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Sistemas de entibación. Metodología y nuevo programa de cálculo

Javier Díaz Echevarría

Director General Alpi Sistemas, SL

alpi-sistemas@retemail.es

Concepto de entibación

Introducción al concepto de entibación

Previo: En los trabajos llevados a cabo en zanjas se producen con frecuencia accidentes graves o mortales a causa del desprendimiento de tierras. Por ello es necesario adoptar aquellas medidas que garanticen la seguridad de los trabajadores que tienen que llevar a cabo labores en el interior de las mismas.

Definición: Un sistema de entibación de zanjas es un conjunto de componentes prefabricados destinados a sostener las paredes verticales de las zanjas.

Objetivo: Los sistemas de entibación de zanjas tienen por objeto asegurar la estabilidad de las paredes verticales de la zanja y proteger a los trabajadores del derrumbamiento de las mismas.

Utilización: A modo podemos decir que la entibación se va a utilizar en las zanjas de poca o media profundidad destinadas a la colocación de tuberías fundamentalmente, no obstante también puede usarse en excavaciones de plantas elevadoras o de cámaras profundas.

Normativa: La normativa vigente en la actualidad, exige la entibación de zanjas de más de 1,32 m de profundidad.

De un modo más particular asociamos la entibación a los siguientes casos:

Excavaciones en suelos no cohesivos, como por ejemplo arenas, granulares no cohesivos, rellenos, y en suelos cohesivos con agua.

Excavaciones de mediana o gran profundidad en todo tipo de suelos.

Excavaciones en zonas urbanas con pavimentos. Alternativa al talud, que conlleva una mayor superficie de pavimento estropeada con el consecuente aumento de costes que esto acarrea.

Tuberías cercanas o cruzantes de ríos, zonas pantanosas o zonas con grandes cambios de composición en el terreno.

Ventajas:

Prevención de accidentes. Aseguramiento de costos. Cumplimiento de plazos.

Las dos últimas permiten dotar de una elevada cadencia a los proyectos de instalación de tuberías. Se evitan en gran medida los intangibles, que acompañan a una obra, asegurándose los plazos y costes presupuestados.

Normativas de seguridad y de entibación.

En lo relativo a seguridad seguiremos las especificaciones de la NTP 278: Zanjas: prevención del desprendimiento de tierras. Esta NTP contempla la excavación de zanjas realizadas con medios manuales o mecánicos que cumplan las siguientes características:

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Anchura > 2 m. Profundidad < 7 m. Nivel freático inferior a la profundidad o rebajado. No se incluyen los terrenos rocosos ni blandos o expansivos. Con carácter general se deberá considerar peligrosa toda excavación que, en terrenos corrientes, alcance una profundidad de 0,80 m y 1,30 m en terrenos consistentes. En cuanto al análisis y cálculo de los sistemas de entibación se seguirán las especificaciones de las normas Sistemas de entibación de zanjas UNE-EN 13331-1 y UNE-EN 13331-2. La parte 1, “Especificaciones del producto” se encarga de definir los materiales y establecer las especificaciones para la fabricación de los sistemas de entibación de zanjas. La parte 2, “Evaluación por cálculo o por ensayo”, se encarga de establecer los métodos de cálculo tanto por evaluación como por ensayo para la fabricación de los sistemas de entibación de zanjas.

Factores que determinan la entibación.

Terreno: Empuje del terreno, función de la profundidad de zanja. Naturaleza del suelo. Nivel freático. Sobrecargas del terreno, por tráfico o cimentaciones.

Tubería: Diámetro exterior del tubo, proporciona la longitud y el número de los codales. Longitud del tubo, determina la longitud de entibación. Dimensiones de la Zanja: profundidad y anchura.

Tipos de entibación.

Talud: Para los suelos finos y granulares cohesivos donde se excava a poca profundidad, en estos no es necesaria la entibación y bastará con la aplicación de los taludes adecuados.

Madera: La entibación tradicional, en desuso en la actualidad.

Tablestaca: La alternativa en unos casos o compatible en otros a la entibación.

Entibación metálica. La de mayor uso en la actualidad. Tipos de entibación metálica:

Sistema de cajones. (M-78 y Extra-KT) Profundidades medias de 3 a 6 metros.

Sistemas con guías deslizantes. (Entibación lineal) Profundidades de 3 a más de 10 metros. Puede ser sistema simple o doble. Este último es de dos paneles, interior y exterior, y es el que permite alcanzar las mayores profundidades.

Máquinas Entibadoras: Son entibadoras automáticas, muy útiles en casco urbano, donde puede haber problemas de maniobralidad de los elementos grúa, necesarios para colocar y mover los módulos normales fijos de sistemas de entibación metálica

Bocas de acceso a pozos y cámaras de apoyo: Son cajas de entibación, usa también el sistema de guías deslizantes.

Parámetros técnicos de obra

Introducción

Definición:

Los parámetros técnicos de obra son una serie de valores fijos capaces de definir un proyecto de entibación por sí mismos.

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Funcionalidad:

Su función es la de, a partir de sus valores, definir las características de la obra en estudio. A partir de entonces, mediante la comparación directa o indirecta con las características fisicotécnicas de los sistemas de entibación, permitirán también de terminar los sistemas de entibación adecuados.

Tipología:

Los parámetros serán de tres tipologías distintas:

Parámetros de tipo numérico: serán números decimales, mayores o iguales a cero

Parámetros del tipo booleano: parámetros de decisión, si o no, verdadero o falso.

Parámetros de tipo cadena de texto: texto que permita definir una característica o tipología concreta, como pueden ser el tipo de suelo o el tipo de agente de aportación de agua.

Además los parámetros van a poder diferenciarse según sean de introducción obligatoria o no, para definir mínimamente el proyecto de entibación y permitir la ejecución del programa de elección de sistema de entibación.

Clasificación:

Para clasificarlos, los agruparemos dentro de lo que llamaremos, campos de influencia, estos campos son los que influyen en la elección del sistema de entibación. Además estos campos son los que van a definir luego los nombres de las ventanas del programa donde se introducirán los parámetros de obra. Veamos en primer lugar los campos, en los que vamos a agrupar los parámetros técnicos de obra:

Dimensiones de la Zanja:

Dentro de este campo aparecen agrupados todos aquellos parámetros de obra que tengan relación con las dimensiones físicas de la zanja en cuestión, como puedan ser profundidad, anchura, longitud de zanja, etc...

Características del Terreno:

Dentro de este campo aparecen agrupados todos aquellos parámetros de obra que tengan relación con las características y propiedades del terreno donde se produce la zanja. Así se definirá la tipología del terreno y toda una serie de propiedades de carácter técnico, a partir de las cuales se podrá calcular la presión de empuje que ejerce el terreno sobre la entibación.

Material a Introducir en Zanja:

Dentro de este campo aparecen agrupados todos aquellos parámetros de obra que tengan relación con los trabajos de introducción de material que se realizarán dentro de la zanja. Se distingue entre los dos tipos siguientes de trabajo:

Introducción de Tubería:

Se da cuando los trabajo en el interior de la zanja tienen como objetivo la introducción de una tubería, de cualquier material, pero introducida desde el exterior de la zanja. Pudiendo ser esta de tipo circular o rectangular. En cualquier caso a partir de sus dimensiones máximas, se van a acotar los parámetros de obra con los que definir el tipo de proyecto y elegir luego el sistema de entibación adecuado, de manera que permita la correcta introducción y colocación de la tubería en el interior de la zanja.

Hormigo nado In-Situ:

Se produce, cuando en la zanja se realiza una canalización In-Situ, a partir de hormigón. A partir de las dimensiones máximas de la canalización, se van a acotar los parámetros de obra con los que definir el tipo de proyecto y elegir luego el sistema de entibación adecuado, de manera que permita el correcto vertido, encofrado y cuajado del hormigón en el interior de la zanja.

Sobrecargas:

Dentro de este campo se van a tener en cuenta las distintas sobrecargas existentes en el terreno y los parámetros necesarios para definirlas. Así, se tendrán en cuenta la existencia de estas sobrecargas a la hora de calcular la presión de empuje ejercida por el terreno sobre la entibación. Se distinguen los siguientes tipos de sobrecargas:

Sobrecargas de Tráfico:

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Se produce cuando en las proximidades de la zanja aparece tráfico fluido, que puede ser el típico de la obra, automovilístico por la presencia de una carretera, de tipo vial cuando hay calles en las proximidades o incluso de tipo ferroviario.

Van a ocasionar una sobrecarga adicional, de tipo lineal sobre la superficie del terreno, que va a propiciar un aumento de la presión de empuje del terreno sobre la entibación.

Sobrecargas de Edificación:

Se produce cuando en las proximidades de la zanja existe algún tipo de edificación, con sus zapatas bajo tierra.

Las zapatas van a suponer sobrecarga adicional, que podrá ser de tipo lineal o puntual, sobre el terreno que va a propiciar un aumento de la presión de empuje del terreno sobre la entibación.

Sobrecargas de Talud:

Se produce, en algunas ocasiones, cuando se trata de proporcionar una estabilidad adicional al terreno, realizando un talud en la parte superior del terreno. En otras ocasiones, lo que se busca es acondicionar la zanja para poder introducir la entibación a una mayor profundidad, considerando la profundidad de la zanja, como la distancia entre la base del talud y el fondo de la zanja. De esta manera, se “quita” la profundidad de cresta a fondo del talud.

En principio, siempre que el talud sea lo suficientemente pequeño para considerar la profundidad únicamente desde la base de talud al borde de zanja, va a ser una sobrecarga menor que cero, que proporcionará mayor estabilidad al terreno, haciendo disminuir la presión de empuje del terreno sobre la entibación.

Sobrecargas de Nivel Freático:

Se produce cuando la línea de nivel freático aparece antes de llegar al fondo de zanja. Esto será debido, a ubicarse el proyecto de entibación en una zona con un río, lago o mar en sus proximidades.

De esta manera, habrá que tenerse en cuenta que la entibación estará sujetando un terreno que se encuentra parcial o totalmente anegado de agua, con el consiguiente aumento de las presiones que esto ocasiona. Así va a ocasionar una sobrecarga adicional sobre el terreno, que va a propiciar un aumento de la presión de empuje del terreno sobre la entibación.

Debido al gran aumento de presión que esta sobrecarga acarrea, en la mayoría de ocasiones, su presencia va a exigir el uso de equipos de agotamiento de nivel freático, tanto para la zanja como para las proximidades, que permitan el drenado del terreno.

Contexto del Proyecto:

Dentro de este campo aparecen agrupados todos aquellos parámetros de obra que tengan relación con elementos del contexto de la ubicación del proyecto de entibación y que vayan a ocasionar la utilización de unos equipos determinados de entibación.

Vamos a diferenciar dos casos:

Conducciones Cruzantes:

Se trata del caso de existencia de conducciones que cruzan transversalmente la zanja. Debido a que los paneles laterales de los sistemas de entibación son sólidos continuos, en caso de existencia de estas conducciones ha de recurrirse a un sistema de estibación especial, el sistema mixto, que permite sustituir en algunos módulos, los paneles por tablestacas que si van a permitir a las conducciones pasar a través de ellas y cruzar la zanja.

Agentes de Aguas:

Se producen cuando en el contexto del proyecto de entibación de zanjas, aparecen en sus cercanías agentes de aportación de aguas como pueden ser ríos, lagos o el mar. Estos agentes, alertarán, según su cercanía a la zanja, de la presencia de nivel freático por encima del fondo de zanja.

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Listado de Parámetros Técnicos de Obra:

A continuación vamos a realizar una definición individual de todos y cada uno de los parámetros técnicos de obra, agrupados en los campos de influencia.

Dimensiones de la Zanja:

Parámetros de introducción obligatoria:

Profundidad de zanja – P (m): el parámetro define la profundidad de la zanja a entibar.

Anchura de zanja – A (m): el parámetro define la anchura total de la zanja a entibar.

Longitud Total de entibación – Lt (ml): el parámetro define la longitud total de la zanja u zanjas a entibar, dentro del proyecto concreto de ejecución de la obra. Va a permitir, el posterior cálculo de las unidades totales de entibación necesarias para la ejecución del proyecto

Rendimiento Diario Entibación – η(ml/día): el parámetro define la longitud total diaria de la zanja u zanjas a entibar, dentro del proyecto concreto de ejecución de la obra. Va a permitir, el posterior cálculo de las unidades totales de entibación necesarias para la ejecución del proyecto.

Parámetros de introducción opcional:

Anchura Libre Interior – ALI (m): el parámetro define la anchura interior necesaria dentro de la zanja a entibar. El parámetro, ALI, se define como la distancia, entre las caras internas de los paneles interiores de la entibación.

Altura Libre Interior – HLI (m): el parámetro define la anchura interior necesaria dentro de la zanja a entibar. El parámetro, ALI, se define como la distancia, entre las caras internas de los paneles interiores de la entibación.

Longitud Libre Interior – LLI (m): el parámetro define la anchura interior necesaria dentro de la zanja a entibar. El parámetro, ALI, se define como la distancia, entre las caras internas de los paneles interiores de la entibación.

Cierres Laterales (Individual – Doble): este parámetro, va a permitir definir si la entibación ha utilizar para la ejecución del proyecto, es cerrada o no. Además, diferencia entre si el cierre es por un único lado de la entibación o si lo es por ambos lados.

Características del Terreno:

Parámetros de introducción obligatoria:

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Tipo de Terreno: el parámetro define la tipología básica del terreno, eligiendo una de las dos posibilidades en las que se han clasificado los tipos de terreno en general. Los dos tipos de terreno de los que se puede elegir son:

1. Cohesivo (arcillas - limos)

2. No Cohesivos (arenas - gravas)

3. Terreno estratificado /doble estrato)

Profundidad Cambio Estrato (m): este parámetro aparece como de introducción obligatoria, una vez que ha sido seleccionada la opción de terreno estratificado. El parámetro indica la profundidad a la que se pasa de un estrato a otro.

Parámetros de introducción opcional:

Definición de características del terreno:

Densidad Terreno - γ (kN/m3): es un valor característico del terreno sobre el cual se lleva a cabo el proyecto de entibación.

Angulo Rozamiento Terreno - φ (º): es un valor característico del terreno sobre el cual se lleva a cabo el proyecto de entibación.

Cohesión – c (kN/m3): es un valor característico de los terrenos cohesivos (arcillas y limos). Para terrenos de tipo no cohesivo, toma como valor cero.

Definición avanzada de características del terreno:

Densidad Aparente – γa (kN/m3): es un valor característico del terreno sobre el cual se lleva a cabo el proyecto de entibación. Da los valores de densidad del terreno a utilizar en el caso de presencia de nivel freático.

Densidad Sumergida – γs (kN/m3): es un valor característico del terreno sobre el cual se lleva a cabo el proyecto de entibación. Informa sobre la densidad de un terreno sumergido por el agua.

Angulo Rozamiento pared _terreno - δ (º): es un valor característico del terreno sobre el cual se lleva a cabo el proyecto de entibación y del material que se va a introducir en la zanja. En este caso se trata de paneles de entibación metálicos, más concretamente de acero.

Coeficiente empuje Activo – Ka: se trata de un coeficiente adimensional característico del terreno sobre el cual se lleva a cabo el proyecto de entibación. Relaciona la masa de volumen de terreno que presiona la entibación con el empuje lateral que este terreno le ejerce.

Material a Introducir en Zanja:

Introducción de Tubería Circular:

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Diámetro Exterior - Φ (mm): el parámetro nos permite dimensionar la tubería, de manera que podamos calcular, tanto la anchura libre interior (ALI), como la altura libre interior (HLI) necesarias.

Introducción de Tubería Rectangular:

Altura – Ht (mm): el parámetro nos permite dimensionar la tubería, de manera que podamos calcular la altura libre interior (HLI) necesaria.

Anchura – At (mm): el parámetro nos permite dimensionar la tubería, de manera que podamos calcular la anchura libre interior (ALI) necesaria.

Trabajos de Hormigonado In-Situ:

Altura – Hh (mm): el parámetro nos permite dimensionar el proyecto de Hormigonado In-Situ, de manera que podamos calcular la altura libre interior (HLI) necesaria.

Anchura – Ah (mm): el parámetro nos permite dimensionar el proyecto de Hormigonado In-Situ, de manera que podamos calcular la anchura libre interior (ALI) necesaria.

Espesor – e (mm): el parámetro nos permite dimensionar el proyecto de Hormigonado In-Situ, de manera que podamos calcular, tanto la anchura libre interior (ALI), como la altura libre interior (HLI) necesarias.

Rendimiento Diario – η (ml/día): el parámetro nos permite calcular el número de módulos de entibación que van a ser necesarios para ejecutar el proyecto de Hormigonado In-Situ.

Debido a la necesidad del hormigón, de permanecer al menos durante un día de cuajado, es necesario utilizar el doble de metros lineales necesarios, que el rendimiento diario que se quiera llevar. Así para llevar un rendimiento de 20 ml/día, será necesario disponer de 40 ml de entibación.

Sobrecargas:

Sobrecarga de Tráfico:

En el caso de que en el proyecto de entibación tengamos tráfico en las proximidades de la zanja, hemos de notificar la existencia de sobrecarga de tráfico.

A continuación se procede a introducir los valores de los siguientes parámetros, que definirán la sobrecarga de tráfico:

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Sobrecarga Tráfico.

Valor Sobrecarga de Tráfico – Str (kN/m2): el parámetro nos permite introducir el valor de la carga lineal que ejerce la zapata sobre el terreno.

Distancia a Zanja – Dst (m): el parámetro marca la distancia entre el comienzo de la vía de tráfico y el borde de la zanja más cercano.

Tipo de Tráfico: parámetro que permitirá conocer el tipo de tráfico que genera la sobrecarga de tráfico. El parámetro será uno de los de la lista de tipos de tráfico, que esta formada por los siguientes valores: Tráfico Peatonal, Tráfico Automovilístico y Tráfico Ferroviario.

Sobrecarga de Edificación:

En el caso de que en el proyecto de entibación tengamos edificios en las proximidades de la zanja, hemos de notificar la existencia de sobrecarga de edificación.

A continuación se procede a introducir los valores de los siguientes parámetros, que definirán la sobrecarga de edificación:

Sobrecarga Edificación

Valor Sobrecarga Puntual de Edificación - QkN (kN): el parámetro nos permite introducir el valor de la carga puntual que ejerce la zapata sobre el terreno.

Valor Sobrecarga Lineal de Edificación - QkNm (kN/m): el parámetro nos permite introducir el valor de la carga lineal que ejerce la zapata sobre el terreno.

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Características de la zapata: Distancia a Zanja – Dz (m): el parámetro acota la distancia entre la zapata o el borde del edificio y el borde de la zanja más cercano. Permite evaluar el grado de importancia de la sobrecarga de edificación

Características de la zapata: Profundidad – Pz (m): el parámetro acota la distancia entre la zapata y el suelo. Permite evaluar el grado de importancia de la sobrecarga de edificación.

Características de la zapata: Sección – Z1 (mm): el parámetro acota en uno de los lados de la sección de la zapata.

Características de la zapata: Sección – Z2 (mm): el parámetro acota en uno de los lados de la sección de la zapata.

Sobrecarga de Talud:

En el caso de que en el proyecto de entibación aparezca un talud, entre la horizontal del terreno y la zanja donde se va a introducir la entibación, hemos de notificar la existencia de sobrecarga de talud.

A continuación se van introducir los valores de los siguientes parámetros, que definirán la Sobrecarga de Talud:

Sobrecarga Talud.

Valor Sobrecarga de Talud – Sta(kN/m2): el parámetro nos permite introducir el valor de la Sobrecarga de Talud.

Definición del Talud: Distancia a Zanja – Dta (m): el parámetro acota la distancia entre el borde donde del talud situado a la misma cota que la entibación y el borde de la zanja. Permite evaluar el grado de importancia de la sobrecarga de talud.

Definición del Talud: Altura Talud – Ata (m): el parámetro da la diferencia de cotas entre los dos extremos del talud. Permite definir el Talud.

Definición del Talud: Angulo Talud – β (º): el parámetro acota el ángulo del talud. Es el parámetro básico dentro de la definición del Talud.

Sobrecarga de Nivel Freático:

En el caso de que en el proyecto de entibación tengamos tráfico en las proximidades de la zanja, hemos de notificar la existencia de sobrecarga de nivel freático.

A continuación se van introducir los valores de los siguientes parámetros, que definirán la sobrecarga de nivel freático:

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Sobrecarga Nivel Freático.

Profundidad de Nivel Freático – Pnf (m): el parámetro acota la distancia entre la superficie del suelo y la línea delimitadora de la presencia de nivel freático en la zanja, de esta manera permite valorar la presencia de sobrecargas de nivel freático dentro de los cálculos de empujes del terreno soportados por la entibación.

Contexto del Proyecto:

Conducciones Cruzantes:

Se han de introducir los siguientes parámetros, acotados en la figura que se muestra a continuación:

Tubería transversal a la zanja Tubería paralela a la zanja

Tipo de Conducción: el parámetro permite definir el tipo de conducción que aparece en el contexto del proyecto de entibación de la zanja. Permite seleccionar entre las opciones de Paralelo a la zanja y Transversal a la zanja.

Número: el parámetro nos permite cuantificar el número de conducciones que cruzan la zanja. Así permitirá realizar una estimación del número de módulos mixtos de tablestacado necesarios.

Profundidad - P (m): el parámetro fija la profundidad a la que se encuentra el centro de la tubería que cruza la zanja, de esta manera y junto al parámetro Diámetro Exterior de la tubería nos permite acotar en dirección vertical la conducción cruzante. Así podremos, evaluar el tipo de módulo mixto de tablestacado necesario para la entibación de la zanja.

Diámetro Exterior - Φ (mm): el parámetro nos permite dimensionar la tubería, de esta manera y junto al parámetro Profundidad de la tubería nos permite acotar en dirección vertical la conducción cruzante. Así podremos, evaluar el tipo de módulo mixto de tablestacado necesario para la entibación de la zanja.

Distancia Longitudinal – di (m): el parámetro acota la distancia entre los centros dos tuberías consecutivas que atraviesan transversalmente la zanja. De esta manera y junto al parámetro Diámetro Exterior de la tubería nos permite acotar en dirección longitudinal de zanja la conducción cruzante. Así podremos, evaluar el número de módulos mixtos de tablestacado necesarios para la entibación de la zanja.

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Agentes de Aguas:

Se han de introducir los siguientes parámetros, acotados en la figura que se muestra a continuación:

Agentes de Aguas. Nivel Freático.

Tipo de Agente: el parámetro permite tipificar el tipo de agente de agua que tenemos en las cercanías del proyecto de entibación de zanja.

Distancia a zanja (m): el parámetro fija la distancia entre el extremo del agente y el extremo de la zanja. De manera que permite calibrar la importancia de la influencia de la presencia del agente de agua en el proceso de entibación de la zanja.

Nivel Freático en Zanja – NF: el parámetro determina la presencia de nivel freático en la zanja, de esta manera permite tener en cuenta la presencia de sobrecargas de nivel freático dentro de los cálculos de empujes del terreno soportados por la entibación.

Profundidad Freático – Pf (m): el parámetro acota la distancia entre la superficie del suelo y la línea delimitadora de la presencia de nivel freático en la zanja, de esta manera permite valorar la presencia de sobrecargas de nivel freático dentro de los cálculos de empujes del terreno soportados por la entibación.

Hoja de Toma de Datos:

Por último vamos a presentar una hoja de recogida de datos, que permita recoger los valores de los parámetros necesarios para definir un proyecto de entibación.

Esta Hoja de Toma de Datos, esta accesible desde los menús de la aplicación informática para la elección de un sistema de entibación, además también se puede descargar desde la página Web de Alpi Sistemas S.L.

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Sistemas de entibación

Introducción:

Definición: Los Sistemas de Entibación de zanjas, son los elementos que van a servir para asegurar la estabilidad vertical de las paredes de la zanja, permitiendo la mayor seguridad para los trabajos que se realicen en el interior de la zanja. Son sistemas de protección de zanjas.

Funcionalidad: Dentro del programa, los sistemas de entibación actúan como las salidas – “Output” del programa.

Tras la introducción de los Parámetros Técnicos de Obra, se realiza una comparación, entre estos y las características fisicotécnicas de los sistemas de entibación, que permite determinar los sistemas de entibación adecuados para el proyecto de entibación analizado.

Para conocer mejor estos sistemas, se recomienda consultar las Fichas Técnicas de Características de Sistemas de Entibación, que están disponibles, para su descarga en formato pdf, en la página Web de Alpi Sistemas: www.alpisistemas.com.

Clasificación:

Veamos una clasificación de los sistemas que se van a tener en cuenta durante la realización del programa.

Estos sistemas, coinciden con los sistemas distribuidos actualmente por la empresa Alpi Sistemas S.L, que permiten abarcar la mayoría de los proyectos de entibación de zanjas.

En esta clasificación, se proporcionaran, tanto una figura representativa del sistema, como las dimensiones físicas fundamentales:

Sistemas de Cajones.

Husillos laterales

M-78 M-78 con alzado

Profundidad máxima max. 4,00 m Longitud de panel 3,70 m Altura libre interior max. 1,45 m Altura cajón base 2,60 m Altura cajón alzado 1,32 m

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Husillos centrales

Extra kT Extra kT con alzado

Profundidad máxima max. 5,24 m Longitud de panel 2,92 m Altura libre interior (HLI) max. 1,45 m Altura cajón base 2,60 m Altura cajón alzado 1,32 m

Sistemas de Guías

Roll Box Sencillo

Profundidad máxima max. 3,35 m Longitud modular 3,84 m Altura libre interior (HLI) max. 1,51 m

Roll Box Doble

Profundidad máxima max. 4,65 m Longitud modular 4,00 m Altura libre interior (HLI) max. 1,51 m

Roll Box con Guía supletoria

Profundidad máxima max. 6,00 m Longitud modular 4,00 m Altura libre interior (HLI) max. 1,51 m

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Lineal Guía 6.13

Profundidad máxima max. 6,26 m Longitud modular (Li) 2,25 – 3,40 – 4,00 m Altura libre interior (HLI) 1,85 – 5,00 m

Lineal Guía con ventana

El sistema con Ventana, consiste en la introducción de dos vigas HEB-220, en ambos laterales de la entibación, de manera que se pueda quitar el carro móvil – husillo intermedio, aumentando así la altura libre interior (ALI) disponible. Se usa este sistema para los casos en que, para los trabajos que se van a realizar en la zanja, se necesite un mayor espacio. En particular, suele tratarse de casos de hormigonado In-Situ, aunque también pueden darse casos extremos, de introducción de tubería de gran diámetro.

Profundidad máxima max. 6,26 m Longitud modular (Li) 2,25 – 3,40 – 4,00 Altura libre interior (HLI) 1,85 – 6,13 m

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Lineal Guia 8.13

Profundidad máxima max. 8,26 m Longitud modular (Li) 2,25 – 2,96 - 3,40 – 4,00 Altura libre interior (HLI) 1,85 – 7,00 m

Lineal Guia 8.13 con ventana

El sistema con Ventana, consiste en la introducción de dos vigas HEB-220, en ambos laterales de la entibación, de manera que se pueda quitar el carro móvil – husillo intermedio, aumentando así la altura libre interior (ALI) disponible. Se usa este sistema para los casos en que, para los trabajos que se van a realizar en la zanja, se necesite un mayor espacio. En particular, suele tratarse de casos de hormigonado In-Situ, aunque también pueden darse casos extremos, de introducción de tubería de gran diámetro.

Profundidad máxima max. 8,26 m Longitud modular (Li) 2,25 – 2,96 - 3,40 – 4,00 Altura libre interior (HLI) 1,85 – 8,13 m

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Mixto con tablestacas

Profundidad variable Altura de guía 1,83 – 3,40 m Longitud panel guía 0,97 m

Fichas de Entibación:

Dentro del proyecto y encuadrado en el objetivo fundamental de este de crear una infraestructura de documentación técnica de la metodología de entibación, aparece la creación de las Fichas de Entibación.

Estas Fichas de Entibación, son una serie de documentos que describen los Sistemas de Entibación Comerciales con los que actúa el programa. Las Fichas, siguen el siguiente esquema, para definir los Sistemas de Entibación:

Definición del material. Breve descripción del sistema. Fotos equipo. Planos de autoCAD (3D). Listado de PVP (alquiler/venta). Parámetros técnicos. Resistencias mecánicas de los componentes del sistema de entibación. Dimensiones físicas (longitudes, anchuras, grosores, pesos, etc...) Rango de anchuras libres interiores. Rango de profundidades. Modulaciones de los paneles. Luz de paso libre. Ventana de HEB. Manual de uso del equipo. Montaje. Avance en obra. Extracción

Estos documentos, están disponibles en formato “pdf”, en la página Web de Alpi Sistemas S.L (www.alpisistemas.com) para su descarga gratuita. Además desde los menús del programa será también posible el acceso a los documentos.

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Relaciones entre parámetros técnicos de obra y características de los sistemas de entibación.

Nº Var Nº Input

Parámetros de obra Característica Sistema Entibación

Tabla base de datos

Unidades

1 1 Profundidad Altura entibación Dimensiones m

2 2 Anchura disponible Anchura exterior entibación

Dimensiones m

3 3 Anchura libre interior Anchura libre interior Dimensiones m

4 4 Altura libre interior Altura libre interior Dimensiones m

5 5 Longitud libre interior Longitud libre interior Dimensiones m

6 6 Longitud total entibada Nº modulos x Lmodular Dimensiones ml 7 7 η diario de entibación Nº modulos x Lmodular Dimensiones ml

8 Tipo terreno ® cohesivo ; arcillas

9 Tipo terreno ® no cohesivo ; arenas y gravas

10 Tipo terreno ® mixto ; no conocido

11 Sobrecargas edificación (valor)

12 Sobrecargas edificación (distancia a zanja)

13 Sobrecargas tráfico (valor)

14 Sobrecargas tráfico (distancia a zanja)

15 Talud (ángulo)

8 Subprograma Mecánica de Suelos. Empuje Terreno (kN/m2)

16 Nivel freático - Profundidad

Resistencia Máxima Empuje

Resistencias Mecánicas

kN/m2 ; kN

9 17 Nivel freático Sistema Guías Caracteristicas Booleanas

booleana

18 Hormigonado In Situ (altura o Фext) Altura libre interior Dimensiones m

19 Hormigonado In Situ (anchura o Фext) Anchura libre interior Dimensiones m

10 20 Hormigonado In Situ (η diario) 2 x Nº modulos x Lmodular

Dimensiones m

11 21 Hormigonado In Situ Sistema Guías Caracteristicas Booleanas

booleana

22 Cierres laterales Sistema Lineal Caracteristicas Booleanas

booleana

23 Conducciones cruzantes Sistema Lineal (Mixto con Tablestacas)

Caracteristicas Booleanas

booleana

24 Agentes relacionados con el agua Sistema Guías Caracteristicas Booleanas

booleana

Aplicación Informática para la Elección de Sistemas de Entibación

Resumen de la aplicación

Programa Informático de Elección de Sistemas de Entibación

Finalmente, se encuentra la parte fundamental de el proyecto, que es la realización de una aplicación informática que permita, introducidos unos datos de entrada que definan las características de la obra, obtener los sistemas de entibación adecuados, con sus características físico-técnicas, así como el cálculo de las cargas soportadas por los sistemas de entibación para el proyecto concreto de entibación.

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El programa, además actúa como vertebrador de los estudios realizados en la parte anterior, permitiendo el acceso durante su ejecución a toda la documentación técnica elaborada a cerca de los conceptos de entibación, sistemas de entibación y mecánica de suelos. De esta manera se pretende, conceder al programa una función educativa a cerca de un concepto tan desconocido como la entibación.

Descripción de la aplicación informática

El programa, en primer lugar, guía al usuario por una serie de ventanas a partir de las cuales este, va a realizar la introducción de los parámetros técnicos que definen la obra a analizar.

A continuación permite la elección del sistema de entibación adecuado, para ello realiza la comparación entre los parámetros técnicos y los rangos de utilización de los distintos equipos de entibación, que se encontrarán registrados en una base de datos. Para el caso de que exista más de una solución factible, se utilizará un criterio económico que permita proporcionar la solución óptima, además en este caso se proporciona un listado con todos los sistemas factibles.

Una vez elegido, el sistema, el programa permite obtener los resultados de las cargas estáticas soportadas por los sistemas de entibación adecuados, para el proyecto de entibación anteriormente definido.

Por último, esta la parte educativa del programa, permitiendo a través de sus menús el acceso a la documentación técnica de entibación.

Entrada (variables de entibación):

Van a ser una serie de variables definidas para cada obra en particular. Van a ser las variables a partir de las cuales se organizará todo el esqueleto de comparaciones del programa. Pueden ser variables numéricas, como la profundidad de la zanja. O variables “binarias” o “booleanas”, como la existencia de tuberías internas que crucen la zanja, donde la variable será “si o no” o “verdadero o falso”.

A continuación se presenta un listado con las variables que, en principio, han de valorarse. Serían 18 variables (input) en total:

1 Profundidad m

2 Anchura disponible m

3 Anchura libre interior m

4 Altura libre interior m

5

Tubería

Longitud libre interior m

6 Longitud Entibación (η) ml

7 cohesivo: arcillas

8 no cohesivo: arenas y gravas

9 mixto

empuje kN/m2

10

Terreno

Nivel freático si/no ; m

11 Sobrecargas Edificaciones kN/m

12 Sobrecargas

Sobrecargas Tráfico kN/m

13 Anchura in-situ m

14 Altura in-situ m

15

In-situ

Longitud (Rdto) ml

16 Conducciones cruzantes si/no ; tipo ;m

17 Agentes rel. con el agua si/no ; tipo ;m

18

Contexto

Taludes si/no ; tipo ;m

Salida (sistemas de entibación):

El programa a de proporcionar el sistema de entibación más adecuado para la realización de la obra. Pueden darse casos en los que se de más de una solución factible, en estos casos el programa proporciona la solución óptima, atendiendo a motivos económicos. Además proporciona el listado de todas las soluciones técnicas posibles. La forma de presentar esta solución mediante una ficha detallada de este equipo de entibación es objeto de este proyecto, pero a la hora de programar, como es lógico, no es relevante.

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Por otra parte se presentan los resultados numéricos de las cargas estáticas soportadas por los sistemas de entibación, así como la formulación y los diagramas utilizados.

El número de equipos de entibación (output) sería de cuatro equipos con diferentes disposiciones que nos llevan a un total de 16 soluciones posibles si se tiene en cuenta el material disponible en Alpi Sistemas S.L.

Equipos M – 78 Extra – kT Sistema Lineal

Roll–Box TOTAL

Soluciones 2 3 9 2 16

Output (Cargas Soportadas por la entibación):

El programa, además de facilitar el sistema de entibación más adecuado para la obra, realiza una estimación de las cargas que soporta la entibación. El programa obtiene los siguientes valores de cargas estáticas:

e (kN/m2): empuje del terreno sobre los paneles de entibación.

Ni (kN/m): fuerzas de tracción/compresión sobre los husillos transversales del sistema de entibación.

Mediante el menú Inicio del programa, y dentro del submenú de documentación se puede entrar al resumen de la teoría de mecánica de suelos utilizada para el cálculo de cargas en la entibación.

Modelo de programación para la elección de sistema de entibación:

Opción básica para la elección de entibación: Ajustar los parámetros de entrada a la aplicación a las características técnicas de las entibaciones existentes en el mercado. Programación por un método de minimización del error. Así se obtendrá la entibación que más se ajuste a las características de la obra.

La idea es construir un programa que registre los parámetros técnicos que definen la obra, para a continuación, compararlos con los parámetros de características físico - técnicas de los sistemas de entibación, registrados en una base de datos, por medio de una consulta que obtenga como respuesta un listado de los equipos factibles de ser solución para el proyecto de entibación definido. Se obtiene además la solución optima atendiendo a criterios económicos.

Dentro del programa sería necesario introducir un subprograma de cálculo:

Subprograma de mecánica de suelos: este ha de encargarse de calcular los empujes que realiza el suelo según los datos de entrada de profundidad y tipos de suelo.

Estructura del Programa:

El desarrollo del programa va a dividirse en el estudio de tres módulos claves que son:

Establecimiento y control de los parámetros técnicos derivados de una determinada obra que definen la entibación necesaria. “Input” del programa.

Estudio de las características técnicas y físicas de los sistemas de entibación disponibles. Creación de las fichas de entibación. “Output” del programa.

Estudio de las teorías de la Mecánica de Suelos, para establecer la formulación de las cargas soportadas por los sistemas de entibación.

Esqueleto informático del programa.

Definir el sistema de relaciones y ligaduras entre parámetros técnicos y sistemas de entibación.

Implementación informática. Parte técnica.

Vamos a marcar ahora algunas de las pautas a desarrollar dentro del estudio de cada uno de estos bloques:

Establecimiento y control de los parámetros técnicos derivados de una determinada obra que definen la entibación necesaria. Input del programa.

Listado de parámetros.

Parámetro/s del sistema de entibación en que influyen, además del modo y grado de influencia.

Estandarización de una hoja de toma de datos; incluirla en WebPage, permitiendo su descarga.

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Estudio de las características técnicas y físicas de los sistemas de entibación disponibles. Creación de las fichas de entibación. Output del programa.

Estudio de los sistemas de entibación disponibles (Alpi Sistemas; E&S). Análisis de las características físicas, técnicas y económicas.

Registro de la información analizada, sistema organizativo por fichas. Sistema que sirve además de para organizar mejor la información disponible, para estandarizar un procedimiento de presentación de ofertas más completo y para ampliar la información disponible en la Webpage.

Parte educativa: manuales de uso de los sistemas de entibación.

Estudio de normativas. NTP 278; NTE; UNE-EN 13331-1/2.

Análisis de los sistemas de Entibación. Sistema de organización por Fichas:

Definición del material. Breve descripción del sistema. Fotos equipo. Planos de autoCAD (3D). Listado de PVP (alquiler/venta). Parámetros técnicos. Resistencias mecánicas de los componentes del sistema de entibación. Dimensiones físicas (longitudes, anchuras, grosores, pesos, etc...) Rango de anchuras libres interiores. Rango de profundidades. Modulaciones de los paneles. Luz de paso libre. Ventana de HEB. Manual de uso del equipo. Montaje. Avance en obra. Extracción

Estudio de las teorías de la Mecánica de Suelos, para establecer la formulación de las cargas soportadas por los sistemas de entibación.

Fórmulas y diagramas de las cargas de empuje realizadas por el terreno sobre los sistemas de entibación.

Fórmulas y diagramas de las cargas de tracción – compresión que soportan los husillos de los sistemas de entibación.

Parámetros Técnicos de Obra, necesarios para definir las fórmulas de cálculo de las cargas soportadas por la entibación.

Influencia de los tipos de terreno, cohesivos y no cohesivos.

Tipos de sobrecargas.

Esqueleto informático del programa.

Definir el sistema de relaciones y ligaduras entre parámetros técnicos y sistemas de entibación. Esqueleto del programa.

Identificar las relaciones y ligaduras. Cuales son, tipo de relación, rangos de utilización.

Implementación informática:

Creación de la base de datos con las características físico – técnicas de los sistemas de entibación.

Creación de las Ventanas Gráficas del programa con Visual Basic.

Implementar las variables de programación. Implementar la selección de la base de datos para la elección del sistema de entibación adecuado. Implementar las formulaciones para el cálculo de cargas. Implementar los accesos a la documentación técnica.

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Implementar el acceso a las ventanas de resultados.

Lenguaje de programación

La aplicación informática, ha sido programada mediante el lenguaje de programación, Visual Basic.NET. Por su parte, la base de datos, con la que opera el programa, esta construida mediante Access.

Entorno operativo

La aplicación ha sido diseñada para su uso en el entorno Windows.

DIAGRAMA DE FLUJO

Flujo del Programa

Vamos a describir lo que sería el flujo normal de utilización de la aplicación informática. Para ello haremos un desglose, paso por paso, desde la carga del programa, hasta completar una iteración del programa y presentar sus resultados:

Paso 0: pinchar sobre el archivo ejecutable del programa, para cargarlo.

Paso 1: Ventana Password

Aparece la ventana password, en ella se indica el tipo de usuario, opción administrador o usuario, y la contraseña facilitada. A continuación se pincha aceptar, accediéndose a la ventana principal.

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Paso 2: Ventana Principal – Acceso a Introducción Parámetros Técnicos de Obra

Una vez estamos en la ventana principal, pinchamos sobre el botón Introducir Parámetros de Obra, de la ventana o del menú Inicio. Así se accede a las Ventanas de introducción de parámetros técnicos de obra.

Además podemos pinchar sobre los siguientes menús de la ventana

Menú Salir: Permite salir de la ejecución del programa. Antes de ello, nos preguntará si estamos conformes con la decisión de cerrar el programa.

Menú Inicio: Al ser pulsado da acceso a los siguientes submenús:

Submenú Presentación: presentación del programa

Submenú Anexos – Documentación - Enlaces: desde el que es posible acceder a las siguientes ventanas:

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Programa: información detallada a cerca del Programa.

Concepto de Entibación: información detallada a cerca del Concepto de Entibación.

Proveedores: información detallada de los Proveedores de Sistemas de Entibación alpi sistemas s.l y Emunds&Staudinger.

Sistemas de entibación: al pulsarlo se accede a una nueva ventana desde la que es posible acceder, a toda una serie de documentos, en formato pdf. En estos documentos, que reciben el nombre de Fichas de Entibación, se da una descripción detallada de los distintos sistemas de entibación que aparecen al ejecutar el programa.

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Documentación: Al pulsarlo se accede a una nueva ventana desde la que es posible acceder, a toda una serie de documentos, en formatos pdf y html. Los documentos son los siguientes:

Normativa NTP-278Zanjas Prevención del desprendimiento de Tierras.

Mecánica de Suelos. Cálculo de Cargas que soporta la Entibación:

Hoja de Toma de Datos:

Sistemas de Entibación: acceso a la ventana de Sistemas de Entibación.

Contacto alpi sistemas s.l: Al pulsarlo se lanza el correo Outlook con un mensaje de consulta de entibación dirigido a la dirección de correo electrónico de alpi sistemas s.l.

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Contacto Emunds&Staudinger: Al pulsarlo se lanza el correo Outlook con un mensaje de consulta de entibación dirigido a la dirección de correo electrónico de Emunds&Staudinger.

Submenú Introducir Datos – Parámetros de Obra: Su función es idéntica a la de pulsar sobre el botón Introducir Datos – Parámetros de Obra de la ventana principal.

Menú Resultados: Al ser pulsado da acceso a los siguientes dos submenús, a través de los cuales, se lanza la ejecución del cálculo de las cargas soportadas por el sistema de entibación elegido.

Submenú Sistema de Entibación Elegido: Cumple la misma función que el botón: Botón Elección de Sistema de Entibación.

Submenú Cargas Entibación - Mecánica de Suelos: Cumple la misma función que el botón: Botón Cálculo de Cargas Estáticas.

Menú Ayuda: Permite acceder a los documentos de ayuda para la ejecución del programa.

Paso 3: Secuencia de Ventanas de Introducción de Parámetros Técnicos de Obra – Registro de Parámetros Técnicos de Obra

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Se rellenan los datos mínimos obligatorios, de cada ventana y se pincha el botón de acceso a la siguiente ventana de la secuencia de introducción de parámetros de obra, indicada con su nombre en el texto incluido en el botón. Las Ventanas a rellenar son las siguientes:

Ventana Dimensiones de Zanja

Ventana Características del Terreno

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Ventana Material a Colocar en Zanja

Ventana Sobrecargas I: Sobrecargas de Tráfico y de Edificación

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Ventana Sobrecargas II: Sobrecargas de Talud y de Nivel Freático

Ventana Contexto del Proyecto.

En la última Ventana, la de Contexto del Proyecto se pincha sobre el botón siguiente, para finalizar con el proceso de introducción de parámetros técnicos de obra.

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Paso 4: Ventana Final de Introducción de Parámetros de Obra

La ventana indica que el proceso de introducción de parámetros técnicos de obra ha finalizado e informa sobre los pasos a realizar a continuación para seguir con la ejecución normal del programa. Se leen las indicaciones y se pincha el botón aceptar.

Paso 5: Ventana Principal – Elección Sistema de Entibación

Una vez acabado el proceso de introducción de parámetros técnicos de obra y encontrándonos en la Ventana Principal, se procede a la ejecución del programa de elección de sistema de entibación. Para ello, pinchar sobre el Botón Sistema de Entibación de la Ventana, o del menú Resultados. En cualquier caso ambos botones, ejecutan el procedimiento “ElecciónEntibación ()”, el cual proporciona el sistema de entibación óptimo y un listado de los sistemas de entibación factibles de ser solución.

En el panel Solución aparecerá, el sistema de entibación óptimo, atendiendo a criterios económicos, dentro del TextBox. Además, en el ListBox aparecerá el listado de los sistemas de entibación que son una alternativa factible a la solución óptima. Por último aparecerá también, una imagen del sistema de entibación elegido.

En el Panel de Cargas Estáticas, aparecerá el valor del empuje debido a la presión del terreno calculado.

En el Panel de Sobrecargas, se registran los valores de Sobrecargas que han sido introducidos durante el proceso de Introducción de Parámetros Técnicos de Obra.

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Veamos los casos de no existencia de Solución y de Solución Lineal:

No existe Solución:

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Solución Lineal:

Paso 6: Ventana Principal – Cálculo Cargas Estáticas

Una vez, que se ha ejecutado el procedimiento de elección de sistema de entibación más adecuado. Se va a ejecutar el procedimiento “CargasEstáticas()”, para calcular las fuerzas de tracción – compresión que soportan los husillos del sistema de entibación elegido.

Para ejecutar este procedimiento, se ha de pinchar sobre el Botón Cargas Estáticas de la Ventana, o del menú Resultados. Los cálculos se realizan para el sistema de entibación que aparece en el TextBox, del panel Solución, que es el que se considera el Sistema de Entibación óptimo elegido. Para realizar los cálculos para otro de los sistemas de entibación que aparecen en la lista de sistemas alternativos que son solución factible. Basta con seleccionar el sistema, para el que se quieren conocer los cálculos, para a continuación llevarlo al TextBox de sistema de entibación elegido. Para realizar esta operación, una vez seleccionado el sistema, pinchar sobre el botón Reelegir Sistema.

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Paso 7: Ventana Principal – Acceso a Resultados

Paso 7.1: Ventana Principal – Resultados: Ficha Sistema Entibación Elegido

Una vez realizado el proceso de elección de sistema de entibación, para acceder a la ficha técnica detallada del sistema elegido, basta con pinchar sobre la imagen del sistema elegido, que aparece dentro del Panel Solución.

Paso 7.2 Ventana Principal – Resultados: Hipótesis de Cargas Estáticas

Una vez realizado el proceso de elección de sistema de entibación y el de cálculo de cargas estáticas, para acceder a la ficha técnica detallada del análisis de las cargas, formulaciones y diagramas de las teorías de mecánica de suelos, para el cálculo de las cargas soportadas por la Entibación, basta con pinchar sobre el botón hipótesis de carga, que aparece dentro del Panel Cargas Estáticas.

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