En este artículo se describen las Excavaciones en obra, trabajos que dan lugar a la explanada bajo la rasante inicial del terreno donde ubicar la cota de cimentación. Se analizarán los problemas derivados de la exacación, los factores que intervienen en la estabilidad de los terrenos, los taludes, las entivacones y las soluciones a los respectivos problemas.

Previo a las excavaciones en obra se realizarán las siguientes tareas:

• Expropiaciones y servidumbres.
• Despeje y desbroce.
• Identificación y desvío de servicios afectados.
• Planeamiento y ejecución de accesos, vertederos y zonas de acopio.
• Replanteo
• Estaquillar la expropiación o zona destinada.
• Materialización de las estaciones de los ejes del proyecto cada 20 m. mediante estacas, con indicación en cada estaca de la estación y cota a excavar.
• Obtener la documentación topográfica del terreno. Perfiles transversales.
• Materialización mediante estacas cada 20 m., de los arranques de talud; con indicación en cada estaca de estación, cota a excavar e inclinación de los taludes.

Recomendaciones en la ejecución de las excavaciones en obra

Los taludes se dejan con su perfil aproximado y si las características lo permiten, ya terminado. De no ser así, se reperfilarán con motoniveladora.

La excavación en obra no debe llegar hasta la cota de rasante definitiva; los últimos 30 a 50 cm se reperfilarán luego con motoniveladora, evitando su deterioro por descompresión y paso del tráfico pesado.

Mantener la zona en óptimas condiciones de drenaje. Para ello las plataformas de trabajo tendrán pendientes del orden del 4%, evitando erosiones en los taludes, desviando y conduciendo las aguas que puedan incidir sobre los taludes y perfilando las cunetas.

Durante toda la ejecución de las tareas, controlar la estabilidad de los taludes y la aparición de grietas indeseables o materiales de calidad inferior a la esperada en orden a su tratamiento específico.

Se irán determinando las características del material extraído para establecer su uso en otras partes de la obra si fuese conveniente.

La tierra vegetal, que no se haya extraído en el desbroce, se acopiará aparte para su posterior uso, cuidando que en el transcurso del tiempo no se estropee por falta de aireación o drenaje.

Antes de cargar el material para su inmediata utilización, medir la humedad u corregirla llevándola a los niveles requeridos.

Antes del comienzo de los trabajos, es preciso conocer una serie de circunstancias que pueden incidir en la seguridad de los mismos y que como mínimo, serán:

Problemas en la excavación

Se suelen encontrar los siguientes problemas en la excavación en obra:

• Características del terreno en relación a los trabajos que se van a desarrollar, tales como: talud natural, capacidad portante, nivel freático, contenido de humedad, posibilidad de filtraciones, estratificaciones, alteraciones anteriores del terreno, etc.
• Proximidad de edificaciones y características de sus cimentaciones, así como posibles sobrecargas en las proximidades de las paredes de la excavación.
• Existencia de fuentes de vibraciones, (carreteras, fábricas, etc.).
• Existencia o proximidad a instalaciones y conducciones de agua, gas, electricidad y alcantarillado.

Reconocimiento del terreno

Para conocer el terreno será necesario realizar un estudio geotécnico, que nos dé información sobre el tipo de terreno con que nos vamos a encontrar y su comportamiento. Con el fin de disponer de antemano de una serie de medios y cálculos con los que acometer el trabajo con una serie de riesgos ya controlados.

Edificaciones colindantes

Si el edificio es exento, no existe esta problemática, pero la mayoría de los casos, el solar objeto de la excavación en obra es medianero con otros edificios, por lo que será necesario realizar las operaciones de apeo necesarias, para evitar los asentamientos y hundimientos de las cimentaciones colindantes y de los muros medianeros, al disminuirse la capacidad de carga del cimiento medianero como consecuencia de la excavación.

Conducciones enterradas

Es preciso, antes de proceder a la excavación en obra, conocer la situación exacta de los servicios públicos que afecten al solar, con los datos aportados por los diferentes organismos. Una vez obtenidos éstos, se marcará en el terreno, el lugar donde están ubicadas, eligiendo un sistema que perdure hasta la realización de la excavación en esa zona. Se anotará la profundidad exacta a la que se encuentran éstas, protegiéndolas ante eventuales sobrecargas producidas, por la circulación  de vehículos pesados.

La excavación, se realizará mecánicamente, hasta 1 metro, antes de llegar a la conducción y a partir de entonces, la excavación será manual con perforadores neumáticos, picos, etc, hasta 0,50 m. Utilizando la pala manual a partir de esta distancia.

Electricidad.

Los cables enterrados, generalmente sólo dan un tipo de accidente y es el contacto directo por perforación del aislamiento y a través de la herramienta que utilizamos para excavar, (pala, martillo perforador, pico, etc.).

Saneamiento.

La perforación de un saneamiento o galería desconocida, que podamos encontrar al excavar en la obra, puede ocasionar un accidente típico, originado por el hecho de que existan emanaciones de gases tóxicos, principalmente CO. Y que al descender los trabajadores sin las debidas protecciones, se intoxiquen.

Conducciones eléctricas aéreas

Los riesgos de las líneas eléctricas aéreas son distintos según estas líneas atraviesen el solar o estén más o menos próximas al mismo.

En el primer caso, no debemos empezar a trabajar hasta que la compañía suministradora haya eliminado dicha línea de energía, o la haya elevado lo suficiente, para que se cumplan las distancias mínimas de seguridad establecidas en el Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (R.E.B.T.) y el Reglamento de Líneas Eléctricas Aéreas de Alta Tensión.

Factores que intervienen en la estabilidad de los terrenos

Cuando iniciamos una excavación en obra, estamos rompiendo el equilibrio que existe entre un sistema, a veces muy complejo, de fuerzas o tensiones. Si realizamos la excavación en arena seca, los granos de las paredes deslizan hacia el fondo y este desplazamiento, se detiene cuando se consigue un cierto ángulo de talud natural. Este ángulo, es independiente de la altura del talud. La arena es un suelo sin cohesión.

Si hacemos la misma operación en una arcilla, podemos obtener una cierta profundidad, con paredes casi verticales. En este caso, podríamos ver que el ángulo de talud natural, varía con la altura ya que la arcilla tiene mayor cohesión.

Entre una arena pura y una arcilla plástica, existe una extensa gama de suelos, con diferentes coeficientes de rozamientos y cohesión.

La experiencia, nos muestra que el suelo, tiende siempre a restablecer este equilibrio que estamos rompiendo. En algunos casos, lo hace de inmediato, (caso de la arena), en otros, es más lento y puede durar horas, días, meses e incluso años.

Por lo tanto es crucial tener en cuenta en las excavaciones en obra:

• – Ángulo de rozamiento
• – Granulometría
• – Consistencia
• – Humedad
• – Permeabilidad
• – Estatigrafía, buzamiento y fallas
• – Factores climatológicos, (aguas, lluvias, hielos, sequía).
• – Vibraciones

Profundidad crítica

Se llama profundidad crítica de excavaciones en obra, a la profundidad máxima que se puede excavar en pared vertical estable, sin ningún tipo de fortificación.

Los factores que influyen en la estabilidad de los terrenos y que pueden afectar la profundidad crítica son:

• – Climatológicos.
• – Sobrecargas.

En terrenos arcillosos, el agua, actúa como lubricante de la arcilla, originando desplazamientos de masas más o menos compactas.

Otro factor climatológico es el agua de lluvia o la procedente de roturas de conducciones, que pueden dar lugar a la inundación de los tajos con el consiguiente peligro de diluir el terreno o socavar las paredes de la excavación; si es necesario, por su importancia, se recurrirá a las bombas de achique.

Dentro del segundo grupo de factores modificativos de la profundidad crítica de excavación, se encuentran las sobrecargas, que a su vez pueden ser estáticas y dinámicas.

Las sobrecargas estáticas, pueden ser ocasionadas por diversas circunstancias como:

Tierras acumuladas al borde de zanjas, que estarán colocadas a una distancia suficiente del borde de la excavación, para que no supongan una sobrecarga que pueda dar lugar a desprendimientos o corrimientos de tierras, debiéndose adoptar como mínimo, una distancia igual o mayor a la mitad de la profundidad de la zanja, con carácter general. En terrenos arenosos, ésta distancia será mayor o igual a la de la profundidad de la zanja.

Las sobrecargas dinámicas, son producidas por la circulación por carreteras, vías férreas, calles, en la proximidad de las obras, asi como, las vibraciones ocasionadas por martinetes, etc., o el movimiento de la maquinaria propia en la obra. Por ello, se tomarán precauciones para la circulación de maquinaria al borde de la excavación, sobre todo en el caso de lluvia reciente. Se comprobará el itinerario de la máquina, no habiendo personal debajo a su paso, ya que hay que considerar la heterogeneidad del terreno, puesto que una sobrecarga, puede afectar la estabilidad parcial del talud.

Se puede hacer una clasificación general de los terrenos según su estabilidad:

• – Estables, (rocosos, calizos, margas).
• – Poco estables, (gravas, con arcilla, terreno de arrastre).
• – Movedizos, (gravas sueltas y arenas).

Taludes de excavaciones en obra

El límite de la estabilidad de un terreno, viene dado por el ángulo del talud natural de ese terreno. Este ángulo, es el de máxima pendiente, (ángulo con la horizontal), que el plano de una pared excavada de cualquier altura puede mantener indefinidamente, sin que el material tienda a deslizarse o desmoronarse.

A continuación, incluimos una tabla de inclinaciones y pendientes de los taludes que dependen de la naturaleza y contenido en agua del terreno.

Para profundidades inferiores a 1,30 m. en terrenos coherentes y sin solicitación de viales o cimentaciones, podrán realizarse cortes verticales sin entibar.

En terrenos sueltos o que estén solicitados, deberá llevarse a cabo una entibación adecuada.

Para profundidades mayores, el adecuado ataluzado de las paredes de excavación, constituye una de las medidas más eficaces frente al riesgo de desprendimiento de tierras.

Altura máxima exigible en taludes

La tabla siguiente, (TABLA 1) sirve para determinar la altura máxima admisible en metros de taludes libres de solicitaciones, en función del tipo de terreno, del ángulo de inclinación de talud no mayor de 60º y de la resistencia a compresión simple del terreno

La altura máxima admisible H máx en cortes ataluzados del terreno, provisionales, con ángulo comprendido entre 60º y 90º (talud vertical), sin solicitación de sobrecarga y sin entibar, podrá determinarse por medio de la TABLA 2 en función de la resistencia a compresión simple del terreno y del peso específico aparente de éste. Como medida de seguridad en el trabajo contra el «venteo» o pequeño desprendimiento se emplearán bermas escalonadas con mesetas no menores de 0,65 m y contramesetas no mayores de 1,30 m, (fig. 1)

El corte de terreno se considerará solicitado por cimentaciones, viales y acopios equivalentes, cuando la separación horizontal «S» (fig. 2), entre la coronación del corte y el borde de la solicitación, sea mayor o igual a los valores «S» de la TABLA 3

En excavaciones junto a cimentaciones enrasadas o más profundas, se deberá comprobar si existe peligro de levantamiento del fondo. En general no existe peligro siempre que se verifique (fig. 3) que:

qs ≤ 0,9 (m.Rw + n)

Siendo:

qs= Tensión de comprobación que transmite la cimentación al terreno en su plano de apoyo en Kg/cm2

Rw= Resistencia a compresión simple del terreno en Kg/cm2.

m= Factor de influencia (tabla 4).

n= Sobrecarga debida al espaldón en Kg/cm2 (tabla 5).

Para valores de A < b, debe tomarse en general n= 0.

Entibaciones

Entibación es el conjunto de maderas u otros materiales, dispuestos convenientemente, que constituyen el apuntalamiento de las excavaciones en obra.

La necesidad de entibar, surge por la problemática de asegurar la estabilidad de las excavaciones. A esta exigencia, se añade en zona urbana, la falta de espacio en muchos casos, al no poder dar a la excavación el talud natural del terreno, o condicionantes económicas en excavaciones de tipo zanja o pozo. Por lo dicho anteriormente, el uso más frecuente de las entibaciones es en excavaciones provisionales de tipo zanja o pozo, aunque de forma más inusual, se emplean en vaciados o excavaciones de un solo frente.

El tipo de entibación a emplear, vendrá determinado por el del terreno en cuestión, si existen o no solicitaciones y la profundidad del corte, (ver tabla).

La Norma Tecnológica NTE-ADZ/1976, «Acondicionamiento del terreno.

Desmontes: Zanjas y pozos», establece el criterio para determinar si el corte en el terreno puede considerarse sin solicitación de cimentación próxima o vial, dándose esta circunstancia cuando se verifique que:

 P ≤ (h + d/2) ó P ≤ d/2 respectivamente, (fig. siguiente)

Siendo:

P= Profundidad del corte

h= Profundidad del plano de apoyo de la cimentación próxima.

d= Distancia horizontal desde el borde de coronación del corte a la cimentación o vial.

Tipos de entibación para excavaciones en obra:

Entibación con tablas horizontales.

Se emplea, cuando el corte se lleva a cabo en un terreno con suficiente cohesión que le permite ser autoestable mientras se efectúa la excavación. Mediante la alternancia de excavación, (0,80 m. a 1,30 m.) y entibación, se alcanza la profundidad total de la zanja. (Fig. siguiente)

Entibación con tablas verticales

Cuando el terreno no presenta la suficiente cohesión o no se tiene garantía de ello, es más aconsejable llevar a cabo la entibación con tablas verticales. En caso de que el terreno presente una aceptable cohesión y resistencia, se excava por secciones sucesivas de hasta 1,50 – 1,80 m. de profundidades máximas, en tramos longitudinales variables que en ningún caso deberán pasar de 4 m.; y si el terreno presenta poca o ninguna cohesión, deberán hincarse las tablas verticales en los citados tramos antes de proceder a la excavación de las tierras alcanzándose la profundidad prevista en sucesivas etapas.

Independientemente de que la entibación se realice con tablas horizontales o verticales, éstas podrán cubrir totalmente las paredes de la excavación, (entibación cuajada), el 50%, (entibación semicuajada), e incluso menos de esta proporción, (entibación ligera).

La Norma Tecnológica NTE-ADZ/1976, permite determinar su empleo en función de la profundidad de excavación, del tipo de terreno y de que exista solicitación de cimentación o vial, (tabla anterior), mediante las tablas que vienen a continuación, puede determinarse la separación y grosores de los distintos elementos que constituyen la entibación de los principales casos.