ancho interior
entre paneles vara entre 1,00 y 1,20 metros. Para mayor ancho
interior se colocan extensiones de los puntales, pudiendo llegar a
3 metros y ms.
Este mtodo no implica gran diferencia en avance en relacin al
sistema de cajones pero permite una mayor velocidad en la ejecucin
del relleno y la compactacin pues se pueden retirar los paneles
inferiores, rellenar luego sacar la parte superior de la estructura
lo que implica un mayor grado de seguridad en esa faena.
Utiliza un elemento de refuerzo usado como gua lateral el cual
posibilita un deslizamiento de paneles en distintos niveles y
planos para su fcil colocacin y extraccin, con ello reduce el roce
producido por las paredes de la excavacin y los paneles pues la
presin se hace en paneles independientes y no en toda la estructura
en s.
Vista frontal sistema doble corredera
Fuente: Henrique Valladares, Clculo y diseo de entibaciones para
excavaciones en profundidad, p. 50.
Vista isomtrica sistema doble corredera
Fuente: Henrique Valladares, Clculo y diseo de entibaciones para
excavaciones en profundidad, p. 50.
Sistema paralelo
Este sistema se compone de dos paneles de dimensiones entre 3 y
4 metros de largo y entre 2 y 2,5 metros de altura, ms un panel
extensin por lado de hasta una altura de 1,5 metros.
El ancho libre interior estndar entre paneles es de 0,75 metros
y se agregan extensiones de vigas para lograr el ancho requerido
para cada obra, llegando a 8 metros y ms.
El funcionamiento de este sistema es el mismo que el de doble
corredera, pero permite un ancho interior mucho mayor y la altura
libre para la colocacin de tubos puede llegar a ser de 3 metros o
ms. Permite mayores luces puesto que se utiliza como puntales vigas
perfil H que dependiendo de sus dimensiones cambian la resistencia
final de la entibacin. Las vigas son inextensibles, por lo mismo,
la posicin o dimensin final de la excavacin debe estar presentada
en una sola solucin.Vista frontal sistema paralelo
Fuente: Henrique Valladares, Clculo y diseo de entibaciones para
excavaciones en profundidad, p. 52.
Vista isomtrica de sistema paralelo
Fuente: Henrique Valladares, Clculo y diseo de entibaciones para
excavaciones en profundidad, p. 52.
Entibacin hidrulica
Es un sistema europeo que utiliza elementos estndar de paneles
con mtodos de entibaciones con tablaestacas. Las tablaestacas son
perfiles cerrados con agujeros a cada 50 centmetros, donde se
colocan los tornillos de arrastre en uno u otro sentido.
Creado para situaciones especiales donde las caractersticas no
son las usuales para una excavacin, espacios reducidos. Incorpora
tecnologa de punta utilizando un sistema hidrulico con el fin de
aminorar el esfuerzo cortante al ejercer la misma presin ejercida
por el efecto de corte directo. Este sistema garantiza un
funcionamiento totalmente libre de sacudidas, golpes y
vibraciones.
Sistema de entibacin hidrulica
Fuente: Pressbox, Manual de entibaciones hidrulicas, p. 3
EMPUJE DE TIERRA EN ENTIBACIONES
Para definir el empuje de tierra sobre las estructuras de
retencin, se puede decir en forma general, que en l se involucran
problemas que se le presentan al ingeniero para determinar las
tensiones en la masa de suelo que actan sobre una estructura.
La mecnica de suelos se basa en varias teoras para calcular la
distribucin de tensiones que se producen en los suelos y sobre las
estructuras de retencin. Cronolgicamente, Coulomb (1776) fue el
primero que estudi la distribucin de tensiones sobre muros y
posteriormente, Rankine (1875) public sus experiencias.
El empuje de tierras es considerado directamente proporcional a
la profundidad del suelo. Presin pasiva y presin activa son trminos
usados para describir condiciones lmite de presiones de tierra
contra la estructura lateral de contencin. Enseguida se dan a
conocer los principales conceptos de empuje de tierras.
Presin de tierra en reposo
La presin de tierra en reposo es una funcin de la resistencia al
cortante del suelo, su historia esfuerzo - deformacin y su historia
de meteorizacin. El valor de la presin de reposo solamente debe
aplicarse para aquellas situaciones de diseo donde el muro no puede
moverse lateralmente por ningn motivo.Para una superficie de tierra
horizontal el coeficiente de presin de reposo se define como la
relacin entre el esfuerzo horizontal y el vertical efectivos, en el
suelo bajo condiciones cero deformacin. Para una masa de suelo
normalmente consolidada que no ha sido sometida a remocin de cargas
ni a actividades que hayan producido movimientos laterales, el
coeficiente de presin de tierra al reposo es igual a:
Frmula de Jky (1944): Ko = 1 sen
Brooker y Ireland (1965, ms aceptada en arcillas): Ko = 0.95 -
sen
Donde:
Ko = Coeficiente de distribucin de carga en reposo = ngulo de
friccin interna
En general se utilizan valores empricos:
Valores empricos de la permeabilidad
Fuente: elaboracin propia.
Para una pared vertical que sostiene una superficie de tierra
inclinada, el coeficiente de reposo puede obtenerse por la
siguiente ecuacin:Ko = Ko (1 - sen )
Donde:
= Angulo de inclinacin del suelo arriba del muro
Las tensiones en reposo de una capa de suelo est condicionada no
solo por el peso del mismo sino por su historia previa; durante
eventuales recargas anteriores nuevas deposiciones, ciclos
climticos, por ello se deben considerar casos donde los suelos
cohesivos han sufrido tensiones efectivas superiores a las que estn
recibiendo actualmente. Este tipo de suelos suelen llamarse suelo
sobre consolidado y tiene un valor mayor a los suelos analizados
anteriormente.
Esta diferencia se basa en que aparecen mayores fuerzas
horizontales, por su estado tiene una frmula emprica:
Donde:
= ngulo de friccin interna efectiva del terreno(Roc) = Razn de
sobre consolidacin
Presiones activas
La presin activaocurre cuando existe una relajacin en la masa de
suelo que lo permite moverse hacia fuera del espacio que limitaba
la tensin del suelo (por ejemplo un muro de tierra que se rompe);
esto es que el suelo est fallando por extenderse. sta es la presin
mnima a la que el suelo puede ser sometido para que no se
rompa.
Representacin grfica de la presin activa en suelo horizontal
Fuente: elaboracin propia.
Presin activa de tierra de Rankine
La teora de Rankine indica que para calcular el coeficiente de
presin activa de Rankine en un terreno horizontal se debe calcular
con la siguiente expresin:
Ka = (1 sen ) / (1 + sen )
En cuanto a los terrenos inclinados, la teora de Rankine con
respecto a la presin activa indica que si detrs de una estructura
de contencin se tiene un suelo granular (cohesin =0) y un ngulo con
respecto a la horizontal, a cualquier profundidad H, la presin
activa de Rankine ser:a = h Ka
Donde:
Ka = Coeficiente de friccin activa de Rankine
La fuerza total por unidad de longitud del muro para terreno
horizontal o terreno inclinado ser:
Pa = H Ka
Donde:
= Peso especfico del sueloH= Profundidad del suelo
Notacin para la presin activa en un suelo inclinado
Fuente: principios de ingeniera de cimentaciones, Braja Das, p.
348.Es importante considerar la teora de Rankine para el diseo de
sistemas de entibacin.
Presin activa de tierra de Coulomb
Los clculos de la presin activa de Rankine, se basan en la
hiptesis de que el muro no tiene friccin. En 1776, Coulomb propuso
una teora para calcular la presin lateral de tierra sobre un muro
de retencin con relleno granular, tomando en cuenta la friccin del
muro.[footnoteRef:3] [3: Das, Braja M. Principios de ingeniera de
cimentaciones. p. 350.]
Para aplicar la teora de la presin activa de Coulomb, se
considera un muro de retencin con su espalda inclinada un ngulo
respecto a la horizontal, como muestra la figura 28. El relleno es
un suelo granular que se inclina un ngulo con la horizontal y es el
ngulo de friccin entre el suelo y el muro ( es decir el angulo de
friccin del muro).
Presin activa de tierra de Coulomb
Fuente: principios de ingenieria de cimentaciones, Braja Das, p.
351.Bajo presin activa, el muro se movera alejandose de la masa de
suelo (hacia la izquierda en la figura 28 a). Coulomb supuso que,
en tal caso, la superficie de falla en el suelo seria un plano (por
ejemplo BC1, BC2), entonces la fuerza activa en el ejemplo,
considerando una posible cua de falla de suelo ABC. Las fuerzas que
actan sobre esta cua ABC1 ( por unidad de longitud en ngulo recto a
la seccin transversal mostrada) son las siguientes:
El peso W de la cua.
La resultante, R de las fuerzas normales y cortantes resistentes
a lo largo de la superficie BC1. La fuerza R estar inclinada un
ngulo respecto a la normal a la superficie BC1.
La fuerza activa por longitud unitaria del muro, Pa. La fuerza
Pa estar inclinada un ngulo respecto a la normal al respaldo del
muro.
Para fines de equilibrio, un tringulo de fuerzas se dibuja como
muestra la figura 28 (b).Note que 1 es el ngulo que BC1 forma con
la horizontal. Como la magnitud de W as como las direcciones de las
tres fuerzas son conocidas. El valor de Pa ahora es determinado. El
valor mximo de Pa as calculado es la fuerza activa de Coulomb y se
expresa de la siguiente manera:
Donde:
Ka = coeficiente de presin activa de coulomb
Presiones pasivas
La presin pasiva ocurre cuando la masa de suelo est sometida a
una fuerza externa que lleva al suelo a la tensin lmite de
confinamiento. Esta es la mxima presin a la que puede ser sometida
un suelo en el plano horizontal.
Representacin grfica de la presin pasiva
Fuente: elaboracin propia.
Presin pasiva de tierra de Rankine
La teora de presin activa de tierra de Rankine considera que
para un suelo Horizontal, el coeficiente de presin pasiva de
Rankine se debe calcular con la siguiente ecuacin:
Kp = ( 1 + sen ) / (1 - sen )
Para un relleno inclinado se considera una estructura de
retencin vertical sin friccin con un relleno granular (cohesin=0),
la presin pasiva de Rankine (PP) a cualquier profundidad se
determina de manera similar a como se hizo en el caso de la presin
activa.
Donde:
Igual que en el caso de la fuerza activa, la fuerza resultante
PP, esta inclinada a un ngulo con respecto a la horizontal y cruza
el muro a una distancia H/3 desde el fondo del muro.
Presin pasiva de tierra de Coulomb
Coulomb (1776) tambin presento un anlisis para determinar la
presin pasiva de la tierra en muros con friccin. Para comprender la
determinacin de la fuerza pasiva de coulomb se debe considerar la
figura 30.
Presin pasiva de tierra de Coulomb
Fuente: principios de ingeniera de cimentaciones, Braja Das, p.
379.
Al igual que el caso de la presin activa, Coulomb supuso que la
superficie potencial de falla en el suelo es un plano. Para una cua
de falla de prueba, como la ABC1, las fuerzas por longitud unitaria
del muro que actan sobre la cua son:
El peso, W, de la cuaLa resultante, R, de las fuerzas normal y
cortante sobre el plano BC1La fuerza pasiva, PP
La figura 30 (b) muestra el tringulo de fuerzas en equilibrio
para la cua de prueba ABC1, de este tringulo de fuerzas, el valor
de Pp se determina porque son conocidas la direccin de las tres
fuerzas y la magnitud de una de ellas.
Donde:
Kp = coeficiente de presin pasiva de Coulomb
Cortes apuntalados
Un corte apuntalado es aquella excavacin o zanja que utiliza
cualquiera de los sistemas de entibacin existentes. Es decir que
sus laterales estn protegidos contra derrumbes u otros daos.
Presin lateral de tierra en entibaciones
La presin lateral de tierra en entibaciones se calcula por medio
de los diagramas de presin para los distintos tipos de suelo; los
cuales se describen para cada tipo de suelo en particular en el
captulo 5.
DISEO DE COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ENTIBACIN CON TABLAESTACAS
METLICAS
Diagramas para la distribucin de la presin lateral de tierra
contra muros de retencin
Los diagramas de presin o diagramas de empujes aparentes son
diagramas semiempiricos que fueron desarrollados por Terzaghi y
Peck (1967) y perfeccionados por Peck (1969) para el clculo de
cargas envolventes de los puntales en excavaciones entibadas, tanto
para arenas como para arcillas.
Envolventes de presin para los distintos tipos de suelo
Dentro del anlisis requerido se puede mencionar las fuerzas
distintas para los materiales. En seguida se dan a conocer cada uno
de los diagramas envolventes de presin utilizados para arenas,
arcillas blandas y medias y para arcilla firme.
Cortes en arena
La arena precisa un sistema de entibacin por sus caractersticas
moleculares. Para disear un sistema de entibacin en un corte de
arena se debe considerar el diagrama de presin que se presenta en
la figura 31.
Envolvente de presin para arena
Fuente: Braja Das. Principios de cimentaciones. p. 522
Esta envolvente de presin permite obtener la siguiente
ecuacin:
Donde:
= peso especficoH = altura de corteka = coeficiente de presin
activa de Rankine
Cortes en arcillas blandas y medias
Las arcillas precisan un sistema de entibacin por sus
caractersticas moleculares. La envolvente de presin para arcillas
blandas y medias se muestra en la figura 32, y es aplicable para la
condicin H/C>4.
Donde:
C= Cohesin no drenada ( = 0).
La presin Pa est dada por:
Envolvente de presin para arcillas blandas y medias
Fuente: Braja Das. Principios de cimentaciones. p. 522.
Cortes en arcilla firme
Tambin las arcillas firmes requieren un sistema de entibacin por
sus caractersticas moleculares. La figura 33 muestra la envolvente
de presin que se utiliza para los cortes en arcilla firme y
proporciona la siguiente ecuacin:
Es aplicable a la condicin Envolvente de presin para arcilla
firme
Fuente: Braja Das. Principios de cimentaciones. p. 522
Limitaciones de las envolventes de presin
Estas envolventes tienen algunas limitantes y es necesario
conocerlas para darles el uso adecuado. Al utilizar las envolventes
de presin antes descritas, se deben tener en cuenta los siguientes
aspectos:
Las envolventes de presin son llamadas a veces envolventes de
presin aparente. Sin embargo la distribucin de presin real es una
funcin de la secuencia de construccin y de la flexibilidad relativa
de la tablaestaca.
Se aplican a excavaciones con profundidades mayores a 6
metros.
Se basan en la suposicin de que el nivel fretico est debajo del
fondo del corte.
Se supone que la arena esta drenada con presin de poro igual a
ceroSe considera que la arcilla no est drenada y no se considera la
presin de poro.
Cortes en suelo estratificado
En ocasiones, cuando se construye un sistema de entibacin
apuntalado se encuentran estratos de arcilla y arena (ver figura 34
a). En este caso, Peck (1943) propuso que se determine un valor
equivalente de la cohesin (=0) de la siguiente manera:
Donde:
H= altura del cortes= peso especfico de la arenaHs altura del
estrato de la arenaKs= coeficiente de presin lateral de tierra para
el estrato de arena (1)s= ngulo de friccin internaqu= resistencia a
compresin no confinada de la arcillan= coeficiente de falla
progresiva (vara de 0,5 a 1, valor promedio 0,75)
El peso especfico promedio a, de los estratos se expresa
como:
=
Donde: silt = peso especfico del estrato de arcillaUna vez
determinados los valores de la cohesin y del peso especfico, los
envolventes de presin de la arcilla se usan para disear los cortes.
Similarmente cuando se encuentran varios estratos de arcilla en el
corte (figura 34 (b)). La cohesin no drenada promedio es:
Donde:
c1, c2 ,, cn = Cohesin no drenada en los estratos 1, 2, ., n.H1,
H2,.., Hn= espesores de las capas 1, 2,n.
El peso especfico promedio, , es:
Suelos estratificados en cortes apuntalados
Fuente: principio de ingeniera de cimentaciones, Braja Das, p.
524.Diseo de puntales
En los trabajos de construccin, los puntales deben tener un
espaciamiento mnimo vertical de aproximadamente 3 metros, y son en
realidad columnas horizontales sometidas a flexin. La capacidad de
carga de las columnas depende de la relacin de esbeltez, La cual es
reducida proporcionando soportes verticales y horizontales en
puntos intermedios. Para cortes anchos, el empalme de los puntales
es necesario.
Para el diseo de los puntales debe utilizarse un sistema
conservador simplificado para determinar las cargas en los
puntales.
Se determina la envolvente de presiones para el corte apuntalado
(se debe mostrar los niveles propuestos para los puntales). La
figura 35 muestra una envolvente de presiones para un suelo arenoso
(puede tratarse tambin de una arcilla). Los niveles de los puntales
estn marcados como A, B, C y D. Las tablaestacas se suponen
articuladas en los niveles de los puntales, excepto para el de la
parte superior y el del fondo. En la figura 35 (a), las
articulaciones estn en los puntales B y C.
Determinacin de las cargas de los puntales
Fuente: Principios de ingeniera de cimentaciones, Braja Das. p.
526.
Se deben determinar las reacciones para las dos vigas simple en
voladizo (parte superior y fondo) y de todas las vigas simples
intermedias. En la figura 35 (b) esas reacciones son A, B1, B2, C1,
C2 y D.
Las cargas puntuales en la figura 54 se calculan de la siguiente
manera:
PA= (A)(s)PB= (B1+B2)(s)PC= (c1+C2) (s)PD=(D)(s)
Donde:
Pa, PB, PC, PD= Cargas que deben tomar los puntales individuales
en los niveles A, B, C, D, respectivamente.
A, B1, B2, C1, C2, D = Reacciones calculadas en el paso 2
(unidad: Fuerza/longitud unitaria del corte apuntalado)
S = Espaciamiento horizontal de los puntales.
Diseo de Tablaestacas
Los siguientes pasos estn implicados en el diseo de
tablaestacas, para cada una de las secciones mostradas en la figura
35 (b) se determina el momento flexionnte mximo.
Se determina el valor mximo de los momentos flexionntes mximos
(Mmax) obtenidos en el paso 1. Es importante notar que la unidad de
este momento ser, por ejemplo, libra-pie/pie (KN. m/m) de longitud
de tablaestaca.
Se debe obtener el mdulo de seccin requerido de las tablaestacas
con la siguiente ecuacin:
Donde:
= Esfuerzo admisible de flexin del material de la
tablaestaca
Se debe escoger una tablaestaca que tenga un mdulo de seccin
mayor o igual al mdulo de seccin requerido de una tabla como la
tabla XI.
Diseo de largueros
Los largueros se tratan como miembros horizontales continuos si
se empalman apropiadamente. En forma conservadora, tambin se tratan
como si estuviesen articulados en los puntales.
Para la seccin mostrada en la figura 35 (a), los momentos mximos
para los largueros (suponiendo que estn articulados en los
puntales) son:
Al nivel A, Mmax =
Al nivel B, Mmax =
Al nivel C, Mmax =
Al nivel D, Mmax =
Donde:A, B1, B2, C1, C2 y D son las reacciones bajo los puntales
por unidad de longitud de la tablaestaca (paso 2 del diseo de
puntales)
Por ltimo se debe determinar el mdulo de seccin de los
largueros
Ejemplo de aplicacin
Se requiere disear los componentes de un sistema de entibacin
para un corte de arena con peso especfico =17 KN/ m, cohesin = 0 y
ngulo de friccin interna de 35 grados, como lo muestra la figura
36.
a) Dibuje la envolvente de presin de la tierra y determine las
cargas en los puntales, espaciados horizontalmente a 3 metros
centro a centro.
b) Determinar la seccin de la tablaestaca.
c) Determinar el mdulo de seccin requerido de los largueros en
el nivel B. Considerar adm = 170 MN / m.
Ejemplo de diseo sistema de entibacin
Fuente: Principio de ingeniera de cimentaciones, Braja Das, p.
528.
Inciso (a):
Previo a resolver esta situacin, se inicia calculando el
coeficiente de friccin activa de Rankine, el cual se utilizara para
calcular la presin activa, cuya ecuacin es proporcionada por la
envolvente de presin de la arena.
Ka = ( 1 sen ) / (1 + sen )Ka = (1-sen35)/(1+sen35)Ka =
0,271
Envolvente de presin para arena del ejemplo
Fuente: elaboracin propia.
Posterior al dibujo de la envolvente de presiones, en este caso
para la arena, se procede a calcular la presin activa con la
siguiente ecuacin:
Pa = 0,65HKaPa = 0,65*(17 KN/m)*(6,5 m)*(0,271) Pa = 19,46 KN /
m
Como se indic en el procedimiento de clculo de los puntales, se
debe calcular las reacciones, para lo cual se debe establecer un
esquema de las cargas y las reacciones como lo indica la figura
38.
Esquema de cargas y reacciones
Fuente: elaboracin propia.
A continuacin se procede a calcular las reacciones A y B1:
Reaccin en A:
MB1 = 0A*(2 m) - (19,46 KN/m)(3m)*(1,5 m) =0A = 87,57 KN / 2 mA
= 43,78 KN / m
Reaccin en B1
B1 = (19,46 KN/ m)(3 m) 43,78 KN / mB1 = 14,6 KN / m
A continuacin se calculan las reacciones en C y B2
Reaccin en C
MB2 = 0(19,46 KN / m)(3,5 m)(1,75 m) - (2 m)* C = 0C = (119,19
KN) / 2 mC = 59,59 KN / m
Reaccin en B2
B2 = (19,46KN/m )(3,5 m) 59,59 KN/mB2 = 8,52 KN / m
Enseguida se debe calcular las cargas en los puntales as:
En A = (A) (S) =(43,78 KN/m)(3 m) = 131,34 KNEn B = ( B1+ B2)
(S) = (14,60 KN/m+8,52 KN/m)(3m)=69,36 KNEn C = (C) (S) = (59,59
KN/m)(3m)=178,77 KN
En base a dichas cargas se determina el puntal a utilizar en el
sistema de entibacin.
Inciso (b)
Se procede a trazar el diagrama de corte para los largueros que
se consideran como vigas, articulados en los puntales. Con el
objetivo de conocer las distancias x1 y x2. Tal como se aprecia en
la figura 39.
Diagramas de corte basados en los diagramas de carga
Fuente: elaboracin propia.
De los diagramas de corte podemos determinar las distancias x1 y
x2 por medio de tringulos semejantes:
Determinando x1:
X1 =1,11 m
Determinando x2:
X2 = 1,02 mBasado en los diagramas de corte, se procede a
calcular los momentosMomento en A: (1m)(19,46 KN) =9,73 KN*m
Momento en C: (29,19 KN)(1,5 m) =21,89 KN*m Momento en B (14,6
KN)(0,89m) = 6,5 KN*mMomento en B (4,17 KN) (0,98 m) = 4,17
KN*m
El momento mximo es el momento en C, por lo que:
Donde:
Sx= Mdulo de seccin de la tablaestaca por unidad de longitud de
la estructura.adm = esfuerzo admisible de flexin de la
tablaestaca.
Inciso (c)
Se determina el momento mximo para el larguero en el punto
B:
Mmax = 26,01 KN*mPor ltimo se debe calcular el mdulo de seccin
requerido para los largueros, as:
Interpretacin de resultados
En base a los resultados obtenidos, se procede a ubicar los
componentes que cumplan con los requerimientos de diseo del sistema
de entibacin.
La tablaestaca a utilizar debe tener un mdulo de seccin Sx mayor
a 38,62x10-5 m3 /m. La que cumple dicho requerimiento es la
tablaestaca PZ-22, cuyas caractersticas se aprecian en la tabla XI.
Su mdulo de seccin es Sx= 97 X10-5 m/m de tablaestaca.
De igual manera se propone un larguero que tenga un mdulo de
seccin mayor al de diseo (Sx= 45,9x10-5 m3=28 pulg3). El elemento
que cumple dicho requerimiento es una viga de tipo W 10x30 AISC,
cuyo mdulo de seccin en el eje x es de 32,4 pulgadas cbicas. (Otras
caractersticas de dicho elemento se aprecian en los apndices A y
B).
Para los puntales se puede utilizar la seccin de viga (W 5x19
AISC), ya que soporta cargas puntuales mayores a 178,77 Kilo
Nwtones que es la mayor carga que deben soportar los mismos.
Grfica de resultado de diseo de sistema de entibacin con
tablaestacas metlicas
Fuente: elaboracin propia.
INSTALACIN DE UN SISTEMA DE ENTIBACIN
Procedimiento de instalacin de sistemas de entibacin
En el presente captulo se dan a conocer las formas de instalacin
de distintos sistemas de entibacin. Previo a realizar la instalacin
de cualquiera de dichos sistemas se deben considerar las
respectivas medidas de seguridad, las cuales se describen a
continuacin.
Medidas de seguridad en excavaciones temporales
Como en toda actividad y especialmente en la construccin hay que
revisar la seguridad industrial. Antes de realizar cualquier
excavacin hay que verificar los siguientes aspectos:
Las condiciones del sueloLa proximidad de edificios,
instalaciones, carreteras y cualquier otra fuente de vibracinSi el
suelo ha sido alterado de alguna formaLa proximidad de ros,
alcantarillados o cableados subterrneos
Segn avanza la excavacin hay que observar:
Si cambian las condiciones del suelo, especialmente despus de
haber llovidoEl buen estado de los elementos del sistema de
entibacin (puntales, largueros y tablaestacas)Actuaciones
previas
Antes del comienzo de los trabajos, es preciso conocer una serie
de circunstancias que pueden incidir en la seguridad de los mismos
y que como mnimo sern:
Caractersticas del terreno en relacin a los trabajos que se van
a desarrollar, tales como: talud natural, capacidad portante, nivel
fretico, contenido de humedad, posibilidad de filtraciones,
estratificaciones, alteraciones anteriores del terreno.
Proximidad de edificaciones y caractersticas de sus
cimentaciones, as como posibles sobrecargas en las proximidades de
las paredes de la excavacin.
Existencia o proximidad a instalaciones y conducciones de agua,
electricidad y alcantarillado.
Reconocimiento del terreno
Como ya se ha mencionado en los captulos anteriores, para
conocer el terreno ser necesario realizar un estudio geotcnico, que
brinde informacin sobre el tipo de terreno con que se va a trabajar
y su comportamiento, para disponer de antemano de una serie de
medios y clculos que permitan minimizar una serie de riesgos.
Adems, el supervisor, con su experiencia y recabando informacin
de la zona o de personas que conozcan los posibles cambios
realizados, pueden alcanzar a conocer el tipo de terreno que va a
encontrar.El supervisor, al observar el terreno, tal como lo
muestra la naturaleza, debe decidir de forma intuitiva y en base a
sus conocimientos y experiencia, si puede o no ceder, desplomarse o
derrumbarse. As resulta, que si el terreno que se observa es
rocoso, la seguridad en la estabilidad aumenta y si por el
contrario, la mayor parte de su composicin es tierra, aumenta la
inseguridad y la atencin se agudiza, y ello ocurre en mayor
medida.
Edificaciones colindantes
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, entre otros, para
impedir derrumbes o desmoronamientos cuando la estabilidad de algn
edificio o estructura se vea afectada por los trabajos de
excavacin.
Conducciones enterradas
Es preciso, antes de proceder a la excavacin, conocer la
situacin exacta de los servicios pblicos que puedan resultar
afectados por los trabajos de excavacin, con los datos aportados
por los respectivos organismos. Una vez obtenidos estos, se marcara
en el terreno, el lugar donde estn ubicadas para protegerlos ante
eventuales sobrecargas producidas, por la circulacin de vehculos
pesados.
La rotura de conducciones de agua, directamente o por descalce
del terreno, puede dar lugar a socavaciones, corrimientos y
desprendimientos.
Proteccin del rea
Cuando los trabajos de excavacin se realicen en reas urbanas,
independientemente de las medidas de seguridad que se deben adoptar
para los trabajos y sus lugares de trabajo, se debe proteger a
personas ajenas a la faena.
En consecuencia se deben adoptar las siguientes medidas de
prevencin:
Colocar barreras convenientemente sealizadas y/o iluminadas en
los contornos de las excavaciones a fin de evitar cadas de personas
en los lugares excavados.
Controlar que los materiales ptreos no rueden hasta las aceras y
calzadas, evitando as que personas tropiecen y caigan al pisarlos o
que esos materiales sean lanzados por vehculos que transiten en el
lugar, lesionando personas o daando a la propiedad.
Disponer de pasarelas con barandas para evitar el trnsito
peatonal que permitan la circulacin y acceso, momentneamente
interrumpidos por las obras de excavacin.
Instalar iluminacin que alerte a los conductores de vehculos y
peatones durante la noche y carteles de advertencia en el da.
Entibar o apuntalar las estructuras adyacentes a las
excavaciones para impedir su asentamiento y proteger las
superficies expuestas para que no sean socavadas por la lluvia u
otras aguas.
Seguridad del personal
Los trabajadores en tares de excavacin necesitan equipos de
proteccin temporal, tales como casco de seguridad, botas de
seguridad con punta de acero, guantes, proteccin auditiva, gafas y
proteccin respiratoria.
Los trabajadores que estn a nivel de suelo que se encuentran
ceca de los equipos mviles necesitan ropa de alta visibilidad. Las
medidas antes mencionadas complementaran la seguridad que brindan
los diferentes sistemas de entibacin.
Instalacin de entibacin de madera
En este apartado se indican las instrucciones para entibar
utilizando madera como principal elemento, es importante seguir la
secuencia para evitar un mal entibado, accidentes, desperdicio de
madera y prdida de tiempo.
Para llevar a cabo este apuntalamiento se debe realizar la
excavacin en la totalidad de la profundidad, segn lo especificado
en planos.
Para mayor seguridad se deben armar tableros de tablaestacas
fuera de la excavacin.
Se deben bajar dichos tableros a la zanja hacindolos deslizar a
travs de un tabln inclinado que se apoye en el fondo y el extremo
opuesto superior de la excavacin.
Colocacin de la entibacin de madera
Fuente: Osha, Manual de Seguridad laboral en construccin de obra
civil, p. 64
Posteriormente se realizan los afianzamientos a los bordes
superiores de la excavacin.
Afianzamientos a bordes superiores
Fuente: Osha, Manual de Seguridad laboral en construccin de obra
civil, p. 65 Finalmente, se colocan los puntales inferior y
superior respectivamente.
Colocacin de puntales
Fuente: Osha, Manual de Seguridad laboral en construccin de obra
civil, p. 65
El sistema de entibacin de madera se colocara inmediatamente
despus de excavar, tan pronto como lo permitan las operaciones de
la excavacin.
Entibacin de madera instalada
Fuente: gua de actuacin inspectora para control de medidas
preventivas en zanjas y vaciados, p. 3.Instalacin de entibaciones
metlicas
Las tablestacas deben ser perfiles laminados de acero al carbono
sin aleacin especial, las tablaestacas que se hubieren torcido por
cualquier causa deben ser enderezadas.
Instalacin de tablaestacas de acero
El estado de las pestaas de unin de unas tablestacas con otras
deber ser aceptable; de tal manera que permitan su enhebrado sin
ninguna dificultad, produciendo una unin slida.
Las tablestacas podrn hincarse de una en una o por parejas
previamente enhebradas. Se dispondrn guas para la hinca de las
tablestacas, consistentes en una doble fila de perfiles metlicos o
piezas de madera de mayor seccin, colocados sobre la superficie de
hinca, de forma que el eje del hueco intermedio coincida con el de
la pantalla de tablestacas a construir. Esta doble fila estar
slidamente sujeta y apuntalada al terreno, y la distancia entre sus
caras interiores no exceder del canto de las tablestacas en ms de
dos centmetros (2 cm).
Las cabezas de las tablestacas hincadas por percusin debern
estar protegidas por medio de adecuados sombreretes para evitar su
deformacin por los golpes. En su parte inferior, las ranuras de las
pestaas de unin de unas tablestacas con otras se protegern, en lo
posible, de la introduccin de terreno (que dificultara el enhebrado
de las tablestacas que se hinquen a continuacin), tapando el
extremo de la mencionada ranura con un clavo, tornillo o cualquier
pieza anloga alojada, pero no ajustada, en dicho extremo de forma
que permanezca en su sitio durante la hinca, pero que pueda ser
fcilmente expulsada por otra tablestaca que se enhebre en la ranura
y llegue a mayor profundidad.
Terminada la hinca, se deben cortar, si es preciso, las
tablestacas, de manera que sus cabezas queden alineadas segn el
perfil definido en los planos. Los empalmes de tablestacas se
efectuarn con trozos de longitud apropiada, que se unirn por
soldadura.
Las tablestacas situadas en las cercanas de edificios sern
hincadas por medio de equipos hidrulicos o vibratorios. No se
emplearn sistemas de impacto salvo que los mtodos hidrulicos no
permitan alcanzar las profundidades necesarias.
Antes de que sea hincada, cada tablestaca debe tener claramente
marcada su altura a intervalos de 250 milmetros en los 3 metros
superiores. Si en la lnea de una tablestaca se encuentra un
obstculo que impida alcanzar la cota prevista, se podr pasar a la
hinca de otros paneles de tablestacas contiguas para,
posteriormente, hincar la tablestaca que opuso resistencia.
El hincado se debe hacer por tramos longitudinales cortos (L