ENTIBACIONES

Asignatura: Geotecnia y Fundaciones

U n i v e r s i d a d T e c n o l ó g i c a M e t r o p o l i t a n a

Integrantes: Oscar Silva E. Profesor: Patricio Valdivia Felipe Leiva M. Sebastián Salas. Adán Puentes.

INTRODUCCION

Las excavaciones a cielo abierto pueden ser permanentes o temporales dependiendo de la necesidad que exista en la ejecución de una obra. Como por ejemplo, los cortes ejecutados para la construcción de caminos o ferrocarriles, las cuales facilitan la ejecución de la obra, corresponden a excavaciones de uso permanente, mientras que las de uso temporal una vez que cumplen con el propósito de su excavación son rellenadas.Frecuentemente se tiene el problema de realizar excavaciones temporales las cuales posteriormente serán rellenadas, como por ejemplo, las zanjas para la instalación de tuberías enterradas. En ocasiones, especialmente en zonas urbanas, es necesario realizar excavaciones con paredes verticales, por lo tanto , no es posible realizar excavaciones con taludes , los cuales dan una mayor estabilidad, amenos que las características resistentes de terreno permitan taludes verticales con la altura requerida, aun en estos casos los taludes verticales son demasiado riesgosos para el personal que realiza faenas en ellos, por lo tanto, las posibilidades de accidentes son demasiado altas. La causa más importante de las muertes relacionadas con los trabajos en excavaciones es el derrumbamiento de las paredes de las mismas, que puede ocasionar el aplastamiento o la asfixia de los trabajadores. Las paredes de la excavacion pueden resultar debilitadas a consecuencia de actividades realizadas en el exterior, es por esto que en algunos países existen códigos los cuales imponen la sujeción de las paredes verticales de la excavación. A esta sujeción provisional se le denominada entibacion, este sistema se utiliza principalmente en excavaciones de poca anchura, las cuales permiten acodalar o apuntalar el revestimiento de una pared contra el de la opuesta, transmitiendo los empujes de las tierras de una a otra através de los puntales y siendo compensados entre si(fig. 1), si se da el caso en que la excavación es demasiado ancha, los empujes se transmiten hacia el suelo mediante puntales inclinados (fig. 2).

Fig 2. Fig. 1

Existen varios tipos de entibaciones la elección adecuada de un sistema de protección de los trabajadores, depende del terreno,las condiciones del entorno, el estudio de mecanica de suelos y los costos asociados a la faena. Como sabemos la magnitud del empuje del terreno es proporcional a la profundidad de la excavación, es decir, a mayor profundidad mayor será el empuje del terreno (fig. 3). La resistencia del terreno, la presencia de agua y las vibraciones originadas por la maquinaria o por otras causas próximas, son factores que afectan a la estabilidad de las excavaciones. Los terrenos en los que se ha practicado una excavación con anterioridad, nunca recuperan su resistencia. La acumulación de agua en una excavacion, independientemente de su profundidad, es indicativa de la situación más peligrosa.

Es preciso tener en cuenta la clase del terreno y evaluar el escenario de la construcción. Un plan de seguridad y salud adecuado de un proyecto debe dar respuesta a las condiciones y riesgos singulares del mismo.

Los terrenos se pueden clasificar en dos grandes grupos: cohesivos y granulosos.

Los terrenos cohesivos contienen un mínimo del 35 % de arcilla; si se amasan en forma de cilindros de 50 mm de longitud y 5 mm de diámetro y se suspenden de un extremo, no se rompen. Las paredes de las excavaciones practicadas en terrenos cohesivos se mantienen verticales durante cortos períodos de tiempo. Estos terrenos son responsables de tantas muertes por derrumbamiento como cualquier otro tipo de terreno, ya que el terreno aparentemente es estable y, a menudo, no se toman precauciones.

Los terrenos granulosos consisten en limos, arena, grava o material de mayor tamaño. Estos tipos de terreno, cuando están húmedos, ofrecen una cohesión (por ejemplo los castillos de arena); cuanto más finas son las partículas, mayor es la cohesión. Sin embargo, cuando se encuentran sumergidos o están secos, los terrenos granulosos de tamaño más grueso se desmoronan inmediatamente, hasta alcanzar un ángulo de estabilidad, comprendido entre 30 y 45°, según la forma redondeada o angular de sus partículas.

Otro aspecto fundamental a considerar al momento de realizar entibaciones son los costos asociados a la realización de las mismas, ya que este corresponde a un porcentaje importante del costo asociado a las excavaciones. Por ejemplo, suele ocurrir que las empresas constructoras sin experiencia en construcción de edificios sobre dunas no consideran en sus presupuesto una partida asociada a entibaciones, lo cual se traduce en serios problemas presupuestarios, lo cual genera que los profesionales traten de no usarlas, lo que conlleva un alto riesgo a la integridad física de los trabajadores.

TIPOS DE ENTIBACIONES

para utiliza un sistema de entibacion adecuado , debemos conocer las carastericticas y propiedades de cada tipo.En este informe analizaremos principalmente las entibaciones metálicas, ya que no poseen norma la cual las regule, mientras que las de madera están reguladas por Nch349.Of1999 Construcción –“Disposiciones de seguridad en excavación”, las cuales analizaremos brevemente.

ENTIBACIONES DE MADERA:

Es el sistema mas antiguo el cual ha sido reemplazada por las entibacionesmetálicas pero no por ello han dejado de de cumplir las solicitaciones requeridas. Este sistema ya se usaba en nuestro país para la construcción de los sistemas de evacuación de aguas lluvias de la comuna de Santiago a principios del siglo pasado.

Ventajas:

Permite diferentes anchos de excavación.Su realización implica materiales de fácil acceso.Costo razonable.Es recomendable para excavaciones poco profundas y de corto tiempo deejecución.Se recomiendan cuando la solicitación no es tan importante y laexcavación no comprometa la capa de la napa subterránea.

Desventajas:

Tiene limitaciones tanto en la altura de excavación como de la cantidad desoporte la cual dependerá exclusivamente de los puntales de soporte y della madera elegida para dicho efecto.Su confección es lenta, y poco perecedera.Es necesario un mantenimiento constante en las placas de soporte y en elclavado.Mayor uso de mano de obra.Muy baja vida útil.No es recomendable para suelos con presencia de napas subterráneas.Su forma puede dar lugar a elementos sometidos a torsión, hinchamiento,pandeo.Determina un factor importante de riesgo a la hora de colocación y retiro delas entibaciones puesto que son colocadas una vez realizada la excavaciónfinal no otorgando seguridad en el periodo de realización de esta.

Clasificaciones de las entibaciones de madera:

Las entibaciones de madera se clasifican en dos grandes grupos:

Entibación de madera Semi-Continua:

Es el tipo de entibación en el cual se reviste solamente el 50% de la superficie dela excavación lateral. Su resistencia esta definida por el tipo de uniones y por lacalidad de la madera (Fig. 2.03 y Fig. 2.04).Se pueden realizar como paneles prefabricados mediante un larguero y piezashorizontales clavados entre si.Los puntales pueden ser ajustables metálicos o puntales de madera.Los puntales metálicos son recomendables pues así se evitan problemas detorsión dentro del periodo de duración de la excavación.La geometría de la entibación semi cuajada puede encontrarse en la normaLa Norma española Tecnológica NTE-ADZ/1976 (Acondicionamiento del terreno.Desmontes: Zanjas y pozos) la cual nos provee dos maneras de determinarla:1)- Determinación de la separación vertical S n cm entre los ejes de apoyo enfunción del espesor mínimo E en mm del tablero y del empuje total “q” enkg/cm² o viceversa:

Representacion de la designación de las variables en una entibación semicuajada

Donde:e: Espesor de las piezas verticales.S: Separación vertical entre codales

2)- Determinación de la separación entre codales, vertical S y horizontal M enfunción del espesor mínimo F en mm y del empuje total “q” en Kg/cm².

Representacion de la designación de las variables en una entibación demadera semi-cuajada.

Donde:M: Separación entre puntales.F: Espesor del travesaño.S: Separación vertical entre codales

Vista lateral Entibación de madera Semi-Cuajada.

Vista Isométrica Entibación de madera Semi-Cuajada

Entibación de madera Continua:

Es la entibación a la cual se reviste el 100% de la superficie en contacto con loslados de la excavación. Su geometría es básica, pudiendoreemplazarse los tablones longitudinales por planchas laminadas o con tableros,de fibras MDF (Médium Density Fiberboard), OSB Estructural, entre otros,obteniendo los mismos resultados, la cual será fijada con clavos entre susdistintas partes.La Norma española Tecnológica NTE-ADZ/1976 citada previamente dispone dos tablas para la obtención de la geometría básica de la estructura:

1)- Determinación de la separación horizontal M en cm, en función delespesor mínimo “e” en mm del tablero y del empuje total “q” en kg/cm2:

Representa la designación de las variables entibación de maderacuajada.

Donde:M: Separación horizontal de pilares.e: Espesor del tablero.

Determinación de las separaciones entre codales, vertical S en cm y horizontalM en cm en función del espesor mínimo F en mm del travesaño y del empuje total“q” en kg/cm2

Representa la designación de las variables entibación de maderacuajada.

Donde:M: Separación horizontal entre puntales.F: Espesor del Puntal.S: Distancia máxima o longitud del tablero.

Vista lateral Entibación de madera Cuajada.

Vista lateral Entibación de madera Semi-Cuajada

La elección del tipo de entibación a utilizar lo podemos apreciar dentro de lasiguiente tabla otorgada por La Norma Tecnológica NTE-ADZ/1976la cual sugiere lo siguiente:

ENTIBACIONES METALICAS:

Es el método más moderno de sostenimiento de paredes de excavaciones para instalación de tuberías y algunas otras faenas similares. Su uso industrializado se inició en la década de los 60 y su tecnología más difundida se originó principalmente en Alemania. Varias empresas han investigado distintos sistemas que permiten lograr altas cadencias que involucran una reducción importante de costos, un cumplimiento de los plazos comprometidos y, por supuesto, una alta seguridad para las personas que trabajan en las obras.En nuestro país no existían entibaciones metálicas con algún grado de tecnología incorporado hasta el año 1998, después de lo cual se han incorporado paulatinamente una mayor cantidad y variedad de sistemas para su uso en distintas situaciones de suelos, profundidades, anchos de excavaciones, longitud de tuberías, cadencias requeridas, etc.

Entre sus ventajas se cuentan las siguientes:

• Permite anchos variados de excavación.• Permite entibar zanjas de variadas profundidades.• Resiste cargas de empujes de suelo elevadas.• Es un sistema flexible en cuanto a la longitud de la tubería a instalar.• Baja utilización de mano de obra y seguro en lo que se refiere a la integridad del personal a cargo.• El sistema de entibación se instala conjuntamente con la excavación, por lo que las paredes de la zanja siempre están protegidas, evitándose desmoronamientos.• Permite muchos usos.• No se requieren equipos adicionales a los de excavación para su instalación, ya que ésta se efectúa con la misma excavadora.• Al ser simultáneo el proceso de excavación con el de instalación de laentibación, la cadencia en la instalación de tuberías es alta. • El extremo inferior de las entibaciones no llega hasta el fondo de la excavación, luego, al extraer la entibación no se altera la estructura de los rellenos laterales de los tubos, sin la consiguiente pérdida de homogeneidad y compactación de los rellenos.• La extracción es relativamente sencilla, incluso en presencia de suelos expansivos, ya que la separación entre los paneles es regulable; de esta forma, antes de extraerlos, se sueltan los puntales con lo que las presiones del suelo se relajan, permitiendo la extracción de las entibaciones.• Si un panel o guía se encuentra con un bolón, un obrero puede fácilmente sacarlo y continuar con la instalación.• Las entibaciones pueden, en forma segura, extraerse a medida que se efectúa el relleno, por lo que se aseguran rellenos compactados de alta calidad, lo que a su vez involucra, cuando corresponde, pavimentos superiores confiables en cuanto a su durabilidad.• Algunos de los sistemas (con guías deslizantes) pueden utilizarse como moldajes

provisorios exteriores en caso de cajones recolectores de aguas (caso de ductos cuadrados o rectangulares con paredes verticales).

Como desventajas de las entibaciones metálicas se cuentan las siguientes:

• Necesidad de armarlas en cada obra; esto se atenúa con una adecuada capacitación del personal a cargo.• Las entibaciones metálicas con incorporación de tecnología de última generación (anchos regulables, extremos con resortes que permiten flexibilidad en el paralelismo entre paneles, puntales regulables en altura con el objeto de permitir la instalación de tubos de mayores diámetros), no se encuentran en el mercado nacional y tienen una demora de entrega en Chile del orden de 4 meses; sin embargo, esto se ha solucionado con varias importaciones efectuadas en los 2 últimos años, que permiten contar en la actualidad con una importante disponibilidad de arriendo de distintos sistemas de entibaciones en un plazo muy corto.

Tipos de Entibaciones Metálicas

Existen varios tipos, entre los cuales destacan principalmente tres:

Sistemas de Cajones

El sistema de cajones es un elemento de entibación para obras subterráneas con profundidades medias entre 3 a 6 metros, aproximadamente. Las riostras o puntales estándar para entibaciones y sus elementos de extensión, junto con los paneles, forman un conjunto de entibaciones robusto y versátil, que puede instalarse con una excavadora de 20 ton (la misma que hace la excavación), permitiendo instalar tuberías de hasta 3 m de largo sin procedimientos especiales y de mayor longitud con vigas de refuerzo, que evitan puntales intermedios.Cada módulo tiene 3,5 m de largo y 2,4 m de altura, lo que puede llevarse a 3,9 y 5,4 m de profundidad mediante el uso de extensiones verticales. El ancho es variable y extensible, entre 1 m y 3 m o más.

El procedimiento de uso es, en resumen, el siguiente:

• Preparación de una preexcavación del largo del módulo, 50 cm a 1 m de profundidad y del ancho de la excavación.• Colocación de un módulo en la preexcavación.• Excavación con el balde de la excavadora al interior del cajón, empujando los paneles alternadamente hacia abajo con el balde (lleno con tierra), de modo de introducirlos en el terreno a medida que se excava (mediante el uso de vigas protectoras de paneles, para no dañar éstos).• Una vez que se llega cerca del fondo de la excavación, se excava hasta llegar aproximadamente a 10 cm del fondo, para retirar esta última capa a mano, estando los trabajadores completamente protegidos de cualquier riesgo de

desmoronamiento.• Colocación y compactación de la base de apoyo de la tubería.• Instalación de la tubería.• Rellenos laterales compactados.• Retiro de los cajones a medida que se efectúan los rellenos compactados.• Repetición del proceso con los cajones más adelante del trazado.

Este sistema es el más utilizado para la solución de entibaciones siendo el másrequerido en el mercado chileno.

Criterios de Utilización Sistema Cajones/Elaboración Propia.

Vista Frontal Entibaciones Metálicas, Sistema Cajón./ElaboraciónPropia.

Vista Isométrica Entibaciones Metálicas, Sistema Cajón con detalleampliación de la esquina superior para demostrar empotrado del codal con elpanel./Elaboración Propi

Sistemas con Guías Deslizantes

Sistema de guía deslizante podemos discriminar dos tipos:

Sistema Doble Corredera:

Este sistema se compone de 2 paneles base por lado, entre 3 y 4 metros de largoy entre 2 y 2.5 metros de altura, con una altura total entibada de 2.40+2.40=4.80m(dimensiones que pueden variar según el proveedor) (Fig. 2.11 y Fig. 2.12).Esta altura puede implementarse con pilares de apoyo de mayor envergadurapudiendo resistir la carga de hasta 3 paneles los que llegan a una altura superiora los 7 metros.Los paneles se deslizan por un riel doble corredera instalando el panel superiorpor 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 elrozamiento de éstos con el terreno y por tanto su adhesión al mismo.Además, esto permite extraer los paneles inferiores sin mover los superiores, loque involucra una gran eficiencia en el proceso de rellenos compactados.El ancho interior entre paneles varia entre 1.00 y 1.20 mPara mayor ancho interior se colocan extensiones de los puntales, pudiendollegar a 3 m y más.Este método no implica gran diferencia en avance en relación al sistema decajones pero permite una mayor velocidad en la ejecución del relleno y lacompactación 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 guía lateral el cual posibilita undeslizamiento de paneles en distintos niveles y planos para su fácil colocación y extracción, con ello reduce el roce producido por las paredes de la excavación y los paneles pues la presión se hace en paneles independientes y no en toda la estructura en si.

Vista Frontal Entibaciones Metálicas, Sistema Doble Corredera./Elaboración Propia

Sistema Paralelo:

Este sistema compone de dos paneles base por lado de dimensiones entre 3 y 4 metros de largo y entre 2 y 2.5 metros de altura c/u mas un panel extensión por lado de hasta una altura de 1.5 metros (dimensiones que pueden variar según el proveedor).El ancho libre interior estándar entre paneles es de 0.75 m. y se agreganextensiones de vigas para lograr el ancho requerido para cada obra, llegando a 8 m y más.El funcionamiento de este sistema es el mismo que el de Doble Corredera, pero nos permite un ancho interior mucho mayor y la altura libre para la colocación de tubos puede llegar a ser de 3 m o mas.El sistema Paralelo se puede utilizar, además, como moldaje exterior paracajones de hormigón in situ u otras obras similares, colocando una capa de poliestireno expandido de 50 mm adosado a los paneles.Este sistema permite mayores luces puesto que se utiliza como puntales vigasperfil “H” que dependiendo de sus dimensiones cambian la resistencia final de de la entibación. Las vigas son inextensibles, por lo mismo, la posición o dimensión final de la excavación debe estar presentada en una sola solución.Permite dos estados de trabajo.Dentro de las ventajas más importantes tenemos una mayor resistenciamecánica, lo que permite su uso en condiciones extremas.

Fig. 2.13 Vista Frontal Entibaciones Metálicas, Sistema Paralelo designando lasposibles posiciones del Carro Móvil ./Elaboración Propia

Fig. 2.14 Vista Isométrica Entibaciones Metálicas, Sistema Paralelo con detalleampliación de la esquina superior./Elaboración Propia.

- Criterio de Utilización:

Para ambos métodos del sistema de guías deslizantes los criterios de utilizaciónes el mismo. Solo difieren en la gran capacidad de soporte lateral del sistemaparalelo por la utilización de perfiles “H” .

CONCLUSION:

Como conclusión podemos decir que el uso de entibaciones metálicas industrializadas, con tecnología de última generación, permite, para las obras consistentes en la colocación de tuberías en zanjas y obras similares, obtener las siguientes ventajas:

• Permite ser usado en distintos tipos de suelo, con anchos y profundidades de excavación variables.

• Cumplir con los avances y rendimientos preestablecidos.

• Cumplir con los costos previstos.

• Contar con un sistema dúctil que permite superar exitosamente las inevitables modificaciones e interferencias del proyecto.

• Es un sistema que utiliza una reducida cantidad de mano de obra.

• Con un mínimo cuidado, es un sistema reutilizable muchas veces.

• Proporciona seguridad a las personas y a los equipos de obra.

En Chile ya se han utilizado exitosamente el sistema de entibaciones metálicas en varios proyectos.

Bibliografía:

http://ingenieria-civil2009.blogspot.com/2009/05/entibaciones-metalicas.html

http://www.elconstructorcivil.com/2011/03/entibaciones-para-zanjas-vaciados-y.html

http://www.e-seia.cl/archivos/Anexo_3_Entibaciones.pdf

http://icc.ucv.cl/geotecnia/03_docencia/03_clases_catedra/clases_catedra_ms1/09_corte_a_cielo_abierto.pdf

http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2007/bmfciv494c/doc/bmfciv494c.pdf

http://www.zonaingenieria.com/2009/05/apuntes-trabajos.html