Ejecución de Zanjas para las Obras de Construcción de Colectores

	Nota: Este artículo ha sido creado gracias a ATHA en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido pertenece a la publicación Manual de Diseño y Cálculo para la Fabricación de Tuberías de Hormigón Armado, disponible en el sitio web . ¡Atención! Esté artículo está sujeto a Derecho de Autor.

Trabajos previos

Las obras para la construcción de colectores comprenden una serie de operaciones, como apertura de zanjas, perforación de túneles, rellenos, terraplenados, drenaje y compactación del suelo, etc. Todo ello exige un adecuado conocimiento de las condiciones del subsuelo por lo que debe realizarse un estudio para localizar tubos, cables y otros trabajos subterráneos.

La ejecución de las zanjas plantea una problemática específica por su realización en el subsuelo:

Existencia conocida, o desconocida en muchos casos, de canalizaciones eléctricas de alta y baja tensión, de gas, de agua, telefónicas, etc.... que pueden ser causa de accidentes graves o conllevar grandes indemnizaciones por daños y perjuicios.

Aparición de corrientes subterráneas , nivel freático alto, antiguas minas etc., que ocasionan derrumbamientos y socavones. En otros casos, aparición de rocas que precisan la voladura con explosivos.

Discurren próximas a cimientos, en muchos casos antiguos y deficientes, en obras situadas en zonas edificadas.

Presencia de yacimientos paleontológicos o arqueológicos.

Interrupción del tráfico rodado y de la circulación de personas.

Esta problemática especial condiciona severamente el plan de obra y, por no estar prevista en el proyecto y presupuesto de la misma, obliga a resolverla sobre la marcha y con gran celeridad, con el consiguiente riesgo y responsabilidad.

Los componentes y los materiales utilizados para la instalación deben ser conformes con las normas nacionales o, cuando sea posible, con su transposición a las normas europeas, o dependerán de la aprobación de los técnicos europeos o, en ausencia de éstos, los componentes y los materiales deben cumplir los requisitos del proyecto.

Según la norma UNE-EN 1.610, en la realización de los trabajos se debería asegurar que las hipótesis del proyecto son respetadas o adaptadas a nuevas condiciones

Las hipótesis de proyecto están afectadas por alguna de las siguientes variaciones:

La anchura de la zanja en comparación con la prevista

La profundidad de la zanja en comparación con la prevista

El sistema de entibado de la zanja y el efecto que causa su retirada

El grado de compactación del relleno envolvente

El grado de compactación del relleno principal

El apoyo de las tuberías y las condiciones del fondo de la zanja

El tráfico y las cargas temporales

Los tipos de suelo y los parámetros del suelo

La forma de la zanja

Las condiciones del terreno y del suelo

El nivel freático

Las canalizaciones adicionales en la misma zanja

Replanteo y excavación

Para el replanteo, como paso previo a la excavación, debe ser marcada, colocada y referenciada con precisión la línea que pasa por el centro de la zanja y el ancho de la superficie de la zanja.

Cuando se requieran marcas temporales de colocación, deben establecerse en puntos donde no sea probable que sean quitadas o movidas.

Los intervalos entre las operaciones de excavación, instalación de la tubería, y relleno de tierras, deben ser lo más breves posibles. De esta forma se consigue:

Acortar el tiempo de reutilización de los elementos de entibación si los hubiere.

Prevenir posibles inundaciones de la zanja y derrumbes en la misma.

Reducir la necesidad de controlar el agua subterránea.

Reducir los requerimientos de los equipos.

Minimizar las roturas de los servicios existentes.

Acortar las perturbaciones al tráfico.

Reducir los peligros de accidentes.

Reducir impactos medioambientales adversos.

Se recomienda que no transcurran más de ocho días entre la excavación de la zanja y la colocación de la tubería.

En el caso de terrenos arcillosos o margosos de fácil meteorización, si fuese absolutamente imprescindible efectuar en más tiempo la apertura de las zanjas, se deberá dejar sin excavar unos veinte centímetros sobre la rasante de la solera, para realizar su acabado en un momento posterior.

Las zanjas pueden abrirse a mano o mecánicamente, perfectamente alineadas en planta y con la rasante uniforme, salvo que el tipo de tubo a emplear precise que se abran nichos. Estos nichos del fondo y de las paredes no deben hacerse hasta el momento de montar los tubos, para asegurar su posición y conservación.

Se excavará hasta la línea de la rasante siempre que el terreno sea uniforme; si quedan al descubierto elementos rígidos tales como piedras, rocas, fábricas antiguas, etc., será necesario excavar por debajo de la rasante para efectuar un relleno posterior, manteniendo la capacidad portante del terreno. De ser preciso efectuar voladuras para las excavaciones, en general en poblaciones, se adoptarán precauciones para la protección de personas o propiedades, siempre de acuerdo con la legislación vigente o las ordenanzas municipales, en su caso.

El material procedente de la excavación se apila lo suficientemente alejado del borde de las zanjas para evitar el desmoronamiento de éstas o que los desprendimientos puedan poner en peligro a los trabajadores. En el caso de que las excavaciones afecten a pavimentos, los materiales que puedan ser usados en la restauración de los mismos deben ser separados del material general de la excavación.

La forma en que se apile la tierra removida condiciona el empleo del equipo de excavación, la necesidad de entibaciones y las operaciones de relleno.

En el caso de instalaciones en zanja, el material extraído se usa frecuentemente para el posterior relleno, por lo que es conveniente acopiarlo a lo largo de la zanja a una distancia adecuada de uno de sus bordes. Una buena regla, en el caso de zanjas sin entibación, es situar la tierra extraída a una distancia del borde de la zanja no menor que la mitad de su profundidad.

Si la zanja se encuentra entibada suele ser suficiente una distancia libre de 90 cm.

En caso de calles estrechas, deben disponerse unas plataformas de madera que eviten la irrupción de tierras en las aceras.

Estas plataformas se deben hacer con tirantes, como se aprecia en la figura para que las propias tierras la estabilicen.

En calles estrechas o de mucha circulación es forzoso recurrir a veces al transporte de tierras a vertederos próximos y a nuevo relleno desde dichos vertederos para evitar reclamaciones de los vecinos.

La tierra amontonada en la proximidad del borde de la zanja produce una sobrecarga que afecta a su estabilidad. La capacidad de la pared de la zanja para soportarla depende del grado de cohesión del suelo. Dicha sobrecarga debe ser considerada al estudiar la estabilidad de los taludes (verticales o no) que constituyen las paredes de la zanja. Cuando la estabilidad del talud no resulte suficientemente segura la zanja debe ser entibada.

La apertura de zanjas muy profundas o muy anchas produce un gran volumen de tierras extraídas cuyo peso puede resultar excesivo para la estabilidad del talud. En este caso será necesario alejar una parte de dichas tierras o extenderlas en una mayor superficie. Si se prevé utilizar como relleno las mismas tierras procedentes de la excavación, éstas deben ser inspeccionadas a fin de retirar trozos grandes de roca, terrones helados, pedazos de escombro, y todo aquello cuyo peso y dureza pueda causar daños a la tubería en el impacto de caída o producir presiones puntuales al compactar el relleno.

En el caso de alcantarillado, con arreglo a los planos, se fija el eje de las zanjas de las alcantarillas clavando estacas en los bordes y, sobre ellas, un listón de madera que se coloca en rasante y alineación mediante niveletas. En los cambios de rasantes es donde ha de darse al encargado de obra la cota desde el listón hasta la solera de la zanja.

Los listones deben pintarse de blanco y rojo a cada lado de la línea de eje de alineación. Abierta la zanja y llegando a las proximidades de la cota de solera, se fija la alineación de la misma mediante un cordel tenso y se clavan estacas en el fondo a 10 ó 15 metros una de otra, que se hincan con cuidado hasta ponerse a la rasante justa, mediante niveletas.

Se pueden utilizar los diferentes equipos de excavación disponible. La selección del equipo más eficiente para una operación de excavación específica es importante, considerando que todo el equipo de excavación tiene limitaciones prácticas y económicas. Las consideraciones incluyen el tipo y cantidad de material para ser excavado, profundidad y anchura de excavación, las limitaciones dimensionales establecidas en los planos, tamaño del tubo, espacio de operación y colocación de las tierras excavadas. Los equipos más usuales pueden ser modificados o adaptados para su empleo en la mayoría de operaciones de excavación y movimiento de tierras.

Agotamiento, drenajes y entibaciones

La entibación de zanjas se utiliza para estabilizar excavaciones lineales. Con este nombre se engloban todos los sistemas de revestimientos y apuntalamientos de las paredes de la excavación. Se denomina entibación a la sujeción provisional por medios económicos y recuperables, instalados a mano o con elementos mecánicos poco importantes, de las paredes de la excavación. Este sistema se emplea en excavaciones que permiten acodalar o apuntalar el revestimiento de una pared contra la opuesta, transmitiéndose los empujes de las tierras de una a otra a través de los puntales y resultando compensados entre sí.

Hay administraciones que exigen un estudio detallado del sistema de entibación a partir de los 1,25 m. Otras administraciones u organizaciones de seguridad e higiene no son tan explícitas. En general, se puede decir que todo depende de las experiencias y condiciones locales.

Desde el punto de vista técnico la necesidad de entibar y los empujes a considerar en el cálculo de las entibaciones depende de:

La profundidad y anchura de la excavación.

Las características del suelo.

La presencia o existencia de nivel freático.

La proximidad de edificios y otras estructuras.

La proximidad del tráfico y cualquier otra fuente de vibraciones.

Del lugar donde se deposita el material excavado y otras sobrecargas.

Las posibles condiciones o imposiciones locales de diseño o cálculo.

En caso de terrenos secos y firmes, la entibación puede reducirse a la de la de la figura con tablones, de más anchura (o mayor número) a medida que se profundiza, sujetos por codales separados de 1,5 a 2 m y constituidos por rollizos de madera sana, de unos 15 cm de grosor. En estos casos puede excavarse el fondo de las zanjas, dándoles ya la forma de la sección a recibir.

Cuando el terreno es suelto y no se mantiene sin desmoronarse en una altura igual a la anchura de un tablón, existe la necesidad de proceder a la entibación vertical en la forma indicada en la figura con acodalamientos reforzados, o sea, con entibaciones semicuajadas.

Cuando existen terrenos superiores sueltos (generalmente diluviales o de acarreos) sobre otros compactos y, sobre todo (como es frecuente en las calles), la capa superior es de relleno y la inferior compacta, puede hacerse una entibación parcial, cuajada en la parte superior. Con ello queda libre la zona de trabajo propiamente dicha, que no suele presentar entibación o ésta puede ser mínima.

Si el terreno está saturado de agua o se sobrepasase el nivel freático se puede hacer descender el nivel de agua u optar por el tablestacado.

El descenso del nivel freático puede hacerse por simple drenaje natural por los laterales del fondo de zanja o por rebaje de la misma mediante bombeo.

En algunos casos puede llegar a requerirse la utilización de lanzas de drenaje o "well point". Durante el trabajo de instalación, las excavaciones se deberían mantener resguardadas del agua, por ejemplo agua de lluvia, infiltraciones, o agua procedente de fugas en las tuberías. Los métodos para el drenaje no deberán afectar al relleno envolvente y a las tuberías.

Se deben tomar precauciones para prevenir las pérdidas de los materiales finos durante el drenaje. Además, debe tenerse en cuenta la influencia del drenaje en los movimientos de tierra debidos al agua y la estabilidad de las áreas circundantes.

Al completar el drenaje deben sellarse adecuadamente los drenajes temporales.

Los acodalamientos pueden emplearse para instalar plataformas escalonadas, que faciliten la extracción de tierras y descenso de materiales, cuando no se emplean medios elevatorios. Este sistema, combinado con escalonamientos en las entibaciones, es el más adecuado para trincheras de gran profundidad, pues se facilita la hinca de los tablones.

Es aconsejable que la apertura de zanja, la colocación de las tuberías y el relleno, vayan lo más adecuadamente acompasados, para que ni aquella esté demasiado tiempo abierta, para evitar el peligro de desprendimientos, inundaciones o meteorización del terreno, ni daños a las tuberías o alcantarillas ya colocadas además de evitar posibles accidentes.

En caso de poblaciones sin servicios en el subsuelo, o en ensanches y zonas a urbanizar, en las que el alcantarillado vaya por delante de todo trabajo de urbanización, es preferible emplear máquinas zanjadoras para las excavaciones.

Las excavaciones con zanjadora de cangilones son muy cómodas si el terreno se presta a ello, es decir, si además de no haber obstáculos de tuberías, acometidas de agua o atarjeas, es tierra blanda o terreno de tránsito.

Pueden también utilizarse palas excavadoras con dispositivo retrozanjador que además de servir para la apertura de la zanja, pueden utilizarse para la extracción de posibles desprendimientos, carga o descarga y colocación de tubos, actuando como grúas.

Profundidad de la zanja

La profundidad mínima de las zanjas, sin perjuicio de consideraciones funcionales, se determina de forma que las tuberías resulten protegidas de los efectos del tráfico y cargas exteriores, así como preservadas de las variaciones de temperatura del medio ambiente. Para ello, el proyectista debe tener en cuenta la situación de la tubería (según sea bajo calzada o lugar de tráfico más o menos intenso, o bajo aceras de lugar sin tráfico), el tipo de relleno, la pavimentación si existe, la forma y calidad del lecho de apoyo, la naturaleza de las tierras, etc. Como norma general, bajo las calzadas o en terreno de posible tráfico rodado, la profundidad mínima será tal que la generatriz superior de la tubería quede por lo menos a un metro de la superficie; en aceras o lugares sin tráfico rodado puede disminuirse este recubrimiento a sesenta centímetros. Si el recubrimiento indicado como mínimo no pudiera respetarse por razones topográficas, por otras canalizaciones, etc..., se tomarán las medidas de protección necesarias.

Las conducciones de saneamiento se sitúan en plano inferior a las de abastecimiento, con distancias vertical y horizontal entre una y otra no menor de un metro, medido entre planos tangentes, horizontales y verticales a cada tubería más próxima entre sí. Si estas condiciones no pudieran mantenerse justificadamente o fuera preciso cruces con otras canalizaciones, deben adoptarse precauciones especiales.

Anchura de la zanja

El ancho de la zanja depende del tamaño de los tubos, profundidad de la zanja, taludes de las paredes laterales, naturaleza del terreno y consiguiente necesidad o no de entibación, etc.... Al proyectar, la anchura de la zanja se tendrá en cuenta si su profundidad o la pendiente de su solera exigen el montaje de los tubos con medios auxiliares especiales (pórticos, carretones, etc..).

La norma UNE-EN 1.610 indica que si se necesita un acceso lateral por la cara exterior de las estructuras subterráneas, como por ejemplo en los pozos, se debe dejar un espacio protegido para el trabajo de 50 cm de ancho.

Si se colocan 2 ó más tubos en la misma zanja o terraplén, se debe dejar un espacio horizontal de trabajo entre los tubos. Si no está especificado de otra forma la citada norma recomienda:

0,35 m para tubos £ 700 D

0,50 m para tubos ³ 700 D

La carga de tierras que recibe la tubería es función de la anchura de la zanja. Por ello, el ancho no debe ser superior al de proyecto. El ancho mínimo de la zanja según norma UNE-EN 1.610 será el valor mayor obtenido entre las tablas 6.3.5.a y 6.3.5.b que se exponen a continuación, con las excepciones hechas en el apartado 6.3.5.1.

Tabla 6.3.5.b Ancho mínimo en relación con la profundidad de zanja

El proyectista considera un determinado valor de anchura de zanja en base al cual calcula la carga del relleno de tierras. Luego determina la resistencia nominal de los tubos que deben soportar ésta y otras acciones en las condiciones de apoyo dadas.

Hacemos hincapié por su extrema importancia en que si la anchura real de la zanja excede de la prevista, la carga sobre la tubería puede llegar a ser excesiva y originar daños a la misma.

El rozamiento del relleno con las paredes de la zanja transfiere a éstas una parte del peso de las tierras, mientras el resto carga sobre la tubería. En las zanjas entibadas este efecto "silo" puede quedar anulado.

Si la zanja se ha excavado con una anchura excesiva, o sus paredes se han abierto en talud, una solución para evitar el consiguiente incremento de carga consiste en excavar en el fondo una zanja más estrecha, cuyo borde superior quede no menos de 30 cm por encima de la clave del tubo, como muestra la siguiente figura.

6.3.5.1 Excepciones para el ancho mínimo de zanja

La norma UNE-EN 1.610 establece excepciones para la obtención del ancho mínimo según las tablas 6.3.5.a y 6.3.5.b. El ancho mínimo de zanja podrá ser modificado en función de las siguientes circunstancias:

En aquellas zonas donde los trabajadores nunca necesiten entrar en la zanja, como por ejemplo cuando se hace uso de técnicas de instalación automática.

En aquellas zonas donde los trabajadores no tengan que introducirse nunca entre la tubería y la pared de la zanja.

En situaciones de falta de espacio inevitables.

Acondicionamiento del fondo de la zanja

La pendiente y el material del fondo de la zanja deben cumplir las especificaciones del proyecto. El material del fondo de la zanja no debería ser alterado. Si se modificase debe conservarse la capacidad portante prevista originalmente.

Cuando el tendido de las canalizaciones sea sobre el fondo de la zanja, éste deberá adaptarse a la pendiente y a la forma específica del tubo, de manera que se asegure un apoyo completo a lo largo del fuste de la tubería.

Al objeto de conseguir una rasante uniforme se rellena la base de la zanja, preferentemente con arena suelta, grava o piedra machacada (de tamaño inferior a 20 milímetros), compactándola para evitar asientos diferenciales.

En el caso de tener una capa de tierras inconsistentes en el fondo de la zanja, la norma UNE-EN 1.610 indica que se deberá eliminar la misma y reemplazarla con un material adecuado. Si se encuentran volúmenes importantes se debería realizar una reevaluación del diseño estructural.

Estos rellenos se apisonarán cuidadosamente por tongadas y se regularizará la superficie. En caso de que el fondo de la zanja se rellene con arena o grava, se efectuarán en el relleno, cuando el tipo de tubos así lo exija, los nichos para las mismas.

Los tubos no se apoyarán directamente sobre la rasante de la zanja, sino sobre camas o lechos.

Las características de estas camas dependen del terreno, de las dimensiones de los tubos y del tipo de tubo utilizado.

Cuando las bajas temperaturas lo requieran, será necesario proteger el fondo de zanja de manera que las capas congeladas no se dejen debajo o a los lados de los tubos.

El Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Tuberías de Saneamiento de Poblaciones del Ministerio de Fomento clasifica los terrenos en las tres calidades siguientes:

Estables: Terrenos consolidados, con garantía de estabilidad. En este tipo de rellenos se incluyen, los rocosos, los de tránsito, los compactos y análogos.

Estables: Terrenos consolidados, con garantía de estabilidad. En este tipo de rellenos se incluyen, los rocosos, los de tránsito, los compactos y análogos.

Inestables: Terrenos con posibilidad de expansiones o de asentamientos localizados, los cuales, mediante un tratamiento adecuado, pueden corregirse hasta alcanzar unas características similares a las de los terrenos estables. En este tipo de terreno se incluyen, las arcillas, los rellenos y otros análogos.

Excepcionalmente inestables: Terrenos con gran posibilidad de asentamientos, de deslizamientos o fenómenos perturbadores. En esta categoría se incluyen los fangos, arcillas expansivas, los terrenos movedizos y análogos.

Como consecuencia con esta clasificación y de acuerdo con las características de los tubos, de las juntas y del terreno, se recomiendan las camas señaladas en la Tabla 6.3.7. Para los terrenos malos, y para preparar éstos previamente a la colocación de la cama, se indica en la misma tabla el tipo de base especial recomendable en cada circunstancia. Cuando el terreno es muy malo, el proyectista o el director de obra estudiará en cada caso concreto la solución que crea más adecuada.

Salud y seguridad en los trabajos de instalación de tuberías

Los riesgos detectables más comunes para el personal que interviene en todo el proceso de instalación de una conducción son: desprendimiento de tierras, caída de personas a distinto nivel, caídas de personas al interior de la zanja ,enterramientos accidentales, atrapamientos de personas por la maquinaria y los vehículos de obra y los derivados por interferencias con conducciones enterradas, inundación, golpes por objetos, caídas de objetos, etc.

Dadas las graves consecuencias que se pueden derivar deben adoptarse normas y medidas preventivas.

Estas normas y medidas pueden resumirse en:

El personal que va a trabajar en el interior de las zanjas conocerá los riesgos a los que puede estar sometido.

El acceso y salida de una zanja se efectuará mediante una escalera sólida, anclada en el borde superior de la zanja y estará apoyada sobre una superficie sólida de reparto de cargas. La escalera sobrepasará en 1 m el borde de la zanja.

Quedan prohibidos los acopios (tierras, materiales, etc.) a una distancia inferior a los 2 m , como norma general, del borde de zanja.

Cuando la profundidad de una zanja sea igual o superior a los 2 m se protegerán los bordes de coronación mediante una barandilla reglamentaria (pasamanos, listón intermedio y rodapié) situada a una distancia mínima de 2 m del borde.

NOTA: Cuando la profundidad de una zanja sea inferior a los 2 m puede instalarse una señalización de peligro de los siguientes tipos:

Línea en yeso o cal situada a 2 m del borde de la zanja y paralela a la misma (su visión es posible con escasa iluminación).

Línea de señalización paralela a la zanja formada con cuerda de banderolas sobre pies derechos.

Cierre eficaz del acceso a la coronación de los bordes de las zanjas en toda una determinada zona.

La combinación de los anteriores.

Si los trabajos requieren iluminación se efectuará mediante torretas aisladas con toma de tierra, en las que se instalarán proyectores de intemperie, alimentados a través de un cuadro eléctrico general de obra.

Si los trabajos requieren iluminación portátil, la alimentación de las lámparas se efectuará a 24 V. Los portátiles estarán provistos de rejilla protectora y de carcasa-mango aislados eléctricamente.

Se tenderá sobre la superficie de los taludes una malla de alambre galvanizado firmemente sujeta al terreno mediante redondos de hierro de 1 m de longitud, hincados en el terreno. Esta protección es adecuada para el mantenimiento de taludes que deban quedar estables durante largo tiempo.

Se revisará el estado de cortes o taludes a intervalos regulares en aquellos casos en los que puedan recibir empujes exógenos por proximidad de caminos, calles, carreteras, etc. Esto se hará en especial si en la proximidad se establecen tajos con uso de martillos neumáticos, compactaciones por vibración o paso de maquinaria para el movimiento de tierras.

Los trabajos a realizar en los bordes de las zanjas, con taludes no muy estables, se ejecutarán sujetos con el cinturón de seguridad amarrado a "puntos fuertes" ubicados en el exterior de las zanjas.

Se efectuará el achique inmediato de las aguas que afloran (o caen) en el interior de las zanjas para evitar que se altere la estabilidad de los taludes.

Se revisarán las entibaciones tras la interrupción de los trabajos antes de reanudarse éstos de nuevo.

Las zanjas deben estar rodeadas de zócalos para impedir la caída de materiales sobre el personal que trabaja en el fondo de la excavación.

No se debe suprimir nunca uno o varios entibados, ya que entonces el blindaje restante no presenta suficiente resistencia para impedir los hundimientos.

Para acceder o salir del fondo de una zanja deben utilizarse escaleras de mano. No debe hacerse trepando por los puntales de la entibación.

Para pasar por encima de una zanja se deben instalar pasarelas adecuadas. Nunca debe pasarse sobre los puntales del entibado.

En lo que se refiere a las prendas de protección personal se han de utilizar: casco, mascarilla antipolvo con filtro mecánico recambiable, gafas antipolvo, cinturón de seguridad, guantes de cuero, botas de seguridad, botas de goma, ropa de trabajo, traje para ambientes húmedos o lluviosos y protectores auditivos.

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