En este post vamos a hablar sobre estabilidad de zanjas y los coeficientes de seguridad con los que se trabaja, muchas veces desconocidos en el día a día de la obra. Vaya por delante mi agradecimiento al verdadero artífice Jorge Ibarra, gran colega y especialista en el campo de la mecánica de suelos y rocas ya que sin él, este texto no habría visto la luz.
Las zanjas son elementos cuya importancia no debe pasarse por alto, máxime teniendo en cuenta la cantidad de accidentes, muchos de ellos mortales que se han producido a lo largo de los años.
En España es relativamente habitual emplear las recomendaciones que sobre la excavación de zanjas realiza el Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo en su guía de buenas prácticas NTP-278, la cual está basada en la norma tecnológica NTE-ADZ.
Esta guía cubre anchos de hasta 2,0 m y profundidades máximas de 7,0 m (aunque en la práctica se limite a 5,20 m como luego se verá), excluyendo los suelos muy blandos y los suelos expansivos, considerándose peligrosas a partir de profundidades de 1,30 m para terrenos consistentes y de 0,80 m para terrenos corrientes. También se consideran peligrosas excavaciones cuya pendiente sea superior a su talud natural.
Las medidas propuestas en la NTP-278 se recogen en la siguiente tabla.
Esta guía permite realizar cortes verticales sin entibar en los casos en los que se trate de un terreno cohesivo y no existan solicitaciones de cimentación o de vial que puedan afectar a la estabilidad. Esta altura máxima se muestra en la siguiente tabla.
A la vista de la tabla, podemos preguntarnos qué factores de seguridad se están manejando para la obtención de dichos resultados. Pues bien, a continuación vamos a deducirlo.
La altura máxima se establece en función del peso específico aparente y la resistencia al corte sin drenaje del material cohesivo, obteniendo el número adimensional de estabilidad N de una excavación vertical, definido como:
Hay que notar que en la tabla se entra con la resistencia a compresión simple, en lugar de la resistencia al corte sin drenaje. Se pueden relacionar sin más que emplear:
En estas condiciones sin drenaje se asume, siendo una hipótesis habitual, aunque no necesariamente conservadora, φu=0.
El problema de una excavación vertical no cuenta con solución analítica conocida, si bien mediante técnicas numéricas basadas en el análisis límite diferentes autores han acotado el valor de la solución «exacta» (por convenio las soluciones numéricas no se consideran soluciones exactas). Así, Pastor et al. (2009) obtienen una cota superior de 3,7776 y Kammoun et al. (2010) una cota inferior de 3,7752, es decir, la solución numérica queda acotada entre esos valores de modo que se cumple:
Puesto que se tiene una solución de cota superior y otra de cota inferior, la mejor estimación del valor buscado es el valor medio, por tanto:
Para analizar el factor de seguridad que adopta la guía NTP-278 para una excavación vertical sin solicitaciones se emplea esta expresión con la que se obtienen las siguientes alturas máximas sin aplicar ningún coeficiente de seguridad:
Dividiendo cada uno de estos valores por las alturas límite indicadas en la NTP-278 se obtiene un factor de seguridad global de valor medio aproximado FS=2,0, con algunos valores superiores para los casos en los que se limita la altura máxima adoptada a 5,20 m.
De acuerdo a estos resultados, la expresión para establecer la profundidad máxima permitida de excavación vertical en suelos cohesivos sin sobrecarga ni presencia de nivel freático ni otras canalizaciones cercanas, sería la siguiente:
Complementariamente, como medida de seguridad ante pequeños desprendimientos, a estas excavaciones verticales se les ha de dotar de bermas escalonadas con mesetas no menores de 0,65 m y contramesetas no mayores de 1,30 m. Esta disposición de bermas en realidad aumentaría el factor de seguridad.
En los casos en los que el terreno no sea cohesivo o presenta una resistencia al corte no drenado insuficiente, o cuando existan solicitaciones, será necesario entibar la excavación vertical, con su cálculo justificativo. El coeficiente de seguridad a verificar, por coherencia con el caso deducido en la guía NTP-278, debería de ser según lo expuesto FS=2,0.
¿Quieres ser el primero en leer nuestros artículos?
Déjanos tu nombre y un email válido, y nosotros te avisaremos cuando hayan novedades en Estructurando
 |
Se agradece información técnica valiosa