Apertura de zanja en la instalación de tuberías

Figura 1. Zanjadora. https://riusa.net/alquiler-de-zanjadoras-en-cantabria/

Las zanjas constituyen excavaciones abiertas y asentadas en el terreno, accesibles a los operarios, y realizadas con medios manuales o mecánicos. La excavación debe hacerse con sumo cuidado para que la alteración de las características mecánicas del suelo sea la mínima inevitable. Su anchura no suele ser mayor a 2 m ni su profundidad superior a 7 m, en cuyo caso se consideraría la excavación un vaciado.

La apertura de una zanja tiene dos fases: una de excavación y otra de entibación, pudiendo presentarse o no esta última en función de las características del terreno, y el tiempo estimado en el que la zanja va a estar abierta. Cuando la excavación de la zanja se realice por medios mecánicos, además, será necesario que el terreno admita talud en corte vertical para esa profundidad y que la separación entre el tajo de la máquina y la entibación no sea mayor de vez y media la profundidad de la zanja en ese punto. Los productos de excavación de la zanja, aprovechables para su relleno posterior, se podrán depositar en caballeros situados a un solo lado de la zanja, y a una separación del borde de la misma de un mínimo de 0,60 m. De emplearse entibación, distancias entre 0,50 y 0,90 m suelen ser suficientes para facilitar la circulación del personal de montaje y reducir la posibilidad de caída de piedras sobre la tubería.

Si bien las zanjas pueden abrirse manualmente, hoy en día la excavación se realiza con maquinaria, fundamentalmente con palas retroexcavadoras de tipo universal y con zanjadoras, máquinas diseñadas exclusivamente para excavar zanjas (Figura 1). De algunos de estos tipos ya hemos hablado en entradas anteriores: zanjadora de brazo inclinable, zanjadora de ruedas de cangilones, incluso cortadora de disco con picas para zanjas estrechas. Estas máquinas proporcionan buenos rendimientos, siempre que se den las condiciones adecuadas. Así, las zanjadoras, cuyos rendimientos son realmente elevados, presentan el inconveniente de que para su utilización es preciso que el terreno sea adecuado, es decir, cuando es tierra franca o terreno de tránsito y no hay demasiados obstáculos. Las retroexcavadoras, aunque obtienen menores rendimientos que las zanjadoras, se pueden utilizar en terrenos más variados, permitiendo su utilización en la carga, descarga y colocación de los tubos y superando mejor los obstáculos del terreno. En las ciudades, generalmente no se presentan los problemas anteriores, pero aparece el problema de la gran cantidad de conducciones en el subsuelo correspondientes a distintos servicios. Ello implica excavar manualmente las zonas de cruce con la zanja y utilizar maquinaria en el resto de zonas.

La anchura mínima del fondo de la zanja depende del espacio que necesitan los operarios para colocar los tubos, por lo que se considera una anchura mínima de 0,60 m. En los puntos donde deba colocarse una junta, se realizan unos ensanchamientos de la zanja cuyas dimensiones dependen del tipo de junta y de la manipulación necesaria para su montaje. La norma UNE-EN 1610 indica el ancho mínimo de la zanja en función del diámetro nominal de la tubería (Tabla 1) y de la profundidad de zanja (Tabla 2).

Figura 2. Espacio de trabajo mínimo. UNE-EN 1610.

La calidad del fondo de la zanja es fundamental para la buena conservación de las canalizaciones, puesto que la presencia en ella de zonas de distinta dureza hace que la tubería no quede en buenas condiciones de sustentación. Por lo anterior, es conveniente no efectuar nunca excavación de más, así como limpiar el fondo de piedras, realizando el refino final cuidadosamente. Por otra parte, si aparecen materiales de rigidez excesiva, como rocas o cimentaciones en desuso, se deberá excavar por debajo de la rasante y realizar un relleno posterior de unos 10-15 cm perfectamente compactado. Además, no se recomienda utilizar como relleno materiales con alto contenido de componentes orgánicos, ni instalar las tuberías en suelos orgánicos sin tomar precauciones especiales (empleo de geotextiles, etc.)

La profundidad de la zanja debe indicarse en el proyecto, pero en cualquier caso, y habida cuenta tanto del efecto de las cargas del tráfico como de las posibles heladas, la separación entre la generatriz superior del tubo y la superficie del terreno debe de tener un valor mínimo de 0,60 m.

En general, se evitará la entrada de aguas superficiales a las excavaciones, achicándolas lo antes posible cuando se produzcan, y adoptando las soluciones previstas para el saneamiento de las profundas. Debe intentarse que la zanja esté abierta el menor tiempo posible para evitar los peligros de desprendimientos, inundaciones y meteorización del terreno, así como las posibles alteraciones que puede sufrir la tubería ya montada debido a los agentes atmosféricos. Es por ello que es conveniente establecer un programa de ejecución que coordine, por tramos de longitud adecuada, las fases de apertura de zanja, montaje y terraplén. Si fuera preciso mantener la zanja abierta durante algún tiempo, es conveniente, para evitar la meteorización, dejar por lo menos 0,20 m sin excavar, realizando esta excavación poco antes del montaje.

La estabilidad de las paredes de la zanja puede conseguirse dándoles el talud adecuado, pero en algunos casos en que esto no es posible, bien por el coste económico de la excavación, bien por la imposibilidad física de espacio, es preciso la entibación. Las zanjas son especialmente peligrosas para los operarios, por lo que, como regla general, no se debe excavar sin entibación una profundidad mayor a 1,20 m. Si se entiba, la zanja se realiza con paredes verticales, debiendo ser la entibación tanto más compleja cuanto mayor sea la inestabilidad del terreno. Hay que tener presente que existe una altura crítica de una excavación sin entibación. Se realizará la excavación por franjas horizontales de altura no mayor a la separación entre codales más 30 cm, que se entibará a medida que se excava. Además, debe tenerse en cuenta en el diseño de la entibación, que se debe permitir la colocación y el montaje de la tubería. Por último, indicar que mientras se efectúe la consolidación definitiva de las paredes y fondo de la excavación, se conservarán las contenciones, apuntalamientos y apeos realizados para la sujeción de las construcciones y/o terrenos adyacentes, así como de vallas y/o cerramientos.

Os dejo algunos vídeos sobre la excavación de zanjas. Espero que os sean de interés.

Referencias:

AENOR (2000). UNE-EN 805. Abastecimiento de agua. Especificaciones para redes exteriores a los edificios y sus componentes. 

AENOR (2016). UNE-EN 1610. Construcción y ensayos de desagües y redes de alcantarillado.

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia,  158 pp.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Zanjadora de brazo inclinable

Zanjadora de brazo inclinable (BARTH K 130)
Zanjadora de brazo inclinable (BARTH K 130)

Llamada en cierta bibliografía excavadora “ladder ditcher”, consiste en una serie de cangilones o cuchillas montados generalmente sobre orugas, que excavan en la dirección del eje de avance de la máquina y vierte las tierras, sobre una cinta transportadora dispuesta en dirección transversal a la excavadora. La tierra excavada se deposita en un cordón lateral o se carga en las unidades de transporte.

Sus elementos esenciales son:

  • El brazo de cangilones, móvil mediante cilindros hidráulicos hasta una inclinación máxima de 55º respecto a la horizontal, que tienen montados cangilones con cuchillas para terrenos no rocosos, dientes cónicos o picas en terrenos rocosos y dientes cuadrados en terrenos congelados.
  • Nivelador de fondo, con el que se consiguen zanjas de fondo limpio, llevando una zapata en su estructura que impide a la máquina excavar a más profundidad de la requerida.
  • Transportador de descarga, situado transversalmente al eje longitudinal, y consiste en una cinta transportadora con altura de descarga regulable.
Excavadora de brazo inclinable
Excavadora de brazo inclinable

La máquina empieza excavando sin moverse, descendiendo el brazo de cangilones hasta la profundidad deseada, posteriormente avanza y mantiene una velocidad compatible con la naturaleza del terreno, al igual que la velocidad de los cangilones.

Zanjadora utilizada en la segunda fase del postrasvase den Villena. Fuente: http://www.diarioinformacion.com/elda/2010/03/22/monstruo-terreno/991803.html
Zanjadora utilizada en la segunda fase del postrasvase den Villena. Fuente: http://www.diarioinformacion.com/elda/2010/03/22/monstruo-terreno/991803.html

De las zanjadoras, el de tipo de brazo inclinable es el que permite cavar la trinchera más ancha. Con cangilones normales, esta anchura llega hasta 0,90 m y con los dientes desbordantes, alcanza 1,45 m. El radio de las curvas que pueden abordarse sin levantar el brazo es de unos 25 a 50 m. En zanjas estrechas no se usa esta máquina.

Una de las zanjadoras más grandes del mundo se ha utilizado en Villena para acelerar las obras del post-trasvase Júcar-Vinalopó. Es una máquina de 180 t, con una longitud de 4 m de ancho y 9 m de largo. Con esta máquina se pueden abrir de 100 a 120 m de zanja al día.

Os dejo a continuación varios vídeos que explican el funcionamiento de esta máquina.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia,  158 pp.

 

Cortadora de disco con picas

Imagen1Dentro de las zanjadoras, os presentamos aquí la cortadora de disco con picas. Su equipo de trabajo está formado por un disco de gran diámetro que lleva en su periferia unos segmentos cambiables con cortadores en forma de picas. La  fuerza de penetración del disco sobre el suelo se consigue mediante unos cilindros hidraúlicos. Su campo de aplicación habitual es el corte de roca, terrenos congelados, pavimentos, reperfilado de zanjas, tendido de cables, etc.

En el siguiente documental de Discovey Channel podéis ver el funcionamiento de una zanjadora Tesmec 1100, de 35 toneladas, con 10 metros de largo, 4 de alto y 2.5 metros de ancho. La rueda de corte de acero de 3 .5 toneladas mide 4 metros de diámetro. Su sierra es capaz de trituras rocas. Espero que os guste.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia,  158 pp.

 

Zanjadora de ruedas de cangilones

Zanjadora de ruedasSon excavadoras sobre orugas, sobre la que se monta una rueda rígida con cangilones dotados de picas. Al comenzar el giro de la rueda, comienza la excavación; los materiales extraídos por los cangilones se vierten sobre una cinta transportadora transversal. En la parte delantera de la rueda lleva el apoyo guía que descansa sobre el fondo de la zanja y sirve para perfilar las paredes y el fondo, y arrastrar los materiales finos hacia los cangilones. Tiene más velocidad de excavación que las de brazo inclinable, pero presenta el inconveniente de que necesita grandes radios en las curvas.

Os paso un vídeo para que veáis como trabaja esta máquina.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia,  158 pp.