martes, 25 de abril de 2006

Entibaciones Metalicas para el Sostenimiento de Paredes en la Instalacion de Tuberias











Entre los problemas más importantes y recurrentes en la colocación de tuberías enterradas y en la ejecución de algunas estructuras como plantas elevadoras, cámaras profundas, etc, se encuentra el cómo asegurar la estabilidad de las paredes durante las faenas de excavación, colocación y prueba de las tuberías (o la construcción de la estructura enterrada, según sea el caso) y, por último, la colocación y compactación de los rellenos laterales y superiores, que aseguren la durabilidad de las tuberías y, en general, de las estructuras enterradas, además de pavimentos situados en la superficie.
Existen varios tipos de suelos en los cuáles las paredes de las excavaciones se pueden mantener estables con taludes mínimos, en cuyo caso la instalación de tuberías y los correspondientes rellenos laterales y superiores, compactados, son relativamente sencillos y los costos finales corresponden en general a los estimados. Ejemplos de lo anterior son en general los suelos finos y granulares cohesivos, sin presencia de agua. En éstos casos las paredes de las excavaciones, con taludes moderados (p. e. H:V = 1:10 ó 1:5), permiten la excavación, la colocación de camas de arena, la instalación de las tuberías, la colocación del relleno lateral y de los rellenos superiores compactados en forma expedita, rápida y sin riesgo apreciable para las personas.
Sin embargo, es necesario verificar que los taludes sean suficientes de modo de evitar desmoronamientos provenientes de las cargas de compactación de los rellenos, de cargas de tráfico en los bordes de las excavaciones y también estar atentos ante la eventual presencia de napas de agua. Sin embargo, existe una infinidad de casos en los que es altamente conveniente, desde los puntos de vista de aseguramiento de costos, cumplimiento de plazos y prevención de accidentes, el uso de sistemas especiales de contención de las paredes de las excavaciones. Entre éstos se cuentan los siguientes:

• Suelos finos no cohesivos (p. e. arenas), granulares no cohesivos (p. e. cercanos al río Maipo), rellenos artificiales, suelos cohesivos con presencia de agua, etc.

• Excavaciones de mediana o gran profundidad en cualquier tipo de suelo, que haga que hasta un talud mínimo involucre una gran excavación, un importante volumen adicional de rellenos compactados y, por supuesto, un mayor riesgo para las personas que deben bajar hasta el fondo de las excavaciones para colocar la cama de apoyo, instalar los tubos y compactar los rellenos laterales a los tubos y los superiores.

• Excavaciones en casi cualquier profundidad (sobre 1.50 m, que es la que indica la Norma) que deban efectuarse en la ciudad, en los que existan pavimentos. Efectivamente, junto a lo expresado en los puntos anteriores, en este caso se suma el hecho que, al tener que efectuar taludes a las excavaciones, no solamente aumentan los volúmenes de excavación y relleno sino que también aumenta el área de rotura y reposición de pavimentos, lo que encarece en forma importante las obras.

• Casos especiales como la colocación de tuberías paralelas a ríos, cruzando ríos o esteros, zonas pantanosas, etc, en las cuales la confección de un talud estable sea muy dificultoso. También es el caso de suelos muy disímiles, con grandes cambios en su composición a lo largo del trazado.

Presentación del Problema


En los casos anteriormente descritos, cualquier estimación de precios y rendimientos presenta riesgos altos, que pueden incidir en mayores costos, multas por incumplimientos de plazos, accidentes laborales, mala imagen ante el Mandante y la Comunidad, etc. En relación con los costos, es sabido que los valores de suministro de tuberías, y su instalación están, en general, relativamente acotados. No ocurre lo mismo con las excavaciones, cuyo volumen puede aumentar enormemente con respecto a los estimados y, sobre todo, ocurre lo mismo con los rellenos compactados, de mayor valor que la excavación. Luego, un aumento de cierta importancia en el volumen a excavar para hacer posible la instalación de las tuberías acarrea normalmente mucho mayores costos y, también mayores plazos. Si además están involucrados pavimentos e interferencias como colectores paralelos, la situación se puede tornar inmanejable.

Por consiguiente, es necesario precaver los problemas descritos, con lo que se hace necesario entibar las paredes de las exca-vaciones, para lo cual existen varios métodos, que se explican a continuación.

Sistemas de Entibación de Paredes de Excavaciones

Entre los sistemas más comunes de entibaciones de paredes de zanjas para la instalación de tuberías se cuentan las siguientes:

Entibaciones de Madera

Es el sistema más antiguo, 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.
Entre sus ventajas se cuentan las siguientes:

• Permite anchos variados de excavación

• El material para su utilización se encuentra en casi todos los lugares


Entre sus desventajas se encuentran las siguientes:

• Es necesario excavar antes de su instalación, lo que lo hace de difícil utilización en suelos como arena o similares.

• Al instalarlo posteriormente a la excavación, existe un período de alto riesgo de derrumbes.

• Tiene limitaciones importantes en cuanto a la altura de la excavación, al no resistir cargas elevadas de empujes de suelo.

• No admite grandes luces entre puntales, con lo que limita el largo de la tubería a instalar.

• Su confección es lenta y es necesario armar y desarmar conse-cutivamente, por lo que las cadencias (longitud de instalación de tubería por unidad de tiempo) que se logran son bajas.

• Alto uso de mano de obra y relativamente especializada.

• Es un sistema frágil, que puede tener fallas imprevistas, además depende en buena medida de la calidad de las conexiones, ge-neralmente con clavos.

• Importantes pérdidas de material.

• Baja vida útil de los componentes de madera (a lo sumo, algunos usos).

Tablestacas

Es un método que tiene ya bastantes años, aunque es usado mayoritariamente para la sujeción de una pared, como en los pro-yectos portuarios y no en los casos en que hay que sujetar dos pare-des paralelas, como en las excavaciones para la instalación de tuberías. 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.

• Baja utilización de mano de obra.

• Al hincarse en forma previa a la excavación, cuando se realiza ésta, la zanja ya está protegida, con la consiguiente ausencia de riesgo para las personas.

• Permite muchos usos.

Entre sus desventajas se cuentan:

• Aparte del equipo de excavación, se requieren equipos adicionales para su hinca y extracción (martinetes).

• Al ser el hincado de las tablestacas y su extracción relativamente lenta, la cadencia en la instalación de tuberías es también necesariamente lenta.

• Al llegar el extremo inferior de las tablestacas más abajo que el fondo de la excavación, al extraer la tablestaca se altera la estructura de los rellenos laterales de los tubos, con la consiguiente pérdida de homogeneidad y compactación de los rellenos.

• Muchas veces es de difícil extracción, particularmente en suelos expansivos.

• Si la tablestaca se encuentra con un bolón, se hace difícil o impracticable su hincado; es necesario extraer y rehincar.

Entibaciones Metálicas

Es el método más moderno de sostenimiento de paredes de exca-vaciones 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 la entibación, 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.

Sistemas con Guías Deslizantes

El sistema de entibaciones con guías deslizantes son elementos de entibación para obras subterráneas con profundidades entre los 3 y 7 metros o más, que se han venido ocupando en varios países en los últimos años con bastante éxito. Su gran flexibilidad permite su uso tanto en zonas de difícil acceso como en amplias conducciones subterráneas.
El sistema es económico y seguro, incluso en las condiciones de trabajo más difíciles; la calidad de su construcción lo hace especialmente indicado para suelos poco compactos y, cuando se utiliza como entibaciones para conducciones, evita las fugas de agua. El elemento de refuerzo usado es una estructura con guías laterales que posibilita el deslizamiento de paneles de acero. La subdivisión del apuntalamiento en un determinado número de niveles (simple, doble y triple), reduce el rozamiento de los paneles con el terreno y por tanto su adhesión al mismo y hace innecesario el uso de maquinaria adicional para la recuperación posterior de los paneles y pórticos formados por las guías.
Cada módulo se conforma por un pórtico (2 guías y puntales) y paneles, por ejemplo de 3.5 m de largo y 2.4 m de altura, lo que puede llevarse a 4,8 y 6,1 m de profundidad. Mediante el uso de paneles en planos distintos que los superiores, es posible lograr mayores profundidades y de dimensión variable. Además, esto permite extraer los paneles inferiores sin mover los superiores, lo que involucra una gran eficiencia en el proceso de rellenos compactados.

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

• Preparación de una preexcavación de aproximadamente 50 cm a 1 m de profundidad, con un largo 50 cm mayor al panel utilizado y del ancho de la excavación.

• Colocación de 1 pórtico en la preexcavación.

• Colocación de los paneles exteriores en las guías, separados por el ancho del pórtico o excavación.

• Colocación del segundo pórtico, enchufando las guías de los paneles previamente puestos.

• Excavación con el balde de la excavadora al interior del sistema, 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).

• Colocación en las guías de los pórticos de un segundo par de paneles, que permita, con el mismo procedimiento, llegar hasta más abajo en la excavación.

• 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 paneles inferiores a medida que se efectúan los rellenos compactados, luego, retiro de las guías y paneles superiores.

• Repetición del proceso con nuevos pórticos (guías) y paneles más adelante del trazado.

Bocas de Acceso a Pozos y Cámaras de Apoyo

Este sistema permite la materialización de distintas superficies y combinaciones, con alturas cercanas a los 8 m, para la construcción de plantas elevadoras, cámaras profundas u otras obras enterradas similares.
Permite, al igual que el sistema con guías deslizantes, extraer en primer lugar los paneles inferiores, manteniendo debidamente entibadas y seguras las superficies superiores, a medida que se van hormigonando y rellenando las partes inferiores de las estructuras.

Comentarios Finales

En nuestra opinión, 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, lográndose lograron importantes economías en costos y plazos.
Por último, nos atrevemos a hacer la siguiente reflexión: hace alrededor de 15 años la mayoría de los moldajes en edificaciones eran de madera, lo que hoy es impensable, ya que casi todas las empresas han aprendido a ocupar eficientemente los moldajes metálicos. Algo similar podríamos esperar para las entibaciones metálicas de zanjas para los próximos años.

3 comentarios:

Anónimo dijo...

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