Anexo 31 especificación tecnica para excavaciones

ESPECIFICACION TECNICA PARA EXCAVACIONES

VICEPRESIDENCIA DE SERVICIOS Y TECNOLOGÍA CORPORATIVO DE NORMAS Y ESTÁNDARES

CÓDIGO CNE ECP-VST-P-CIV-ET-004

Elaborado 10/12/2010

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ECP-CNE-G-GEN-FT-001 1/16

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TABLA DE CONTENIDO

Página

1. OBJETO ............................................................................................................................................................................... 3

2. ALCANCE ............................................................................................................................................................................ 3

3. GLOSARIO .......................................................................................................................................................................... 3

4. DOCUMENTOS DEROGADOS ........................................................................................................................................... 4

5. REFERENCIAS NORMATIVAS ........................................................................................................................................... 4

6. CONDICIONES GENERALES ............................................................................................................................................. 5

6.1. CONCEPTOS BASICOS SOBRE EXCAVACIONES ........................................................................................................ 5

6.1.1. Área de exposición ....................................................................................................................................................... 5

6.1.2. Fallas típicas en excavaciones .................................................................................................................................... 5

7. DESARROLLO .................................................................................................................................................................... 6

7.1. SISTEMAS DE PROTECCION DE LAS EXCAVACIONES ............................................................................................... 6

7.1.1. Diseño de sistemas de protección por medio de taludes ó terrazas ....................................................................... 6

7.1.2. Diseños de sistemas de soporte utilizando entibados .............................................................................................. 7

7.2. EXCAVACION DE LINEA PARA SISTEMAS DE TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS ............................................. 10

7.2.1. Derecho de Vía ............................................................................................................................................................ 10

7.2.1.1. Excavación según la forma del terreno .................................................................................................................. 11

7.2.1.1.1. Terreno relativamente uniforme ........................................................................................................................... 12

7.2.1.1.2. Terreno en cuchilla o lomo ................................................................................................................................... 12

7.2.1.1.3. Terreno en ladera .................................................................................................................................................. 13

7.3. TUBERIA NUEVA ............................................................................................................................................................ 15

7.4. TUBERÍA EXISTENTE .................................................................................................................................................... 15

8. REGISTROS ...................................................................................................................................................................... 15

9. CONTINGENCIAS.............................................................................................................................................................. 16

10. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................................................. 16

11. ANEXOS ............................................................................................................................................................................ 16





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1. OBJETO El objeto de esta especificación es dar los lineamientos técnicos para la ejecución de trabajos de excavación para las obras civiles de ECOPETROL. 2. ALCANCE Este documento reglamenta la actividad de excavación y se aplica en aquellos casos en los cuales se realicen excavaciones y se determine que estás se deben proteger contra derrumbes, dando como alternativas de solución el perfilado de las caras de la excavación por medio de taludes y/o terrazas. 3. GLOSARIO

• Apertura del DDV: se refiere a la construcción de un derecho de vía para línea regular de sistemas de transporte de hidrocarburos.

• Adecuación del DDV: se refiere a la construcción de un derecho de vía para un paso especial.

• Atmósfera Peligrosa: Atmósfera que por ser explosiva, inflamable, venenosa, corrosiva, oxidante, irritante, deficiente de oxígeno, tóxica o de cualquier manera, dañina, puede causar muerte, enfermedad o lesión.

• Caras ó lados: Son las superficies de terreno inclinadas ó verticales formadas como resultado de un trabajo de

excavación.

• Conformación del DDV: se refiere a la construcción de un derecho de vía utilizando uno existente. • Derrumbes: Es la separación de masa de suelo ó material de roca de los lados de una excavación, ó la

pérdida de suelo en la parte baja de una zanja ó de un sistema de soporte, y su súbito movimiento dentro de la excavación, ya sea por caída ó deslizamiento, en una cantidad suficiente para que esta pueda causar atrapamiento, sepultar, inmovilizar o causar alguna lesión a una persona.

• Derecho de vía (DDV): El derecho de vía es la franja de terreno necesaria para la ejecución de las obras,

conforme con las dimensiones y alineamientos indicados en los planos y en las especificaciones particulares del proyecto.

• Dimensiones Nominales: Son las existentes en las piezas antes de las operaciones de maquinado y secado. • Excavación: Es cualquier corte, cavidad, zanja ó depresión hecho por el hombre en la superficie de un terreno,

a partir de la remoción de tierra. • Falla: Es una rotura, desplazamiento ó deformación permanente de un miembro estructural ó conexión, lo

suficiente como para reducir su integridad estructural y su capacidad de soporte. • Ingeniero Civil: Es una persona que haya obtenido el título con estudio de pregrado y tenga matrícula

Profesional.





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• Persona competente: Alguien que es capaz de identificar los peligros existentes y previsibles en los alrededores, o que se trabaja en condiciones de trabajo que son antihigiénicas, peligrosas, o riesgosas para los trabajadores, y quién tiene la autorización para tomar rápidas medidas correctivas para eliminar los problemas. Los ingenieros civiles, por su formación, podrán desempeñarse como persona competente.

• Pila base campana: Es un tipo de pozo ó excavación para zapatas, en la cual la sección de la base es mayor

que la sección superior de tal forma que se forma una campana. • Roca estable: Es un mineral sólido natural que puede ser excavado con las caras verticales y mantenerse

intacto aún expuesto. Una roca es inestable es considera estabilizada cuando el material de la roca sobre las caras ó lados de la excavación es asegurada contra derrumbes ó movimientos por medio de anclajes ó por otro método de protección que haya sido diseñado por un ingeniero profesional registrado.

• Sistema de Protección: Es cualquier método para protección de los trabajadores de los derrumbes, de material que pueda caer ó rodar de las caras de una excavación ó dentro de la excavación, ó del colapso de estructuras adyacentes. El sistema de protección incluye sistemas de soporte, pendientado y sistemas de terrazas, sistemas de corazas y otros sistemas que provean la protección necesaria.

• Terrazas (Sistema de terrazas): Es un método para la protección de los trabajadores contra los derrumbes,

excavando las caras de una excavación para formar uno ó una serie de niveles horizontales ó pasos, usualmente con superficies verticales ó casi verticales entre estos niveles.

• Zanja (Excavación de zanjas): Es una excavación angosta (en relación a su longitud) hecha debido a la

superficie del terreno. En general, la profundidad es mayor que su ancho, pero el ancho de una zanja (medida en la base) no es mayor a 4.5 m (15 pies). Si formaletas u otras estructuras son instaladas ó construidas en una excavación de tal forma que reduzca la dimensión medida desde las formaletas ó estructuras a las caras de la excavación a 4.6 m (15 pies) ó menos (medidos en la base de la excavación), la excavación es considerada como una zanja.

• Zona de trabajo: ancho necesario para adelantar las labores de instalación de tubería o instalaciones

estructurales.

• Zonas adyacentes al DDV: sitios seleccionados para disponer los materiales provenientes de la conformación del terreno.

4. DOCUMENTOS DEROGADOS No aplica. 5. REFERENCIAS NORMATIVAS

• Resolución 2400 de 1979.Título XII Capítulo II 2.12.2 de las Excavaciones

• Resolución 2413 de 1979. Reglamento de higiene y Seguridad para la Industria de la Construcción . 4.7 De las Excavaciones

• OSHA. 1926 Safety and Health Regulations for Construction. Subpart P Excavations





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6. CONDICIONES GENERALES 6.1. CONCEPTOS BASICOS SOBRE EXCAVACIONES 6.1.1. Área de exposición Los suelos no perturbados se mantienen en su posición debido al equilibrio de sus fuerzas tanto horizontales como verticales. Cuando se realiza una excavación, se remueve el suelo que da el soporte horizontal. El suelo ubicado detrás de la cara de una excavación no protegida, podrá eventualmente moverse hacia abajo y hacia adentro de la excavación, como se muestra en las siguientes figuras (la falla depende del tipo de suelo y las condiciones ambientales). Entre mayor sea la longitud no soportada de la excavación, mayor será la probabilidad de esta de derrumbarse. Adicionalmente, las condiciones a las cuales está expuesta una excavación puede determinar que una excavación que aparentemente es estable, se derrumbe. Estas condiciones pueden ser cada una ó una combinación de: Lluvia, vibraciones, resequedad, etc. El área de exposición en una excavación es el área donde los trabajadores están expuestos al flujo de suelo y roca, ya sea porque están en riesgo de quedar atrapados bajo un derrumbe ó porque están parados en zona inestable. Estas áreas están representadas en siguiente gráfica.

6.1.2. Fallas típicas en excavaciones Las fallas en las excavaciones dependen de varios factores, entre ellos: dimensiones de la excavación, tipo de suelo, condiciones climáticas, cargas externas. En las siguientes gráficas, se muestran algunas de las fallas típicas de los suelos, dependiendo del tipo del mismo y la condición en la que se encuentra.

1

1

1

1

AREAS DE EXPOSICION

ZONA INESTABLE

ZONA DE DERRUMBES

Imagen 1. Figura 1. Área de Exposición en una Excavación





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Derrumbe. Común en suelos pre-excavados, arenas y/o mezclas de arena y grava.

Rotación. Común en suelos arcillosos saturados

Flujo de escombros hacia el interior de la excavación. Se presenta por almacenar suelos muy cerca al borde de la excavación y la acción de la lluvia facilita el flujo de suelo húmedo hacia el interior de la excavación.

Corte de muro lateral. Se presenta cuando el suelo está expuesto a secado. Usualmente se presenta en suelos arcillosos.

Figura 2. Fallas Típicas de los Suelos

7. DESARROLLO 7.1. SISTEMAS DE PROTECCION DE LAS EXCAVACIONES

Para controlar que el suelo de una excavación falle, se presentan básicamente dos sistemas de protección que son: Conformación de taludes y/o terrazas en las caras de la excavación ó el entibado de las mismas. (Ver estándares de “Protección de excavaciones con taludes y/o terrazas” y “Protección de excavaciones con entibados”). La selección de uno ú otro sistema depende básicamente del espacio disponible para realizar los trabajos. Siempre que el espacio disponible lo permita, se debe preferir la conformación de taludes y/o terrazas a la instalación de entibados Se debe analizar en detenimiento toda la información suministrada en las tablas y los datos, tales como: capacidades de carga, dimensiones, restricciones, etc., porque las configuraciones propuestas para cada sistema, están definidas según estos datos. Si en la práctica, no se cumplen cualquiera de estas premisas, el sistema de protección debe ser diseñado para el caso en particular.

7.1.1. Diseño de sistemas de protección por medio de taludes ó terrazas Los taludes máximos admisibles y configuraciones admisibles para taludes y sistemas de terrazas, deberán ser determinados de acuerdo con las condiciones y requerimientos según el tipo de suelo en el cual se realice la excavación, lo cual se debe realizar según el estándar “Sistema de Clasificación de Suelos”. Luego de clasificar el





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suelo, se utilizarán los datos y tablas del estándar de “Protección de excavación con taludes y/o terrazas” para determinar la configuración.

7.1.2. Diseños de sistemas de soporte utilizando entibados Los diseños de sistemas de soporte utilizando entibados se realizarán cuando no es posible realizar una protección por medio de taludes y/o terrazas por disponibilidad de espacio. Para lo anterior, se utiliza como entrada las dimensiones de la excavación y el tipo de suelo según la clasificación definida por medio del estándar de “Sistema de clasificación de suelos”; luego, según los datos de entrada, se escoge la tabla del estándar de “Protección de excavación con Entibados” que aplique para determinar las dimensiones y configuraciones de los diferentes elementos que conformarán el sistema (parales, largueros, puntales, separaciones, etc.). En el estandard “Protección de excavación con Entibados” se relacionan los correspondientes a madera y puntales de aluminio, pero se advierte que existen otros métodos que pueden ser combinación de los anteriores u otros diferentes como tablestacados, cajones, etc.; los cuales sólo se enuncian en esta guía y en caso de escogerse como sistema de protección a aplicar, deberá ser diseñado por un Ingeniero Civil con experiencia en este campo. Los siguientes flujogramas son un resumen gráfico del proceso de selección del sistema de protección para excavaciones con una profundidad igual ó menor a 6 metros. Los sistemas de protección de más de 6 metros de profundidad deben ser diseñados de acuerdo con las características particulares del proyecto.





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Está la excavación totalmente en zona de roca sólida?

La profundidad de la excavación tiene más de 1.2 m ?

Existe el riesgo de derrumbarse las paredes?

La excavación puede ser ejecutada con caras verticales, sin entibados ó tablestacados

La excavación debe ser protegida, ya sea por medio de la perfilada en taludes y/o terrazas (PROCEDIMIENTO A) ó entibada (PROCEDIMIENTO B)

NO SI

NO SI

SI NO

Figura 3. Proceso de Selección del Sistema de Protección para Excavaciones





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PROCEDIMIENTO A (se utiliza el perfilado de taludes como método de protección de la excavación)

El suelo de la excavación puede ser clasificado y

determinado el tipo de talud a conformar?

La excavación debe cumplir con una de las siguientes opciones: 1.El suelo de la excavación debe ser clasificado (inspecciones visuales, ensayos de campo y laboratorio, etc.) y según el tipo, se debe seleccionar la configuración del talud adecuado (recomendaciones básicas estándar). 2.Se disponen de cartas ó tabulaciones para determinar las pendientes de los taludes a conformar. En estas deben figurar claramente los elementos de entrada, limitaciones, cuidados, etc. 3.El sistema de protección de la excavación debe ser diseñada por un ingeniero especialista en geotecnia

La conformación del talud debe ser de 1-1/2 H

SI NO

Hay disponibilidad de espacio para realizar la perfilada de los taludes?

NOSI

Implemente la recomendación

Proteja la excavación por medio de entibado ó tablestacado (Procedimiento B)






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PROCEDIMIENTO B

Se requiere una clasificación del suelo y el sistema de protección de la excavación debe cumplir con una de las siguientes opciones:

1.Se utiliza un adecuado arreglo de entibado de madera para proteger la excavación (utilizar estándares recomendados).

2.Se utilizan sistemas de entibado de fabricantes (tablestacas, elementos hidráulicos ó neumáticos, etc.), seleccionando la configuración de este por medio de tablas y cartas del fabricante.

Implemente la recomendación


7.2. EXCAVACION DE LINEA PARA SISTEMAS DE TRANSPORTE DE HIDROCARBUROS 7.2.1. Derecho de Vía Las excavaciones deben realizarse conforme a las dimensiones y alineamientos indicados en los diseños, sin alterar o afectar áreas diferentes a las asignadas para su trabajo, manteniendo los criterios establecidos y los diseños geotécnicos con el fin de mitigar los efectos sobre el ambiente y cumpliendo con lo dispuesto en el PMA. Para la ubicación y contención de los materiales, deben construirse trinchos, zanjas, cunetas, alcantarillas y otras obras de contención. El horizonte orgánico debe ser retirado y colocado en un sitio diferente al que se dispondrá el material inerte, y almacenado de tal manera que no se presente homogenización del mismo; de esta manera se asegura que el banco de semillas que guarda este horizonte esté siempre disponible para germinar y así se evita la fragmentación del ambiente; además, no se causa un gran impacto sobre la dinámica de las poblaciones edáficas de insectos y





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colonias de micorizas que juegan un importante papel en la nutrición mineral de los vegetales, especialmente en la relación de fósforo, así como en el proceso de intercambio catiónico y la posible intoxicación por aluminio que podría presentarse en los suelos de condición árida.

El derecho de vía debe estar abierto con anterioridad al tendido de la tubería con el ancho nominal útil establecido en el diseño, y deberá ejecutarse de acuerdo con las indicaciones establecidas en el estándar de “Desmonte, Descapote y Limpieza” y de conformidad con las especificaciones particulares del proyecto. Los tramos en donde las características topográficas o geotécnicas del terreno o de otra índole impidan obtener el ancho nominal del derecho de vía se indicarán en los planos de diseño y requerirán un tratamiento especial. Donde exista la posibilidad de desestabilizar el terreno ocupado por el derecho de vía debido a erosión, flujo de corrientes superficiales, sobrecarga con materiales de desecho, o cualquier otro problema geotécnico que ponga en peligro la estabilidad del terreno, del derecho de vía o de la tubería, se deben construir los sistemas de protección necesarios de acuerdo con los planos y diseños de las obras de protección. En los sectores de pendiente pronunciada, si la instalación de la tubería toma más de dos semanas, se deben construir sistemas de drenaje temporal (cortacorrientes u otros) que impidan la erosión del terreno.

0 4

2 2

2 0

1 8

1 6

1 4

1 2

1 0

8

6

4

2

0

D i a m e t r o d e l T u b o ( p u l g a d a s )

N O T A : C u a n d o s e i n s ta le m a s d e u n t u b o e n e l m i s m o D e r e c h o d e V ia s e p u e d e a m p l ia r e l a n c h o d e l a z o n a d e t r a b a jo d e l tu b o m a y o r , h a s ta u n 5 0 % d e l a c o r r e s p o n d ie n te a l t u b o d e m e n o r d i am e tr o .

Anch

o de

la z

ona

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abaj

o B

(m)

Bd e r e s id u o s

d is p o s ic io n

* A r e a p a r a

d is p os i c i o n

d e r e s id u o s

* A r e a p a r a

* E l a n c h o d e es t a s z o n a s e s f u n c io n d e la fo r m a d e l te r r e n o

8 1 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2 3 6 4 0 4 4 4 8 5 2 5 6

Figura 6. Determinación del ancho de la zona de trabajo

7.2.1.1. Excavación según la forma del terreno





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La configuración del terreno puede dar origen a diferentes tipos de sección transversal del derecho de vía, dependiendo de la forma del terreno. En general se presentan los siguientes casos: a) derecho de vía en terreno relativamente uniforme, b) derecho de vía en cuchilla o lomo y c) derecho de vía en laderas de pendiente suave, media o pronunciada.

7.2.1.1.1. Terreno relativamente uniforme Se trata de terrenos planos a ondulados, o de lomos amplios, de superficies suaves y continuas, horizontales o inclinadas en sentido longitudinal, que presentan el ancho requerido. En estos casos no es necesario descapotar ni cortar para obtener el ancho del derecho de vía. Se puede desmontar y enrasar el terreno localmente para eliminar protuberancias o bloques rocosos superficiales que puedan dificultar el movimiento del equipo.

LC

Material de la

excavacion de

B: Zona de trabajo

Conformacion ligera del terreno,

si las irregularidades del terreno son muy notorias

<0.2 B

Capa de suelo

organico la zanja

Figura 7. Terreno relativamente uniforme (plano)

7.2.1.1.2. Terreno en cuchilla o lomo A continuación se ilustra lo que corresponde a la cima de cuchillas o lomos en los cuales es necesario excavar para obtener el ancho de la zona de trabajo.





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LC

Material de la

excavacion de la zanja

Botadero lateral

Trincho

Botadero lateral

Trincho

Zanja

B

> 1.5m

>0.8m

Suelo organico

<1.5 B

B: Ancho de la zona de trabajo

Figura 8. Terreno en cuchilla o lomo

7.2.1.1.3. Terreno en ladera La disposición general se muestra en las siguientes figuras.

La inclinación del talud de corte debe ser de 1H:2V, para una altura máxima de 2.5 m.

En el caso de necesitarse una altura de corte mayor de 2.5 m y hasta 3.5 m, debe construirse una protección con gaviones. Dicha protección se coloca en la base y a lo largo del corte ejecutado.

En el caso eventual de necesitarse una excavación con altura mayor de 3.5 m, se requiere estudio geotécnico local para establecer las condiciones técnicas en las cuales puede hacerse el corte y diseñar las obras de protección convenientes.





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LC

Material de laexcavacion de la zanja

Botadero lateral

Trincho

Zanja

12

B

< 2.5m

>

Area para la zanja

Suelo organico

<1.5

~5m


Figura 9. Terreno en ladera suave

0,7 B

21

<20

>40

CL

: Dentro de una ladera general

: En lomo

B

0.3 B

Area para la Zanja

Gaviones de 2x1x1 m

Cada 5 m

<3.5m

<1.25 B


II

I

II

I

Figura 10. Terreno en ladera de pendiente media





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=20 a 40 Grados

>40

CL

Trafico

Instalacion

h=<3m

>0.8 B

4.0 m

h<4 m

: Dentro de una ladera general

: En lomo.

B

>0.4 B

<3.5m

<1.2 B

I

II


II

I

Figura 11. Terreno en ladera de pendiente pronunciada

7.3. TUBERIA NUEVA El fondo de la zanja debe ser conformado en forma uniforme y quedar libre de rocas sueltas, gravas, raíces y materiales extraños que pudieran dañar la tubería o su revestimiento.

• La profundidad de la excavación debe ser como mínimo de 1.20 m, medida hasta la cota clave del tubo y un ancho medio de DOS VECES Y MEDIA EL DIAMETRO DE LA TUBERIA (mínimo 0.60 m), independiente y sin discriminar el tipo de terreno a excavar (rocoso, arenoso, suelto, pantanoso, etc.). En cruces de vías, férreas o pasos especiales, el ancho de la excavación dependerá de los permisos y/o de los diseños particulares de los mismos.

• En las áreas de cultivos industriales la profundidad debe ser como mínimo 2.5 metros, medida hasta la cota clave del tubo.

7.4. TUBERÍA EXISTENTE Para excavaciones de línea en sistemas de transporte de hidrocarburos existentes, aplica el instructivo de “EXCAVACIONES EN TRABAJOS DE MANTENIMIENTO DE LINEA” de la VIT.

8. REGISTROS N.A.





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9. CONTINGENCIAS No aplica. 10. BIBLIOGRAFÍA

• Normas D-653 y D2488 American Society for Testing Materials (ASTM) (Sociedad Americana para prueba de materiales).

• NSR-10. Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente

• Manual de seguridad en la industria de la construcción. Consejo Interamericano de Seguridad

• Clases de Entibados y Excavaciones del Ing. Jaime Suárez Díaz, Profesor de la Universidad Industrial de Santander.

• Trenching and Shoring Manual. State of California. Department of Transportation.

• Excavating and Shoring. Construction Safety Education Program 9. Manitoba Construction Safety Asociation.

• Review of design methods for excavations. Geotechnical Engineering Office, Civil Engineering Department, The

Government of the Hong Kong Special Administrative Region

• Guía para protección de excavaciones 2006 de la GRB (en Revisión). 11. ANEXOS No aplica. Para mayor información sobre este documento dirigirse a quien lo elaboró, en nombre de la dependencia responsable:

Elaboró: Reynaldo Prada Graterón Teléfono: 6847431 Dependencia: ICP – UGC

Anexo 31 especificación tecnica para excavaciones

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