COLAPSO DEL SUELO DEBIDO A LA EXCAVACION DE ZANJAS

COLAPSO DEL SUELO DEBIDO A LA EXCAVACION DE ZANJAS Ing. William Rodríguez Serquén

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“Los grandes proyectos, están en las manos de grandes hombres. Sin embargo, en la oscuridad de las cimentaciones, existen hombres que hacen pequeños aportes, al monumento del conocimiento”

Charles-Augustin de Coulomb 1736-1806 2

Varios accidentes se han producido por el colapso del suelo, ocasionando muertes a los trabajadores. Además se ocasionan daños a las propiedades adyacentes, cuando se hacen excavaciones, para colocar tuberías de agua o desagüe, o para construir cimentaciones.

Masa de tierra sepultó y mató a dos obreros, en la calle Próceres, en el Distrito de Jose´Leonardo Ortiz, en obra de reeestructuración de las redes de alcantarillado. 3

Por tanto, es objetivo, conocer la teoría que explica las fuerzas internas, de una masa de suelo, durante el colapso de los lados de una zanja de excavación, para prevenirlos, mediante el uso de soportes, o haciendo calzaduras Masa de tierra sepultó y mató a dos obreros, en la calle Próceres, en el Distrito de Jose´Leonardo Ortiz, en obra de reeestructuración de las redes de alcantarillado. 4

: “Ordinariamente, el ingeniero especialista en cimentaciones no se encarga de elegir el equipo de excavación en un lugar dado, ni de diseñar el apuntalamiento, si se necesita. Se considera que esta operación corresponde al contratista. Sin embargo, generalmente es obligación del ingeniero aprobar o recusar el procedimiento de construcción propuesto por el constructor y revisar el proyecto del apuntalamiento”.

Excavación para la obra: sede Central de las Fiscalías de Lambayeque. Chiclayo.

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TEORIA DE MOHR Mohr presentó en 1900, una teoría sobre la ruptura de materiales, según la cual, la falla de un suelo se presenta debido a la combinación crítica de esfuerzos verticales y horizontales.

Esfuerzos normal y cortante, en el interior de un bloque de suelo, producidos por esfuerzos externos: vertical y horizontal.

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TEORIA DE MOHR

Del equilibrio de fuerzas en ambas direcciones, del bloque triangular se obtiene:

Esfuerzos normal y cortante, en el interior de un bloque de suelo, producidos por esfuerzos externos: vertical y horizontal.

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TEORIA DE MOHR Las dos ecuaciones se pueden representar en un diagrama de Mohr:

Diagrama de Mohr.

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TEORIA DE MOHR

Diagrama de Mohr. 9

TEORIA DE COULOMB

La teoría de Coulomb, relaciona el esfuerzo cortante t, como función del esfuerzo normal n, la tangente del ángulo de fricción interna, y la cohesión c:

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TEORIA DE COULOMB:

La resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, sigue una ley lineal, en un diagrama esfuerzo normal vs. esfuerzo cortante:

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TEORIA DE COULOMB

Esfuerzo Cortante

1.400 1.200 1.000 0.800 0.600

0.400 0.200 0.000

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Esfuerzo Normal

ENSAYO DE CORTE DIRECTO 12

TEORIA DE MOHR- COULOMB Relaciona el esfuerzo horizontal y vertical, con la cohesión, y el ángulo de fricción interna del suelo del suelo

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TEORIA DE MOHR- COULOMB

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TEORIA DE MOHR- COULOMB

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TEORIA DE MOHR- COULOMB

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TEORIA DE MOHR- COULOMB

La ecuación representa, la relación de MohrCoulomb, o el estado de esfuerzos en una masa de suelo, cuando hay fuerzas verticales y horizontales. Relaciona los esfuerzos efectivos horizontales, con los esfuerzos verticales, a través de los parámetros, ángulo de fricción interna y la cohesión.

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APLICACION DE LA TEORIA MOHR-COULOMB

TEORIA DE PRANDTL

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APLICACION DE LA TEORIA MOHR-COULOMB

ΣMN=0

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APLICACION DE LA TEORIA MOHR-COULOMB

TEORIA DE PRANDTL:

ΣMN=0

.

qd = c Nc + g Z Nq TEORIA DE TERZAGHI:

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ESFUERZOS DURANTE EL COLAPSO DEL SUELO

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Durante el colapso, en el punto de falla:

Reemplazando el esfuerzo vertical por γh, en la ecuación de Mohr-Coulomb, y despejando h se obtiene h = H crítica:

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El esfuerzo vertical es igual a la presión efectiva de suelo = γ h. El empuje producido por la fuerza horizontal, tiene dos componentes que se oponen. Este empuje, cambia de sentido a una cierta profundidad.

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En términos de esfuerzo, en el fenómeno del colapso del suelo, hay dos tensiones horizontales, que actúan en sentido contrario: Una de empuje y otra de retención. El empuje crece con la profundidad z, mientras que la componente de cohesión que retiene, se mantiene constante. A cierta profundidad, la primera tensión vence a la segunda

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ALTURA MÁXIMA DE EXCAVACIÓN Altura crítica.-

Cohesión, c (kg/cm2)

ARCILLAS f=0 (m)

ARENAS c=0 (m)

ARENAS CON FINOS (m)

0.05 0.10 0.20 0.30 0.40

0.5 1.1 2.2 3.3 4.4

0 0 0 0 0

1.1 2.2 4.3 6.5 8.7

Talud de reposo natural de la arena 26

CON EL ENSAYO DE CORTE DIRECTO, SE DETERMINA : EL PESO VOLUMETRICO, LA COHESION, Y EL ANGULO DE FRICCION INTERNA DEL SUELO.

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DAÑOS DEBIDO A EXCAVACION DE SOTANO

Excavación de sótano de iglesia del MMM, de 4 m de profundidad, en Chiclayo-Lambayeque, sin calzadura. 28

DAÑOS DEBIDO A EXCAVACION VECINA

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LESIONES Y MUERTE POR COLAPSO DEL SUELO

Dos obreras del proyecto Construyendo Perú, de alcantarillado, fueron cubiertas por suelo debido a derrumbe, en el pueblo Joven Santa Rosa, provincia y departamento de Lambayeque, el 29 del Abril del 2008. El tipo de suelo era arena-limosa (SM) .

Dos obreros murieron por derrumbe de excavación de zanja de desagüe, en obra de Saneamiento, el 26 de Setiembre del 2006, en Cayalti, Departamento de Lambayeque. El suelo era arenoso y la excavación era de 3m de profundidad. Instantes en que son sacados.

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RECOMENDACIONES

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1. USE EQUIPOS DE SEGURIDAD

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1. USE EQUIPOS DE SEGURIDAD

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2. HAGA UN ESTUDIO DE SUELOS

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2. HAGA UN ESTUDIO DE SUELOS RNE. Norma E.050

1.6 RESPONSABILIDAD PROFESIONAL POR EL EMS Todo EMS deberá ser firmado por el Profesional Responsable, que por lo mismo asume la responsabilidad del contenido y de las conclusiones del informe. El PR no podrá delegar a terceros dicha responsabilidad. 35

Consecuencias de un EMS realizado incorrectamente

PLANTA

PUENTE COLGANTE PITIPO EN FERREÑAFE – LAMBAYEQUE 36

Según el “EMS”, existe grava (GP) a 10.80 m de profundidad. A ese nivel se proyecta el fondo de un caisson.

10.80 m PUENTE COLGANTE ELEVACION

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CONSTRUCCION DEL ESTRIBO IZQUIERDO DEL PUENTE 38

CONSTRUCCION DEL ESTRIBO DERECHO DEL PUENTE 39

Tipo de suelo a 10.80m: Arcilla de mediana plasticidad, CL NO HAY GRAVA (GP). 40

Se tuvo que realizar OTRO EMS hasta encontrar un estrato más resistente, de tal manera que soporte las cargas impuestas por el puente.

Resultados del ensayo de Penetración estándar.

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2. EXCAVAR DE MANERA ALTERNADA, NO CONTINUA

ZAPATA CONTINUA Colocación de armadura y luego concreto, en Construcción de cimentación por tramos, por edificación débil de adobe vecina. 42

3. COLOQUE SOPORTES M. J.Tomlimson, en su libro: CIMENTACIONES, DISEÑO Y CONSTRUCCION “El procedimiento comúnmente aceptado es proporcionar algún tipo de soporte, no importando las condiciones del suelo, siempre que la zanja tenga la profundidad suficiente para que su colapso pueda ocasionar daños a los trabajadores. Esto significa soporte para las zanjas de más de 1.2 m”

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4. EXCAVAR CON TALUD INCLINADO, NO VERTICAL

o

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5. HAGA CALZADURAS Cuando se prevean daños a las edificaciones vecinas, es necesario hacer calzaduras, las cuales consisten en reemplazar el suelo debajo de la cimentación vecina, con concreto, a manera de muro ciclópeo, hasta la profundidad de excavación requerida.

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5. HAGA CALZADURAS

Estas deben realizarse por etapas, alternando los picados cada dos bloques a ejecutar, o empezando por lados extremos.

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