Aperturas de zanja: tipología según el tipo de instalación


Apertura de zanjas

Las obras para la construcción de colectores comprenden una serie de operaciones, como por ejemplo la apertura de zanjas, la perforación de túneles, los rellenos, los terraplenados, el drenaje y la compactación del suelo, entre otras.

¿Qué problemáticas plantea la apertura de zanjas?

Todo ello exige un adecuado conocimiento de las condiciones del subsuelo. Es preciso realizar un estudio previo para localizar tubos, cables y otros trabajos subterráneos. Sin embargo, más allá de las condiciones de cada terreno, la ejecución de las zanjas plantea una serie de problemáticas concretas. Veamos algunas de ellas:

  •         La existencia (conocida o desconocida) de canalizaciones eléctricas de alta y baja tensión, de gas, de agua o telefónicas, entre otras, que pueden causar accidentes graves o suponer grandes indemnizaciones por daños y perjuicios.
  •         Aparición de corrientes subterráneas, nivel freático alto, antiguas minas etc., que ocasionan derrumbamientos y socavones. En otros casos, todo se debe a la aparición de rocas que precisan la voladura con explosivos.
  •         La apertura de zanjas  junto a cimientos, en muchos casos antiguos y deficientes o en obras situadas en zonas edificadas.
  •         Presencia de yacimientos paleontológicos o arqueológicos.
  •         Interrupción del tráfico rodado y de la circulación de personas.

Apertura de zanjas

Estas problemáticas condicionan severamente el plan de obra y, al no estar previstas en el proyecto ni en el presupuesto de la misma, obliga a implementar soluciones sobre la marcha, con gran celeridad y no exentas de riesgos y responsabilidades.

Características de los materiales para la apertura de zanjas

Los componentes y materiales utilizados para la instalación de zanjas deben cumplir con lo estipulado por las normas nacionales o, cuando sea posible, con su transposición a las normas europeas.

En algunos casos, los materiales son aprobados directamente por los técnicos europeos. Cuando no sea posible, al menos deben cumplir con los requisitos de cada proyecto.

Según la norma UNE-EN 1610, en la realización de los trabajos se debe asegurar que las hipótesis del mismo son respetadas o adaptadas a nuevas condiciones.

Por lo general, las hipótesis de los proyectos que incluyen la apertura de zanjas se ven afectadas por alguna de las siguientes variaciones:

Apertura de zanjas

  •         La anchura de la zanja en comparación con lo previsto inicialmente.
  •         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 misma. 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.

Cuando se trata 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.

Apertura de zanjas

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 como piedras, rocas o fábricas antiguas, entre otros, será necesario excavar por debajo de la rasante para efectuar un relleno posterior, manteniendo la capacidad portante del terreno.

Si fuera preciso efectuar voladuras para las excavaciones, algo que ocurre casi siempre en zonas cercanas a las poblaciones, se adoptarán precauciones para la protección de las personas o las propiedades y siempre según la legislación vigente o las ordenanzas municipales de cada caso.

El material procedente de la excavación se apilará 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 caso de que las excavaciones afecten a los 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.

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 para que no obstaculicen los trabajos.

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, 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 alineado 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 en 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 diferentes equipos de excavación para la apertura. La selección del equipo más eficiente para una operación específica es importante, pues todo el equipo de excavación tiene limitaciones prácticas y económicas. Las consideraciones incluyen el tipo y la cantidad de material a ser excavado, la profundidad y la anchura de la excavación, las limitaciones dimensionales establecidas en los planos, el tamaño del tubo, el espacio de operación y la 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.

Profundidad de la zanja

Para determinar la profundidad mínima de las zanjas, sin perjuicio de consideraciones funcionales, se tendrá en cuenta dos aspectos:

  •         que las tuberías estén protegidas de los efectos del tráfico y las cargas exteriores.
  •         que estén preservadas de las variaciones de temperatura del entorno en el que se instalan.

Para ello, el proyectista debe tener en cuenta la situación de la tubería (según sea bajo calzada o un 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 la calidad del lecho de apoyo, la naturaleza de las tierras, entre otros factores condicionantes.

Apertura de zanjas

Como norma general, bajo las calzadas o en los 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 no pudiera respetarse por razones topográficas o por otras canalizaciones, 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 fueran precisos cruces con otras canalizaciones, deben adoptarse precauciones especiales.

Anchura de la zanja

El ancho de la zanja depende del tamaño de los tubos, la profundidad de la misma, los taludes de las paredes laterales, la naturaleza del terreno y la consiguiente necesidad o no de entibación, entre otros factores.

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 1610 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 al menos 50 cm de ancho.

Si se colocan 2 o 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 del proyecto. El ancho mínimo de la zanja, según la norma UNE-EN 1610, 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 a las que nos referiremos luego.

El proyectista considera un determinado valor de anchura de zanja que toma como referencia para calcular 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.

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

El roce 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 incremento de carga consiste en excavar en el fondo una zanja más estrecha, cuyo borde superior supere los 30 cm por encima de la clave del tubo, como muestra la siguiente figura.

Excepciones para el ancho mínimo de zanja

La norma UNE-EN 1610 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 que resulten inevitables.

Acondicionamiento del fondo de la zanja

La pendiente y el material del fondo de la zanja deben cumplir las especificaciones de cada proyecto, que difieren según los condicionantes que hemos visto antes. El material del fondo de la zanja no debe ser alterado. Si se modifica, debe conservar 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.

Con el objetivo de lograr una rasante uniforme, se rellena la base de la zanja 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 1610 indica que se deberá eliminar la misma y reemplazarla con un material adecuado. Si se encuentran volúmenes importantes se debe realizar una reevaluación del diseño estructural.

Los 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, esto se efectuará en el relleno y cuando el tipo de tubos así lo exija.

Los tubos no se apoyarán directamente sobre la rasante de la zanja, sino sobre camas o lechos. Las características de estas camas dependerán 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 elaborado por el Ministerio de Fomento clasifica los terrenos en 3 grupos:

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

2) Inestables: con posibilidad de expansiones o de asentamientos localizados. Gracias un tratamiento adecuado, pueden corregirse hasta alcanzar características similares alas de los terrenos estables. En esta categoría se incluyen las arcillas, los rellenos y otros análogos.

3) Excepcionalmente inestables: con gran posibilidad de asentamientos, de deslizamientos o de sufrir fenómenos perturbadores. En esta categoría se incluyen los fangos, las arcillas expansivas, los terrenos movedizos y otros 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 director de obra estudiará en cada caso concreto la solución que considere más adecuada.

Apertura de zanjas

Salud y seguridad en los trabajos de instalación de tuberías

Los riesgos más comunes para el personal que interviene en el proceso de instalación de una conducción son el desprendimiento de tierras, las caídas a distinto nivel, las caídas dentro de la zanja, los enterramientos accidentales, los aprisionamientos por la maquinaria y los vehículos de obra y todos aquellos derivados de las interferencias con conducciones enterradas, inundaciones, golpes y caídas de objetos.

Dadas las graves consecuencias que se pueden derivar de cualquiera de éstos, deben adoptarse normas y medidas preventivas.  Estas normas pueden resumirse así:

  •         El personal que va a trabajar en el interior de las zanjas conocerá los riesgos a los que puede estar sometido.
  •         El acceso y la 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 de 2 m 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.

Otras consideraciones sobre la instalación de zanjas

Cuando la profundidad de una zanja sea inferior a 2m, se recomienda instalar 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 la zona en la que se efectúen los trabajos.
  •         La combinación de las condiciones anteriores.

Por otro lado, si los trabajos requieren iluminación, ésta se efectuará mediante torretas aisladas con toma de tierra. 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.

Es necesario que sobre la superficie de los taludes se encuentre una malla de alambre galvanizado firmemente sujeta al terreno mediante cilindros de hierro de 1m de longitud e 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 los cortes o taludes a intervalos regulares en aquellos casos que puedan recibir empujes exógenos por proximidad de caminos, calles, carreteras, etc. Esto se realizará sobre todo 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” y 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. También se revisarán las entibaciones tras la interrupción de los trabajos antes de que éstos se reanuden.

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 presentará 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 previamente pasarelas adecuadas. Nunca debe pasarse sobre los puntales del entibado.

Apertura de zanjas

En lo que se refiere a las prendas de protección del personal que trabaja en la apertura de zanjas, se debe utilizar casco, mascarilla antipolvo con filtro mecánico recambiable, gafas antipolvo, cinturón de seguridad, guantes de cuero, botas de seguridad, botas de goma, traje para ambientes húmedos o lluviosos y protectores auditivos.

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