Relleno y Compactación de las Tuberías de Hormigón Armado

De Construpedia


Logo atha.gif Nota: Este artículo ha sido creado gracias a ATHA en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido pertenece a la publicación Manual de Diseño y Cálculo para la Fabricación de Tuberías de Hormigón Armado, disponible en el sitio web .

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Contenido

Relleno

El relleno se puede dividir en dos zonas con materiales y criterios de compactación distintos. La primera zona se extiende desde la solera hasta un plano aproximadamente 30 cm sobre la parte superior del tubo. La segunda zona incluye todo el relleno restante. La norma UNE-EN 1.610 fija un espesor mínimo de 15 cm de relleno inicial encima del cuerpo de la tubería y de 10 cm por encima de la junta. Cuando se utilicen los materiales descritos en dicha norma, el espesor del relleno inicial deberá ser tal y como se especifica en el proyecto. Los materiales empleados para el relleno envolvente deben ser capaces de proveer estabilidad permanente y capacidad portadora para las canalizaciones enterradas en el suelo.

No son aceptables como relleno las arcillas muy plásticas ni los suelos altamente orgánicos, ni cualquier otro material que pueda ser perjudicial (física o químicamente) para la tubería, el hormigón constitutivo o las armaduras.

Cuando las tierras extraídas difieren significativamente del tipo de material de relleno especificado en el proyecto, será necesario retirarlas, sustituyéndolas en el relleno por el material adecuado.

El emplazamiento del relleno lateral y del relleno principal se comenzará sólo cuando los tubos estén unidos y colocados sobre las camas, de forma que sean capaces de soportar carga.

El relleno incluye la colocación del relleno envolvente y del relleno principal, el desmontaje del encofrado y la compactación del terreno, que debe ser llevado a cabo de forma que asegure la capacidad de carga de la tubería según lo establecido en el diseño.


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Relleno envolvente

Según la Norma UNE-EN 1.610 los materiales pueden ser o bien de terreno natural si se ajustan a las necesidades del proyecto o bien materiales de aportación. Los materiales para el apoyo no deberían contener partículas de tamaño superior a 40 mm para diámetros de tubería entre 200 y 600 mm.

Cuando por su naturaleza el terreno no asegure la suficiente estabilidad de los tubos o piezas especiales, se compactará o consolidará por los procedimientos adecuados que se dispongan y con tiempo suficiente. En el caso de que se descubra terreno excepcionalmente malo se decidirá la conveniencia de construir una cimentación especial (apoyos discontinuos en bloques, pilotajes, etc..)

6.6.2.1 Terreno natural

Los requisitos para usar terreno natural son:


  • Conformidad con las especificaciones del proyecto.
  • Compactabilidad si se especifica.

Ausencia de materiales perjudiciales para la tubería (por ejemplo elementos de dimensiones excesivas, en función de la naturaleza de la tubería, de su espesor de pared y de su diámetro; raíces de árboles; escombros; materia orgánica; detritus; terrones de arcilla mayores de 75 mm, nieve y hielo.

6.6.2.2 Materiales de aportación

Los siguientes materiales, que pueden incluir materiales reciclados, son adecuados.

a) Materiales granulares: Los materiales granulares incluyen:

  • Materiales monogranulares
  • Materiales granulares
  • Arena
  • Materiales todo uno
  • Material de machaqueo

b) Materiales con aglomerantes hidráulicos: Incluyen:

  • Cemento
  • Hormigón aligerado
  • Hormigón pobre
  • Hormigón sin armar
  • Hormigón armado

Estos deberán estar así especificados en el cálculo.


c) Otros materiales: Pueden emplearse para el recubrimiento otros materiales si se demuestra su conformidad con los requisitos del apartado 6.3.3. Las sustancias naturales o artificiales que puedan provocar daños a la canalización y a los registros no son aceptables.

La capacidad de carga portante de un tubo instalado, depende en gran medida del relleno que hay alrededor del tubo. Para obtener la compactación adecuada del material de relleno inmediatamente alrededor del tubo, los criterios de material y densidad son a menudo incluidas como parte de las especificaciones de la solera. Para instalaciones en zanja, cuando el espacio está limitado, apisonadoras neumáticas o de impacto mecánico son normalmente el medio de compactación más efectivo. Las apisonadoras de impacto, las cuales actúan por peso estático y acción de amasado, son usadas principalmente en suelos arcillosos, mientras que en los suelos granulares son consolidados más efectivamente por vibración. Cuando se usan apisonadoras de impacto, deben tomarse precauciones en la compactación e introducción de las capas a ambos lados del tubo para que queden uniformes. El material de relleno no debe ser apisonado en la zanja o lanzado directamente sobre el tubo.

El relleno inicial que va directamente sobre el tubo debe ser compactado por procedimientos manuales donde sea necesario. La compactación mecánica del relleno principal directamente sobre el tubo no debe comenzar hasta que la profundidad del relleno sea de al menos 30 cm sobre la generatriz superior del tubo. No se permite usar equipos de vibración para operar directamente sobre el tubo hasta una altura mínima de 90 cm de relleno que haya sido colocado.

En los casos en que resulte peligroso la utilización de compactadores de tamaños medio y grande, por estar los rellenos muy próximos a otras conducciones, se deben ejecutar los rellenos por capas de espesor pequeño (10 ó 15 cm) y compactarlas con máquinas ligeras, como rodillos arrastrados a mano, bandejas vibrantes, pisones, etc.

El relleno envolvente se debe instalar para prevenir la intrusión del terreno existente o la migración del material del relleno envolvente al terreno circundante. En algunas circunstancias puede ser necesario el uso de materiales geotextiles o filtros calibrado para mantener el relleno envolvente del tubo, especialmente si hay aguas subterráneas.



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Proceso correcto

El material de relleno, adecuado, se coloca con cuidado a lo largo del tubo y se compacta bajo los riñones. El material se aportará por sucesivas capas a los dos lados del tubo y unos 30cm. por encima de la generatriz superior del tubo.

Proceso incorrecto

El material de relleno, que deberá ser seleccionado y exento de piedras, no deberá ser empujado a la zanja o lanzado directamente sobre el tubo a más de 30cm. sobre la generatriz superior. Se deberá colocar de modo que no desplace ni dañe el tubo instalado.

El apoyo, el relleno lateral y el relleno inicial se deben ejecutar de acuerdo con el diseño y especificaciones. El apoyo del tubo debe ser protegido contra cualquier cambio exterior que varíe la capacidad de carga, estabilidad o posición. Estos cambios pueden ser:

  • Retirada de la entibación.
  • Influencias del agua subterránea.
  • Otros trabajos de excavación adyacentes.

Cuando partes de la tubería necesiten anclaje o refuerzo, éstos se colocarán antes del emplazamiento del apoyo.

Durante la colocación del apoyo debe prestarse especial atención a:

  • Evitar el desplazamiento de la tubería respecto a su alineación y nivelación.
  • Cuidar el emplazamiento de la parte superior del apoyo para asegurar que el relleno bajo el tubo y bajo los riñones sea de material adecuadamente compactado.


Relleno principal

Los materiales empleados deberán ser conformes con los requisitos del proyecto. Asimismo, los materiales especificados en el anterior apartado también podrán emplearse en el relleno principal.

El tamaño máximo de las piedras de los materiales excavados empleados para el relleno debería ser el menor de los siguientes:

  • 300 mm
  • El espesor del relleno inicial, es decir, la capa de material de relleno que se encuentra inmediatamente por encima de la coronación de la tubería.
  • La mitad del espesor de la capa de compactación, siendo este el espesor de cada nueva capa de material de relleno previo a su compactación.

El tamaño máximo puede reducirse dependiendo de las condiciones del suelo, agua subterránea y los materiales de la tubería. Para zonas rocosas se pueden especificar unas condiciones especiales.

Una vez que el material de relleno se coloca alrededor del tubo y se compacta adecuadamente, el resto del relleno es colocado y compactado para prevenir asientos de la superficie. Existen diferentes tipos de equipos de compactación que se elegirán en función de los suelos disponibles. La pala mecánica de ruedas es la adecuada para arcillas cohesivas o sedimentos, y no es adecuado para suelos granulares. Los rodillos de llantas de goma, los cuales proporcionan peso estático y acción de amasado, son efectivos para muchos suelos. Los rodillos vibratorios, son efectivos para materiales granulares.


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No se debe trabajar con maquinaria pesada sobre el tubo hasta que el relleno esté adecuadamente colocado y existan, al menos, 80 cm. de cobertura de tierras sobre la clave (excepto cuando el tubo esté dimensionado para ello). El material de relleno deberá ser compactable y no deber contener grandes piedras, guijarros, terrones helados u otros materiales desaconsejables. El relleno deberá ser colocado y compactado en capas según las especificaciones.

Si el tubo no está debajo de una carretera, camino u otra estructura propuesta, y el asentamiento posible de la superficie no es crítica, se pueden usar métodos de inundación o de chorros de agua a presión para compactar el material de relleno. El sistema de la inundación de agua y el chorro a presión están limitados sólo para casos excepcionales, para compactar suelos suficientemente permeables para distribuir el exceso de agua y no deberán ser usados con suelos cohesivos. La zanja, después de alcanzar la saturación bajará de 15 a 45 cm. Después de la saturación inicial y el asentamiento, se impulsa el agua al relleno, a la profundidad del tubo en intervalos que varían de 8 a 16 cm. Este proceso es repetido hasta que la profundidad completa del material de relleno queda compactada.


Desmontaje del entibado

Según se indica en la norma UNE-EN 1.610, el desmontaje incorrecto del entibado puede influir negativamente en la capacidad portante del terreno y, por ello, habrá que prestarle la suficiente atención. El desmontaje del entibado será llevado a cabo progresivamente durante la colocación del relleno envolvente.

La eliminación del entibado, a un nivel por debajo del relleno envolvente, después de que el relleno principal esté colocado, puede acarrear serias consecuencias para la carga portante y la alineación y profundidad de la tubería.

En aquellas zonas en las que no se pueda hacer el desmontaje del entibado antes de completar el relleno envolvente, se deben tomar medidas especiales si fuera necesario:

  • Especial diseño estructural.
  • Dejar partes del entibado en el suelo.
  • Selección especial del material de suelo.


Indicaciones prácticas para la compactación

Una vez extendido el material, y con su humedad correcta, se procede a su compactación. Esta operación debe hacerse de forma ordenada, controlando bien el número de pases y su distribución homogénea. A continuación exponemos algunas reglas a tener en cuenta.


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En el caso de zanja terraplenada o zanja inducida en terraplén, debe empezarse dando el primer pase por los bordes del terraplén, y así se consigue después un efecto de "confinamiento que ayuda a la compactación".

Debido a que en todas las máquinas de compactación se consigue mayor eficacia bajo el plano central de la misma que en los laterales, debe darse cierto solape entre cada pase y el contiguo. Con ello se uniformiza la compactación.

Muchas máquinas de compactación pueden trabajar tanto marcha atrás como hacia delante; con ello se evitan maniobras que, además de ocasionar pérdidas de tiempo, levantan la capa superior del terraplén o zanja al arrastrar el material en los virajes.

En los bordes de los terraplenes siempre queda una cuña sin compactar en forma debida. Esto hay que tenerlo en cuenta para dar un pequeño sobre-ancho sobre la zona que necesita la compactación correcta. Según sea el tipo de construcción, puede dejarse este sobre-ancho o bien eliminarle después de terminado el terraplenado.


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A veces es preciso compactar la superficie inclinada de los taludes laterales del terraplén. Para ello se dispone el compactador trabajando en la línea de máxima pendiente, y colgado del cable de un cabrestante montado sobre una grúa o tractor que camine por la coronación del terraplén.

Debe procurarse utilizar un solo tipo de compactador, pues con ello se simplifica mucho el control. Sin embargo hay casos en que se deben utilizar. Por ejemplo:

  • Para sellar la capa superior al final de cada jornada, cuando se utilizan compactadores de huellas profundas y se teme que pueda llover durante la noche.
  • Para compactar la capa final del terraplén, cuando se empleen compactadores de efecto en profundidad.

En ambos casos pueden utilizarse compactadores de neumáticos o de cilindros lisos para las últimas pasadas.

En el caso de tener arenas muy limpias como relleno de la zanja, es posible conseguir grados de compactación elevados, con un Proctor del orden de 90 al 95, por la simple acción de un vibrador interno. Para ello es conveniente que la arena contenga mucha agua; varios puntos sobre el Proctor óptimo. Se emplean vibradores de aguja análogos a los utilizados para el hormigón.

Este procedimiento en muy interesante para rellenos localizados alrededor de las tuberías de drenaje, en cuyas proximidades no pueden trabajar las máquinas corrientes de compactación de terraplenes. En estas aplicaciones hay que asegurarse que la arena quede en un recinto cerrado por el resto de la zanja, de modo que no se pueda perder la arena por arrastres.


Precauciones especiales con la maquinaria de movimiento de tierras y compactación

Uno de los problemas que pueden aparecen durante el proceso de instalación de tuberías de saneamiento radica en la posible rotura de las mismas a consecuencia del paso de maquinaria pesada por la vertical de los tubos. Esto es debido a que la instalación proyectada no está pensada para soportar las grandes cargas que provoca esta maquinaria pesada.

Este problema tiene una fácil solución mediante el establecimiento de rutas marcadas para la maquinaria pesada, que impida que se pase por encima de los tubos y pueda romperlos.

Otro aspecto a considerar es el de las cargas debidas a compactadores y su repercusión sobre los tubos. La evaluación de las cargas de compactación se desarrolla en el apartado 4.5.3.1.


Indicaciones prácticas para la compactación


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Según el estado del suelo, los valores indicativos de esta tabla pueden ser modificados. Los valores reales no pueden ser determinado a través de ensayos de asentamiento. La altura mínima de recubrimiento del conducto (medidas después del asentamiento) se determinan para la mayor altura de terraplén mayorada la altura de 0,3 m de la zona de colocación del colector; entonces en la utilización de aparatos medianos y pesados, la altura mayor de terraplén será mayorada con menos de 1 m.


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