Intevia Tecnicas Para El Ensanche De Carreteras Y Firmes[1]

Técnicas para el ensanche

de infraestructuras y firmes de carreteras

Patrocina

XUNTA DE GALlCIA CONSELLERIA DE POLíTICA TERRITORRIAL, OBRAS PÚBLICAS E TRANSPORTES

Dirección Xeral de Obras Públicas

Organiza

JORNADA TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS Y FIRMES DE CARRETERAS. Madrid, 12 de junto de 2007

INDICE 1.-

Problemática y criterios básicos para el ensanche de carreteras. Sandro Rocci

2.-

Ensanche de desmontes. Luis Ortuño

3.-

Ensanche de terraplenes. Luis Ortuño Antonio Soriano

4.-

El ensanche de los firmes. Jesús Dlaz Minguela

5.-

El ensanche en estructuras. Fernando García Prado

6.-

Construcción del ensanche de la circunvalación de Burgos. Fernando García Prado

Ensanche de infraestructuras de carreteras. Técnicas especificas para un problema de actualidad. (La Coruña, 12 de junio 2007)

de

PROBLEMÁTICA

Y CRITERIOS BÁSICOS

PARA EL ENSANCHE DE CARRETERAS Sandro Rocci Universidad Politécnica de Madrid Presidente del Consejo Técnico de INTEVIA

1

INTRODUCCiÓN

Quedan ya lejanas en el tiempo, o están actualmente relegadas a la red terciaria, las actuaciones que conocimos en el pasado siglo para ensanchar las carreteras cuya plataforma se consideraba insuficiente para las necesidades de la circulación. A menudo se combinaban con alguna mejora localizada de su trazado, y siempre se incluía en ellas una rehabilitación de su firme. Pero ello no significa que haya desaparecido la necesidad de ensanchar carreteras. Por la falta de disponibilidad de terrenos en las zonas urbanas o próximas a ellas, o por limitaciones ambientales, es cada vez más difícil construir vías de nuevo trazado, aunque éstas consistan en una simple duplicación de la existente. Como la demanda de movilidad sigue creciendo imparable, y el modo automóvil es el predominante, no sólo se presentan problemas relacionados con la movilidad, sino también con la seguridad de la circulación. Es preciso exprimir al máximo las posibilidades que brindan los corredores existentes. Unos ejemplos aclararán estas posibilidades: 111

La capacidad de [as autopistas y autovías (sobre todo de las que sólo tienen dos carriles por calzada) se queda insuficiente frente a la demanda del tráfico, especialmente en las rampas y pendientes donde los vehículos pesados disminuyen su velocidad. Disponer de un carril más disminuye la densidad de la circulación, mejorando su fluidez y su seguridad.

111

En las conexiones (entradas y salidas) con el tronco de las autopistas y autovías, si aquéllas necesitan tener dos carriles es conveniente dotar al tronco de un carril auxiliar de unos 400 - 500 m de longitud, de manera que

los dos carriles de la conexión se puedan perder o ganar uno a la vez con suficiente separación. CI

En las carreteras convencionales de calzada única con dos carriles (el tipo de carretera más frecuente), a medida que crece la intensidad de la circulación las maniobras para adelantar a los vehículos lentos resultan más y más difíciles 1, sobre todo en las rampas donde las prestaciones de aceleración se ven disminuidas. La colocación de un carril adicional resuelve este problema, dando incluso origen a lo que se ha venido en llamar "carreteras 2+1".

•

Algunas intersecciones de las carreteras convencionales pueden necesitar un carril adicional central de espera para girar a la izquierda.

•

Especialmente en las vías urbanas, puede haber necesidad de establecer carriles especiales: de estacionamiento, o reservados para el transporte colectivo.

Los ensanches de carretera presentan unos problemas especificas no compartidos con las carreteras de nuevo trazado: a) La complicación que representa mantener la circulación en unas condiciones aceptables de fluidez y de seguridad mientras se lleva a cabo la construcción. b) La falta de disponibilidad de terrenos contiguos a la carretera, encorsetada en una zona de dominio público" cuya estrechez impide gestionar adecuadamente sus márgenes. 2

EL MANTENIMIENTO DE LA CIRCULACiÓN 2.1

Las soluciones constructivas

Las soluciones constructivas que se diseñen deben tener muy en cuenta el mantenimiento de la circulación por la carretera que se ensancha. Pocas veces es posible la mejor de las soluciones: habilitar unos desvíos provisionales que dejen sin circulación la carretera, permitiendo trabajar en su ensanche como si se tratara de un trazado nuevo.

1

Por disminuir la frecuencia de que en el tráfico contrario se presente un intervalo entre vehículos de tamaño suficiente para la maniobra.

2

A menudo inadaptada o incluso mal definida.

2.2

La ordenación de la circulación

La ordenación de la circulación con motivo de las obras de ensanche, que afectan a la libre circulación por una vía pública, y la señalización, el balizamiento y, en su caso, la defensa que de ella se deriven han de ser estudiadas, tanto por el Ingeniero Autor del proyecto como por el Ingeniero Director de las obras, como un elemento primordial del uno y de la otra: el cual debe ser diseñado, presupuestado y exigido, y cuya definición y ejecución no se puede confiar a un personal no especializado sin que éste reciba unas instrucciones muy concretas. No resulta posible establecer unas recetas de aplicación universal: cada caso tiene una solución propia y distinta, según las circunstancias que en él concurran. La Instrucción a.3-le sobre la señalización, el balizamiento y, en su caso, la defensa de las obras fijas en las vías situadas fuera de pobledo' proporciona una guía bastante detallada, distinguiendo varios casos según: •

El tipo de vía.

•

La intensidad y la velocidad de la circulación.

•

La visibilidad disponible.

G

La importancia de la ocupación de la plataforma.

•

La duración de la ocupación.

•

El peligro que representa.

Pero aparte de que esta Instrucción sólo se refiere a las obras y actividades fijas, dejando fuera de su ámbito a las de corta duración", las itinerantes" y las movientes", tengo la sensación de que su aplicación es a menudo tan sólo nominal. Voy a citar alguna de las prescripciones de esta Instrucción, relativas a las medidas que se implanten para materializar la ordenación del tráfico, que es frecuente ver incumplidas: •

Estarjustificadas y ser creíbles sin resultar excesivas. Las limitaciones que se imponen a la velocidad de paso por la zona en obras no sólo son generalmente excesivas, sino que contravienen la propia Instrucción.

1

Aprobada por una Orden ministerial de 31 de agosto de 1987.

2

En ellas, la afección a la libre circulación no abarca períodos nocturnos ni otros en los que la intensidad de la circulación sea anormalmente elevada (por ejemplo, las vísperas de los días festivos). Se incluyen también las obras o actividades itinerantes cuya zona en obra sea mayor que la distancia recorrida en no menos de 30 s por el 85 % de los vehículos que por ella pasan cuando no hay obras ni actividades.

3

El personal o los equipos que las realizan se desplazan a lo largo de la vía con frecuentes detenciones, dentro de una zona en obra cuya longitud no es superior a la distancia recorrida en no menos de 30 s por el 85 % de los vehículos que por ella pasan cuando no hay obras ni actividades.

4

El personal o los equipos que las realizan se desplazan a lo largo de la vía sin detenerse, generalmente a una velocidad reducida.

•

Seguir la evolución de la obra, tanto en el espacio como en el tiempo.

¿Cuántas veces hemos visto toda la señalización "puesta" en domingo, cuando no se trabaja? •

Desaparecer tan pronto como deje de ser imprescindible su presencia, tanto total como parcialmente. Las señales que no responden a unas razones aparentes o comprensibles atentan contra la credibilidad del sistema: ni siquiera la clásica señal TP-18 (obras) se puede mantener en una obra inactiva en el margen de una carretera, si no se agrava sustancialmente el peligro de invadir dicho margen, respecto del resto inmediato de la carretera. Esto ¿se cumple?

¿Cuántos ingenieros conocen, y saben transmitir al usuario con claridad, las hasta siete zonas en las cuales se pueden estructurar las necesidades variables de información de los conductores en relación con las obras o actividades? 2.3

La afección a la capacidad

Otro tema que creo conveniente destacar es el que se relaciona con la capacidad de la carretera en la que se está ejecutando una obra: o

En una carretera de calzada única, el cierre de un carril a la circulación puede dar lugar a una ordenación de la circulación en sentido único alternativo, cuya capacidad es limitada por la necesidad de limitar la espera de los vehículos1; a no ser que, estrechando los carriles y desviando su trayectoria, se pueda alojar la circulación en el resto de la plataforma (incluyendo sus arcenes). Donde haya un carril adicional, la anchura suplementaria que proporciona facilita esta labor.

o

En una carretera con calzadas separadas, no se debe tener cerrado un carril a la circulación cuando la intensidad de la demanda sea superior a la consignada en la Tabla 1. Esto debe, por ejemplo, impedir hacerlo durante las horas punta.

Para mantener su número y no aumentar la densidad de la circulación, no hay inconveniente en estrechar los carriles; además, se logra con ello una efectiva disminución de la velocidad. Con un buen balizamiento (Fig. 1), se puede bajar hasta una anchura de 1,80 - 2,00 m para coches, y 2,65 m para autobuses y camiones. Como están demostrando numerosas realizaciones actuales, el empleo de carriles algo más estrechos de 3,50 m se puede extender incluso a la situación definitiva, sin merma sensible de la capacidad ni de la seguridad.

1A

7 minutos si la intensidad de la circulaci6n rebasa los 2 000 veh.lh, ya 15 minutos en caso contrario.

Tabla 1

Máximas intensidades de la circulación compatibles con el cierre de carriles en carreteras con calzadas separadas ..- "NÚMERO DE CARRILES POR: CALZADA

-

Dos

Tres

I

"

NÚMERO DE CARRILES PERDIDOS Uno, exterior Uno interior Uno, interior Uno, exterior Dos, interiores Dos exteriores

"

veh./h 1 000

J§ 00 2500 1 000 1 100

Fig.1 Ejemplos de estrechamiento de carriles en obra

3

LA NECESIDAD DE ESPACIO

La seguridad secundaria (o sea, la limitación de las consecuencias de los accidentes") impone algunas exigencias a las características de las márgenes de una carretera. No se trata de una consideración menor; las estadísticas demuestran la necesidad de tener en cuenta ese entorno, para dotarlo de un diseño más seguro y eliminar de él los obstáculos. Aunque los arcenes permitan que los conductores de los vehículos que estén a punto de salirse de la plataforma

puedan intentar una maniobra de recuperación, esto no va

a eliminar todos los accidentes por salida de la plataforma. Por lo tanto, es muy importante disponer de una margen donde la gravedad de los accidentes quede limitada, por carecer de desniveles y de obstáculos que, en algunos casos, son colocados ahí por el propio proyectista. La forma y la anchura de esta margen están bien definidas en las "Recomendaciones sobre sistemas de contención de

vehioúlos",

Si hay obstáculos o desniveles inaceptables a menos de determinadas distancias al borde de la calzada, se considera justificada la implantación de una barrera de

1

En contraposición con la seguridad primaria, que tiende a limitar la frecuencia de los accidentes.

2

Aprobadas por la Orden Circular 321/95TyP, de 12 de diciembre.

seguridad; pero esta receta no se debe aplicar indiscriminadamente. Recomendaciones

indican que

tt ...

Las propias

só/o se recomienda instalar un sistema de

contención de vehículos después de valorar los riesgos potenciales en uno y otro caso, y de descartar soluciones alternativas (a veces es posible desplazar o eliminar obstáculos, o explanar el terreno), teniendo en cuenta: •

El coste de instalación y mantenimiento del dispositivo.

•

El coste de las soluciones alternativas.

•

La probabílídad de un choque con él, relacionada con la intensidad de la circulación.

•

La gravedad del accidente resultante de ese choque.

•

La gravedad del accidente que se ha evitado."

Estas soluciones alternativas requieren un análisis de cada perfil transversal, y la adopción de medidas específicas para cada caso, aunque pertenezcan a una gama más o menos tipificada. Y que no se me diga que es mucho trabajo, que cosas más complejas e inútiles se hacen. Pero lo malo es que la adopción de unas márgenes que proporcionen seguridad necesita disponer de espacio. Es explicable que muy a menudo no se desee recurrir a la expropiación, que es un trámite largo y complicado. Consecuentemente, como mucho se recurre a forzar la inclinación de los taludes de las explanaciones, empleando para ello las técnicas que se expondrán a lo largo de esta Jornada. Sin embargo, para disponer de más espacio en los márgenes de la carretera a menudo se pueden adoptar unas fórmulas más flexibles y eficaces que la expropiación: desde las posibilidades que ofrece lo dispuesto acerca de la zona de servidumbre en los Art. 77 a 81 del Reglamento General de Carreteras1 (o disposiciones análogas), hasta la negociación con los colindantes, posible en muchos casos pero que pocas veces se intenta.

1 Aprobado

por Real Decreto 1812/94, de 2 de septiembre (BOE del 23), y modificado por los Reales

Decretos 1911/97, de 19 de diciembre (BOE del 10 de enero de 1998); 597/99, de 16 de abril (BOE del 29); y 114/01, de 9 de febrero (BOE del 21),

.·.1 ' , .. ··

,

'

4

'

\

, \."

\

,

"

'"".\,'"

' ..

EL LADO DEL ENSANCHE

4.1

Carreteras

4.1.1

con calzadas separadas

Por el lado de la mediana

Este tipo de ensanche requiere que la mediana tenga una anchura1 mínima de 8 m 2, y tiene las siguientes ventajas: •

No es preciso remodelar las conexiones del tronco con los enlaces, con las áreas de servicio o de descanso, con las vías colectoras I distribuidoras y con las vías de servicio.

•

Al estar sometido el nuevo carril a una solicitación por parte de los vehículos pesados mucho menor que el de proyecto, su estructura puede ser más reducida. Incluso sería conveniente reconsiderar, en aras de la economía, las limitaciones que impone la Norma 6.1-IC a la diferencia de las categorías del tráfico pesado entre carriles adyacentes (una sola), y la mínima categoría que impone la Norma 6.3-IC para autopistas y autovías (T1): y permitir que el nuevo carril se dimensionase para una categoría T2.

•

El actual arcén interior que, por su reducida anchura, suele tener el mismo firme que el carril adyacente de la calzada, se puede aprovechar tal cual para formar parte del nuevo carril.

Sin embargo, también hay que conocer los inconvenientes del ensanche por el lado de la mediana, a fin de tomar medidas para evitarlos o, cuando menos, para reducir su efecto: •

Es frecuente" que la definición del alzado de una carretera con calzadas separadas sitúe a la misma cota el borde (interior o exterior) de los arcenes interiores: al parecer se considera deseable que la sección transversal de la mediana resulte horizontal (Fig. 2).

Fig.2 Una mediana horizontal

1 2

MEDIANA

---

-----

-

antes del ensanche

de las calzadas

Entre los bordes interiores de los arcenes interiores. Correspondiente a dos carriles de 3,5 m, y a 1,0 m más para una barrera de seguridad, cuya presencia resulta prácticamente inevitable a no ser que la anchura inicial de la mediana sea superior a unos 20 m (lo que pocas veces se da en la práctica).

3

-

Muchos programas de trazado adoptan por defecto esta disposición.

.

De esta manera resulta que, en las curvas peraltadas ensanchadas, se establecerá un desnivel de 7'p cm

1

entre los bordes interiores de los

nuevos arcenes interiores, Donde la mediana sea estricta, ello obligará a disponer un murete (Fig, 3), en cuyos pie y coronación habrá que alojar una barrera de seguridad (en la curva exterior) para reducir las consecuencias de un choque con él, y un pretil (en la curva interior) para evitar una caída por su borde,

-

M U RO

¡

_-----=-..:.-iIlI::=_ __.~

-

Fig.3 La misma mediana después del ensanche de las calzadas Este prominente y caro dispositivo se habría evitado si, en las curvas, ambas calzadas estuvieran situadas en un mismo plano (Fig. 4),

BA RRERA

Fig.4 La misma mediana, si las calzadas hubieran sido coplanares o

Donde la mediana resultante del ensanche sea estricta, es muy probable que en las curvas a la izquierda la visibilidad disponible se vea reducida por la presencia de la barrera de seguridad; a no ser que la mediana permita mantener la visibilidad mínima aun después del ensanche: en cuyo caso deberá ser bastante más ancha en las alineaciones curvas que en las rectas, Esto." no se suele hacer.

e

Durante la construcción, las conexiones con los tajos de ensanche se hallan a la izquierda del carril destinado a la circulación rápida: una disposición que presenta muchos problemas desde el punto de vista de la seguridad de la circulación, El tratamiento de estas conexiones suele requerir concentrar todo el tráfico ordinario en el carril derecho de la calzada, para reservar el izquierdo a los vehículos de obra, que son

1

Siendo p (%) el peralte de la curva,

normalmente lentos (Fig. 5): pero esa reducción de la capacidad puede resultar desaconsejable.

A

A

ce

e e Es o

A

L A M E o lA N A

ESO OESO E LA M EO IA~

-.....

Fig.5 Conexiones con tajos situados en la mediana Una solución mejor fue la adoptada en el ensanche de la variante de Torrejón de Ardoz: aprovechar unos puentes

1

para acceder a distinto nivel a

los tajos de ensanche situados en la mediana, saliendo de la carretera (y entrando a ella) por la derecha: por la mediana se circulaba en sentido único. 4.1.2

Por la margen exterior

El ensanche por la margen exterior no presenta los mismos inconveníentes que por el lado de la mediana, pero tiene otros específicos: •

Todas las conexiones del tronco con los enlaces, con las áreas de servicio o de descanso, con las vías colectoras / distribuidoras

y con las vías de

servicio deberán ser remodeladas, así como toda la señalización vertical, el balizamiento y los dispositivos para la contención de los vehículos, los cuales deberán ser trasladados más afuera". Esto encarece la solución no sólo por e[ coste de la construcción, sino también por el de las eventuales expropiaciones y remodelacíones de servicios que se necesiten. A este respecto, se plantea la cuestión de si el ensanche por la margen exterior se puede realizar sin expropiar, a costa de la franja de dominio público situada por fuera de [a actual arista exterior de la explanación; o si, por el contrario, es preciso mantener esa franja ... ¿para otra futura ampliación? •

La presencia de apoyos de pasos superiores que resulten afectados por e[ ensanche. En algún caso" se han utilizado unas soluciones estructurales

1

En ese caso, los correspondientes a los ríos Jarama y Torote.

2

En el caso de los pórticos que sustenten carteles sobre la calzada, se deberá aumentar su luz.

3

La autopista A·7.

verdaderamente

ingeniosas para remover esos apoyos sin afectar al

tablero ... iY manteniendo la circulación tanto por encima como por debajo! ID

El firme necesario para un nuevo carril de proyecto' resulta mayor y, por lo tanto, más caro; aunque es posible que en el actual carril derecho, cuya solicitación por el tráfico pesado se verá reducida, se podrá ahorrar algo de la rehabilitación estructural.

ID

El actual arcén exterior, cuyo emplazamiento va a ocupar una parte del nuevo carril, no suele tener un firme suficiente: por lo que deberá ser demolido, aumentando el coste de la solución y la perturbación que se creará a la circulación mantenida, a no ser que su estructura que se pueda demoler fácilmente (y aun recuperar), como es el caso de que se empleen materiales granulares en la medida de lo posible. Si se prevé un futuro ensanche, en el proyecto de los arcenes iniciales se deben tener en cuenta estas consideraciones.

•

El ensanche de los pasos inferiores también resulta problemático: su correcto apoyo sobre las aletas existentes, oblicuas y de altura decreciente, requiere la demolición parcial de éstas; y si se trata de unos muros de acompañamiento, su duplicación. 4.2

Carreteras con calzada única

Alguno de los inconvenientes mencionados para el ensanche por la margen exterior de una carretera con calzadas separadas, se presentan también en el de las carreteras de calzada única. Donde el ensanche no sea muy ancho, puede resultar muy interesante concentrar a un solo lado toda la ampliación de la plataforma. Con ello se consigue: ID

Que la zona de trabajo sea más amplia, para se puedan emplear en ella unos equipos de mayor rendimiento. Si se trata de materiales que requieran compactación, aun con los equipos más pequeños es difícil bajar de 1 m; anchuras menores requieren el empleo de materiales vertidos como el hormigón, cuya consolidación se puede realizar por otros métodos.

ID

Que las obras sólo afecten a un lado de la plataforma existente: esto puede resultar interesante para evitar un traslado de servicios, una reordenación de los accesos o, en las secciones a media ladera, la ampliación de un relleno o su sustitución (total o parcial) por un muro de pie.

Además, se puede combinar una translación paralela en las alineaciones rectas, con el ensanche de las curvas por su interior (Fig. 6), aumentando algo su bisectriz, su radio y, en definitiva, su velocidad especffica.

Fig.6 Mejora del radio jugando

con el lado del ensanche

Un pequeño inconveniente de ensanchar a un solo lado lo constituye el mayor volumen necesario para regularizar transversalmente el firme rehabilitado, para adaptarlo a las inclinaciones de la nueva sección-tipo. Donde no haya arcén en la actualidad (o sus dimensiones o estado no resulten aceptables, en cuyo caso se le puede aprovechar como una berma), habrá que situar el futuro arcén sobre una parte de la calzada existente. 5

EL ESCALÓN LATERAL

La ampliación de la explanada requiere que, durante su construcción, se establezca un desnivel lateral entre la parte de la calzada que se aprovecha y la nueva explanada en construcción, que está más baja porque hay que alojar la diferencia de espesores entre un firme nuevo y el refuerzo del existente. La altura de este escalón representa un peligro para la circulación mantenida. Hace algunos años, nos limitábamos a señalizar la presencia del escalón, a abalizar su emplazamiento, y eventualmente a limitar la velocidad; pero actualmente se exige cada vez más su defensa mediante unas barreras de seguridad a menudo más simbólicas que efectivas. Estas barreras ocupan, además, una cierta anchura, restringiendo un poco el espacio destinado al mantenimiento de la circulación. Otra consideración es la de que las barreras cuyo nivel de contención sea adecuado suelen pesar bastante, y hay que prever una forma fácil de moverlas. En cualquier caso, la prudencia aconseja limitar las dimensiones (longitud, profundidad) del escalón, y reducir a un mínimo el tiempo que permanece abierto. Por consiguiente: •

Hay que adoptar materiales y técnicas que permitan un rápido relleno. A estos efectos, son más interesantes los materiales granulares y los

1

Que soporta la mayoría de los vehículos pesados.

materiales bituminosos; y menos los que requieren un período de cura, como los tratados con cemento. •

Hay que exigir de forma clara en el Pliego de prescripciones técnicas

1:

•

Que el ritmo de apertura del escalón no rebase el de su cierre.

•

Que no haya escalones simultáneamente a ambos lados de la plataforma.

•

Que no haya períodos de inactividad inexplicada que demoren el relleno del escalón. A este respecto, conviene recordar que los efectos de un corto chaparrón sobre la explanada (o, incluso, sobre las capas inferiores de un firme) se pueden atenuar mezclando el material con calo cemento.

6

EL DRENAJE PROFUNDO

La junta longitudinal entre el firme actual y su ensanche suele constituir un punto débil, no sólo en relación con la continuidad transversal del pavimento, sino también con la posibilidad de que se infiltre el agua de lluvia y alcance la explanada. Este último problema resulta especialmente acusado donde el firme actual es de macadán, un material bastante permeable. No es de extrañar, por lo tanto, que en algunos casos resulte aconsejable disponer un drenaje de esa junta, por medio de una capa drenante en el ensanche, granular o bituminosa. Su salida se debe hacer obligatoriamente a un dren, yen ningún caso por su alumbramiento lateral a una cuneta sin revestir: los arrastres de la cuneta pueden cegar el alumbramiento, o se puede desmoronar la capa drenante si es granular. 7

EL DESAGÜE SUPERFICIAL

Un lugar prominente entre los obstáculos situados en las márgenes de una carretera lo ocupan las cunetas: algo que, además, colocamos los ingenieros. Ya he expuesto sobradamente mi postura sobre este tema, que se puede resumir en que... "delenda est cuneta". En los desmontes, y aunque consuma una parte sustancial del poco espacio disponible, la cuneta se suele considerar como un elemento obligado para el desagüe superficial y aun para el subterráneo: pero ¿cuál es su eficacia? Pero lo lógico es examinar las disfunciones que pueden producir, desde el punto de vista de los diferentes problemas que se hallan presentes, y de orientar mejor la elección entre las tres funciones que se tienen que garantizar:

1

Y el Ingeniero Director de las obras lo debe hacer cumplir.

1. La evacuación de la escorrentía procedente de la parte de la plataforma que vierte a la cuneta, y del propio talud del desmonte1. Aunque ésta sea, al parecer, la única función que interesa a los ingenieros, a menudo se olvida que: •

Por lo reducido de la cuenca que capta la lluvia, los caudales implicados son realmente escasos': una cuneta no necesita la misma profundidad que una acequia.

•

Según el Art. 1.2 B) de la Instrucción 5.2~IC"Drenaje superttciet'3 , "oo. el máximo nivel de la lamina de agua en la cuneta puede quedar

al mismo nivel que la superficie de la plataforma; y en el caso de baja intensidad de circulación, hasta 0,30 m por encima del firme, valorando la interrupción de la circulación por esta causa...". Es decir, que el nivel del agua en la cuneta puede llegar al borde del arcén. 2. La durabilidad del firme, relacionada con la sensibilidad de los materiales de la explanada al agua infiltrada a través de aquél. A este respecto es frecuente olvidar que: •

Las explanadas que se construyen modernamente en España son muy poco sensibles a la acción del agua infiltrada. Si a pesar de ello hubiera problemas, lo mejor es disponer un drenaje subterráneo específico.

•

Una cuneta suficientemente profunda cerca del borde de la explanada podría, en teoría, favorecer la evacuación del agua (infiltrada o freática); pero el alumbramiento lateral de ese agua se suele ver dificultado por una naturaleza impermeable de los materiales del arcén y de la berma, y sobre todo por una contaminación del cajero de la cuneta.

3. La seguridad secundaria: no se pueden despreciar las graves consecuencias de una salida de la plataforma. Una cuneta profunda y próxima a ella:

1 Se

•

Hace que la recuperación resulte imposible.

•

Provoca un bloqueo del vehículo sobre el cajero exterior, lo cual resulta determinante para el agravamiento del accidente.

supone que una cuneta de guarda habrá recogido la escorrentía superficial procedente del terreno

situado por encima de la coronación del desmonte, si vierte hacia éste. 2.

En 45 años de profesión jamás he visto una cuneta llena, excepto si el punto de desagüe estaba taponado.

3 Aprobada

por una Orden ministerial de 14 de mayo de 1990.

e

Favorece los vuelcos, frecuentemente

acompañados de la expulsión

de los ocupantes del vehículo, con unas consecuencias muy graves. el

En todo caso, produce unas solicitaciones dinámicas muy fuertes sobre los ocupantes del vehículo, y unas lesiones importantes.

Desde luego, el apartado 3.6.3 de la Instrucción 5.2-IC "Drenaje superficiaf' apuesta por esta última función, y resulta bastante claro al respecto: " ... siempre que

consideraciones económicas o de espacio no lo impidan, deberá atenderse preferentemente a las condiciones de franqueamiento seguro del perfil transversal de la cuneta por los vehículos que se salgan de la plataforma. A estos efectos, se podrá considerar que se dan tales condiciones donde la inclinación de los taludes de la cuneta sea inferior a 1/6 y sus aristas estén redondeadas con un radio mínimo de 10

m...". Así que es imprescindible eliminar los dispositivos agresivos, como las cunetas profundas (más de 50 cm)": y adoptar dispositivos poco agresivos, como: e

Un caz de poca profundidad.

•

Una cuneta cuyos cajeros tengan las características preconizadas por el apartado 3.6.3 de la Instrucción 5.2-IC "Drenaje superficial".

e

Una cuneta con cajeros algo más inclinados (Fig. 7), pero poco profunda (menos de 20 cm). 10;I

sq.,¡

3:\

so;:

307. U :J

b

oesac pnseja le

3:1

~

101

<,

g .

]j

l0l.

c:

8

Aco sejabl 10%

o la,"

. \.

207.

301,

~07. so/.'

Talud junto al arcén

Fig.7 Cajeros admisibles en una cuneta Donde no se disponga de espacio suficiente, hay que reconsiderar la concepción del desagüe superficial de la plataforma, reduciendo la superficie ocupada y el volumen de las explanaciones. Algunas de las soluciones son: •

Una cuneta provista de una tapa. Esta última debe soportar el paso de la rueda de un camión (unas 5 t) sin romperse ni deformarse.

1

A no ser que sus cajeros muy sean poco inclinados (menos de 1/6).

1\)

Un colector enterrado y provisto de sumideros aislados, o de uno continuo 1, situado incluso bajo el arcén. Una barrera de hormigón cuyo pie coincida con el borde exterior del sumidero continuo puede constituir, además, un murete de contención del talud del desmonte (Fig. 8).

Fig. 8

Caz con sumidero continuo al borde del arcén, con colector bajo el mismo y barrera de seguridad de hormigón •

Un dren francés: se trata de una solución muy empleada en el Reino Unido, pero que hay que limpiar cada 5 - 10 años, y no suele tener una longitud superior a 50 m sin desaguar a un colector.

No parece admisible (más que a muy corto plazo) la solución de considerar la cuneta como un obstáculo, disponiendo delante de ella una barrera de seguridad que proteja de caer a ella. Además, en muchos casos ni siquiera es imprescindible disponer una cuneta, según sean: •

El tipo de carretera: por ejemplo, se puede ser menos exigente en una secundaria sin tráfico pesado.

ti

El entorno: puntos altos, rasantes muy inclinadas.

e

La naturaleza del terreno (permeable, como ocurre en La Mancha).

En las medianas estrictas se disponen barreras de seguridad junto al borde interior de cada arcén. Un tratamiento lógico del espacio comprendido entre ellas requiere, si son de hormigón, que no se disponga una cuneta": es mejor rellenar con tierra veqetaf dicho espacio y revegetarlo (Fig. 9), logrando así disponer una pantalla contra el deslumbramiento, pero sin que ello perjudique la visibilidad.

1

El satujo. un dispositivo proveniente de la técnica aeroportuaria.

2

Que sólo recogería la poca agua que lloviera directamente sobre ella.

3

Disponiendo, eventualmente, unos colectores que aseguren la continuidad longitudinal del desagüe.

CURSO SOBRE TALUDES NATURALES Y DE DESMONTE EN OBRAS LINEALES La Coruña, 12 de Junio de 2007

CLAVETEADO DEL TERRENO.

Luis Ortuño Abad Uriel y Asociados, S.A. Prof. Asociado. ETSICCP. UPM

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

y firmes de

íNDICE 1.- INTRODUCCiÓN Y OBJETIVOS

1

2.- CRITERIOS DE APLICACiÓN. VENTAJAS E INCONVENIENTES

4

3.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCiÓN Y ELEMENTOS MATERIALES

8

3.1.- BREVE INTRODUCCiÓN HISTÓRICA

8

3.2.- FASES DE EJECUCIÓN

10

3.2.1.- Preparación y trabajos preliminares

1O

3.2.2.- Excavación

12

3.2.3.- Instalación de "clavos"

15

3.2.4.- Instalación de un sistema de drenaje en la superficie del talud ..19 3.2.5.- Ejecución del paramento o piel

4.-

PRINCIPIOS

DE

FUNCIONAMIENTO.

22

OBSERVACIONES

EXPERIMENTALES

26

4.1.- INTRODUCCIÓN

26

4.2.- ANALOGiAS y DIFERENCIAS ENTRE LA TIERRA ARMADA Y EL CLAVETEADO DE SUELOS

27

4.3.- ESFUERZOS DE TRACCiÓN EN LOS CLAVOS

30

4.3.1.- Consideraciones iniciales. Orientación de los clavos

30

4.3.2.- Evolución de las solicitaciones de tracción

37

4.3.3.- Localización de tracciones máximas. Zonificación del macizo de suelo reforzado

:

38

4.3.4.- Distribución y órdenes de magnitud de las tracciones máximas . ........................................................................................................ 40

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

4.3.5.- Distribución y órdenes de magnitud de las tracciones en el paramento (To)

44

4.4.- CONTRIBUCiÓN DE LOS CLAVOS A FLEXiÓN Y CORTANTE

5.- PROYECTO DE TALUDES CLAVADOS

.47

50

5.1.- DISEÑO INICIAL

50

5.2.- RESISTENCIAS ADMISIBLES A CONSIDERAR EN DISEÑO

52

5.2.1.- Resistencia admisible a tracción en los clavos

52

5.2.2.- Resistencia admisible al arrancamiento en los c1avos

53

5.2.3.- Resistencia al corte admisible del terreno

57

5.2.4.- Resistencia admisible

y esfuerzos en el paramento

58

5.3.- COMPROBACiÓN DE LA ESTABILIDAD GLOBAL.

62

5.3.1.- Introducción. Métodos de cálculo

62

5.3.2.- Modos de rotura básicos

65

5.3.3.- Diagrama de tracciones disponibles en los clavos 5.3.4.- Cálculo de la estabilidad al deslizamiento 5.4.- OTRAS COMPROBACIONES DE LA SEGURIDAD

6.- CONSIDERACIONES FINALES 7.- BIBLIOGRAFíA

,;

66 68 71

72 :..74

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

CLAVETEADODELTERRENO 1.- INTRODUCCiÓN Y OBJETIVOS. El claveteado del terreno (suelo clavado, soil nailing, clouage des sois) podría definirse como una técnica de estabilización de desmontes excavados en suelo, basada en la introducción de bulones pasivos (clavos) a medida que avanza la excavación (figura 1.1). El objetivo final del tratamiento consiste en crear un macizo de suelo reforzado in situ que actúa como un "muro de gravedad", aumenta la resistencia al corte global de la masa de suelo y limita sus deformaciones.

.",.,.-. '~::.:."~~.~

"

..

lér"maefiJrzst):l.. ........, .... " .. "., .. ... ...., ..... "

'\",'

/"

','

Figura 1.1: Esquema básico del claveteado de taludes

Los bulones, instalados con una ligera inclinación descendente

respecto a la

horizontal, se disponen en paralelo y con espaciamientos pequeños tanto en horizontal

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

1

y firmes de

como en vertical, del orden de 1 a 2 m (figura 1.2). La estabilización deseada se alcanza fundamentalmente

a través del trabajo a tracción de los bulones

y su

interacción con el terreno, si bien en ocasiones pueden también desarrollar esfuerzos considerables de flexión

y cortante.

Figura 1.2: Disposición de bulones de clavado en malla regular cuadrada. San Sebastián de los Reyes, Madrid. (Cortesía de SITE).

Para completar el tratamiento básico, con el fin de evitar inestabilidades locales y procesos erosivos en el suelo situado entre bulones, en la superficie del desmonte se ejecuta, también a medida que avanza la excavación, un paramento o "piel" (figura 1.3). Dicho paramento, que en general no constituye un elemento estructural destinado a soportar esfuerzos de importancia, suele resolverse mediante hormigón proyectado (10 a 15 cm), reforzado con un mallazo de acero, que asimismo puede finalmente cubrirse mediante placas prefabricadas o muros de hormigón de delgado espesor.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

2

y firmes de

Figura 1.3: Talud clavado bajo estribo de estructura. Se observan las alineaciones de bufones, la gUllita del paramento y algunos drenes hacia la base. Autopista Roma-Nápoles.

Como puede deducirse a partir de la descripción anterior, la técnica del "talud clavado" presenta claras similitudes con la "tierra armada". Las diferencias más importantes resultan del hecho de que la "tierra armada" se emplea en la construcción de rellenos (de "abajo" hacia "arriba"), mientras que el claveteado se emplea en la ejecución de excavaciones ("de arriba hacia abajo"). Esto da lugar, como se describe más adelante, a que las deformaciones se produzcan de manera diferente en uno y otro caso, lo que a su vez influye en la forma de trabajo de las armaduras de refuerzo (flejes y clavos respectivamente). Además, en el caso de la tierra armada se refuerza un relleno de calidad, debidamente seleccionado y controlado, compactado por tongadas. En el claveteado, sin embargo, es el terreno natural existente el reforzado, con todas sus heterogeneidades, cambios litológicos, etc.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

3

2.- CRITERIOS DE APLICACiÓN. VENTAJAS E INCONVENIENTES. Desde un punto de vista general, los principales atractivos que presenta la técnica del "claveteado de taludes" son: 1. El proceso de refuerzo del suelo se realiza de forma descendente y por etapas, a medida que

avanza

la excavación (de forma similar a un talud anclado). No

requiere por tanto ejecutar excavaciones previas importantes que posteriormente hayan de rellenarse, como en el caso de los muros de contención convencionales, lo que puede redundar en un aumento de la seguridad durante la construcción. De hecho, en situaciones especialmente complicadas se puede llegar a realizar un claveteado como sostenimiento

provisional y, tras finalizar con garantías la

excavación deseada, construir un muro de contención definitivo. 2. El impacto ambiental puede reducirse al no requerir la aportación de suelos de calidad (relleno de muros). 3. La maquinaria necesaria para su ejecución es pequeña y ligera, lo que a su vez proporciona: •

Flexibilidad para adaptarse a formas irregulares de la excavación deseada.

•

Facilidad de acceso a zonas de topografía adversa (laderas con fuerte pendiente) o de gálibo limitado (figuras 2.1 y 2.2).

4. En general no requiere la ejecución de un paramento estructural contundente para soportar empujes del terreno. 5. Es un método muy ágil y rápido, de coste reducido. 6. Se puede adaptar con facilidad a terrenos heterogéneos

y de diferentes

características resistentes, modificando por ejemplo la distancia entre bulones de unas zonas a otras.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 4

Figura 2.1: Primer muro clavado realizado Francia (1973) para la ampliación de una vía férrea. (tomado de CLOUTERRE, 1991).

Figura 2.2: Ejecución de bu Iones para la ampliación de calzada bajo estructura. Azuqueca de Henares (A2). (Cortesía de SITE).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

5

Por lo que se refiere a los problemas o inconvenientes más destacables, se pueden apuntar los siguientes: 1. Los desplazamientos inherentes a la "entrada en carga" de un talud clavado de altura total (H) suelen oscilar entre H/1000 Y 4H/1000 (figura 2.3), tanto en vertical como en horizontal, lo que puede ser un condicionante cuando existen estructuras

cercanas'.

Tipo de Suelo

Roca meteorizada y suelos rígídos

Suelos arenosos

Suelos arcillosos

o¡''''Ov

H/1000

2H/1000

4H/1000

k

0.8

1.25

1.5

Figura 2.3: Movimientos producidos en un talud clavado. Ordenes de magnitud. (tomado de CLOUTERRE, 1991).

I

Los taludes clavados han de considerarse soluciones "flexibles" desde el punto de vista de la

estabilización, si bien para limitar los movimientos horizontales siempre pueden combinarse con otros sistemas de sujeción, como los anclajes activos.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 6

2. El claveteado de taludes requiere la excavación de sucesivas plataformas con frentes de 1 a 2 m de altura", de manera que el terreno debe presentar una cierta cohesión o cementación' que le permita permanecer estable unas 24 a 48 horas. Por otra parte, también es deseable que las perforaciones para alojar los bulones mantengan su estabilidad algunas horas. En caso necesario, para mejorar la estabilidad local se puede acudir a gunitar el frente antes de instalar la fila de bulones correspondiente, a reducir la altura de excavación o a ejecutar bermas intermedias, todo lo cuál suele ir acompañado de una mayor dificultad de ejecución y de un mayor coste. En cualquier caso no suele utilizarse en arenas y gravas limpias. 3. Dado que se trata de una solución "permeable", no-resulta una solución apropiada en el caso de existir un nivel freático elevado, ya que el agua aflorante en la superficie del talud puede provocar arrastres de suelo o impedir el agarre de la piel de gunita. La ejecución de taludes clavados en estas circunstancias requiere la ejecución de sistemas previos de rebajamiento del nivel freático, el diseño de sistemas de drenaje permanentes, etc. Por el mismo motivo, también puede ser una solución inadecuada en el caso de existir capas de terreno que constituyan acuíferos colgados. 4. Finalmente, también se ha de analizar cuidadosamente la eventual conveniencia del tratamiento en el caso de que: •

Las obras sean permanentes y el ambiente

resulte agresivo para las

armaduras.

2

Dependiendo del tipo de terreno, el limite superior podría situarse en 2,5 a 3 m.

3

Las "Recomrnendations Clouterre, 1991" recogen casos de taludes clavados en arenas de Fontainebleau

de cohesión efectiva a "corto plazo" de tan sólo 4 kPa, Jo que podría considerarse como un límite inferior para el sistema.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

7

y firmes de

•

Los suelos a excavar estén constituido por arcillas blandas, cuya reducida resistencia al corte puede requerir un gran número de culones de gran longitud.

•

Las obras sean permanentes y el terreno a excavar esté constituido por arcillas que puedan dar lugar a deformaciones de fluencia del macizo de suelo clavado.

•

El terreno esté constituido por arcillas expansivas.

A la vista de las consideraciones anteriores y a modo de resumen, las condiciones geotécnicas más adecuadas para la ejecución de claveteados suelen darse (FHA,

1998) cuando el nivel freático se encuentra por debajo del pie de la excavación y el terreno se ajusta a alguno de los tipos siguientes: •

Suelos

residuales

y

rocas

alteradas

(con

discontinuidades

orientadas

favorablemente ). •

Suelos cohesivos rígidos (limos arcillosos y arcillas de baja plasticidad), no susceptibles de presentar deformaciones de fluencia relevantes.

•

Suelos granulares naturales (arenas y gravas) densos, algo cementados o con algo de cohesión.

•

Arenas finas a medias con cohesiones aparentes por capilaridad de al menos 5 kPa.

3.- PROCEDIMIENTO DE EJECUCiÓN Y ELEMENTOS MATERIALES. 3.1.~Breve introducción

histórica.

La filosofía básica del claveteado de taludes deriva de otras técnicas tradicionales en Geotecnia. En este sentido por un lado podría citarse el Nuevo Método Austríaco para túneles, que combina precisamente el empleo de bulones y gunita para conseguir sostenimientos flexibles en rocas. Por otro se encontrarían los clásicos muros de

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007..

8

"damas", empleados durante décadas en España, excavados en bancadas sucesivas o por bataches, y anclados mediante anclajes activos,. Aparte de estos antecedentes, el origen en sí del claveteado de desmontes en suelo se remonta probablemente a finales de los años 60

y comienzo de los 70, aunque la

autoría original es algo controvertida. En el manual de la FHA (1998) se hace referencia a la construcción de varios de estos muros a finales de los años sesenta en diversos puntos de EE.UU., Canadá y México. El mismo documento señala la tramitación de una patente específica de clavado de taludes en 1970, también en Estados Unidos. En lo que respecta a Europa, el manual hace referencia a la ejecución de claveteados de suelo en España en 1970, en Francia en 1972/73 y en Alemania en 1976. Las "Recommedations Clouterre, 1991" señalan por su parte que el primer muro de suelo clavado fue realizado en Versalles entre los años 1972 y 1973 (figura 2.1). Con relación al desarrollo del procedimiento, sin duda el "Project National Clouterre" constituyó un hito importante. Iniciado en 1985, incluyó la realización de estudios experimentales sobre obras a escala real, fuertemente instrumentadas y llevadas hasta rotura de diversas formas (figura 3.1). La iAfermación obtenida con estos estudios permitió ahondar en el conocimiento de este tipo de obras, sus límites de utilización y en el modo de funcionamiento de sus diversos elementos (bulones, suelo de métodos de diseño

y paramento). Asimismo facilitó la puesta a punto

y ejecución.

Los resultados y las conclusiones de este proyecto de investigación fueron recogidos en las "Recommandations Clouterre, 1991", y posteriormente fueron complementados en el "Additif 2002 aux Recommandations Clouterre, 1991".

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 9

y firmes de

Figura 3.1: Muros experimentales 1J 2 Y 3 del Project National Clouterre

3.2.- Fases de ejecución Aunque en realidad se trata de un método flexible, el procedimiento más habitual para ejecutar un desmonte claveteado en suelos suele ser el siguiente (figura 3.2) (8SI, 2002, FHA, 1998, Clouterre, 1991). 3.2.1.- Preparación y trabajos preliminares. Antes del inicio del desmonte puede ser preciso llevar a cabo algunas de las siguientes actividades:

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 Jimio de 2007.

de

10

y firmes de

Figura 3.2: Fases de ejecución de un talud clavado

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 11

.

,

y firmes de

•

Construcción

de accesos

elementos auxiliares •

Canalización sistemas

•

(caminos)

o, en casos especiales,

para dicho acceso (andamios,

de las aguas de escorrentía

superficial

y establecimiento

de

para su control durante el resto de las obras.

Ejecución

de sistemas

Instalación

de drenaje

de bulones

(arrancamiento, •

de

grúas, etc.)

profundo,

si resultan

evitar la filtración de agua subálvea hacia la superficie •

instalación

de

prueba

y ejecución

necesarios,

para

del talud a excavar.

de pruebas

de tesado

fluencia, etc.) para verificar el diseño.

Instalación de la instrumentación

geotécnica

prevista.

3.2.2.- Excavación La excavación

de cada escalón o berma suele constar de dos partes: la excavación

sí de la bancada correspondiente Habitualmente

la altura de las bancadas

m, lo que evidentemente para mantenerse habitualmente A la estabilidad proporcionado

y el reperfilado

depende

posterior de la cara "vista" del talud.

de excavación

de las características

para la conclusión

del suelo y de su capacidad entre 24 y 48 horas, tiempo

de una fase completa.

de cada bancada contribuye en gran medida el grado de confinamiento por el conjunto paramento-clavos

de efectos arco o de 'abovedamientos"

ya ejecutado,

en el terreno

figura 3.3 muestra este efecto. En ella se representan

orientaciones

es discreta, del orden de 1 a 2

estable durante un perlodo comprendido

necesario

en

de las tensiones

que facilita el desarrollo

alrededor

de la excavación.

gráficamente

principales deducidas

las magnitudes

en el terreno

La

y

para una

determinada bancada. En lo que respecta a la longitud de la bancada, de nuevo depende de lás condiciones del terreno para mantenerse estable. Un criterio razonable puede ser limitar dicha

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

12

y firmes de

longitud a partir del área de talud que puede ser bulonado y gunitado en una jornada de trabajo.

I

~ .:

l ..

1.I

I I

I I

1

l

l,

I

I

Figura 3.3: Modelo de elementos finitos que muestra la distribución de tensiones principales y los efectos de abovedamiento del terreno en torno a una bancada de excavación. (tomado de "Additif 2002 aux Recommandations Clouterre").

En todo caso, es evidente que deben investigarse las condiciones de estabilidad del terreno con el fin de determinar las dimensiones factibles de excavación. Para ello puede acudirse a la ejecución de zanjas previas de prueba, y a la observación y control

exhaustivo

de las dos

primeras

bancadas

de excavación,

las más

desfavorables habitualmente, ya que afectan al terreno más superficial, más alterado y menos resistente, contando además con un efecto de abovedamiento muy reducido o incluso nulo. En caso necesario se puede acudir a la ejecución de alguna berma intermedia para mejorar las condiciones estabilidad (figura 3.4), a la aplicación de una primera capa de gunita, etc. En cuanto a la longitud de bancada, si las condiciones resultan muy desfavorables puede acudirse a la excavación por bataches.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

13

y firmes de

":·A1-~f;~::ti1'Ó·ib~.(;"ti~Il:I~, .;",;",." .."•."...;...... .

.

~G;:::MI,¡;~C~/..lI.DJ..y.1".."~::PJ~~t"\,, f'~;(.', ,C""¡lfT~P(),

"",.,.••.

'",;;,--I

I

I 1 I

¡ I

/

.:~1J1:!tr,R). :,~--'"""""~·"·'f _..:'~f.,t:5.~~~~~~tp.iR~~~I~!)i. 1)lf.I~!.f:t;(¡~N¡If,f:",~ i>AR~ ¡ 1

Figura 3.4: Berma de seguridad local con bulonado previo para aumentar la seguridad de una fase de excavación (tomado de FHA, 1998).

Por lo que se refiere a la anchura de la plataformafrente al talud, es recomendable prever unos 10m, con el fin de disponerde espacio suficiente para la maquinariade perforación de buIones, de gunitado etc. No obstante en condicionesespeciales se

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 14

y firmes de

pueden emplear máquinas más pequeñas y ligeras, que permiten trabajar en anchos reducidos, del orden de 4 a 5 m tan sólo. Finalmente, a medida que progresa la excavación se ha de mantener una observación exhaustiva del talud, especialmente en lo que se refiere a eventuales filtraciones de agua no previstas.

3.2.3.~ Instalación de "clavos". Los clavos pueden instalarse mediante diferentes métodos. El más habitual consiste sin duda en la ejecución de bulones perforados e inyectados. Existen no obstante otros procedimientos de instalación directa en los que los clavos son introducidos en el terreno a percusión, vibración, o por medios balísticos (disparo con aire comprimido) Centrando la descripción en los bulones perforados, los más comunes en nuestro país, pueden a su vez distinguirse dos grupos. El más clásico consiste en la ejecución previa de una perforación, de 100 a 200 mm de diámetro, en cuyo interior se introduce el buIón de acero corrugado, habitualmente de 25 a 40 mm de diámetro, que posteriormente se inyecta ya sea por gravedad o a presión", La barra de acero que constituye el clavo o bulón se dota de centradores para situarla en el eje de la perforación realizada, de forma que la lechada de inyección la rodee completamente,

consiguiendo así una adecuada transferencia

de carga clavo-

inyección-terreno, así como protección frente a la corrosión. En el caso de buIones permanentes, la protección frente a la corrosión puede mejorarse empleando bulones recubiertos con resinas epoxy, o bien encapsulado el bulón en una vaina corrugada, también inyectada, al igual que en los anclajes permanentes (figura 3.5).

4

No se describirán aquí las técnicas de perforación o de inyección de bulones, que pueden encontrarse en

la literatura especializada.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

15

y firmes de

·BlILÓ~· PROTEGIDO CON RESINA E:POXI

Figura 3.5: Tipos de protección contra la corrosión (FHA, 1998)

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

16

y firmes de

Con relación a la secuencia de ejecución, es recomendable que los bulones se inyecten en la misma jornada de su perforación. El segundo grupo de bulones correspondería a los llamados "autoperforantes", de los que asimismo existen diversas posibilidades. Este sistema consiste básicamente en emplear el mismo bulón como útil de perforación. Para ello se le dota de una boca de perforación de un solo uso (se deja perdida) y se emplea el mismo bulón como varillaje. En la figura 3.6 se muestra un ejemplo de este tipo de bulón, en el que "barrido" de la perforación se realiza con una lechada de cemento inyectada por el interior del bulón, de manera que sirve como medida de estabilización y como inyección en sí. Ib62al S22-25, R32, 38, T38, 145 , RS5. 64, ego, H112 a

Barrido con cemento

,CHEBECK TITAN

Barrido ron cemento ~

Centrador

8p.ca terreno "iJiando

Figura 3.6: Bulón autoperforante tipo Titán (tomado de Ischbeck).

En lo que respecta a la inclinación de los bulones, obviamente si la inyección se realiza por gravedad o con baja presión, ésta ha de ser descendente. Una cifra

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

17

y firmes de

razonable y habitual sería del orden de 15°. No obstante, en ocasiones es preciso aumentar dicha inclinación, por ejemplo en las filas más superficiales de bulones, con el fin de evitar construcciones o servicios, o en las más profundas, cercanas al pie del desmonte, por condicionantes derivados del emplazamiento de la maquinaria de perforación. En cualquier caso y como se verá más adelante, en general no resulta interesante acudir a inclinaciones muy alejadas de la horizontal, dado que con ellas se reduce la contribución a tracción de los bulones. En todo caso no suele ser recomendable acudir a inclinaciones inferiores a 5° con el fin de evitar problemas en la inyección. Con relación a la distribución de los clavos en el talud, lo más habitual es acudir a una malla cuadrada, con los bulones espaciados de forma uniforme (de 1,5 a 2 m) tanto en horizontal como en vertical (figura 1.2). Esta distribución permite un replanteo cómodo; proporcionando además un amplio espacio entre clavos para la instalación de elementos

de drenaje

en la cara

del talud

(bandas

de geotextil

u otros

geocompuestos). Asimismo, la malla regular cuadrada o rectangular puede resultar más adecuada en el caso de utilizar paramentos definitivos prefabricados. En algunas circunstancias, no obstante, puede ser más conveniente disponer los bulones en malla triangular equilátera, especialmente si las condiciones estabilidad del talud son precarias, lo que permite mejorar el "efecto arco" entre clavos. Una última observación cualitativa de interés (FHA, 1998) es que la 1a fila de buIones ha de colocarse suficientemente cercana a la coronación del talud, a 1m o menos de ésta, centrada en vertical con la primera capa de mallazo y qunita. De esta manera se reduce el riesgo de inestabilidad del primer voladizo de excavación y la posibilidad de vuelco de la primera bancada de suelo reforzado. Si son precisos voladizos mayores por encima de la 1a fila de buIones, estos siempre se pueden conseguir mediante un paramento conveniente (de hormigón armado por ejemplo) instalado con posterioridad a la excavación definitiva del talud.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de ínfraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

18

3.2.4.- Instalación de un sistema de drenaje en la superficie del talud. Como se ha indicado anteriormente, en el claveteado de suelos resulta esencial asegurar el control de las aguas superficiales y subálveas durante la vida de la obra, cuyo efecto puede resultar muy nocivo (incluso catastrófico). Por ello, es también esencial prever e instalar medidas de drenaje muy cuidadas, que evidentemente dependerán de las condiciones particulares de cada emplazamiento. A modo de simple ejemplo, en la figura 3.7 se indican algunos de procedimientos de drenaje superficial posibles.

t:tJ~it.t'ra3;7:

Sistemas de drenaje superficial en taludes clavados. (a) y (b): zanjas y bajantes; (e) bandas de geocompuestos para drenaje superficial del frente del talud; (d) mechinales. (Tomado de FHA, 1998).

De entre los ejemplos de la figura anterior es interesante destacar el correspondiente a la colocación de bandas de geotextil drenante en la cara del talud, ampliamente recomendado y utilizado en Estados Unidos

y en el Reino Unido (FHA, 1998; BSI,

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 19

2002). No obstante,

habida cuenta que este sistema puede afectar negativamente

fijación de la piel o paramento

de gunita, en general se recomienda

a la

que su extensión

se limite al 15% del área de la superficie del talud de excavación. Por otra parte y como es lógico, las aguas captadas ser adecuadamente

evacuadas

sin permitir

por las bandas drenantes

su infiltración

zona del pie del talud. Un detalle tipo del sistema

tras el paramento

de evacuación

han de o en la

propugnado

por el

Manual de la FHA, 1998, se recoge en la figura 3.8.

cQnexiój\.de s·n!ida ' . .pr$t~)~m,;,"Id.':)¡c.ompc:itltile con'

a

li:i-.!Jái~d .de·g~ote:.l
Coleci{¡1' P.V,C, (150rr¡(Il3)

Figura 3.8: Detalle de drenaje para bandas en la cara del talud. (Tomado de FHA, 1998).

Con relación a los mechinales, siempre recomendables

habida cuenta de la

impermeabilidad de los paramentos de gunita, es conveniente que su diámetro interno sea superior a 25 mm, para permitir su inspección y limpieza. También resulta frecuente envolverlos con un geotextil con el fin de 6.vitar su colmatación. Por lo que se refiere al drenaje interno del talud, especialmente indicado en el caso de existir capas o niveles permeables a favor de los cuales pueda circular el agua

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

20

subálvea,

el procedimiento

subhorizontales

de drenaje más habitual consiste en la ejecución de drenes

(figura 3.9).

Desde el punto de vista de su ejecución y distribución,

la inclinación ascendente

drenes debe ser como mínimo del orden del 5% al 10%, con una densidad

de los

mínima de

1 dren por cada 25 m2 de talud (cada 10 m2 según FHA, 1998). El diámetro interno de

la tubería de drenaje ha de ser de al menos 40 mm.

Figura 3.9: Sistemas de drenaje interno en taludes clavados. Drenes subhorizontales. (Tomado de FHA, 1998).

Para mejorar su efectividad y vida útil, es recomendable instalar un elemento que cumpla condiciones de filtro con el suelo circundante, de manera que éste no sea arrastrado hacia el interior

y colmate la tubería ranurada de PVC que suele constituir el

dren en sl, Para ello puede emplearse de nuevo un geotextil que envuelva dicha tubería. En caso de no emplear elemento filtro, se debe prever para la fase de conservación la posibilidad de tener que reponer (volver a perforar) los drenes perdidos, lo que puede

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

21

y firmes de

resultar complicado temporalmente

si las alturas de desmonte

una vía de circulación

Por otra parte, si se incluye elemento

son importantes,

para acceder con la maquinaria

del talud de suelo y el paramento.

que el agua es conducida contrario, paramento

y expulsada

si el agua circulase

necesaria,

filtro, se ha de prestar una especial

sellado de su zona exterior (con lechada o mortero), superficie

si se ha de ocupar

atención

en la zona de entronque

al

con la

El objetivo de este sellado es asegurar

por el interior

por el elemento

etc.

del tubo, ya que en caso

filtro, podría introducirse

por detrás del

y erosionar el suelo de su trasdós.

3.2.5.- Ejecución del paramento El tipo de paramento recubrimiento

o piel

más habitual en el claveteado

de suelos es el constituido

de gunita de unos 10 a 15 cm de espesor,

reforzado

por un

con un mallazo de

acero. Sobre la gunita se instalan las placas de reparto de los bulones, habitualmente cuadradas

de 200 a 250 mm de lado

y unos 20 mm de espesor. Finalmente se colocan

las tuercas de los bulones y se aprietan ligeramente, haciendo penetrar un poco las placas en la gunita aún fresca. La secuencia de ejecución puede variar en función de las condiciones de estabilidad del terreno o incluso de la simple costumbre. Así, aunque en la descripción anterior se ha supuesto que en primer lugar se perforan los bulones y que posteriormente se colocan el mallazo y la gunita, se puede invertir el proceso, lo que puede resultar especialmente conveniente cuando las condiciones estabilidad son desfavorables. En estas

circunstancias

se

ejecuta

en

primer

lugar

el

paramento,

perforando

posteriormente los clavos. En cualquier caso, dependiendo del tipo de suelo y del problema específico a resolver, existe un amplio abanico de posibilidades para ejecutar el paramento. Así, como señala la SSI (2002), a veces es posible no ejecutar paramento alguno en terrenos duros tipo roca en los que la estabilidad del terreno entre bulones se encuentre garantizada y las solicitaciones en la cabeza del clavo sean absorbibles por

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 22

y firmes de

el mismo. En otras ocasiones mallazo o un geocompuesto En el extremo

contrario,

se puede acudir a paramentos recubiertos

desfavorables

resistencia

puede

paramento

de hormigón armado que mejore las condiciones

transmisión permanente

(un simple

con veqetación)".

en situaciones

resultar conveniente

muy flexibles

adosar

frente

al paramento

a suelos

de gunita

de baja

un segundo

de trabajo del mismo y la

de esfuerzos de la cabeza de los clavos. De hecho, para obras de carácter no es infrecuente

hormigón in situ o con elementos

dotar al talud clavado prefabricados,

de un paramento

adicional

con

aunque sólo sea por motivos estéticos

(figuras 3.10 Y 3.11).

Figura 3.10: "Forro" de oebriclón del paramento de gunita en el desmonte claveteado de la figura 2.2. (Cortesía de SITE).

5

El primer caso correspondería a un desmonte bulonado en roca, con mecanismos de inestabilidad

gobemados por la orientación y resistencia de las discontinuidades. En el segundo, el problema a tratar sería más bien de erosión, y no tanto de estabilidad global. Ambas situaciones no corresponderían de forma estricta a un "suelo claveteado",

Jornada INTEVfA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 23

y firmes de

Figura 3.11: Paramentos. (tomado de BSI, 2002). (a): Desmonte claveteado con paramento convencional de gunita. (b): Igual a (a), con "forro"estétieo (de mampostería en la figura). (e) y (d): Soluciones habituales para refuerzo y estabilización de estructuras de contención existentes.

A modo de ejemplo, la práctica habitual recogida por el departamento de transportes de Estados Unidos (FHA, 1998) para taludes

clavados permanentes

consiste

precisamente en adosar a la gunita un segundo paramento de hormigón armado cuando la excavación ha finalizado.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 24

Los motivos apuntados para ello son tanto estéticos como de durabilidad estructural a largo plazo. Este segundo paramento se conecta a las cabezas de los bulones mediante unos pernos soldados directamente a sus placas de anclaje (figuras 3.12 y 3.13).

Pltfi:_:"tt.fNTb (}SfIN~~í¡}P Drr HqgMIGON t.r~}.ÚI~O~

~;\IÜM~¡;¡i.á6~ r,¡uun:t..·

Figura 3.12: Piel provisional de gunita y mallazo más un paramento permanente de hormigón armado. Detalle de la conexión entre bulones y paramento definitivo. (Tomado de FHA, 1998).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

25

Figura 3.13: Vista frontal de un muro clavado. Se observan los pernos de sujeción del paramento definitivo de hormigón armado sobresaliendo de la superficie gunitada.

4.-

PRINCIPIOS DE EXPERIMENTALES.

FUNCIONAMIENTO.

OBSERVACIONES

4.1.-lntroducción. El principal mecanismo de funcionamiento de un talud clavado resulta simple e intuitivo. A medida que se excava un desmonte desaparece el confinamiento lateral proporcionado por el suelo retirado, lo que da lugar a una relajación de la masa de terreno remanente, que tiende a deformarse (extenderse) lateralmente en una cierta zona de influencia. En ausencia de los buIones, la estabilidad final del talud excavado dependerá de las características resistentes del terreno.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

26

Resulta fácil comprender que la presencia de clavos en el proceso de excavación supone una restricción o limitación a la relajación lateral del terreno. Así, las partículas de suelo que circundan los bulones intentarán arrastrarlos consigo en su movimiento de

relajación,

pero

si

éstos

son

suficientemente

rígidos

y

se

encuentran

convenientemente sujetos (anclados) en el interior del talud, en terreno estable, se opondrán al movimiento y entrarán en carga, reduciendo así el movimiento

y

ayudando a la estabilidad global del talud. Dependiendo

de la orientación de los clavos con relación a las direcciones

preferenciales de deformación en el terreno, dicha entrada en carga se traducirá en tracciones, momentos y esfuerzos cortantes sobre los mismos. En particular, si los clavos de refuerzo se instalan de tal manera que las deformaciones

de extensión (relajación) en el terreno induzcan deformaciones,

también de extensión (tracción), en los bulones, su efectividad resultará óptima", Un efecto adicional se produce en la zona del paramento. Aunque ya no se trate de un problema de estabilidad globlal, no cabe duda que el suelo situado entre los clavos, tras la piel, también ha de ser contenido, de forma que el paramento recibe unos empujes que han de ser contrarrestados por los buIones. Es por ello por lo que las cabezas de los clavos se conectan estructuralmente al paramento.

4.2.- Analogías suelos.

y diferencias

entre la tierra armada y el claveteado

de

Tradicionalmente, los conceptos básicos de funcionamiento de los taludes claveteados se han apoyado en los ya desarrollados para las obras de tierra armada, más antiguos y conocidos. Esta analogía resulta bastante razonable en numerosos aspectos: el

6

Téngase en cuenta que los bulones se conciben para trabajar fundamentalmente a tracción. Esta

observación cobra especial importancia en el caso de reforzar el talud con bulones flexibles, en los que la contribución a flexión o cortante resulta despreciable.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

27

y firmes de

desarrollo

de tracciones

los esfuerzos diferencias La primera

en los elementos

sobre el paramento,

sustanciales

de refuerzo descrito en el apartado

etc. Sin embargo,

es también

entre ambos, siendo de destacar

anterior,

evidente que existen

principalmente

dos.

deriva de las condiciones geotécnicas del terreno. La tierra armada se

construye con suelos de calidad, normalmente granulares, de aportación. Su proceso constructivo se encuentra además muy normalizado, con estrictos controles de recepción de materiales (propiedades geomecánicas básicas del suelo a emplear) y de puesta en obra (espesor de tongada, energía de compactación, etc. o, lo que es lo mismo, resistencia y rigidez del suelo colocado). Del mismo modo, las condiciones de drenaje del macizo de tierra armada puede asegurarse con relativa sencillez dado que, además de construirse con materiales drenantes, siempre se pueden instalar sistemas adicionales en la base o en el trasdós del mismo. Lo mismo cabe decir de las condiciones de apoyo o cimentación del macizo, susceptible de ser tratadas o mejoradas. En contraposición, en un talud claveteado el suelo a reforzar es siempre el existente in situ, de manera que habitualmente será heterogéneo en cuanto a su naturaleza y propiedades de resistencia y rigidez, podrá contener capas permeables más o menos irregulares que posiblemente será necesario "buscar" e interceptar, etc. La segunda diferencia deriva directamente de la forma de ejecución. La tierra armada es en definitiva un relleno, construido "de abajo hacia a arriba", mientras que un talud clavado es un desmonte, excavado de "arriba hacia abajo". Esto da lugar a que tanto las deformaciones como la entrada en carga de los refuerzos en uno y otro caso se vayan produciendo de forma distinta (figuras 4.1 y 4.2). Así, en la tierra armada el extendido y compactación de cada nueva tongada produce tensiones y movimientos horizontales en el suelo subyacente. Por lo tanto, al tratarse de una construcción "ascendente", es precisamente en los niveles inferiores del terreno donde se acumulan los mayores desplazamientos y tensiones horizontales, y en donde se originan las mayores tracciones en el los flejes de refuerzo (figura 4.2).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

28

Se ha de señalar no obstante que dichos máximos no se producen precisamente en el pie, ya que se encuentra confinado lateralmente por el terreno de la base, sino ligeramente por encima de éste.

r····?!··.....¡ ===="'"

,. i \ .\

.~.

Figura 4.1. Diferencias en el modo de deformación de taludes clavados y tierras armadas (tomado de Clouterre, 1991).

Figura 4.2. Diferencias en la distribución de tensiones y esfuerzos de taludes clavados y tierras armadas (tomado de Clouterre, 1991).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 200t

29

y firmes de

En un talud claveteado el efecto es el contrario. Al ejecutarse de arriba hacia abajo, son los niveles más elevados del terreno los que se deforman primero, y los que han de ir acumulando los desplazamientos adicionales originados por cada nueva bancada de excavación. Del mismo modo, los clavos entran en carga de forma progresiva, a medida que avanza la excavación y el suelo tiende a aumentar sus deformaciones de extensión. De forma intuitiva, los clavos situados en las zonas inferiores tenderán a cargarse menos, dado que el terreno que los engloba también habrá sufrido menores deformaciones. De hecho, ya que son las sucesivas excavaciones las que dan lugar a las deformaciones del terreno y a la entrada en carga de los clavos, en principio la fila inferior de bulones no recibiría carga. Esto no es enteramente cierto, ya que en realidad en la situación de talud terminado aún se producen deformaciones de fluencia "a largo plazo", que incrementan las solicitaciones en todos los bulones, incluidos los inferiores.

4.3.- Esfuerzos de tracción en los clavos. 4.3.1.- Consideraciones iniciales. Orientación de los clavos. Con el fin de llevar a cabo un primer análisis sencillo (y limitado) del funcionamiento de un talud clavado, en la figura 4.3 se muestra de forma esquemática un talud reforzado con un par de alineaciones de bulones horizontales. En la misma figura se ha representado además una superficie cualquiera de inestabilidad potencial, a la que el conjunto suelo-bu Iones habrá de "hacer frente". Como puede apreciarse, en la figura se han marcado dos zonas situadas en la intersección de los clavos con la superficie de deslizamiento potencial. Se asemejan claramente a sendas pruebas de corte directo, a las que se han añadido los bulones formando un cierto ángulo

e con respecto a la perpendicular

al plano de corte.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

30

y firmes de

Figura 4.3: Esquema conceptual de las solicitaciones de corte en el entorno de los bufones (tomada de Milligan, G.W.E., 1994).

Dejando por el momento los clavos, en la figura 4.4 se muestra esquemáticamente el mecanismo de corte directo planteado. Las deformaciones se suponen concentradas en una franja de suelo de espesor (h), sometida a una presión normal (O'v) y a una tensión tangencial (t}. Se muestran los corrimientos (u)

y (v), y las expresiones de las

deformaciones correspondientes. Como puede apreciarse, se ha supuesto una cierta dilatancia del terreno sometido a corte (la deformación normal ~y) es negativa o de elongación). La figura 4.5 muestra el círculo de Mohr de deformaciones correspondiente a la situación anterior. Se han representado las direcciones principales de deformación, (e1) de compresión y (e3) de extensión, así como las líneas de extensión nula. El conjunto de estas direcciones, representadas en el elipsoide de deformaciones contiguo, muestra claramente las orientaciones en las que el suelo se encuentra sometido a extensión o a compresión.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 31

·¡\:,;;:~<:i~,·

"-'lv,'-1'-:: .!:\ ~t ..;~ ... :..;,'

i

!h:

....

I.... ,••

I

:.'t....

Figura 4.4: Deformaciones de una franja de suelo sometida a corte, con dilatancia positiva (tomada de Milligan, G.W.E., 1994).

I

J. ~'"

Figura 4.5. Ensayo de corte directo. Círculo de Mohr y elipsoide de deformaciones mostrando las orientaciones de extensión y compresión en un elemento de suelo (tomada de Milligan, G.W.E., 1994).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

32

y firmes de

En las circunstancias anteriores resulta bastante evidente que si se desea contar con un elemento de refuerzo como los bulones, concebidos para funcionar principalmente a tracción, éstos habrán de alinearse en la medida de lo posible con las direcciones de máxima extensión del suelo mostradas en la figura7• Las implicaciones de esta idea se reflejan en la figura 4.6, que muestra resultados de ensayos de corte directo efectuados sobre una arena, sin reforzar y reforzada. En el eje de ordenadas se representa la tensión tangencial movilizada, normalizada con respecto a la presión normal al plano de corte aplicada en el ensayo (av). En el eje de abscisas se representa el desplazamiento de la caja de corte. En el ensayo sobre suelo reforzado la orientación del refuerzo fue próxima a la óptima, esto es, se ajustó a la dirección de las máximas deformaciones de extensión en el terreno (C3 en la figura

4.5). Como se deduce de la figura, la resistencia al corte máxima del suelo con refuerzo resulta netamente superior a la del suelo sin reforzar. De hecho, para niveles de deformaciones en los que el suelo sin refuerzo ha sobrepasado su resistencia de pico (punto B) y comienza su descenso en resistencia, la tensión movilizada en el terreno reforzado puede aún continuar en ascenso (hasta F). Adicionalmente, también se observa que incluso con niveles de deformación

importantes,

sobrepasada

la

resistencia de pico en ambos casos, la ganancia en resistencia se mantiene (distancia vertical entre las líneas CD y FGH).

7

Si se compara la orientación de los bulones del esquema básico del "ensayo de corte" de la figura 4.3

con la orientación de las máximas tracciones de la figura 4.5, puede comprobarse que ambas se aproximan mucho, lo que viene a indicar que, para la superficie de inestabilidad supuesta, los bulones horizontales trazados en la figura 4.3 se ajustan bastante bien a este concepto.

Jornada INTEVIA. Técnícas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

33

y firmes de

DESPLAZAMIENTO f:N X (mm} Figura 4.6. Ensayo de corte directo en arena sin reforzar y reforzada. (Jewell, RoA. 1980; tomada de MiIIigan, G.W.E., 1994).

En definitiva, las deformaciones de extensión en el suelo se pueden emplear para inducir tracciones en el elemento de refuerzo (debidamente orientado), dando lugar así a un confinamiento adicional en el terreno y a una elevación de la resistencia al corte disponible. Otra forma de visualizar cómo la tracción generada en el refuerzo (PR) contribuye a la resistencia

consiste

en descomponerla

en 2 direcciones,

en paralelo y en

perpendicular a la superficie de corte (figura 4.7). Como resulta evidente, ambas componentes aumentan la resistencia. La primera (PR·sen9), paralela a la superficie de corte, disminuyendo las acciones desestabilizadoras,

y la segunda (Ps-cosü],

perpendicular a la superficie de corte, aumentando la resistencia friccional disponible.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

34

1. f: ~. 1:

.~

'El

'. PR" .... . ... -st .

LJ!'P

... ' .. "

.p~cOsO,

"'\i

.

~

a t

1:

~

'~

l' !

e1:

J li f

Figura 4.7. Descomposición de las fuerzas de tracción generadas en el refuerzo ..

Finalmente, en lo que respecta a la relación descrita entre la magnitud de las tracciones generadas en los clavos y su orientación, la figura 4.8 muestra precisamente los resultados de varios ensayos de corte directo efectuados con diversas inclinacionesdel refuerzo. En abscisas se representala inclinaciónen cada caso, mientras que en ordenadas se muestra el incremento de tensión tangencial movilizada con relación a la máxima tensión tangencial disponible en el suelo sin reforzar, siempre referidas a la presión normal a la superficie de corte durante los ensayos (crv).

Jornada INTEV/A Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

35

Figura 4.8. Ensayo de corte directo. Círculo de Mohr y elipsoide (Jewell, 1980; tomada de Milligan, G.W.E., 1994).

Como puede comprobarse, el efecto beneficioso del refuerzo alcanza un máximo para

valores del ángulo

e del orden de 30° (la dirección

de las máximas deformaciones de

extensión en el ensayo), alcanzando en cualquier caso un aumento muy considerable de la resistencia en el rango comprendido entre 10 Y 50° aproximadamente. La consecuencia práctica de esta observación es inmediata toda vez que, como es sabido, en los taludes de cierta inclinación excavados en terrenos con rozamiento, como suele ser el caso del claveteado, las superficies de deslizamiento más desfavorables suelen pasar por el pie del talud y desarrollarse relativamente próximas a la cara del talud (figura 4.3). Por lo tanto, la ejecución de bulones de refuerzo con escasa inclinación respecto a la horizontal se ajusta bien a las orientación óptimas desde el punto de vista del aprovechamiento de su capacidad de carga a tracción.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

36

4.3.2.~ Evolución de las solicitaciones de tracción. Un aspecto interesante, observado en obras reales instrumentadas, es que la carga máxima de tracción en los clavos se alcanza aproximadamente en las tres fases de excavación que siguen a su instalación. La figura 4.9 muestra precisamente este efecto. En ordenadas se representa la evolución de la carga en cabeza To de un clavo situado en el tercer nivel de excavación de un talud de ensayo del proyecto Clouterre, (Muro de experimentación n? 1). En abscisas se representa una escala de tiempo, si bien en el documento de referencia no se detallan las unidades.

Cama IJiI'l tabl!:t~ qe, bll1pn í~ri)

ro

o '''~í ........,.-~...,.-....,..........,I-.,........-,-.......,..........,-..,.¡-".......,-....,....-..,.--r--....,....~"......r---:--....,...¡ O

50

100

;50

-fo'.

200

Figura 4.9. Evolución de la carga de tracción en cabeza de un bulón del nivel 3 de excavación (tomado de Clouterre, 1991).

. En la figura se comprueba que es precisamente en las tres fases subsiguientes, las denominadas 4, 5 Y 6, en las que se produce el aumento de las tracciones en el clavo. Posteriormente apenas varían, salvo en el caso de que las deformaciones de fluencia a talud terminado sean relevantes.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 37

4.3.3.- Localización

de tracciones

máximas.

Zonificación

del macizo de suelo

reforzado. Otro aspecto de indudable interés deriva del reparto de tracciones observado en el interior de un suelo claveteado, cualitativamente similar al de las obras de tierra armada. Como muestra de forma esquemática la figura 4.10.a, las tracciones máximas en los clavos (Tmáx) se producen en el interior del terreno reforzado, en un punto intermedio cuya distancia al paramento depende principalmente de la geometría del talud, de la inclinación de los bulones y de su situación (cota) en el propio talud. En la figura 4.1 O.b se muestra un ejemplo de mediciones reales del proyecto Clouterre.

Figura 4.10: (a): Distribución esquemática de esfuerzos de tracción en los bulones ..Zonificación de un talud clavado. (b): Tracciones observadas en un talud claveteado (Muro n° 1. Clouterre, 1991).

Las observaciones

realizadas

indican

que,

para

paramentos

subverticales

y

coronaciones horizontales del talud, la línea que une los puntos de Trnáx de los bulones

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

38

y firmes de

adopta

una forma

coronación, adelante,

curvas,

alejada

del orden

de O,3H a O,35H del

borde

en la

siendo H la altura total del talud. Si se tiene en cuenta, como se verá más

que las longitudes de los clavos suele oscilar entre O,6H

y 0,8H, en la zona

alta del talud las tracciones máximas se producen por tanto cerca del punto medio de los bulones, o entre éste

y el paramento. En las zonas bajas del talud los puntos de

T rnáx se acercan más a la piel. En la figura se observa asimismo que la tracción de los buIones en el paramento (To) representa tan sólo una fracción de Trnáx

-

Habitualmente se considera que la línea que une los puntos de T máx divide la masa de suelo en dos zonas. En la primera, situada del lado del paramento y llamada "zona activa", las deformaciones del terreno inducen tensiones tangenciales en los buIones dirigidas hacia el exterior, que tienden a "extraerlos" (ver figura 4.1O.a). En la segunda, situada hacia el interior del terreno y llamada "zona resistente-", las tensiones tangenciales sobre los clavos se dirigen hacia el interior, reflejando la oposición de los bulones a ser arrancados'. En estas condiciones la línea de Tmáx puede considerarse como una superficie de deslizamiento potencial, aunque no representa necesariamente la superficie más desfavorable desde el punto de vista de un análisis de equilibrio límite. En definitiva y a la vista de la descripción realizada, los bulones de refuerzo cumplen la misión de sujetar la zona activa, impidiendo que deslice. Para conseguirlo se deben garantizar dos aspectos. •

En primer lugar la resistencia última a tracción de los clavos deberá ser suficiente para soportar las tracciones máximas con un adecuado coeficiente de seguridad.

8

Frecuentemente bastante verticalizada desde la coronación hasta aproximadamente 1/3 de la altura del

talud, contada desde la base,

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

39

y firmes de

•

En segundo

lugar, la entrega

de los bulones

en el terreno de la zona resistente

habrá de ser suficiente como para evitar su arrancamiento,

de nuevo con un factor

de seguridad adecuado.

4.3.4.- Distribución

y órdenes de magnitud de las tracciones máximas.

A modo de resumen de las principales observaciones realizadas, en los párrafos anteriores se indicado que las tracciones en los clavos de refuerzo se desarrollaron a medida que progresa la ejecución del desmonte y se acumulan las deformaciones. Se ha indicado asimismo que dicho desarrollo tiene lugar principalmente durante las dos o tres etapas de excavación posteriores a la de instalación de cada clavo. Todo ello da lugar a que los buIones de refuerzo de la parte inferior del talud se encuentren menos cargados que los de la parte superior. Finalmente se .ha mostrado. que las tracciones máximas en los clavos se sitúan a lo largo de una determinada línea en el interior del macizo de suelo, línea que separa dos zonas denominadas activa y pasiva. En lo que respecta a los órdenes de magnitud de las tracciones

máximas

desarrolladas en los clavos, se cuenta también con bastante información procedente de la auscultación de obras. Para la representación

y análisis de los datos disponibles resulta conveniente

considerar un coeficiente K adimensional definido de la siguiente forma:

K

. do: = Tmax 'cose , sien o. "('z'SVoSH

•

y el peso específico aparente del suelo.

•

z la profundidad medida desde la coronación del muro.

•

T max la tracción máxima de los clavos situado a profundidad

z.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 40

y firmes de

• e el ángulo de inclinación de los clavos con respecto a la horizontal

(positivo en

el sentido de las agujas del reloj, esto es, con la perforación descendente). En la expresión anterior

yz representa la presión vertical debida a la sobrecarga de

. n: 1de 1 cavo, 1 f)\(Jv, tierras a l ruve

y Tmax

-cos e la presten ., hori onzonta 1 me d'la deri envada d e

SyoSH dividir la tracción horizontal máxima (Tmax'cos8)por su área tributaria (Sv SH). En consecuencia, el coeficiente K antes definido viene a ser el "coeficiente de empuje horizontal equivalente" del terreno situado en la zona de tracción máxima del clavo. Obviamente, conocidas las características resistentes del terreno, el coeficiente K así definido puede compararse fácilmente con otros coeficientes de empuje habituales, como el de empuje activo (Ka), el de empuje al reposo (Ko), etc, lo que permite comprender e interpretar mejor los resultados de las mediciones. Utilizando ese sencillo concepto, en el gráfico de la figura 4.11 se muestran las tracciones máximas medidas en los bulones de uno de los muros experimentales del proyecto Clouterre, 1991. En el eje de ordenadas se representa la profundidad contada desde la coronación del talud clavado, y en el de abscisas la tracción máxima medida, expresada de forma adimensional. La expresión adimensional de la tracción máxima de la figura no es idéntica a la definida anteriormente, pero sí muy similar. En este caso se ha empleado en el denominador la altura total o máxima del muro clavado, H, y no la profundidad 2, pero la relación entre ambas es sencilla:

Tmax 'cos e Y'H-Sy -SH

=:

T max ·cos e.~ = K-~ YZ'Sy ·SH H H

Finalmente, además de las medidas realizadas, en el mismo gráfico se muestran dos líneas rectas adicionales, que representan las distribuciones de tensiones teóricas correspondientes a las situaciones de empujes activo y reposo.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 41

y firmes de

Fití.t .

Z.

'(;~) Figura 4.11: Tracciones máximas medidas en el muro experimental nO 1. (Clouterre, 1991).

Como puede comprobarse, los resultados obtenidos indican que en la zona superior del talud las tensiones horizontales del terreno, en el entorno de los puntos de tracción máxima de los clavos, se aproximan o incluso superan el estado de empuje al reposo (K ¿ Ko). Este efecto vendría a significar que la inclusión de los bulones limita considerablemente las deformaciones del terreno. En la zona inferior del talud, sin embargo, el estado tensional resulta incluso inferior al de empuje activo (K < Ka). La explicación a esta observación procede del desarrollo de un cierto efecto arco entre la parte superior del terreno en las proximidades del paramento y la base del talud, hacía en el interior de la masa de suelo, lo que daría lugar a una reducción en las presiones verticales actuantes con respecto a las teóricas (yz).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

42

Un segundo ejemplo de distribución de las tracciones máximas en los clavos, que aglutina los resultados de un gran número de obras, se recoge en la figura 4.12. En este caso en el eje de ordenadas se representa la profundidad medida desde la coronación del talud en forma adimensional (z/H), y en el eje de abscisas la tracción máxima en los clavos (Tmax= tN en la figura), de forma también adímensional, mediante la expresión:

La relación entre dicha expresión y el coeficiente de empuje K antes definido puede obtenerse de la siguiente forma:

Finalmente, en la figura se ha trazado una línea recta que correspondería al estado activo (K=Ka) en la hipótesis de que los clavos fuesen horizontales (cose=t). Como puede comprobarse, de nuevo en los dos tercios superiores del muro clavado las tensiones horizontales del terreno en el entorno de los puntos de tracción máxima superan netamente el estado activo, si bien la dispersión resulta francamente importante. Así, las oscilaciones en la fuerza de tracción adimensional definida en el gráfico en esta zona oscila entre 0,4

y 1, con un valor medio del orden de 0,7.

En el tercio inferior, las tensiones horizontales actuantes se sitúan claramente por debajo del estado de empuje activo, tendiendo a Oal pie del talud.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

43

y firmes de

'. G ,.

é

Swlll Delia ,~1 SWi.noell¡\~;; f'olydinlq .

-.~--"-,."",,

Figura 4.12: Tracciones máximas medidas (tomado de FHA, 1998).

4.3.5.- Distribución y órdenes de magnitud de las tracciones en el paramento

(TQl

Los datos experimentales disponibles sugieren que las tracciones de los clavos junto a la piel o paramento (To) resultan sustancialmente inferiores a las tracciones máximas

(Trnax). La relación To/Tmax depende de numerosas variables, tales como el tipo y características del suelo, la profundidad, la rigidez del paramento, la rigidez de los clavos, el espaciamiento entre clavos, etc. De entre ellas, intuitivamente la de mayor influencia sería precisamente la última, el espaciamiento entre clavos. Las "Recommandations Clouterre, 1991" aconsejan adoptar las siguientes expresiones empíricas:

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 44

y firmes de

.l

r.,

= 0,5 + S - 0,5 , para 1 ~S ~ 3 m

5

•

__!g_ :::::0,6 , para S ~ 1 m

•

_0_ '"'" 1 para S ~ 3 m Tmax

Tmax T

donde: - S es el máximo espaciamiento entre clavos S

= máx {Sv. SH}

- T max es la tracción máxima correspondiente al muro clavado en fase definitiva. Su magnitud se define en el documento citado como el mínimo entre la resistencia admisible al arrancamiento y la resistencia admisible a tracción: Tmáx

= min {T:~m;Tt~~~l}(ver apartados siguientes).

Más información puede extraerse del manual de la FHA, 1998, que de nuevo contiene una amplia muestra de medidas realizadas. Se han recogido en la figura 4.13, con los mismos criterios de normalización de la figura 4.12, si bien en esta ocasión tN corresponde a la tracción en el paramento To. Observando la figura se puede apreciar que la forma de la distribución de tensiones en el paramento es similar a la del gráfico de tracciones máximas, aunque sus valores resultan netamente más reducidos. Así, en la mitad o los dos tercios superiores del talud los valores normalizados oscilan entre 0,3 y 0,7, con una media en el rango de 0,4 a 0,45, esto es, del orden del 60% de las tracciones máximas. Esta observación se encuentra en buena correspondencia

con las recomendaciones Clouterre antes

descritas para espaciamientos es del orden de 1 a 1,5 m, habituales en la práctica estadounidense.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 45

Normaiized Na¡i HeadLoad "

tN~1'HSHSV· '

0.6 ' ..

'.

'Swl!(OO)I:.l #1

'x

$y,l!\ Oa~a #2 'P.oly,ll~i~

,(JI.

"'__~__

--.__

.6' "

'+

,

CU(JltXJriafid G~

,

f,'1il,' . lH3iJoA

'.

o ,a

te

Lí?:

1,4

'*,:

ItI39·G; , Q.. SM OOtn~dillo(Iell) '?- S'ari a~·ttl~(f.Í\~<'lgJ;Ít}

_,..;_.;....._ _ __"'_~_{J

C!\Ies1!onable Da! ...

Figura 4.13: Tracción de los bulones junto al paramento (tomado de FHA, 1998).

A la vista de estos resultados, el manual de la FHA, 1998 recomienda adoptar, para taludes clavados con espaciamientos habituales de 1 a 2 m y paramento flexible de gunita, una tracción de servicio en el paramento de al menos":

9

Este valor de la tracción de servicio se encontrará obviamente condicionado por otros factores que

habrán de ser comprobados, como la resistencia a flexión o al resistencia al punzonamiento

del

paramento, la misma resistencia última a tracción de los clavos, etc,

Jornada INTEVIA. Técnícas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

46

4.4.- Contribución

de los clavos

a flexión

y cortante.

Desde el punto de vista del diseño, la consíderación de esfuerzos cortantes y de flexión en los clavos ha estado sujeta una cierta controversia. En este sentido, los procedimientos de cálculo propugnados en las 'Recommandations Clouterre, 1991" incorporan ambos tipos de contribución, mientras que otras metodologías empleadas habitualmente en EEUU y otras partes de Europa tan sólo consideran los esfuerzos de tracción. Analizando este aspecto con algo de detalle, no cabe duda de que la contribución a flexión y cortante de las inclusiones de refuerzo dependerán en primer lugar de sus características mecánicas. Así, en el caso de inclusiones muy flexibles, como las geomallas o los flejes de los macizos de suelo reforzado (tierra armada), los esfuerzos de flexión o cortante serán despreciables a efectos prácticos. En el caso de los redondos de acero corrugado utilizados habitualmente en los taludes clavados, su rigidez resulta superior, quizás ya no despreciable, y por lo tanto ante un movimiento o deslizamiento del talud, tenderán a doblarse y a movilizar esfuerzos distintos a los de tracción pura (flexión y cortante). Sobre el suelo que los circunda se producirá asimismo una presión lateral que se opondrá al movimiento transversal del clavo. En definitiva, en estas circunstancias y desde un punto de vista estricto de diseño sería lógico considerar, además de la resistencia al arrancamiento de los clavos embutidos en el terreno, las correspondientes resistencias últimas a flexión y cortante, así como la resistencia lateral del terreno frente al "empuje horizontal" de las inclusiones. La incorporación de todas estas componentes o criterios de rotura en cálculo da lugar al denominado "análisis multicriterio", desarrollado por Blondeau, F. et al (1984)'0 y propugnado en las "Recommandations Clouterre, 1991".

10

Una excelente descripción en castellano de todas las variables implicadas en este tipo de análisis y la

forma de obtenerlas puede consultarse en Puebla, J. (1986).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

47

y firmes de

A pesar de las observaciones anteriores la experiencia indica que, en realidad, cuando la orientación de los clavos es cercana a la horizontal (lo más frecuente por la optimización de su trabajo a tracción), su contribución a flexión y cortante resulta muy escasa, al menos bajo cargas de servicio, lo que permitiría llevar a cabo un diseño basado exclusivamente en los esfuerzos de tracción de los clavos. Esta es el precisamente la hipótesis seguida en el manual de la FHA, 1998. Esta afirmación se ve refrendada por los datos experimentales disponibles e incluso por los análisis teóricos. A modo de ejemplo, en la figura 4.14 se muestran los resultados de algunos ensayos en modelo reducido para situaciones de servicio. La nomenclatura seguida es similar a la de la figura 4.11, siendo este caso Tcmax el

máximo esfuerzo cortante medido en cada clavo y Tmax su máximo esfuerzo de tracción.

•

Clavos flexibles

o

Clavos rígidos

Figura 4.14: Comparación de esfuerzos de tracción y cortante en un talud claveteado (modelo reducido). Tomado de Clouterre, 1991.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

48

Ahondando en este aspecto, las mismas "Recommandatíons Clouterre, 1991" indican que para movilizar la resistencia a flexión y cortante de los clavos son necesarias deformaciones muy importantes, a tal punto que los modelos de experimentación a escala real parecen sugerir que la resistencia a flexión de las inclusiones sólo se moviliza realmente en las proximidades de la rotura (deslizamiento). En esta situación, las flexiones producidas tíenden a reorientar los clavos a favor de la superficie de rotura, con lo que también se reorientan sus tracciones, produciendo un efecto favorable desde el punto de vista de la seguridad y la sujeción final del talud, impidiendo en gran medida una rotura catastrófica (figura 4.15). Estas mismas observaciones se recogen en el documento de actualización 'Additif 2002 aux Recommandations Clouterre 1991", en el que se indica que, para las ligeras inclinaciones habituales en los clavos, no resulta necesario tener en cuenta la resistencia a flexión de éstos.

Figura 4.18: Rotura del muro de ensayo nO1. Se observa la flexión y reorientación de los clavos a lo largo de la superficie de deslizamiento. (tomado de Clouterre, 1991).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 49

y firmes de

5.- PROYECTO PE TALUDES CLAVADOS. 5.1.- Diseño inicial. Como en otros campos de la ingeniería, el proyecto de un talud clavado se desarrolla en etapas, por aproximaciones sucesivas. Una vez estudiadas las necesidades y peculiaridades de las obras a realizar, así como las características del terreno (capítulo 2), se estará en disposición de decidir sobre la viabilidad de este tipo de solución geotécnica. Para ello habrá que considerar entre otras cosas la topografía, las restricciones de espacio, la proximidad de estructuras,

etc. A partir de estas

consideraciones se podrán estimar a su vez la inclinación del paramento del talud y la altura del mismo. El siguiente paso será seleccionar una distribución de bulones razonable, que posteriormente

habrá de ser comprobada

por medio

los pertinentes

cálculos,

adaptando progresivamente el diseño inicial si resulta necesario o conveniente hasta alcanzar una solución definitiva, suficientemente satisfactoria. Para la realización de este diseño tentativo inicial ya se han esbozado algunas ideas a lo largo de los capítulos anteriores. Así, en lo que respecta al tipo de bulón, para el procedimiento más habitual de clavos perforados e inyectados, es habitual emplear barras corrugadas convencionales, con diámetros comprendidos entre 25 y 40 mm (de

20 a 60 mm según Clouterre, 1991). Obviamente el diámetro de las barras tenderá a ser mayor cuanto menor sea el espaciamiento previsto. En cuanto a dicho espaciamiento, salvo en situaciones en las que preocupe especialmente la estabilidad las bancadas de excavación, se optará por una malla cuadrada de bulones, con espaciamientos en horizontal y vertical del orden de 1 a 2 m Dentro de este intervalo se seleccionaran menores espaciamientos cuanto peores sean las características resistentes del terreno, mayores sean la altura del talud o la pendiente de la ladera en coronación, menor resistencia a tracción tengan los bulones, etc.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

50

Con el fin de optimizar su funcionamiento a tracción, la inclinación de los bulones tenderá a ser pequeña, del orden de 5 a 15°, salvo en los casos en los que sea preciso salvar alguna estructura con las filas superiores. En cuanto a su disposición, la primera fila de bulones se intentará situar a menos de 1 m de la coronación del talud con el fin de reducir el voladizo superior, y se centrará en la primera bancada de excavación. Con respecto a las longitudes de los bulones, éstas suelen oscilar entre el 80 y el 120% de la altura máxima del talud (0,8H a 1,2H), dependiendo del tipo de terreno, del tipo de buIón, de la estimación de su resistencia al arrancamiento, de la inclinación adoptada para el talud, de la pendiente natural del terreno en su coronación, de la proximidad de estructuras sensibles a los asientos, etc. Al menos a efectos de prediseño, lo más habitual será que todos los bulones se prevean con la misma longitud, independientemente de su situación en el talud (figura 5.1.a). Para alturas de muro importantes, en tanteos sucesivos se podrá finalmente optar por una distribución no uniforme de longitudes, colocando los de mayor longitud en la zona superior, donde se producen las mayores tracciones y se acumulan las mayores deformaciones (figura 5.1.b). En todo caso la disposición contraria, esto es, con los bulones más largos situados hacia el pie del talud, resultará siempre poco aconsejable, toda vez que, a igualdad de circunstancias (a igualdad del coeficiente de seguridad), suele dar lugar a mayores deformaciones (figura 5.1.c). Desde un punto de vista práctico, el proceso de prediseño anterior se encuentra sistematizado, en mayor o menor medida, mediante ábacos y gráficos, tanto en las Recommandations

Clouterre,

1991 como

en el manual

de

la FHA (1991).

Evidentemente estas aproximaciones iniciales no incluyen todos los factores que pueden influir en un proyecto definitivo (estructuras cercanas, por ejemplo), pero no cabe duda que pueden representar una ayuda importante en las primeras fases del proyecto.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 51

y firmes de

.+¡..:~~~., i

¡¡-;I

~~~~~~~.

Figura 5.1: Distribución de clavos (tomado de Clouterre, 1991)

Finalmente, dependiendo de la metodología a seguir habrá que prediseñar también un paramento (procedimiento de la FHA, 1998). Una vez se cuente con un primer diseño geométrico del talud se podrá proceder a la realización

de

las

comprobaciones

pertinentes

(estabilidad

y

hundimiento

principalmente) y a su afinamiento o modificación si resultan precisos.

5.2.- Resistencias admisibles a considerar en diseño. Evidentemente, entre los factores principales a considerar en el proyecto y cálculo de un talud clavado se encontrarán las resistencias disponibles o admisibles de los diferentes elementos y materiales implicados (clavo, interfaz clavo-terreno, terreno y paramento ):

5.2.1.- Resistencia admisible a tracción en los clavos. Es la más inmediata y sencilla de obtener, ya que depende exclusivamente del material que constituye los clavos. Dado que habitualmente se emplean barras corrugadas, serán el tipo de acero y el diámetro de las barras los que definirán su

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

52

y firmes de

resistencia última a tracción (Ttrac Ult) y, mediante la aplicación de un factor de seguridad adecuado, la resistencia admisible a considerar. T,ult

Tadm=~ trae

F trae

5.2.2.- Resistencia admisible al arrancamiento en los clavos. Con el fin de asegurar el correcto funcionamiento a tracción de los clavos, éstos deberán prolongarse suficientemente en el terreno, de manera que se cuente con una "longitud adherente" o "longitud de bulbo" suficiente. Como en el caso de los anclajes, la tracción o resistencia última de arrancamiento de los clavos vendrá dada por una expresión del tipo:

•

D: El diámetro representativo del cilindro de contacto suelo-inclusión. Depende obviamente del sistema de ejecución y, para el caso más frecuente de bulones perforados e inyectados, será función a su vez del tipo de inyección (IGU, IRS, clavos autoperforantes, etc).

•

La: longitud de anclaje disponible (longitud de adherencia suelo-inclusión).

•

qs: tensión tangencial límite o última del contacto suelo-clavo, también llamada en ocasiones tensión última de transferencia, que lógicamente depende muy directamente del tipo de inclusión, del terreno y de la forma de instalación.

Mediante la aplicación de un factor de seguridad apropiado

11

se podrá obtener la

resistencia o tracción admisible al arrancamiento a emplear en diseño:

11

Dicho factor resulta variable en función de la referencia empleada y del tipo de comprobación (estado

límite último o de servicio).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

53

y firmes de

Tu1t

Tarr adm =~ F

arr

Ahora bien, en función del método de cálculo empleado, es bastante frecuente que dicha resistencia admisible se exprese por metro lineal de bulbo o longitud de anclaje, esto es:

1

Q =-·nü·q Farr

s

En consecuencia, la tracción total admisible en un determinado clavo con una longitud de bulbo disponible La vendrá dada por la expresión:

Tu1t Tarr adm = ~ F =Q·L a arr

Desde un punto de vista práctico, lo más recomendable es que la determinación de

(qs) se realice acudiendo a ensayos específicos de arrancamiento e ídoneidad". No obstante, a efectos de prediseño puede también estimarse a partir de correlaciones contenidas en la bibliografía (Bustamante, M (1986); BS 8081 (1989); HP-S (96);

D.G.C. (2001), etc). Una observación de interés es que en suelos con dilatancia positiva (suelos granulares algo densos), las tensiones tangenciales

originadas

entre el clavo y el suelo

circundante tienden a aumentar el volumen de éste último. Sin embargo, el resto de la masa de terreno se opone a su dilatación, con lo que esta tendencia se transforma en un incremento de las tensiones normales ~O') que actúan sobre la interfaz. Por tanto,

12

Además de la pura resistencia al arrancamiento, dependiendo de la vida útil prevista para el talud

clavado y el tipo de terreno, habrá que considerar la fluencia del bulbo mediante los pertinentes ensayos de fluencia.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

54

y firmes de

la tensión actuante en la interfaz clavo-suelo puede resultar superior a la que cabría deducir a partir de simple la sobrecarga de tierras al nivel del clavo (0'0) y, en consecuencia, la resistencia al arrancamiento también lo será (figura 5.2).

O'

(kPa)

too.

Figura 5.2: Aumento de las presiones normales de confinamiento en los clavos por efecto de la dilatancia (tomado de Clouterre,

1991). Una segunda observación de interés es que, a igualdad del resto de factores (tipo de clavo, terreno, forma de instalación, etc), la tensión tangencial última (qs) puede ser relativamente independiente de la profundidad, o lo que es lo mismo, de la presión de confinamiento del clavo. Este efecto se debe muy probablemente a que, a medida que aumenta la tensión efectiva inicial (0'0)' disminuye el efecto de dilatancia (dO') , con lo que ambas componentes se va compensando de alguna manera en profundidad (figura 5.3). Otro aspecto a destacar es que las observaciones acumuladas indican que la resistencia última al arrancamiento (qs) se moviliza con desplazamientos relativos clavo-suelo muy pequeños, del orden de tan sólo 1

ó

2 mm, lo que evidentemente

resulta un aspecto muy relevante desde el punto de vista del diseño.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 55

q~(~¡;;aJ,

zó€i

'¡~"

ti'.'

5..'

1U

#rofurújidád;(rrir .... .

'",

'.

Figura 5.3: Variación de la fricción unitaria qs con la profundidad (tomado de Clouterre, 1991).

Finalmente y también con indudable interés, se observa que en un suelo con un ciertoporcentaje de finos el grado de saturación puede reducir de forma drástica la resistencia al arrancamiento. De hecho y como es sabido, en un suelo eminentemente fino (limo y arcilla), la resistencia al arrancamiento puede quedar reducida a una fracción de la resistencia al corte sin drenaje del suelo. Para ilustrar este efecto, en la figura 5.4 se' muestran dos ensayos de arrancamiento llevados a cabo sobre los flejes de una tierra armada constituida por una grava muy arcillosa (34% de finos). El primero corresponde al arrancamiento de un fleje de armadura en condiciones más o menos ideales (con el terreno a la humedad óptima del ensayo Proctor Normal), El segundo ensayo corresponde al mismo material una vez alcanzado un 100% de saturación.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

56

30. Grayá·muy árcÜlosa'(34~~c,f~.finost.i~::f~.

ni.

0.:05

0.15.

.0.20

Figura 5.4: Ensayos de tracción de flejes de tierra armada en una grava arcillosa. Influencia del grado de saturación (tomado de Clouterre, 1991).

Como puede comprobarse, la resistencia al arrancamiento del terreno saturado puede resultar al menos 2 veces inferior a la del suelo sin saturar, produciéndose además la rotura con un nivel de deformaciones 3 veces menor. Estos resultados avalan evidentemente los comentarios realizados en apartados anteriores en cuanto a la necesidad de asegurar que el talud de suelo claveteado se encuentre convenientemente drenado en todo momento.

5.2.3.- Resistencia al corte admisible del terreno. Como en tantos otros problemas de la Mecánica del Suelo, el criterio de rotura adoptado para el terreno en el claveteado de taludes suele ser el de Mohr-Coulomb: 1:f

= c'+o'·tan<j>' , donde:

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

57

y firmes de

•

'tt = resistencia al corte límite del terreno

• •

= tensión efectiva normal al plano de rotura e' = cohesión efectiva

•

<»'

cr'

= ángulo de rozamiento interno efectivo

y la determinación de la resistencia admisible se establece seleccionando un factor de seguridad en la forma tradicional:

e' tan<»' = --+0 '-m Fterr Fterr !

1:

5.2.4,- Resistencia admisible y esfuerzos en el paramento. Como se ha señalado en apartados anteriores, el paramento de un talud claveteado sirve de elemento de contención del suelo situado en su trasdós, que obviamente ejerce sobre él unos ciertos empujes que han de tenerse en cuenta en el diseño. Como también se ha descrito, la distribución de dichos empujes no se ajusta a la de un muro de contención convencional (empujes activos), siendo en general su magnitud sustancialmente menor. Estas diferencias se deben al confinamiento proporcionado por el conjunto paramentoclavos, que facilita el desarrollo de efectos arco en el suelo cercano. Este "abovedamiento" del terreno entre clavos da lugar a una reducción de la presión vertical real con relación a la teórica (la sobrecarga de tierras e,= yh), y a una concentración de las presiones horizontales resultantes en el entorno de la conexión paramento-clavos. Evidentemente el "grado de abovedamiento" anterior, esfuerzos sobre el paramento

y por lo tanto los empujes y

y las tracciones en la cabeza de los clavos, dependerán

principalmente del grado de confinamiento, que intuitivamente serán función del espaciamiento entre clavos

y de la rigidez del propio paramento.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

58

y firmes de

Desde el punto de vista del diseño, en 4.3.5 se han apuntado dos criterios empíricos (Clouterre, 1991

y FHA, 1998) que permiten estimar la fuerza de tracción de los clavos

junto al paramento (Ts). A partir de ellos se pueden estimar los esfuerzos en el mismo y realizar las pertinentes comprobaciones

estructurales

(hormigón

armado).

A

continuación se describen en algo más de detalle ambos métodos. 5.2.4.1.- Clouterre, 1991. En el caso de las Recommandations Clouterre, 1991 (figura 5.5), el valor de To señalado

en

4.3.5

se

emplea

directamente

para

comprobaciones estructurales en el paramento (flexión

realizar

las

pertinentes

y punzonamiento), suponiendo

para ello un reparto uniforme de tensiones horizontales.

J".-'" '. S"~f"""""

.®

Figura 5.5: Distribución de tensiones e hipótesis de cálculo del paramento (tomado de Clouterre, 1991).

Las diversas hipótesis o modos de cálculo a considerar se diferencian de la siguiente forma: Caso 1.a: Obras de duración inferior a 18 meses, en las que las armaduras del paramento cumplen con los criterios de solapo entre las sucesivas bancadas de excavación. El paramento se modeliza como una placa continua.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 59

Caso 1.b: Obras de duración superior a 18 meses. En este caso se supone que las uniones horizontales entre bancadas sucesivas de excavación constituyen una zona de debilidad, a pesar de que en la construcción se hayan seguido los criterios de solapo. Dichas uniones se modelizan como rótulas. Caso 1.c: Paramentos ejecutados sin cumplir las condiciones de solapo de armadura entre bancadas. El paramento se modeliza como una serie de franjas horizontales independientes, correspondientes a cada bancada de excavación. 5.2.4.2.- FHA, 1998. El manual de la FHA, 1998 considera dos comprobaciones estructurales a realizar, a partir de las cuáles se determina la tracción nominal en cabeza de clavo (Te) a emplear en diseño. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Se parte del hecho de que, por los motivos antes expuestos, las tensiones sobre el paramento se concentran alrededor de los clavos, dando lugar a una distribución no uniforme como la mostrada en la figura 5.6. 2. A

continuación,

sobre

la

base

de

experiencias

previas,

se

adopta

un

dimensionamiento tentativo del paramento, esto es, se estima un espesor de gunita

y un mallazo de acero, que se supone centrado en la gunita. Habitualmente

dicho mallazo se refuerza localmente con dos parejas de redondos bajo las placas de los bulones, tanto en vertical como en horizontal (ver figura 3.12). 3. Estructuralmente se considera que el paramento se comporta como una placa que recibe las tensiones del terreno y se encuentra apoyada en los clavos. Sobre la base de algunas hipótesis empíricas relativas a la distribución de tensiones (más bien respecto a la concentración de éstas en el entorno de los clavos), se calculan las resistencias a flexión y a punzonamiento de la placa, y a partir de ellas se obtienen sendos valores para las reacciones

en los clavos, denominadas

Jornada INTEV/A Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

60

"resistencias nominales en cabeza" a flexión y punzonamiento respectivamente, que se designan como TFN.13

Figura 5.6: Distribución cualitativa de tensiones sobre el paramento (tomado de FHA, 1998).

4. Las resistencias nominales se minoran mediante coeficientes normalizados que dependen de la situación de cálculo

de seguridad

y de la combinación de

cargas considerada, obteniéndose las cargas (tracciones) admisibles de los clavos a flexión y punzonamiento. Se elige la menor de ellas como tracción admisible en cabeza de clavo (TF) Y se comprueba que es superior a la tracción de servicio estimada (Ts).'

13

Cuando se prevé ejecutar un paramento definitivo de hormigón armado se sigue el mismo proceso,

teniendo en cuenta para el cálculo al punzonamiento la presencia de los pernos de conexión en su caso.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

61

y firmes de

•

En el caso de suelos homogéneos y salvo que se disponga de mejor información, la tracción de servicio en cabeza de clavo se ajusta a la expresión deducida en 4.3.5.

•

En presencia de varias capas de suelo, la tracción de servicio en cabeza de clavo se puede estimar a partir de la expresión: T 0= PA'SH'Sv/H, donde PA es la resultante del empuje activo por metro lineal de talud clavado, obtenida mediante la formulación de Coulomb despreciando la cohesión.

5. Si la tracción admisible obtenida (TF) resulta inferior a la estimada (To) se debe modificar el diseño del paramento y repetir los pasos 2 a 5 hasta conseguir que TF>To.

5.3.- Comprobación de la estabilidad global. 5.3.1.- Introducción. Métodos de cálculo. El estudio del comportamiento y la seguridad de un talud en suelos constituye un problema complejo, cuya resolución requeriría en la mayor parte de las ocasiones el empleo de técnicas de elementos finitos, las únicas que, asociadas con un modelo constitutivo

apropiado

del

terreno

(relaciones

tensión-deformación-resistencia),

permiten con generalidad cumplir la condiciones de equilibrio este tipo de análisis resulta ya de por sí complicado,

y de compatibilidad. Si no cabe duda que la

consideración de los clavos de refuerzo en el sistema añade un problema adicional de interacción, cuya complejidad intrínseca (ya no meramente de cálculo) se ha esbozado en capítulos anteriores. En el estado actual del conocimiento, la realidad es que este tipo de análisis en deformaciones se encuentra por el momento bastante limitado y, como en el caso del cálculo de los taludes tradicionales, los métodos más empleados para el claveteado de suelos son los denominados de equilibrio límite, cuyas hipótesis principales son:

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

62

y firmes de

1.. Se considera que el talud es indefinido, o lo que es lo mismo, el problema se estudia en condiciones bidimensionales o de deformación plana, si bien existen algunos procedimientos, no habituales, que consideran la tridimensionalidad. 2. Se supone un mecanismo de rotura a favor de determinadas superficies de deslizamiento (planas o curvas). 3. Las masas de suelo contenidas por dichas superficies se consideran bloques rígidos únicos o se subdividen en bloques más pequeños, también rígidos, dependiendo de la forma de rotura supuesta o del procedimiento de cálculo (por ejemplo en los cálculos de rebanadas tipo Bishop, Janbu, etc). 4. Se supone que cada bloque en los que se ha subdividido la masa de suelo se encuentra en equilibrio estricto bajo el efecto de las fuerzas exteriores, entre las que se cuentan en su caso los esfuerzos de tracción movilizados en los clavos. Se resuelven las ecuaciones de equilibrio estático (fuerzas y momentos) del sistema y se determina la resistencia tangencial necesaria ('t'm) en el terreno a lo largo de la superficie de deslizamiento supuesta para conseguir dicho equilibrio. Es decir, se determina el factor de seguridad Fterr, que se supone constante a lo largo de toda la superficie de deslizamiento considerada. Ahora bien, la suposición inicial de un determinado mecanismo de rotura o superficie de deslizamiento da lugar a un determinado factor de seguridad asociado. Resulta pues necesario repetir el análisis con más superficies hasta obtener la más desfavorable. Ésta lógicamente se corresponderá con el mínimo factor de seguridad, cuyo valor finalmente se adopta como coeficiente de seguridad del talud. Una de las diferencias existentes entre los diversos métodos utilizados para el cálculo de la estabilidad de taludes clavados deriva precisamente de la selección del tipo de superficie de deslizamiento (figura 5.7). Así, el denominado procedimiento alemán (Stocker et al, 1979) asume superficies de rotura bilineales que compartimentan el talud en dos bloques. Superficies análogas son las empleadas en el procedimiento

Jornada /NTEV/A Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

63

y firmes de

propuesto por el Departamento de Transportes de California (CALTRANS), recogido en el programa de cálculo SNAIL. En ambos casos sólo se considera la contribución de los clavos trabajando a tracción.

CUñá sfmple,

C¡rcular, e~i)Jr.af lágil ritmiGa; etc,

Figura 5.7: Superficies de deslizamiento supuestas en procedimientos de equilibrio limite.

En lo que respecta a los procedimientos empleados en Francia, el propuesto por Juran (1990) emplea espirales logarítmicas que pasan por el pie del talud, las tracciones

como los esfuerzos

cortantes generados

y considera tanto

en los clavos en su

intersección con las superficies de rotura. Finalmente

y sin ánimo de exhaustividad, el procedimiento propugnado por las

Recommandations Clouterre, 1991 utiliza métodos de rebanadas tipo Bishop con superficies de rotura circulares (programa TALREN). En este caso se acude a un

Jornada fNTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

64

y firmes de

análisis multicriterio de los clavos que permite incorporar su contribución a flexión y

cortante". 5.3.2.- Modos de rotura básicos. Independientemente de la forma adoptada para las superficies de deslizamiento, se pueden distinguir tres posibles modos o mecanismos de rotura en un talud clavado (figura 5.8).

Rot'wa flxterua

Figura 5.8: Modos de rotura principales.

14

Como se ha indicado anteriormente, en el documento complementario del año 2002 ~ddítif aux

Recommandations Clouterre) se considera suficientemente válido y conservador considerar solamente la contribución a tracción de los clavos cuando su inclinación es pequeña.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

65

y firmes de

El primero de ellos se denomina .rotura externa, y corresponde a un mecanismo de rotura en el que la superficie de deslizamiento supuesta no llega a interceptar a Jos clavos, que por tanto no contribuyen a la estabilidad. El segundo modo corresponde a una rotura interna,

en el que la superficie de

deslizamiento supuesta intercepta a todos los clavos de refuerzo. La estabilidad en este escenario dependerá por tanto de la resistencia de los clavos (tracción y arrancamiento, dependiendo ésta última de la longitud de anclaje disponible en cada bulón) y de la resistencia del paramento. Finalmente, el tercer modo corresponde a una rotura mixta, en la que la superficie de deslizamiento potencial supuesta corta algunos de los clavos, y que por tanto representa una situación intermedia entre las anteriores.

5.3.3.- Diagrama de tracciones disponibles en los clavos. A partir de las consideraciones realizadas se puede esbozar un "diagrama de tracciones disponibles" para cada uno de los clavos de un determinado talud, tal y como se representa en la figura 5.9. Dicho diagrama no es más que la representación gráfica de la tracción admisible (disponible) en cada buIón en función de dónde es interceptado por una superficie de deslizamiento cualquiera. Así, si la superficie de deslizamiento tanteada corta al bulón en la zona C (punto (Y)), alejado una distancia (y) del extremo del clavo), la longitud de anclaje disponible será La= y, Y la tracción disponible a efectos de cálculo T=Q·y. Como puede comprobarse, en esta zona el factor limitativo será la resistencia admisible al arrancamiento. Evidentemente dicha resistencia al arrancamiento no podrá aumentar indefinidamente con la longitud de anclaje, ya que se encontrará limitada por la resistencia admisible a tracción del propio bulón. Esta es la situación que regirá en la zona B.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

66

y firmes de

•.zONAC

."." .•"".",.:,~ ...,,~""_.:{

...

~.•_~m~,,,_,,""..,_••}L •... ",,,_ ..,",,"",.,".:.:·.

.

..__

._...J,.Óiigifu,Sf

CteitiúlOn

.

.

•.

Ca:b!:i7.ad~t bu!4f¡ Figura 5.9: Diagrama de resistencia disponible (tomado de FHA, 1998).

Finalmente, cuando las superficies de deslizamiento tanteadas corten al bulón en la zona A, la tracción disponible en cada punto variará, como en la zona

e, en función

de

la resistencia admisible al arrancamiento por unidad de longitud (pendiente Q). En este caso, no obstante, los límites extremos serán la resistencia admisible a tracción del bulón (frontera con la zona B) y la resistencia admisible adoptada en su conexión con el paramento (TF). Ilustrando la descripción anterior, en la figura 5.10 se representan los diagramas de resistencia disponible de todos los bulones de un talud clavado. Se muestran asimismo sus puntos de corte con una determinada superficie de deslizamiento bilineal

y las fuerzas de tracción a incorporar en el cálculo de estabilidad para dicha superficie.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

67

y firmes de

II ")

I /

\;\1

:!:/

, I

l ;Ti! !

¡ ~. ~i . ¡

~'.

I

-,

,..:.....

. '. .

.'~b~,i·¿~~t~¡{)~~; ct~;l'I~t~~~; . •rr~;;(~út"~o$ (Il~(;ol)!bk~:~t~ I(N Figura 5.10: Diagramas de resistencia disponible en los clavos (tomado de FHA, 1998).

5.3.4.-Cálculode la estabilidadal deslizamiento. Una vez definidos los diagramas de resistencia disponible en las inclusiones (y evidentemente la geometría, las condiciones y las características del terreno). se estará en disposición de llevar a cabo el cálculo del factor de seguridad del talud clavado frente al deslizamiento. Para ello, independientementede la forma de las superficiesde deslizamientoseleccionadas,se habrán de tantear todas las posibles y se hallará la más desfavorablejunto con su coeficiente de seguridad, que será el asignadofinalmenteal talud.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

68

y firmes de

Se ha de hacer notar que en este tipo de análisis de equilibrio límite no se consideran las deformaciones, y por lo tanto la carga que absorben los clavos no es un resultado del cálculo. De hecho, como se ha descrito en 5.3.3

y se ha mostrado en la figuras 5.9

y 5.10, la contribución (tracción) de cálculo de cada clavo es en realidad un dato de partida, que depende exclusivamente de su longitud y de dónde se produzca la intersección entre éste y las sucesivas superficies de deslizamiento. Este hecho podría dar lugar a la sobreestimación del efecto estabilizador de algunas inclusiones, especialmente de las situadas en la zona inferior del talud. Así, como se ha descrito en 4.3.4, son los clavos situados en la zona superior del talud los que mayores tracciones reciben y más contribuyen a la estabilidad del conjunto o a la limitación de las deformaciones. Los inferiores, sin embargo, se traccionan en mucha menor medida y su contribución general es menos relevante. No obstante, basta imaginar superficies de deslizamiento que pasen por el pie del talud para comprender que la longitud de anclaje "dibujada" más allá de dichas superficies en los bulones inferiores, y por lo tanto sus tracciones de cálculo, podrían llegar a ser muy considerables, especialmente si se acude como es habitual a clavos igual longitud en toda la altura del talud. En estas circunstancias, gran parte del factor de seguridad obtenido en un cálculo de equilibrio límite se debería precisamente a la contribución supuesta en las inclusiones inferiores, lo que no resultaría realista y podría dar lugar a la aceptación de menores longitudes de bulón en la zona superior, allí donde son más importantes. Para hacer frente esta situación, algunos procedimientos de cálculo (FHA, 1998) reducen la longitud de cálculo de los bulones de la mitad inferior del talud, independientemente de que finalmente se ejecuten más largos. En la figura 5.11 se muestra el criterio de definición de las longitudes de cálculo, que como puede apreciarse es función de: •

la relación L/H, siendo L la máxima longitud de clavo, que en general será la seleccionada en el prediseño para todos las inclusiones del talud.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

69

y firmes de

•

Q

un coeficiente adimensional

L/~

Q ,donde Qo

¡le

• .Lo~.~()et.:cJ~~t1i(!;; ';r" r,,~\.I~ór¡,dli. .~a.b(I¡';t~;l<;lii ~ai(¡Ú('1".,. rl,.lf,flilf,;M .~'(Jt.I(i!!¡!I'f'KII,l'~('!IIIr~laL.

OD·

1DAj

o

',;}..1

C¡,:!;

();?:

OA

0:6

"R"

Figura 5.11: Distribución de las longitudes de cálculo de las inclusiones (tomado de FHA, 1998).

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

70

Por último, además de la situación definitiva "a talud terminado", será necesario analizar la estabilidad de las fases provisionales de excavación. Este aspecto puede ser de especial importancia en el caso de existir estructuras cercanas.

5.4.- Otras comprobaciones

de la seguridad.

Como se ha señalado anteriormente los cálculos de estabilidad al deslizamiento han de cubrir todos los modos de rotura posibles, tanteando superficies de deslizamiento que afloren en el paramento, que pasen por el pie del talud o que penetren por debajo de éste y afloren más allá de dicho pie 15. Estas últimas podrán tener una especial relevancia en el caso de que el terreno de apoyo del talud clavado esté constituido por suelos finos (limos

y arcillas) con nivel freático elevado.

Independientemente de dichas comprobaciones de estabilidad, también especialmente en el caso de que el talud clavado descanse sobre suelos finos, resultará necesario llevar a cabo una comprobación de la seguridad frente al hundimiento, como si de una cimentación directa se tratara. Para ello se considera que el conjunto suelo-clavos constituye un muro de gravedad sobre cuyo trasdós actúan los empujes activos del terreno (figura 5.12). Asimismo habrá que comprobar estructuralmente el voladizo del paramento situado por encima de la primera alineación de clavos, zona en la que no se desarrollan efectos arco

y que por lo tanto estará sometida a los empujes correspondientes al

terreno de su trasdós. Finalmente, el diseño contemplará las medidas de drenaje y demás detalles constructivos necesarios descritos en capítulos anteriores.

15

En la terminología habitual de estabilidad de taludes y suponiendo superficies circulares, serían círculos

de talud, de pie y profundos respectivamente.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

71

......

. < ~."

.. >.; .... .

'.;:.,

:. ',..

.'.~~~",~:....

:

.•.•••..•>:..

.....-: .....

Figura 5.12: Idealización del macizo de suelo clavado como muro de gravedad (tomado de FHA, 1998).

6.- CONSIDERACIONES FINALES. Los taludes clavados constituyen hoy en día una práctica bastante habitual para la solución de desmontes con limitaciones de espacio. En estas líneas tan sólo se ha pretendido realizar una descripción de las peculiaridades de la forma de trabajo de sus elementos fundamentales, basada en la observación del comportamiento de obras reales. Un segundo objetivo ha sido recoger criterios y factores de interés a tener en cuenta en la mera selección de esta solución, o en el prediseño y ejecución de la misma. Se ha estimado que son éstos los aspectos de mayor interés desde el punto de vista de estas jornadas,

dado que son los que pueden ayudar a comprender

el

funcionamiento, posibilidades de utilización y limitaciones de este tipo de obras.

Jornada INTEV/A. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

72

No se ha ahondado en procedimientos específicos de cálculo por varios motivos. En primer lugar, por la lógica limitación de espacio asociada a los amplios objetivos de estas jornadas, que han de cubrir otros muchos conceptos y' técnicas relativos a los taludes y desmontes. Un segundo motivo ha sido de orden práctico. Así, como se ha indicado en apartados anteriores, existe un buen número de procedimientos de cálculo distintos, al menos en lo que se refiere a la selección de la forma de las superficies de deslizamiento, la consideración de los esfuerzos a considerar en los buIones o la forma de acometer el diseño del paramento. Habría sido en exceso prolijo haberlos descrito todos en suficiente detalle como para permitir su empleo directo

y, evidentemente, una

descripción parcial tan sólo habría oscurecido su comprensión y habría quizás omitido detalles importantes. En otro orden de cosas, los métodos de cálculo más desarrollados y completos se encuentran asociados a determinados programas de cálculo (SNAIL, TALREN, etc.). Aunque no dejan de ser programas de estabilidad al deslizamiento en equilibrio límite, cada uno de ellos incorpora directamente factores o variables específicos de interés que, aunque no estrictamente necesarios si se dispone de otro tipo de programa de equilibrio límite, es evidente que pueden simplificar el proceso. La utilización de uno u otro dependerá de la facilidad de acceso a ellos. Por otra parte, en algunas cuestiones específicas cada método emplea normativa procedente de su país de origen, por ejemplo en cuanto a la formulación de las comprobaciones estructurales a realizar en el paramento, quizás no coincidentes con la EHE. Lo mismo cabe decir con respecto a la selección o la forma de incluir en cálculo los coeficientes de seguridad (globales o parciales, análisis en estados límite últimos o de servicio, etc). Este es precisamente el motivo por el que en los apartados descriptivos anteriores no se han definido o recomendado coeficientes de seguridad especificos para cada variable ya que, dada la carga empírica que conllevan, la elección de un

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007. 73

y firmes de

método de cálculo específico debería llevar asociada la aceptación de sus coeficientes de seguridad. En cualquier caso, para el lector interesado en profundizar en los detalles de cálculo, se ha de apuntar que los procedimientos recogidos tanto en las Recommandations Clouterre, 1991, como en el manual de la FHA, 1998, incluyen tablas y ábacos de uso sencillo ágil que facilitan sobremanera el predíseño de taludes claveteados. Finalmente, de nuevo por la limitación de tiempo y espacio, tampoco se ha incluido un apartado específico de auscultación. No obstante se ha de señalar que, dada la importante carga empírica de los procedimientos de diseño actuales, siempre será del mayor interés prever una instrumentación adecuada, sobre todo en obras de cierto carácter singular como los claveteados de gran altura, las ampliaciones de calzada bajo estribos existentes, las excavaciones próximas a otro tipo de estructuras, etc. Obviamente los principales aspectos a controlar serán Jos movimientos del talud (mediante seguimiento topográfico, inclinómetros y extensómetros), las cargas en bulones (por medio de células de carga en cabeza y extensómetros) o el control del nivel freático (comprobación de la efectividad del drenaje, en su caso).

7.- BIBLIOGRAFíA. "ADDITIF 2002 AUX RECOMMANDATIONS

CLOUTERRE

1991". Presses de

L'Ecole Nationale des Ponts el Chaussées. Paris, 2002. BLONDEAU, F., CHRISTIANSEN, M., GUILLOUX, A. & SCHLOSSER, F. (1984): "TALREN, Méthode de calcul des ouvrages en terre renforcée". Renforcement en place des sols et des roches. Paris, Presses de I'ENPC. BS 8081 (1989): "Ground Anchorages". British Standard Code of practice BUSTAMANTE,

M., "Un método para el cálculo de los anclajes y de los

micropilotes inyectados", Boletín de la SEMSC, nO81-82, Madrid, 1986.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

74

y firmes de

BRITISH STANDARDS (2002): 'prEN 14490 Execution of Special Geotechnícal Works. Soil Nailing" (Borrador para comentarios). DIRECCiÓN GENERAL DE CARRETERAS (MINISTERIO DE FOMENTO), 1998: "Manual para el Proyecto

y Ejecución de Estructuras de suelo reforzado.

DIRECCiÓN GENERAL DE CARRETERAS (MINISTERIO DE FOMENTO), 2001: "Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carreteras". (FHA) FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION

(1998): "Manual for Design &

Construction Monitoríng of Soil Naíl Walls". U.S. Department of Transportatíon. Publication No. FHWA-SA-96-069R. HP 8-96 (1996): "Recomendaciones para el Proyecto, Construcción y Control de Anclajes al Terreno". ATEP. ICCET. CICCP. JEWELL,

R.A. (1980): "Some Effects of Reinforcement

on the Mechanical

Behaviour of Soils". PhD Thesis. Cambridge. MILLlGAN, G.W.E. (1994): "Mechanics of Reinforced Soíl. Action and Interaction". Course on Reinforced Soil: Mechanícs and Design. Department for Continuing Education. University of Oxford. PUEBLA, J. (1986): "Cálculo de Estabilidad de Taludes Clavados". Curso sobre Métodos de Mejora del Terreno y Refuerzo de Suelos". Fundación Agustín de Bethencourt. Madrid. "RECOMMANDATIONS CLOUTERRE 1991". Presses de L'Ecole Nationale des Ponts el Chaussées. Paris, 1991. UNTERREINER, P., BENHAMIDA, B. & SCHLOSSER, F. (1997): "Fínite Element Modelling of the Construction of a Full-Scale Experimental Soil-Naíled Wall. French National Research Project CLOUTERRE". Ground Improvement, 1, 1-8.

Jornada INTEVIA. Técnicas para el ensanche de infraestructuras y firmes de carreteras. La Coruña, 12 de Junio de 2007.

75

JORl'IADA INTEVIA

ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS TÉCNICAS ESPECíFICAS PARA UN PROBLEMA DE ACTUALIDAD

La Coruña, 12 de junio de 2007

ENSANCHE DE TERRAPLENES

Antonio Soriano

1 ENSANCHE

1.

DE TERRAPLENES

Introducción

El ensanche de los terraplenes puede presentar problemas de distinto tipo. En estas notas se consideran los problemas geotécnicos. Pero existen problemas de tráfico, de límites de propiedad, afección al medio ambiente, etc ... que pueden ser dominantes y condicional' la solución geotécnica.

Por iniciativa de los organizadores y por ser una información importante, incluye como Anejo a estas notas la recomendación

se

de la AIPCR para abordar el

problema del ensanche. Dentro del texto se incluyen algunas figuras tomadas de lP. Magnan et al (1999) (Ref. l), siguiendo un criterio similar: especial interés e indicación de los organizadores.

El procedimiento de ensanche de terraplenes más común es la construcción de un nuevo terraplén adosado, pero existen otras soluciones alternativas tales como el uso de muros, pilotes, rellenos ligeros, etc ... Las ventaj as e inconvenientes de cada uno de estos tipos de solución se destacan en los apartados que siguen.

2.

Terraplenes

adosados

El procedimiento

más sencillo para aumentar el ancho de coronación de un

relleno consiste en adosar un relleno nuevo al existente, partiendo desde la cimentación. Ver Fig. 1. El ensanche de terraplenes por este procedimiento es una práctica habitual, muy extendida y que suele realizarse con algunas precauciones bien conocidas tales

2 como la preparación del cimiento y el cajeado del contacto del antiguo terraplén con la

franja que ahora se añade.

CD

Terraplén existente

C:D

Cajeado del contacto

G)

Preparación del cimiento

@

Protección externa

Fig. 1.- Esquema del recrecimiento de un terraplén

En todos los casos, además, ha de prestarse especial atención al drenaje de las aguas superficiales, eliminando y después reponiendo todos aquellos elementos afectados por el recrecimiento.

Este procedimiento de ensanche puede tener algunas limitaciones tales como:

a) Necesita expropiación adicional. b) Puede inducir asientos en el terraplén existente. e) Puede experimentar asientos postconstructivos importantes y, como consecuencia, provocar una grieta en el pavimento de las calzadas.

3 Los inconvenientes b y e son importantes cuando la altura del terraplén lo es y particularmente cuando el cimiento es especialmente compresible. y) sobre todo ello) el aspecto que se cree más crítico) es el relativo a la calidad del terraplén existente. Los terraplenes

que presentan ya una estabilidad precaria antes del recrecimiento

son

difíciles de ensanchar adosándoles otro terraplén contiguo; las deformaciones diferidas pueden ser muy importantes.

3.

Muros de tierra reforzada en coronación

La idea central del artículo de lP. Magnan et al. (Ref. 1) consiste en el ensanche de terraplenes mediante la construcción de un muro de tierra armada en la parte alta del terraplén. Ver Fig. 2. 35m 6.5m

22m

Muren

terre AtI1'1ée ,

;

_--'

~.~J

!

........__

a. Schéma de I'élargissement d'une plate~formeautoroutiére en remblai avec des murs en Terre Armée

4m

3

~2

b. Détail de I'élargissement: géométrie du mur en Terre Armée

Fig. 2.~Ensanche con muros de tierra armada (Ref, 1)

4

Según el autor se han ejecutado numerosas obras utilizando la técnica de tierra armada (armaduras metálicas). Después se han venido utilizando armaduras formadas por geocompuestos o geomallas.

La buena adaptación de este tipo de estructuras a los asientos diferenciales las hace especialmente recomendables. Cuando se utilizan geocompuestos o geotextiles debe comprobarse que las deformaciones del propio muro, debido a la extensión de sus armaduras, son aceptables.

La estabilidad global de este tipo de solución es un aspecto esencial. Los cálculos justificativos en este caso son imprescindibles.

4.

Soluciones pilotadas

Puede ser necesario recurrir a soluciones pilotadas cuando las que antes se han indicado no son posibles ya sea por problemas de estabilidad o de otro tipo. Siguiendo la publicación que se ha citado, se incluye el esquema de dichos autores para estos casos. Ver Fig. 3. Píateforme de travail

.: .

:.... -~-----_._¡p; Remblai existant de qualíté mediocre

:

.: .

7··8m

2m

Terre véqétaíe.remblai Sable de Fontainebleau Pieux batíos moulés

Fig. 3.~Refuerzo mediante inclusiones rígidas (Ref, 1)

5 Esta figura corresponde a un caso en el que se recreció un terraplén antiguo (de unos cincuenta años de edad) cuya resistencia era escasa (resistencia a la penetración estática entre 1 y 6 MPa) particularmente en los bordes del relleno. El relleno ya había sufrido asientos importantes y había sido ya reforzado. La solución aplicada consistió en pilotes de hormigón "in situ", de 30 cm de diámetro, con longitudes de 6 a 8 m. La solución se construyó como obra de mantenimiento con la autovía en servicio.

5.

Rellenos ligeros

Los asientos que puede provocar la construcción de un terraplén adosado pueden evitarse utilizando rellenos ligeros como el poliestireno expandido. El citado artículo de lP. Magnan y otros incluye como ejemplo la sección tipo del ensanche realizado hace unos veinte años, usando 17.000 m' de relleno ligero, en la autovía francesa A8. Ver Fig.4.

10m '"

Dalle en béton armé

Blocs de polystyréne expansé

Remblai anclen

:...----

10,5m

-------

Fig. 4.- Ampliación de calzada con relleno ligero (Ref 1)

110·

6 Los asientos medidos fueron inferiores a 5 cm. La estimación de asientos con relleno convencional alcanzaba los 20 cm.

6.

Otras soluciones

Es frecuente que una determinada obra de ensanche quede condicionada por diferentes problemas y que la solución óptima no sea sencilla. Podría ser una solución mixta, utilizando diversos elementos tal como se muestra en el ejemplo de Fig. 5.

Axe de I'autoroute ~ 1,25m 3m

3,501

.

3,5m

.:..

~~~~:<1(

3,501 '1,501

)lo:'"

.

...:.......¡ : I . :

Zona lraitée par le procédé GUINTALU (géotextiles)

..

.I

6",:,,18_m_ ~

1~

5,6m 110,5m

Voie

...............................

ferrée

_¡

1

2,701

. ¡~'I~' .~,·(t

.......................................... t ~

.

Fig. 5.- Ejemplo de ensanche mediante muros y geotextiles (Ref 1)

7

7.

Consideraciones para el proyecto y la construcción

El proyecto de un ensanche de un terraplén requiere realizar un estudio geotécnico específico que no es convencional, puede diferir del que se suele realizar para proyectar obras nuevas.

Cuando el cimiento es especialmente deformable se debe reconocer el terreno, obtener datos relativos a su deformabilidad y realizar cálculos de asientos. Esos cálculos, en proyectos normales, pueden realizarse suponiendo aplicable la teoría de la elasticidad homogénea e isótropa (puede usarse un módulo de Poisson de 0,3) para conocer las tensiones inducidas por la obra. Con esas tensiones y usando un modelo edométrico unidimensional, se pueden calcular los asientos, que puede inducir el ensanche.

Los autores cuya publicación se viene considerando (Ref. 1) indican que en un relleno experimental, donde se dispuso cierta auscultación, se pudo establecer la conveniencia de controlar con medida de asientos y de presiones intersticiales la evolución de los asientos de un ensanche de terraplén sobre suelos blandos en la autovía francesa A9.

Cuando el relleno a ensanchar es de mala calidad el factor dominante es precisamente la resistencia y la deformabilidad del relleno existente. Los rellenos arcillosos y en particular los rellenos realizados con materiales evolutivos sensibles al agua, presentan un problema especial: los bordes del terraplén tienen una resistencia al corte muy pequeña, mucho menor que los mismos materiales ubicados en el núcleo del terraplén. Estos bordes deben investigarse antes de proyectar un refuerzo.

8 En resumen, los ensanches de los terraplenes pueden realizarse con técnicas muy variadas. La experiencia que se ha comentado, procedente de Ref. 1 indica la necesidad de un reconocimiento

geotécnico

previo

que puede

no ser convencional.

El

reconocimiento del estado actual del relleno a recrecer es esencial. Los resultados pueden ser determinantes, Esa información es necesaria si se quiere realizar un proyecto fiable.

REFERENCIAS

1. Magnan lP., Mieussens C., Morbois A. (1999). "Utilisation d'ouvrages en sol renforce dans des élargissements d'autoroutes". Comunicación presentada en XXI World Road Congress (AIPCR). Kuala Lumpur, 3-9 octubre 1999. 2. Gotteland Ph., Gourc J.P., Riondy G., Puech lP. (1989). "Un exemple d'utilisation des géosynthétiques pour l'élargissement de l'autoroute Paris-Marseille (A7)". Comptes-rendus, 3éme Congrés "Géosynthétiques pour les constructions en terre". Bologne, 27 octobre 1989, 16 pages. 3. Magnan lP., Khay M., Schaeffner M., Majcherczyk G., Claquin y. (1999). "19801998: dix-neuf années d'expérience de Texsol. Matériau composite pour murs de souténements et couvertures de stockage de GPL". Revue Générale des Routes des Routes et Aérodromes, n" 770, février, pp. 69-72. 4. Magnan lP., Bail1ylC., Bondil R. (1990). "Les remblais en polystyréne expansé de l'autoroute A8

a

Mandelieu". Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et

Chaussées, París, n? 165, pp. 16-32. 5. Morbois A., Dabet L. (1995). "Les parois clouées de l'autoroute A12 á Bois d'Arcy". Travaux, novembre 1995.

9 APÉNDICE A RECOMENDACIONES DEL COMITÉ C12 "EARTHWORKS, DRAINAGE, SUBGRADE" DE LA AIPCR SOBRE TÉCNICAS PARA AMPLIACIÓN DE CARRETERAS Brady K., Wilson, P. (1999). "Techniques d'élargissement des autoroutes". Comunicación presentada en XXI World Road Congress (AIPCR). Kuala Lumpur, 3-9 octubre 1999.

Durante su período de trabajo 1996-1999, el Comité AIPCR/PIARC Movimiento de tierras, Drenaje, Explanaciones (C12) trató como prioritario el tema de "Técnicas de Ampliación de Carreteras".

El Comité abordó diferentes aspectos de los proyectos de ampliación de carreteras, particularmente (especialmente) en zona urbana, donde los condicionantes de espacio, de impacto ambiental, de seguridad y de regulación del tráfico son muy fuertes. En el contenido de su programa de trabajo, el C12 estudió sobre todo los aspectos geotécnicos de la ampliación de carreteras, tales como la estabilización de suelos y los muros pantalla.

Este artículo comprende el inventario, la clasificación y la teoría de los diferentes métodos de refuerzo del terreno con rellenos explanaciones (movimiento de tierras) y estructuras de contención. El objeto de este artículo es proporcionar una visión de conjunto del estado actual en el mundo.

10 Para ampliar conocimientos se adjunta un listado de artículos en la bibliografía al final del texto.

1. Introducción

El crecimiento del tráfico en América del Norte y en Europa ha conducido a la creación de vías adicionales en las redes de carreteras existentes. La planificación de los trabajos de ampliación debe tener en cuenta el carácter particular del emplazamiento en una carretera en explotación, que implica condicionantes de espacio de trabajo y de acceso, así como una fuerte presión para que la obra sea puesta en servicio lo antes posible.

Los aspectos que deben ser abordados en el estudio de un proyecto de ampliación de carreteras se tratan en el apartado 2. Estos aspectos determinarán la elección del método de ampliación y las técnicas de construcción: las opciones relativas a estas elecciones se describen en los apartados 3 y 4.

2. Consideraciones a tener en cuenta para la ampliación de carreteras

2.1

Emplazamiento (ocupación)

El espacio requerido para un proyecto de ampliación depende de la opción de construcción elegida para la obra, el incremento de ancho de la calzada, la geometría inicial de la carretera y el método utilizado para contener los taludes laterales. Para minimizar el coste de adquisición de terreno adicional, las obras de ampliación deberían ser contiguas, en la

11

medida de lo posible, al emplazamiento de la carretera existente. Esto puede realizarse usando las técnicas de construccióndadasen el apartado 4.

El espacio necesario para ampliar la plataforma se puede reducir incrementando la pendiente del talud de desmonte existente. Cualquier zona (cuneta) existente para proteger la calzada de las caídas de piedras se puede utilizar para construir los nuevos carriles.

El uso de muros anclados (tied back) o claveteados (soil nai1edwalls) puede requerir la instalación de bulones o anclajes, bajo terrenos existentes. En tales casos conviene obtener autorización del propietario y disponer de una protección legal para prevenir cualquier interferencia causada por los anclajes.

Se puede proceder a la ampliación reduciendo el ancho de la mediana y colocando una barrera de seguridad de hormigón.

2.2

Economía

Las prioridades en las obras de ampliación son la rapidez, simplicidad y el sentido práctico de construcción. Normalmente, varias soluciones técnicas satisfacen las necesidades funcionales del proyecto y la elección se hace en base a criterios tales como coste y gestión del tráfico. Una reevaluación de estos criterios y una estimación de las exigencias técnicas pueden permitir identificar los aspectos que se pueden variar para ahonar costes.

....... ' ,.'

..

'.' '

'

' '..'

,'

,' '

, .. •...•...•....'..' ,

,

."

,

,

'

'.'

12 La duración de ejecución de un proyecto puede tener una importancia económica tan grande como la diferencia de coste entre las diversas técnicas susceptibles de ser utilizadas para construir la obra. Un retraso en la finalización de la obra puede suponer altas penalizaciones. Además, el coste de los materiales es generalmente mucho menor que, por ejemplo, el coste ocasionado por el cierre de un carril o un camino necesario para realizar la obra. No es tan interesante reducir los costes de construcción utilizando materiales de relleno más baratos como usando técnicas innovadoras para reducir la duración de la obra. El plazo de construcción podría ser reducido mediante acciones tales como ocupación de carriles.

La construcción de grandes longitudes de pantallas puede constituir una parte importante de un proyecto de ampliación de una carretera urbana. Cuando tales obras son el tajo crítico en términos de plazo, los cambios en su planificación afectan al calendario del conjunto de la obra y su velocidad de construcción puede tener una influencia económica en el proyecto más importante que el coste de materiales, maquinaria y mano de obra. El coste de construcción de un sistema particular de sostenimiento en una carretera existente será más alto que en un emplazamiento nuevo pero el orden económico de las diferentes técnicas de contención de suelos varía según las exigencias logísticas de cada emplazamiento. El coste del refuerzo de un talud existente dependerá de las propiedades del suelo existente y de la pendiente del talud. Con suelos de inferior calidad el aumento de la pendiente del talud puede requerir drenaje adicional y, por ejemplo, mayor densidad de bulones y de mayor longitud, para mantener la estabilidad.

,

'

"

13 2.3

Impacto ambiental

Varios factores se deben considerar en el estudio de impacto ambiental de un nuevo proyecto incluyendo:

Trastornos debidos a las obras. Impacto visual para los vecinos y los usuarios de la carretera. Contaminación del aire, agua, luz y acústica. Interrupciones del tráfico (cortes). Estrés de los conductores. Impacto ecológico. Efectos sobre la agricultura, patrimonio y espacios protegidos. Efectos sobre peatones y ciclistas.

En la mayoría de los casos, la mayor parte de los factores indicados tendrán un efecto negativo pero las obras provocarán siempre una cierta perturbación y el impacto visual de la carretera cambiará con la ampliación.

2.4

Gestión del tráfico

La gestión del tráfico es, a menudo, el factor decisivo en el diseño y ejecución de la obra de ampliación: puede determinar el método y ritmo de construcción. Dado que la mayoría de los problemas de circulación se producen después de la introducción de un nuevo trazado, la longitud de cada nuevo tramo puesto en servicio debe ser la máxima posible. Los usuarios de la carretera deben poder diferenciar entre el tráfico normal y el tráfico de obra. Las obras de ampliación pueden reducir provisionalmente la capacidad

14

de una carretera ya sobrecargada. La facilidad y el ritmo de construcción son importantes, por ejemplo algunos carriles o tramos de la carretera pueden ser cerrados al tráfico durante la colocación de un paso superior.

2.4.1 Dentro de la obra

Los vehículos que circulan por dentro de la obra tendrán distintos tamaños, pesos y grados de maniobrabilidad; estos aspectos deben ser considerados para asegurar un acceso y salida seguros. El ir y venir de materiales a la obra puede reducir la velocidad del tráfico, complicar los trabajos de la obra y aumentar los costes de construcción. Los carriles de aceleración y deceleración deberían estar convenientemente señalizados y permanecer despejados en todo momento.

Durante las operaciones de movimiento de tierras, es posible que las máquinas depositen el material en la calzada. En tales casos se debería considerar un dispositivo de limpieza de las ruedas particularmente cuando la salida se mantiene en el mismo punto durante mucho tiempo; el suministro de agua y su drenaje deben preverse.

Las obras de ampliación implican a menudo cierto número de emplazamientos separados a los que sólo se puede acceder desde la carretera. Además, los pasos superiores de la carretera pueden ser el único lugar donde hacer un cambio de sentido, los vehículos (maquinaria) de obra pueden tener que recorrer largas distancias.

15 2.4.2 Fuera de la obra

El sistema de gestión del tráfico debe dirigir a los usuarios a evitar una obra o atravesarla. En estas áreas es necesario disponer una buena señalización. El tráfico puede ser desviado a un solo carril, siendo necesario pensar en el problema de avería y consecuente retirada de vehículo. Las grúas deben disponer de un acceso permanente a estos carriles para poder alcanzar los vehículos averiados y remolcarlos. Los vehículos de emergencia deben igualmente tener acceso en todo momento.

2.5

Seguridad

Muchas de las actividades de la obra se llevan a cabo muy cerca de calzadas abiertas al tráfico lo que presenta un peligro tanto para el personal de la obra como para los automovilistas. Es imprescindible una vigilancia estricta de la obra. Las restricciones (limitaciones) impuestas por la falta de espacio aumentan los problemas de seguridad y por tanto el coste. Muchos aspectos de la seguridad dependen de la elección del método de ampliación y de la especificación de las técnicas de construcción, son a menudo dietados por las restricciones impuestas, por ejemplo, el terreno disponible. A pesar de las decisiones impuestas por las numerosas consideraciones no técnicas, la obra debe ser construida con total seguridad.

A medida que avanza la obra, existe una tendencia por parte del personal de obra a olvidar la presencia de los vehículos circulando por la carretera, particularmente despué s de cambios del trazado y durante periodos de menor tráfico. Es esencial una definición precisa del contorno/límite entre la obra y la carretera abierta al tráfico. Las máquinas pesadas constituyen un riesgo potencial, particularmente en zonas de difícil acce-

16

so. La demolición de estructuras, tales como puentes y muros pueden ser realizadas por subcontratistas especializados; se debe controlar que los escombros no caigan en la carretera abierta al tráfico.

El suministro de iluminación para la gestión de tráfico seguro y los trabajos durante noche/invierno se debería hacer con las fuentes de suministro permanente tanto existentes como las instaladas para la ampliación de la carretera. Se puede instalar cierta iluminación temporal suplementaria, pero teniendo en cuenta que las sombras proyectadas por la iluminación suplementaria no creen artificialmente zonas oscuras y que los automovilistas no sean deslumbrados.

2.6

Estructuras existentes

Incluso cuando las estructuras existentes no necesitan ser reemplazadas, constituyen una restricción en los trabajos de construcción. En numerosos casos los pasos superiores tendrán que ser reemplazados por estructuras de mayor longitud de vano y las cimentaciones reforzadas o reemplazadas para soportar la carga adicional. El tablero de un puente de una carretera secundaria se podría levantar para establecer las nuevas rasantes de la carretera inferior, pero pueden ser necesarios trabajos locales de modificación de la rasante de la propia carretera si el paso superior soporta vía ferroviaria o un canal. Los pasos inferiores y las obras de drenaje necesitarán ser ampliados o reemplazados y los muros pueden ser demolidos y reconstruidos.

El uso de elementos estándar puede reducir la duración del proyecto y la construcción, pero en primer lugar se debería considerar el transporte de grandes tramos prefabricados. Los requerimientos para inspección y mantenimiento así como la necesidad

17

de una ampliación adicional se deberían tener en cuenta en el diseño de todas las nuevas estructuras; una atención particular se debería dar al problema de acceso.

2.7

Servicios

Antes de comenzar la obra se debería realizar un estudio exhaustivo para determinar la posición de los servicios. El coste de tal estudio es pequeño en comparación con el coste de una obra de reparación de emergencia y los retrasos de tráfico asociados. La necesidad de mantener los servicios existentes variará de un lugar a otro y puede marcar la secuencia de construcción. La nueva implantación y las mejoras del sistema de drenaje y los conductos de servicios se deberían programar para que su funcionamiento se mantenga durante las obras. Surgen complicaciones en los cruces o intersecciones de la carretera donde es necesario mantener los servicios de las carreteras secundarias; podría ser necesario construir estructuras adicionales para llevar esos servicios o prever desvíos.

La instalación de un drenaje adecuado es esencial para el funcionamiento de la futura carretera así como para conseguir tilla zona de trabajo seca (mantener la obra seca). La posibilidad de seguir usando las tuberías y canalizaciones de la calzada existente depende de la forma de las obras de ampliación, las pendientes de la nueva calzada y la capacidad del sistema existente. Las fugas (pérdidas) del sistema de drenaje pueden ablandar los terrenos de alrededor y cuando el reblandecimiento se extiende por debajo de la calzada existente, puede ser necesario tomar o prolongar las medidas de gestión del tráfico para permitir la excavación y sustitución del terreno.

18 2.8

Pavimento/calzada

Para reducir el riesgo de movimientos diferenciales y fisuración, las explanadas deberían ser uniformes, pero mientras que los nuevos carriles requieren una construcción completa, los carriles existentes pueden ser reconstruidos, reaglomerados o dejados tal cual están. El coste de repavimentar todo el ancho de la calzada puede compensar respecto a los costes de mantenimiento y nivelación. Durante las obras, la explanada puede ser sometida a cargas intensas, provocadas por el flujo de vehículos en menor número de carriles. La calzada puede que tenga que soportar la pesada maquinaria de obra durante su desplazamiento y las horas de utilización.

2.9

Acceso

Durante las obras será necesario acceder a la parte alta y baja de las explanaciones. En el caso de un terraplén, el cierre de un carril más el arcén proporcionaría un área de trabajo razonable en la parte alta de un talud, pero puede ser necesario plantear un acceso provisional al pie del talud, acordando su posterior restauración. Los taludes de desmonte deberán ser desplazados y el material retirado sin poner en peligro el tráfico, pero las excavadoras no podrán acceder a las zonas que quedan fuera de su alcance. desde la calzada o desde la parte alta del talud. Los bulones en roca o anclajes normalmente se instalarían a medida que avanza la excavación hacia abajo, pero en las obras de ampliación los accesos de los equipos a la superficie del desmonte será difícil a no ser que existan bermas.

Dependiendo de la geometría de la obra una parte de los taludes existentes deberán ser quitados, por ejemplo, para permitir la instalación de refuerzos del terreno sufi-

19 cientemente largos. En esos casos puede ser que el borde de la calzada deba ser sostenido y las máquinas deberán trabajar desde el pie del talud, necesitando un camino de servicio que lo una a la propia carretera o a la red local de carreteras.

2.10 Disponibilidad (suministro) de materiales de construcción y maquinaria

Normalmente para la ampliación de una carretera será requerido material de relleno. La cantidad y calidad del material dependerá de la técnica especificada pero conviene considerar la utilización del material de la zona. Casi todos los materiales podrían ser utilizados adoptando alguna de las técnicas descritas abajo, pero si el coste de mejora de sus propiedades mecánicas llega a ser prohibitivo tendrá que ser retirado e importar material que resulte apropiado. La selección de los materiales de relleno puede venir dictada por consideraciones económicas pero estará también influenciada por las condiciones del lugar y restricciones tales como los movimientos de vehículos y el uso de la calzada abierta al tráfico para el transporte. Para obras de poca duración puede ser necesario usar material granular que se puede compactar rápidamente sin presiones intersticiales excesivas o asientos a largo plazo importantes.

Una obra de ampliación normalmente implicará varios tajos en distinto lugar trabajando a la vez, en función de la disponibilidad de maquinaria, mano de obra y materiales que favorecen la utilización de técnicas simples y muy extendidas (generales).

20 3. Opciones para las obras de ampliación

3.1

Simétrico al eje

Se construye una nueva berma (terraplén adosado) a ambos lados de la calzada, convirtiendo los arcenes originales en los nuevos carriles de circulación. Las estructuras como puentes, muros y pórticos pueden necesitar modificaciones importantes para dar suficiente amplitud a los nuevos carriles. Será necesario modificar y mejorar el drenaje de la calzada así como modificar el trazado de los servicios afectados para permitir el acceso. Esta opción es la que mejor se adapta para tramos de carretera rectos, sin características inusuales o en casos de ampliaciones poco importantes y también donde se puedan aceptar atascos temporales.

3.2

Asimétrico

Con esta opción, los carriles adicionales se construyen en uno de los lados de la plataforma existente y todo o parte del tráfico se desvía por la otra calzada mediante un sistema en contrasentido. Cuando los nuevos carriles se terminan, el tráfico se desvía de los carriles centrales para reponer la mediana y pavimentar. Las ventajas de esta opción respecto a la simétrica son una zona (pasillo) de trabajo más amplia y que la obra no está dividida en dos zonas durante la mayor parte de la duración.

3.3

Desplazado y paralelo a la traza

Con una ampliación en paralelo se construye una nueva calzada al lado de la existente. Una vez finalizada, el tráfico se desvía a los carriles exteriores para eliminar

21 la mediana y pavimentar. La ampliación en paralelo en el terreno existente es poco frecuente pero las ventajas pueden ser sustanciales; el coste debido al terreno adicional puede ser compensado por la reducción de plazo de construcción, reduciendo el riesgo de accidentes y las perturbaciones de tráfico. La ampliación en paralelo se selecciona por motivos de seguridad y medioambientales, incluso aunque suponga adoptar soluciones ingenieriles más caras.

4. Opciones de constl'ucCÍón

Para la construcción de terraplenes y de muros de contención se utilizan un amplio rango de técnicas, cada sistema presenta una serie de ventajas e inconvenientes, pero la selección de uno u otro está influenciada por las consideraciones propias del lugar. La selección es un proceso de dos fases, la primera permite hacer la lista de las técnicas que satisfacen las exigencias funcionales, la elección final se basa en criterios locales.

El ritmo máximo de relleno puede ser marcado por la acumulación de presiones intersticiales excesivas en los suelos subyacentes- puede ser necesario controlar estas presiones durante la construcción. Puede también resultar necesario permitir la consolidación de los terraplenes antes de colocar las capas de firme, si no los asientos postconstructivos pueden implicar medidas correctoras muy caras. El tiempo de consolidación se puede acortar instalando drenes en la cimentación y sobrecargando el relleno.

El nivel de perturbaciones al tráfico debido a las obras depende de la geometría de la explanada existente y de la extensión de los trabajos de ampliación. Puede ser necesario excavar una parte de terraplén existente por exigencias de estabilidad para la

22 construcción de un muro de sostenimiento y esto haría que la solución fuese poco práctica y cara para pequeños proyectos.

4.1

Movimiento de tierras

La ampliación de taludes debe tener en cuenta la solidez de los terraplenes existentes. Puede resultar mejor aceptar un elevado desembolso de capital en la construcción de un talud reforzado que tener que soportar los costes de mantenimiento sucesivos de un terraplén existente propenso a la rotura. Puede resultar razonable reforzar esos taludes en el contorno donde existe riesgo de rotura incluso aunque no vaya a aumentar su pendiente. Los taludes muy verticalizados se pueden construir sin revestimiento estructural pero en esos casos se debe restablecer la vegetación.

4.1.1 Cambios de geometría

La calzada se puede ampliar quitando la parte superior del terraplén; el ancho ganado depende del espesor de material retirado y del talud del terraplén.

4.1.2 Refuerzo de la base de terraplenes ampliados

Se puede colocar una lámina de geosintético en la base de un terraplén para reducir asientos diferenciales y desplazamientos laterales debidos a la colocación de un terraplén adicional. Varias capas de geosintético o una cama de gravas envuelta en geomallas se pueden utilizar también para soportar terraplenes construidos sobre suelos blandos o en áreas propensas a subsidencias.

23 4.1.3

Rellenos ligeros en terraplenes

ampliados

En el caso de subsuelo compresible puede ser beneficioso reducir el peso de los terraplenes utilizando un material ligero de relleno, como cenizas volantes y poliestireno expandido. Tales materiales de relleno también pueden resultar indicados para reducir los asientos diferenciales entre las construcciones existentes y las nuevas. Materiales menos comunes, como tiras de neumáticos y astillas de madera (shredded tyres and wood chips), no tienen una aplicación generalizada en las obras de ampliación de carreteras principalmente por incertidumbre en sus propiedades.

Si los costes de transporte no son muy altos, los materiales de relleno ligeros generalmente disponibles como las cenizas volantes, pueden resultar más baratos que los rellenos naturales y se pueden utilizar incluso cuando el peso no importa (preocupa). Las cenizas volantes son agresivas al acero pero los refuerzos de polímeros han sido utilizados con cenizas volantes para estructuras de suelo reforzado.

El poliestireno expandido parece adecuado para las obras de ampliación, su ligereza minimiza los movimientos diferenciales entre las construcciones nueva y existente, y su relativa alta resistencia permite construir taludes inclinados.

El volumen de material necesario para la ampliación de un carril es relativamente pequeño y los costes de manipulación y puesta en obra son bajos. Sin embargo, se ha utilizado poco debido principalmente a la incertidumbre de su comportamientoa largo plazo y su elevado coste. Sin embargo, bloques de poliestireno expandido se han utilizado en Norte América y Europa.

24 4.1.4

Terraplenes

sobre pilotes

Los terraplenes han sido soportados sobre terrenos muy blandos mediante diversos tipos de pilote incluyendo pilotes perforados y hormigonados in situ, columnas de grava o limos y pilotes de arena compactados. En la mayoría de los casos se instalará una capa de refuerzo para transferir la carga del terraplén a los pilotes. Los pilotes se pueden recomendar para reducir el movimiento diferencial entre el terraplén existente y el ampliado.

4.1.5

Estabilización con cal

El material de un terraplén existente se puede reforzar in situ o ser sustituido por un relleno de mayor resistencia pero, debido a los elevados costes de transporte y eliminación, la estabilización con cal puede resultar más económica. Si el suelo es blando se puede usar un taladro para mezclar la cal in situ, evitando la excavación y eliminando la necesidad de cerrar la calzada para realizar la mezcla. El uso de pilotes o columnas de cal puede mejorar el drenaje, producir asientos más uniformes y mejorar la estabilidad. En la medida en que la importación y exportación del material de relleno se reduce, la técnica resulta apropiada para obras de ampliación.

4.1.6

Texsol

Es un sistema patentado de suelo reforzado, que consiste en la mezcla de hilos continuos de fibras sintéticas con arena.

25 Los hilos representan entre el 0,1% y el 0,2% de la masa de suelo. Texsol se ha utilizado para formar estructuras de contención de hasta 16 m de altura y como revestimiento para sostener las superficies de desmontes y terraplenes. El método parececía apropiado para la ampliación de carreteras en zonas donde hay disponibilidad de arena, ya que combina velocidades de construcción elevadas y pocas exigencias al material. En la mayoría de los casos la mezcla de fibras y arena no necesitará protección contra la erosión.

La resistencia al corte se desarrolla por la interacción de las partículas de arena y la red de filamentos, siendo necesario un cierto movimiento para movilizar esta interacción. La adición de 0,1% (en peso) de hilos de poliéster puede generar una cohesión del orden de 100 kPa, pero el volumen y las propiedades del hilo pueden ser elegidos para compensar la calidad de la arena y la resistencia requerida de la mezcla. La rotura de la mezcla se produce con tensiones comprendidas entre 6% y 10% lo que hace esta técnica apropiada donde se prevean fuertes asientos diferenciales.

El éxito de esta técnica depende de la habilidad de conseguir en una única operación una mezcla consistente de arena limpia y seca y de hilos. El ritmo de vertido de la arena y los hilos debe estar controlado para obtener la mezcla requerida. Como agentes propulsores se utiliza agua o aire a alta presión. En zonas de difícil acceso se puede usar un equipo portátil que produce hasta 60 m3/día de suelo reforzado con fibras. Máquinas más grandes autopropulsadas

sobre neumáticos se utilizan para construir terra-

plenes y el ritmo de producción puede superar los 150 m3/día. Sin embargo Textol no se puede poner en obra con una máquina estándar disponible normalmente por el contratista.

26 4.2

Muros de contención

Los muros de contención requieren cierta forma de la superficie; se puede utilizar hormigón proyectado y mallazo para suelo bulonado y paneles prefabricados unidos para la tierra armada y anclada. Se pueden especificar otras exigencias estructurales como una segunda superficie de ladrillo o piedra local.

4.2.1 Estructuras empotradas

Estas estructuras incluyen pantallas flexibles o muros anclados, pilotes continuos o secantes y un reticulado de micropilotes. Estas técnicas no han tenido

lID

uso muy

extendido para obras de ampliación pero han sido utilizadas en zonas urbanas donde la presencia de construcciones a 10 largo de las carreteras exige que el movimiento de tierras esté limitado.

4.2.2 Tablestacas

Los muros de sostenimiento de tablestacas pueden ser anclados o en voladizo; los primeros se pueden dividir en muros fijos o de un extremo libre, en función de si la resistencia pasiva en el pie del muro es suficiente para evitar movimiento lateral y de rotación o únicamente movimiento lateral. La estabilidad de pantallas ancladas depende de la profundidad de empotramiento y del soporte proporcionado por los anclajes. La estabilidad de las pantallas en voladizo depende únicamente de su profundidad de empotramiento y esto las limita normalmente a estructuras de menos de 4 m de altura, más allá exigen secciones grandes y caras.

27 La utilización de tab1estacas permite retener los taludes y a la vez evitar deslizamientos de terreno. Se podrían usar donde se permite la mínima excavación y donde está restringido el movimiento de tierras. El ruido y las vibraciones producidas durante la hinca de paneles de gran sección pueden no ser aceptados, pero el ruido se puede reducir sensiblemente utilizando "técnicas de hinca insonorizadas" donde una caja acústica vertical envuelve el conjunto de panel y martillo, conteniendo y disipando eficazmente el ruido. Sin embargo, la máquina es muy voluminosa y no sirve para zonas reducidas de una obra de ampliación de carretera.

4.2.3 Estructuras ancladas al terreno

Se han desarrollado muchos tipos de anclajes pretensados y todos tienen tres componentes principales:

La cabeza en la interfase entre la estructura y el terreno.

El tendón o longitud libre, una barra o torón/anclaje.

La longitud fija que transfiere la carga al terreno, habitualmente por medio de un bulbo realizado mediante inyección de lechada.

La longitud libre del anclaje está determinada por la estabilidad global del bloque anclado, el tipo y número de anclajes dependiendo de las condiciones del terreno.

Los anclajes se instalan normalmente en perforaciones de 75 a 100 mm de diámetro y a una profundidad de hasta 25 m. Los anclajes al terreno se utilizan con pilotes

••. ' .. '.1 ...••••• ,' ••••' •• '

,..•...

".'

••••••' •••'",

> ••

' ••

\ •••••••••

\ ••••

1. ••.•••

' •••·.1••••••...•.....•

'.••.' •••'.\"."./

••••••.

, .. >••

' ••• 1 ..•.••••••• ·.\' ..... •

..

,·"

28

Tabla 20.- Secciones de firme reciclado con cemento (espesores mínimos en cm)

~~~j!~ ! ..I

·rgg~5··.·.·

12

I

".

t.:"~,,\': •

L.:..~.._.j 20 .•..

i 25

.A ... ,,

w'';f.fM. ,·w

'.. .....

""" "

"

"

[=J Reciclado in situ con cemento

Mezcla bituminosa en caliente (recrecimiento)

Las características que deben cumplir los materiales en el reciclado con cemento están incluidas en el capítulo 21 del Pliego General de Prescripciones Técnicas PG4, reciclado in situ de cemento con capas de firme, publicado en la Orden Circular 8/2001 de 28 de diciembre, Un resumen de las prescripciones exigidas al material reciclado se incluye en la siguiente tabla:

Tabla 21.- PG..4. Art. 21. Reciclado in situ con cemento de firmes Tamaño máximo

S80mm

Pase tamiz UNE 4 mm

;:::30 % (si no corrector ZA)

Materia Orgánica

< 1%

Contenido sulfatos S03

< 1%

Plasticidad

IP < 15 Y LL < 35

Mínimo contenido de cemento tipo 32,5

>3%

Resistencia compresión 7 días

;:::2,5 MPa ;:::2,1 MPa

Cementos con alto contenido de adiciones

;:::97% Dmax Proctor Modificado

Densidad in situ Plazo de frabajabilidad ~

__

.~

__

••

__

M

___

•••••

~~._._~~~~_~_~

___ _________

._~·

___

en ancho completo

• ____________

~A

_________________

••

___

______

2 horas

--~-----------------------------_._----------------------trabajando por bandas -------_._-----------------------------------~--------~--con tráfico

~~

--------------------~------------------3 horas

-----------------------------_._-~_.~--4 horas

Si temperatura> 300 obligatorio uso retardador de fraguado

El ensanche de los firmes

(A Coruña,

12 de junio de 2007)

29

4.- DEFINICIÓN GEOMÉTRICA: ENSANCHE POR UNA O AMBAS MÁRGENES La posibilidad de realizar el ensanche por una so/a margen o por ambas debe de analizarse en función de varías aspectos en los que tiene gran influencia el firme. Estos pueden ser:

El ensanche por una sola margen conlleva el desplazamiento del eje, /0 que conduce a importantes cuñas de regularización para obtener el bombeo necesario y a un sobreespesor del refuerzo de mezcla bituminosa en una de las semicalzadas, lo que siempre resulta muy caro. La anchura mínima de la caja del ensanche para poder emplear equipos de compactación pesados es 2,2 a 2,5 m, por lo que ensanches con fondo de caja inferiores a 4,5 - 5,0 m deberán plantearse por una margen sólo.

El ensanche por ambas márgenes tiene ciertas ventajas, como permitir el saneo de los bordes, mejorar el drenaje de ambos lados, etc, pero si no se impermeabiliza bien la carretera con el refuerzo, se corre el riesgo de dificultar la salida del agua que pueda entrar en la misma al disponer en sendas márgenes paquetes de firme menos permeables.

En ambos casos hay que considerar el efecto que la ocupación de los terrenos adyacentes conlleva, la implicación en la gestión de las expropiaciones, si

El ensanche de los firmes (A Coruña, 12 dejunio de 2007)

30

existen líneas eléctricas, telefónicas o de servicios en generala si se produce afección a zonas protegidas, arbolado o de características singulares.

5.- ASPECTOS CONSTRUCTIVOS

Independientemente de la realización del ensanche por una o ambas márgenes, se deben realizar una serie de consideraciones constructivas para lograr la adecuada integración y coordinación del firme del ensanche con el de la carretera existente. Como ya se ha comentado, la explanada debe lograrse de la mayor calidad posible con el fin de conseguir un cimiento con una capacidad de soporte igualo superior al de la carretera, lo que reduce el riesgo de aparición de una fisura longitudinal. Con este mismo objetivo se deben construir las capas del firme con la máxima densidad posible (las bases con densidades superiores al 98% de la máxima obtenida en el ensayo Proctor modificado).

Para ello es necesario el empleo de equipos pesados que requieren suficiente anchura de trabajo, considerándose el valor mínimo admisible el de 2,5 m, debiéndose adoptar ciertos sobreanchos de seguridad cuando se trate de terraplenes en los que pudieran volcar dichos equipos.

Como en el resto de las unidades que forman el ensanche, en el caso de estabilizar la explanada se deben tener en cuenta la ocupación del tren de equipos necesarios y el espacio de maniobra necesario para los mismos. Estos suelen ser: una dosificadora de conglomerante (en polvo o en forma de lechada), una estabilizadorarecicladora, al menos un rodillo vibrante, una motoniveladora y en ocasiones otro rodillo. Posterior, pero espaciadamente, viene el equipo de curado (agua o emulsión).

Igual sucede con los equipos de extendido de la zahorra, el suelocemento, o cualquier otro material (extendedoras laterales o motoniveladora) y los de

El ensanche de los firmes (A Coruña, 12 dejunio de 2007)

31

compactación, aunque en este caso se suele enrasar con la calzada existente y las operaciones pueden resultar más sencillas. En cuanto a la sección para conseguir un desagüe aceptable del agua de lluvia caído en la superficie de fa calzada es necesario que su pendiente transversal supere el 1-1,5%, siendo preferible un 2%. Este bombeo debe ser reproducido al realizarse el ensanche, est como los peraltes en fas curvas y las transiciones de unos a otros. En todos los casos, y dado que los ensanches se suelen realizar con tráfico, se debe prestar especial eiencon a los aspectos de seguridad vial.

En cuanto al proceso constructivo de la base de los ensanches, y en fas carreteras en las que se conserven más de 5 m de calzada tras el cajeo para permitir ef paso del tráfico, se puede elegir entre dos procesos: 1. extender el material de la caja enrasando con fa carretera actual y extender posteriormente la capa de refuerzo de mezcla bituminosa en todo el ancho. Es la solución más utilizada y más recomendable, porque no requiere disponer de la planta de aglomerado al inicio de la obra y con ella se extiende mayor espesor de mezcla bituminosa sobre la junta de contacto del material extendido y el existente, reduciendo las posibilidades de reflexión de la junta en la rodadura.

El ensanche de los firmes (A Coruña,12 dejunio de 2007)

32

2. extender la capa de regularización de mezcla bituminosa sobre la calzada antigua antes de realizar el cajeo del ensanche y extendido del material granular o base tratada con cemento. Corregidos los peraltes y la regularidad longitudinal se extiende el material del ensanche enrasando con la alineación definitiva sin necesidad de recrecidos de regularización posteriores sobre dichas franjas. Finalmente se extiende el refuerzo en toda la calzada. Esta solución tiene la ventaja de permitir una reducción del volumen total de mezcla bituminosa necesario para regularizar, pero exige disponer de una planta de mezcla bituminosa al inicio de la obra y se reduce el espesor de refuerzo sobre la junta longitudinal creada con el ensanche, incrementando las posibilidades de reflexión de esta junta si se dispone un material de diferente rigidez al existente. Por ello debe utilizarse únicamente en carretera de baja intensidad de tráfico.

En cualquier caso es recomendable cortar verticalmente y retranquear las capas del firme antiguo de manera que no coincidan en vertical las distintas juntas longitudinales. Además es muy importante evitar que la junta carreteraensanche coincida con la nueva banda de rodadura, debiendo situarse en el centro del carril.

Como en cualquier otra unidad, es necesaria una eficaz organización y control de las diferentes operaciones citadas, resultando imprescindible cierta experiencia del personal encargado de ejecutar las obras. En cuanto a los materiales en si, nada diferencia una obra de ensanche de cualquier otra obra de carreteras, estando las prescripciones generales de los materiales incluidas en el Pliego General PG-3: en las zahorras artificiales se debe cuidar su calidad (granulometría, caras de fractura, desgaste los ángeles, etc) y compactación, en los materiales tratados con cemento, se debe asegurar la adecuada fabricación y homogeneidad, el espesor de capa y la densidad obtenida para conseguir la

El ensanche de los firmes (A Coruña,12 dejunio de 2007)

33

resistencia exigida, etc. Es decir se deben cuidar detalladamente todos los parámetros que resultan críticos y tienen gran influencia en la vida útil del firme.

La construcción de cada una de las capas del ensanche requiere las mismas fases que la ejecución de cualquier obra y que se pueden resumir en:

1. Preparación de la superficie de apoyo, comprobándose que tiene la densidad y regularidad exigidas.

2. Aprovisionamiento de materiales

No se debe abrir ninguna longitud de caja para la que no se tenga previamente disponible y acopiado el volumen de material que se vaya a extender y compactar en dicho tramo. Asf el aprovisionamiento de suelos o áridos se debe realizar con tiempo suficiente y se debe coordinar sendos tajos de apertura de caja y fabricación del material a extender. 3. Fabricación del material de extendido

En la fabricación se debe perseguir el mayor rendimiento compatible con la obtención de un producto de calidad. Por tanto, se debe establecer una adecuada correspondencia entre los medios de fabricación, transporte y puesta en obra, para que la ejecución se realice de manera contigua evitando las paradas, sobre todo en los materiales tratados con cemento (suelocemento gravacemento u hormigón compactado) yen los pavimentos de hormigón.

Aunque la fabricación de la mezcla esté automatizada, no

se debe restar nunca

importancia al proceso, ni responsabilidad al personal encargado de la producción. La puesta a punto de la planta y la preocupación del personal encargado son factores decisivos para conseguir una mezcla óptima y obtener sus mejores cualidades. Por el contrario, si estos aspectos no se cuidan, se

El ensanche de los firmes (A Coruña,12 dejunio de 2007)

34

obtendrá una mezcia heterogénea, difícilmente compactable y de menor resistencia y calidad, incluso con un material de buenas características granulométricas y mecánicas.

Un producto de calidad requiere no sólo que el material tenga unas características apropiadas para una correcta puesta en obra (proporción adecuada de cada componente, humedad próxima a la óptima, etc.), sino que además debe ser homogéneo.

En el caso de materíales tratados con cemento se debe asegurar una buena envuelta y homogeneidad de la mezcla para lo que se debe comprobar el correcto estado de todos los equipos, evitando realizar vertidos desde cualquier altura que pueda provocar la segregación de los áridos.

4. Transporte Los medios de transporte deben estar siempre adaptados al ritmo de ejecución de la obra. La elección del número de vehículos se debe hacer teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

111

Capacidad de producción

11

Distancia desde la central hasta el tajo de puesta en obra

11

Rendimiento del equipo de extendido

Para las bases de suelocemento o materiales tratados con cemento se debe reducir el tiempo de transporte, eligiendo adecuadamente el lugar de instalación de la planta y se deben evitar modificaciones de la humedad de fabricación o desecaciones (para lo que se debe cubrir la caja del camión con lonas).

El ensanche de los firmes (A Coruña, 12 de junio de 2007)

35

5. Descarga

En la descarga del material se pueden distinguir dos situaciones en función del equipo utilizado para al extensión: si se emplea extendedora lateral, la descarga se realiza directamente desde los camiones a la tolva de alimentación de la misma. Cuando la extensión se lleva a cabo con motoniveladora, los camiones descargan directamente sobre la carretera.

En la descarga sobre la tolva de la extendedora hay que asegurarse de que no se produzcan segregaciones de gruesos en los laterales, que posteriormente dan lugar a nidos de grava en los bordes de los tornillos sinfín (márgenes y, en su caso, centro del ancho de extensión).

En la descarga sobre la carretera se pueden producir igualmente problemas de segregación o de falta de envuelta de los gruesos, sobre todo si la curva granulométrica es discontinua. Si la extensión se realiza con motoniveladora, las operaciones realizadas por un maquinista experimentado pueden mejorar dicha situación. Por el contrario, una extensión incorrecta puede dar lugar a una mayor segregación y a la formación de cordones de árido grueso.

El ensanche de los firmes (A Coruña, 12 dejunio de 2007)

36

6, Extendido

El extendido se puede realizar bien con extendedora lateral, que permite trabajar

a velocidad constante con cierta precompactación en algunos casos obteniéndose mejor regularidad superficial sin depender de la habilidad del maquinista, o bien con motoniveladora, que permite espesores mayores siempre que posteriormente se logre una buena compactación. Este último equipo resulta de mayor disponibilidad y economía.

En el caso de utilizar motoniveladora, para lograr una buena regularidad superficial se debe proceder a refinar la superficie, enrasándola con la carretera existente, con los peraltes o pendientes apropiadas. No se deben hacer recrecidos de capa delgada, salvo que se estén empleando sólo materiales granulares, y todas las operaciones, en el caso de materiales tratados con cemento, deben terminarse antes de que transcurra el plazo de trabajabilidad de dichos materiales,

7. Compactación

La correcta compactación de cualquier capa tiene una importancia decisiva en la calidad final de todo el firme. Una densidad elevada reduce los riesgos de asentamiento, consigue una material menos sensible a agentes externos y en el caso de materiales tratados con cemento asegura la obtención de una buena resistencia de la capa, y por tanto de una mayor vida útil del firme.

Es recomendable que la densidad de la capa de base no sea inferior al noventa y ocho por ciento (98%) de la densidad máxima obtenida en el ensayo Proctor modificado. En general, con espesores de capa inferiores a 35 cm, el material se compacta en una sola tongada. Para ello se han de disponer equipos de compactación capaces de conseguir la calidad de acabado y la densidad especificadas.

El ensanche de los firmes (A Coruña, 12 de junio de 2007)

.' .. , ... ,.... 1..,' ... ' .. 1 ••••

' ••••• '

."

.,

,'.'

••

' ••

'.'.,.'

.. , .....

, .......

, •••

' ••••

' ......

\' .... ' ...

'."

... ' ...

' ••

' .....

\ ....

'.,

....

' ..

'. " .....

'".

,,'.'

••

37

8. Curado El curado solo es necesario en el caso de materiales tratados con cemento con el fin de evitar la evaporación del agua y permitir el correcto fraguado del material. Este puede realizarse manteniendo húmeda la superficie hasta la aplicación de un riego de curado formado por una emulsión catiónica de rotura rápida. En el caso de pavimentos de hormigón el curado puede realizarse mediante líquidos especiales que impermeabilizan la superficie.

9. Riegos de adherencia o imprimación

En el caso de bases granulares para colaborar a su impermeabílízación y crear superficialmente un mastic bituminoso, se aplica un riego de imprimación formado por una emulsión tipo ECI con una dotación de 1kg/m2•

En el resto de los materiales tratados con cemento, tras el riego de curado y antes de extender el refuerzo (al igual que en la carretera antigua o entre capas de mezcla bituminosa) es necesario extender un riego de adherencia, para asegurar que dicha capa trabaja conjuntamente y bien pegada con las capas de mezcla bituminosa extendidas encima. Este riego, que se extiende después de un buen barrido y limpieza de la superficie, conviene realizarlo con una emulsión termoadherente o procedente de un betún duro, que no se pegue a las ruedas de los camiones que extienden el aglomerado, con una dotación mfnima de 0,6 kg/m2.

10.Rodadura Finalmente se procede al refuerzo general de toda la carretera con el espesor de mezcla bituminosa necesario. Como se ha dicho, tanto entre sendas capas de aglomerado, como entre la primera capa y las bases de material tratado con cemento es necesario disponer un riego de adherencia para conseguir que

El ensanche de los firmes (A Coruña, 12 dejunio de 2007)

'1"",1",,',,',,'

."

""'"

,'

.. '•• , ••••••.

,...

'....

'....•.

\' ••••' ••• '., ••• \' ••'..

. ..

".

,.' •••••' •• '..... ".'" ••• '.,

••..

> ••••

\ •••••

\.1. ••• '••••1....

'.'.' •.••...•...•. '...'.' '.""

38

dichas capas trabajen de forma solidaría. Este riego de adherencia se debe realizar sobre una superficie de contacto sana y limpia con la dotación adecuada} pues la falta de adherencia entre dichas capas se traduce en un importante incremento de tensiones en las capas superiores de mezcla bituminosa) pudiendo provocar el agotamiento prematuro del conjunto del firme.

6.- SEGURIDAD VIAL

Debe prestarse especial atención a señalizar y balizar convenientemente los escalones laterales que los ensanches del firme exigen y en la medida de lo posible, deben ser evitados durante la noche} puesto que constituyen un grave peligro. Por ello es conveniente trabajar en tramos de ensanche no muy largos que permitan abrir la caja, obtener la explanada deseada y rellenar con el material de base de manera que quede enrasado con el pavimento actual o dejando un escalón reducido. Este proceso no es compatible con la obtención de grandes rendimientos por lo que en muchas obras se abren tramos de excesiva longitud con el fin de permitir trabajar

a los equipos con un rendimiento aceptable (por ejemplo a los equipos estabilizadores de suelo en la formación de la explanada) lo que conlleva al mantenimiento del escalón lateral durante días. Por ello, siempre es mejor seleccionar para el ensanche soluciones de firme con el menor espesor necesario que obliguen a cajeos de reducida profundidad, para lo que se debe lograr la mayor categoría de explanada que sea posible, debiéndose obtener esta mayor calidad mediante la estabilización del suelo, en vez de recurrir a su extracción y sustitución.

El ensanche de los firmes (A Coruña, 12 dejunio de 2007)

39

7.- CONCLUSIONES

El ensanche del firme es la última etapa del ensanche de una carretera. El diseño de la sección de firme del ensanche consiste en analizar y seleccionar la sección de mayor copatiblidad constructiva con la carretera existente considerando aspectos técnicos, económicos y medio ambientales, tales como la disponibilidad de áridos en la zona, los cortes y distancias de transporte, la intensidad de tráfico pesado, las características del cimiento, el régimen de precipitaciones o la coordinación y extendido conjunto de las capas de refuerzo necesarias.

A fodo ello se deben añadir otros aspectos de vital importancia como el mantenimiento de la circulación sin riesgos de accidentes. El firme del ensanche debe proporcionar una rodadura cómoda y segura a lo largo del período previsto en el proyecto, logrando convertir una carretera con un nivel de servicio por debajo de lo deseado, en una carretera más cómoda, fluida y con elevados niveles de seguridad.

8.- BIBLIOGRAFíA

Norma 6.1.-/C, Secciones de firme, de la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento, aprobada por Orden FOM/3460/2003, de 28 de noviembre de 2003 (BOE de/12 de diciembre).

Norma 6.3-/C, Rehabilitación de firmes, de la Dirección general de Carreteras del Ministerio de Fomento, aprobada por Orden FOM/3459/2003, de 28 de noviembre de 2003 (BOE del 12 de diciembre).

Recomendaciones de proyecto y construcción de firmes y pavimentos. Consejería de Fomento. Dirección General de Carreteras e Infraestructuras. Junta de Castilla y León. Valladolid, abril de 2004.

El ensanche de los firmes (A Coruña,12 de junio de 2007)

40

Instrucción para el Diseño de Firmes de la Red de Carreteras de Andalucía. Consejería de Obras Públicas y Transportes, Dirección General de Carreteras. Junta de Andalucía. 1999.

Diez M., Jesús. Construcción de firmes, normativa y práctica en comunidades autónomas. Jornada sobre nuevos firmes. Dirección General de Carreteras del Gobierno de Aragón. Zaragoza, noviembre de 2005.

Diez M., Jesús. Ejecución de los suelos estabilizados in situ. Jornada sobre explanadas estabilizadas y capas de firme tratadas con cemento. Aspectos técnicos. INTEVIA. Sevilla, noviembre de 2006.

Kraemer, C y otros. Ingeniería de Carreteras. Editorial Mc Graw HíII. 2004. CEDEX + lECA. Manual de firmes con capas tratadas con cemento. Centro de publicaciones del Ministerio de Fomento. 2003

El ensanche de los firmes (A Coruña, 12 dejunio de 2007)

,',.,.'.,t.,'''.,.,.,.,.,,,,,.,,,,,.',,,,

..•..

,

', ..' ..'.' .. '

,

"

,

,

'

'

,'.".' .. ,'.,

,' ..' .. '

,.'.' .. "", ..'.'.'

'

".'

, ..'

..

JORNADA

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS la Coruña, 12 junio 2007

EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

..:::....:

......

'.

'

.

".

~d;"~'

~f;~:~~,Ft't~·;:,;:;~::¡~::; ,.,.

Fernando GARCIA PRADO Subdirector General de Obras Públicas Diputación Foral de Blzkaia

Resumen:

Se hace una breve revisión de ejemplos recientes en la modificación estructural de puentes debido a la ampliación de vías de alta capacidad. La mayorfa de los casos se inscriben dentro de la autopista A-8. Aunque no puede establecerse una solución genérica se ha intentado sintetizar las tipologías más interesantes o habituales.

Summary:

A brief review is made on recent examples concerning bridge retrofitting due to freeway/highway widening. Most cases apply to the A-8 freeway. Though a common solution cannot be established, the most interesting/usual resolutions have been taken into account.

Palabras clave:

Ampliación de tablero, modificación de puentes, eliminación de pilas

Keywords:

Deck widening, bridge retrofitting, pier eliminating.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA, 12 DE JUNIO DE 2007 EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN V[AS DE ALTA CAPACIDAD

EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACION ESTRUCTURAL PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

DE

INDICE \

1.:.:

INTRODUCCION

1

2.-

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2

2.1.2.2.-

2.3.-

2.4.... 3.-

ADECUACIÓN ESTRUCTURAL y FUNCIONAL 2 GRADO DE CONSERVACIÓN••••••••••••••.••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••.•• 2 INFORMACIÓN EXISTENTE •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••.•••••••••••••••••••••••••• 2 TIPOLOGÍA y MATERIALES ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••• 3 OTROS ASPECTOS A TENER EN CUENTA

3

3.1.- FASES DE CONSTRUCCiÓN ••••••••••••••.••.•••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••• 3 3.2.- AFECCIONES AL TRÁFICO •.••••••••••••••.••••••••.••••••••••••••••••••.•• ,.•,•••••,•••,•••••••••.••.•••,••.•••••..•3 3.3... 4.-

ESTÉTICA •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3 SOLUCIONES ESTRUCTURALES

.,

4

4.1... PAsasSUPERIORES ••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••••..•.•••••••••••••••••••..••••••••••••••.•••• 4 4.1.1.- PILAS 4.1.1.a.- Desplazamiento / Modificación Paso Superior en Larraskitu. Autopista A-8 Paso Superior en el Enlace de Cruces. Autopista A-8. OF-9 Paso Superior en el Enlace de Cruces. Autopista A-8. OF7 Paso Superior en Enlace del Puerto. Autopista A-8 Paso Superior en Usurbil (Aritzeta). Autopista A-8 4.1.1.b.- Eliminación Solución Celosía Tirantes de perfiles metálicos Tirantes de cable 4.1.2.- EsTRIBos 4.l.2.a.Modificación Enlace de la Universidad. Cta. La Avanzada Circunvalación de Burgos. A-l 4.2..... PASOS INFERIORES ..............................•.............................................................. Viaducto Ibaizabal. Autopista A-8 Viaducto Pradera. Autopista A-8 Enlace del Gallo A-8 5.-

CONCLUSIONES

6.-

BIBLlOGRAFIA

,..,

,

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA, 12 DE JUNIO DE 2007 EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN V!AS DE ALTA CAPACIDAD

4 4 4 5 7 8 10 12 12 13 13 15 15 15 17

18 18 19 21 24 24

1.-

INTRODUCCION

La modificación estructural de puentes existentes no ha sido una actividad habitual hasta recientes fechas.

En todo caso solía circunscribirse a la ampliación del ancho exiguo de puentes antiguos en carreteras de baja capacidad, muchos de ellos arcos de sillería, de forma que se permitiera el paso bidireccional o bien se dote de aceras a la infraestructura.

Otra actividad común ha sido la reparación, rehabilitación o refuerzo de puentes, bien para mantenerlos en condiciones de conservación adecuados, bien para permitir el paso de transportes especiales o corregir patologías. A parte de actividades curativas, la modificación estructural más importante podía pasar por un refuerzo (pretensado exterior, fibra de carbono, morteros de resinas, etc).

Pero con la creciente movilidad, las vías de alta capacidad han visto como el deterioro de sus niveles de servicio obligaba a la construcción de uno o más carriles. Este hecho ha llevado aparejado por una parte la ampliación de los puentes existentes y en algunos casos la adecuación de éstos a los peraltes, gálibos o sistemas de contención que en la actualidad están vigentes. Por otro lado la existencia de pasos superiores con apoyos próximos a la calzada a ampliar introduce una nueva tipología de modificación estructural.

Esta experiencia comienza en Estados Unidos en los años 50, representando un 3% de la superficie de puentes construidos en 1963 y un 10% en 1988. En 1997 la ampliación de tableros suponía un 5% de la inversión en puentes1. No es extraño por ello que manuales de diseño de puentes de diferentes DOT's que pueden consultarse en lnternef incluyan un apartado en el que de forma más o menos genérica aborden la posibilidad de ampliación de estructuras existentes, incluso aporten criterios de diseño para tableros de vigas, artesas o en general soluciones tabuladas.

1

Fuente: Texas Department of Transportation: "Bridge Desígn Manual", 2001

2

DOT: Department of Transportation P. ej.: http://www.dot.state.oh.us/se/fiQ.MLfill_M2004/sec400f3.htm Mp :lIma nuals.do!.stale.Ix.us/dynaweb/colbridg/des/@GeQeric BookTextView/19542:c.l>31efault;ts=defaull;pI:19395 http://www.dot.ca.gov/hg/esc/lechpubs/manual/bridgemanuals/bridge-memo-to-desjgoer/page/Section%209/9-3 pdf http://www.sddol.com/docs/maouals/StructuresMaouaITOC.pdf

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

Pag.1

No obstante la ampliación de la sección de un puente no es la única modificación estructural podemos encontrarnos.

Desde la cimentación

que

al tablero pasando por las pilas y los estribos son

elementos que pueden verse afectados. Esto unido a la tipología y los materiales hace que cada proyecto de modificación estructural, sea único y que no puedan darse recetas genéricas.

Por otro lado, la solución proyectada

muchas veces se ve mejorada en obra cuando diferentes

especialistas abordan un mismo problema con una idea estructural nueva.

2.-

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La modificación estructural de un puente está condicionada al menos por los siguientes aspectos: 2.1.- Adecuación Estructural y Funcional El proyecto debe dar respuesta a una demanda funcional de la cual se deriva la propia modificación del puente. La tipología existente y la resultante del programa de necesidades deben ser compatibles. En caso contrario puede ser lógico la construcción de una nueva estructura en sustitución de la antigua. 2.2.- Grado de conservación Como primer paso para abordar el proyecto de una modificación estructural debe contarse con una inspección que evalúe el grado de conservación y la posible necesidad de una actuación que corrija las patologías que se detectasen. 2.3.- Información existente De la existencia de información original, de su fiabilidad y de sí ésta se ajusta a lo que realmente se construyó dependen las soluciones que pueden diseñarse. Como veremos si conocemos no sólo las hipótesis de carga sino la geometría precisa y los materiales empleados, puede afinarse una solución que en otro caso se limitaría a que los esfuerzos del puente modificado no sobrepasen a los que se producirían con las cargas del no modificado. En caso de conocerse, p. ej.: el pretensado/armado, incluso la resistencia alcanzada por el hormigón puede compararse los nuevos esfuerzos, no con los antiguos, sino con los esfuerzos últimos que la estructura es capaz de soportar.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

Pag.2

2.4.- Tipología y materiales A la hora de buscar soluciones, la estructura a modificar, y más en concreto las ampliaciones de tablero, tienen como punto de partida la tipología del mismo: losa, vigas de hormigón pretensado en T, tableros formados por vigas artesas, tableros de sección cerrada uni ó pluricelulares, sección mixta, etc.

3... OTROS ASPECTOS A TENER EN CUENTA 3.1.- Fases de construcción Tan importante como la definición estructural del puente modificado es el establecimiento de las fases de construcción que garanticen la efectiva transferencia de las cargas y los esfuerzos. Durante la redacción del proyecto deben definirse al máximo estos pasos si bien la ingeniería de detalle que en obra debe existir es la que en último caso estudia los medios auxiliares necesarios. 3.2.- Afecciones al tráfico Dado que las ampliaciones y modificaciones estructurales suelen deberse a una falta de capacidad, los procesos constructivos deben de pensarse de forma que la afección al usuario durante la construcción se minimice y en cualquier caso sea compatible con un nivel de servicio aceptable. 3.3.- Estética Las modificaciones estructurales sobre todo en los pasos superiores, suponen en general el cambio de geometrías o la yuxtaposición de nuevos elementos que cumpliendo una funcionalidad resistente deben de aportar a la estructura final una configuración tal que sea entendible visualmente, que proporcione una integración de lo antiguo y lo nuevo

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN vi AS DE ALTA CAPACIDAD

Pag.3

4.-

SOLUCIONES ESTRUCTURALES

No se pretende aquí hacer una exposición exhaustiva de las soluciones que podemos utilizar sino algunas que recientemente hemos utilizado así como algunas otras que por su interés vienen al caso. Se han intentado organizar de forma que los ejemplos se agrupen por la tipología de la modificación estructural, partiendo de sí el puente es superior o inferior a la infraestructura que se amplia y continuando con el elemento que se ve alterado. 4.1.- Pasos Superiores En general los problemas que implican su modificación derivan de una necesidad de espacio mayor por lo que suelen requerir la reforma de pilas o estribos; bien mediante su desplazamiento bien mediante su eliminación. 4.1.1." Pilas 4.1.1.a.- Desplazamiento / Modificación Paso Superior en Larraskitu. Autopista A"8 El primer caso concreto con que nos encontramos fue en el puente de acceso a Larraskitu sobre la A-

8. El proyecto preveía la demolición de la estructura y la ejecución de una nueva donde se trasladase la pila derecha. La dificultad de su demolición unida a su valoración económica y las afecciones a los usuarios llevaron a plantear la sustitución de la pila original por otra desplazada de hormigón pretensado.

Se intuye aquí la preocupación del autor de la solución por

la

carga a transmitir as! como por la flexibilidad de la pila en relación con el nuevo apoyo del puente que ve así modificada sus leyes de esfuerzos.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LACORUfilA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VfAS DE ALTA CAPACIDAD

Pag.4

Paso Superior en el Enlace de Cruces. Autopista

A-S. OF-9 l·

;

L ,

La necesidad de ampliación de la calzada condujo a un diseño en proyecto que proponía la construcción de dos pilas inclinadas en hormigón armado en sustitución de las originales de forma similar a otros ejemplos en la A-8 próximos a Donostia.

-i-

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACIÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

Pag.5

En este caso el proceso de constructivo consistió en un apeo provisional ejecutado con una pequeña estructura

metálica anclada al pilar de hormigón armado existente, desde la cual con dos gatos a

ambos lados del apoyo original se levanto la estructura bajo peso propio únicamente, de forma que podía eliminarse el apoyo existente, para lo cual se descabezó la parte superior de la pila por medio de hidrodemolición.

y conecta la pila nueva, a la que una vez terminada se transfiere la carga

A continuación se construye

del puente que hasta esos momentos residía en el conjunto gatos-estructura auxiliar-pilar original. --' \ i ~· ..·"····, .,...•.. ,

\'\ , "

_\._j

"..·\.{'~r

I

\

'.1\1'\

A nadie se le escapa que el proceso de transferencia de cargas del

\ ,\

~ ~.,

.'

,\

.\

~.~...." .. :..·...'r···,,·~.l~r"······.;.-,··············,,··_J

\.-··..1..·--,.~"LJ- .¡1:!:".;::c¡,,~'Í''''' }~::··~:~:~ ..~:·,·'·'··I'~~,/';>

,\.,:~1

pilar antiguo al nuevo, así cómo de que forma se materializa el traspaso del esfuerzo horizontal entre el tablero y la nueva pila

"~

'~\.

¡ I

¡ ¡ ,,-~~

suponen aspectos a tratar con cuidado. Para ello se ejecutó un pretensado vertical de la placa de anclaje en la que el pilar inclinado se apoya.

i

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VfAS DE ALTA CAPACIDAD

Pag.6

Paso Superior en el Enlace de Cruces. Autopista A-B. OF7

En este caso se sustituye el apoyo del pilar existente por una pila en T metálica. Únicamente en la parte extrema izquierda es donde apoya el tablero que de esta manera ve flexibilizada su reacción

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VíAS DE ALTA CAPACIDAD

Pago 7

Paso Superior en Enlace del Puerto. Autopista A-S.

En este caso el desplazamiento del pilar se proyectó con una solución original de Julio Martínez Calzón [3] y que consiste básicamente en ejecutar dos vigas metálicas a todo lo largo, adosadas bajo las alas de la sección que sustentan al puente en la posición del pilar original y que se ven sustentadas en una pila nueva desplazada.

'1

El proceso constructivo consiste en una vez ejecutada la nueva pila y premontadas las vigas con

una

contraflecha

adecuada,

descargar

mediante un castillete provisional el apoyo original, pretensar transversalmente la viga metálica en el

'

,n

e:í!:u -----i~i;--t_;J~-+

+-~{~-

Le

1['°"

. -~-~~

~r&1f4JC-

~- !~d~.i ',. " .•••"\7

eje de la pila 1a, y a continuación poner en carga

¡

esta viga en el nuevo pilar.

~._.... -"-.

"

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORuJilA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VfAS DE ALTA CAPACIDAD

Pag.8

A partir de esta solución de proyecto en obra se propuso

un método del que resultaba

una menor

afección al tráfico y una mayor sencillez constructiva.

Para ello se contó con los planos de la estructura existente, lo cual permitió desplazar el eje de apoyo comprobando la totalidad de la estructura modificada con las nuevas leyes de esfuerzos obtenidos. La principal innovación es que solventa el problema que se deriva de desplazar el eje de apoyo de una estructura

pretensada, en la que la cota más alta del mismo no se sitúa sobre el eje de apoyo.

Además, sobre el nuevo eje de apoyo el pretensado pierde eficacia precisamente por el mismo motivo, debido a que queda bajo.

En el diseño se incrementa el canto mediante una cartela adosada al tablero existente y se consigue aumentar el brazo mecánico del pretensado haciendo viable la solución. Este recrecido inferior permite también disponer el armado necesario para garantizar que las cargas de los apoyos llegan correctamente

entre las almas del tablero, para lo que también ha ayudado el

sustituir el apoyo único por un doble apoyo.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUNA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VrAS DE ALTA CAPACIDAD

Pag.9

Paso Supe¡r::ior...enJJSUrbjL(Ar¡itzeta)._AutopistaA,:.o.lIS/I"'-o --

\

....--------l~----.·!]_,_(!.o_--.--.-1

-.

uo

J .

,

~5.00 33.60

8.70

6.70

La necesidad de ampliación de la calzada de 4 a 6

,"'- ----_...._---

carriles se une aquí a la insuficiencia de gálibo,

-t

necesitando una sobreelevación

de hasta 1,7 mts

en pilas, La solución proyectada por Julio Martinez Calzón corresponde

a una evolución

anteriormente

de la expuesta

pero en lugar de tener una viga

continua, ésta se sustituye por dos pilas-dintel a ambos lados del tablero. Básicamente

también

se

solicitaciones

permanentes

pretende

que

(peso propio y carga

muerta) la estructura tenga longitudinalmente mismos esfuerzos,

bajo

para lo cual mediante

los gatos

auxiliares se procede a descargar las reacciones de la estructura pretensado

transversal,

pasárselas

a la pila-dintel.

original y una vez realizado el

Las solicitaciones

derivadas

de las

sobrecargas actúan sobre una estructura en la que se ha flexibilizado el apoyo y por lo tanto aumentan los Mf (+) Y disminuyen los Mf (-) respecto a la estructura original, por lo que hay que comprobar la envolvente de los mismos. En la nueva pila-dintel debido al importante momento que se transmite a la cimentación, si ésta no es profunda (p.ej. micropilotes),

los movimientos

(giros) producidos

por la flexibilidad del

terreno no son despreciables y deben tenerse en cuenta en el cálculo sumando este término a la flexibilidad propia de la geometría en L invertida. Estas pilas son metálicas aunque están parcialmente

hormigonadas

para tener en cuenta

posibles impactos de vehículos. TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

Pago 10

Una solución similar se ha aplicado en la A-S en Oiartzun, donde la ampliación de la calzada ha obligado a desplazar los pilares existentes. Puede intuirse cómo en el lugar donde antes se encontraban transversalmente

los

apoyos,

el nuevo

se

apoyo

pretensa sobre

la T

metálica

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

----------------------------------------------------------Pag.11

4.1.1.b.- Eliminación

En este caso la solución estructural tiene una mayor flexibilidad y por lo tanto requiere de un estudio más profundo. Además puede introducir un esfuerzo horizontal que en el caso de tableros postensados necesita una comprobación adicional.

Solución Celosía Una posible solución puede consistir en la ejecución de una celosía superior como es el caso en los puentes de Superi y Zapiola en las Autopistas del Sol (Argentina).

En este caso la reacción que el puente espera es atendida aunque, con alguna pequeña deformación, por la celosía superior.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA cORufilA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

----------------------------------------------------------Pag.12

Tirantes de perfiles metálicos

La solución consiste en una estructura triangular apoyada en una pila-pilote y contrapesada en la parte posterior. El apoyo elástico en sustitución de la pila eliminada introduce en este caso una componente horizontal

Tirantes de cable. Esta solución se ha empleado en la A-6 (Beaune), A7 (Orange) y A13 (Caen) por la ingeniería francesa Razel.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VrAS DE ALTA CAPACIDAD

--------------------------------------------------------Pag.13

Se trata de la modificación de una estructura de cuatro (4) vanos en el que se eliminan la pilas más externas para lo cual se construye un pilo no central que recoge con un pretensado transversal el apoyo eliminado

y mediante un conjunto de cables los lleva a la cabeza de la

nueva pila. Ésta se atiranta a su vez en los estribos para coartar los movimientos horizontales y minimizar la flexibilidad del conjunto.

TÉCNICAS PÁRA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN ViAS DE ALTA CAPACIDAD

----------------------------------------------------------Pag.14

4.1.2.- Estribos 4.1.2.a.- Modificación Enlace de la Universidad. Cta. La Avanzada

En este caso debía ampliarse el paso entre la pila más externa y el estribo existente. El proyecto previó para esto el apeo provisional del tablero para posteriormente demoler el estribo y construir uno nuevo con una ménsula en la que se recogiera el apoyo del puente existente. La conexión entre éste y la ménsula se ejecutaba con una serie de llaves de cortante. Esta solución se modificó en obra, dando continuidad al pretensado del tablero en la ménsula del estribo.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VfAS DE ALTA CAPACIDAD

----------------------------------------------------------Pag.15

Fases de ejecución

FASE I Apeodel tablero

1- ~ __ _~~_.;J___..--.----.-~ -.-······-··-··--·-·-....... -..-.--.-----..·-·-----·-·--··7 ~

:.:l.~..

~._l'~""""'--:::J

n__.~ •.;.;..I._.

.JJ.U.l..t.Ull.t.l.ll.LJ..L.U.U.up.uLl..s1..ll.U...

FASE 11 Demolicióndel estriboexisteny excavaciónde la ampliación.

---"",'

·..·· ..1····..·········,-· ..··..······ r············-·..·.. ·~..T¡

mlrrnri; PlpTrrlTllJ!lrrlr

.~::::~~~.:::::::::J:·.:::::::~c~:.r::=:::::::;:.:Lc·.:~:::L't..:.,,,.:.:::,':.J.:É.:: :.:;~ ..L..;;.:.:

Construccióndel estriboy conexiónconel tablero

FASE IV Puestaen carga

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MOD IFICACIÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VrAS DE ALTA CAPACIDAD

-------------------------------------------Pag.16

Circunvalación de Burgos. A-1 Para ampliar el carril de salida a Burgos desde la A-1 necesitaba ensancharse la plataforma que estaba ocupada por el talud de un estribo flotante de un paso superior de vigas prefabricadas. Para evitar modificar la estructura se ejecutó un refuerzo del talud con la técnica de "soíl nailing" realizada por bataches horizontales de forma que no se afectó el estribo.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VrAS DE ALTA CAPACIDAD

--------------------------------------------------------Pag.17

4.2.- PASOS INFERIORES Las tipologías que podemos encontrar en este apartado son más amplias dependiendo de los materiales, posibilidades de ampliar clmentaclones, etc. A modo de ejemplo puede citarse Viaducto Ibaizabal. Autopista A-8

Se amplia el dintel mediante vigas metálicas que sirven para el apoyo de una viga extrema también metálica sobre la que se dispone las prelosas

Solución de proyecto

,~ 1¡¡¡liHí

¡I!

lilllti!

ir

'.:'I!!I.I

:i' ' ......

;,1;,,1;1'

,,'l..

:iii:]

_Iill~~

Solución finalmente ejecutada

En la solución finalmente construida el apoyo de la nueva viga se confía a una pila en T adosada a la existente y que abraza a esta con dos mitades

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUrIIA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VrAS DE ALTA CAPACIDAD

--------------------------------------------------------Pag.18

Viaducto Pradera. Autopista A-S

Para evitar la colocación de una nueva pila se encomienda a un par compresióntracción sobre las pilas existentes, el apoyo de una ménsula de acero unida a 105

pilares mediante unas camisas de

chapa que revisten los pilares y sirven de refuerzo a la cimentación existente. Las camisas metálicas son cosidas a las pilas por medio de barras corrugadas, que una vez introducidas en la pila son cortadas y soldadas a la camisa. El hueco existente entre el hormigón de la pila y el acero de la camisa fue rellenado con un hormigón

autocompactante,

que

contribuye a mejorar la adherencia y el trabajo conjunto entre ambos elementos, hormigón y acero.

Previamente se existente

(sobre

reforzó la cimentación. gravas)

mediante

la

utilización de un jet-groutíng tipo 2.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS PE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

----------------------------------------------------------Pag.19

le wI.L...('("'CC2,

~i-I.A

Cle (?'¡!wC¡':..t'Lé:_-J'

...~i-(/'v'(l..;

eI

'&~".J·fau.le

Ce.1j?e(:-.fO <0-. a. é..LyztW.Ü-t:'::

cá'.. E--:-F. vv"

Otro ejemplo a ejecutar próximamente en la A-8 evita una nueva ménsula mediante sendos jabalcones metálicos para el apoyo de la viga metálica.

Jt~1"f,m1JOfc~ll"~IJ!i"I~ \<~~~::":=~_ 3E:-~-+~,/~;? '/':.-<.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VIAS DE ALTA CAPACIDAD

--------------------------------------------------------Pag.20

Enlace del Gallo A-8

En proyecto se amplía este paso inferior mediante una losa de hormigón armado adosada a la losa pretensada existente. El canto se deriva de la imposibilidad de pretensar transmitir

la

ampliación

esfuerzos

a

la

para

no

estructura

original. Esta solución se modificó en obra para pasarla a una viga metálica con igual funcionalidad

Se aprovecha en ambos casos para aumentar el peralte existente y adecuar los sistemas de contención.

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VrAS DE ALTA CAPACIDAD

----------------------------------------------------------Pag.21

Otros casos

En el caso de tener vigas artesas

y si las condiciones de contorno lo permiten puede irse a una

solución en la que se vea un nuevo puente adosado al existente.

En el caso de tratarse de vigas en T también cabe la misma posibilidad

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VfAS DE ALTA CAPACIDAD

----------------------------------------------------------Pag.22

Existen casos como el de este viaducto proyectado en Oñati (AP-1) en el que su ampliación viene prevista desde proyecto original y en la cual se dejan embebidos los sistemas de anclaje futuros.

Situación actual

Situación futura

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORU~A 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VrAS DE ALTA CAPACIDAD

--------------------------------------------------------Pag.23

5.-

CONCLUSIONES

No pueden generalizarse soluciones ni darse

una receta general a la problemática de la

modificación de estructuras existentes. La búsqueda de una solución pasa por intentar conocer al máximo los datos de su construcción, el estado de conservación y aplicar los últimos diseños estructurales El proceso de ejecución de la trasferencia de cargas y esfuerzos es un elemento crítico a cuidar en la realización de la obra.

6.-

BIBLIOGRAFIA

1. DIPUTACION FORAL DE BIZKAIA: "Proyectos de Construcción de Ampliación de la Autopista A-B". 2. DIPUTACION FORAL DE GIPUZKOA: "Proyectos de Construcción de Ampliación de la Autopista A-8". 3. MARTINEZ CALZON, J.: "Ampliaciones de las luces de 15 pasos superiores continuos postesados, para conseguir el ensanchamiento a seis carriles de la autopista A-7 BarcelonaLa Junquera. Tramo: Hostalríc-Macanet". Hormigón y Acero N° 196. 1995 4. MARTINEZ CALZON, J.: "Ampliaciones de pasos superiores de autopistas existentes. Solución aplicada en la Autopista A-7 (By-Pass)". 11Congreso ACHE de Puentes y Estructuras de Edificación. 2002. 5. DAUNER, Hans G. et alt. "The widening of the Aare Bridge at Ruppoldingen" 6. PLACIDI, Michel y SPIELMANN, Alain. "Beaune Bridge Widening. Cable Stays Save the Oay". The Architecture of Bridge Design. 1997 7. "BRIDGE MODIFICATION". Institute of Civil Engineers and Brian Pritchard. Ed. Telford 8. "BRIDGE INSPECTION ANO REHABILlTACION. Parsons Brinckerhoff. Ed. WileyInterscience. 9. "The ARCHITECTURE of Bridge Design". David Bennett. Ed. Thomas Telford. 10. "Effect of Moving Traffic on Fresh Concrete Ouring Bridge-Deck Widening". TRRL

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS. LA CORUÑA 12 DE JUNIO DE 2007. EXPERIENCIAS RECIENTES EN LA MODIFICACiÓN ESTRUCTURAL DE PUENTES EN VfAS DE ALTA CAPACIDAD

----------------------------------------------------------Pag.24

JORNADA

TÉCNICAS PARA EL ENSANCHE DE INFRAESTRUCTURAS DE CARRETERAS La Coruña, 12 junio 2001

Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos.

Fernando García Prado Subdirector General de Obras Públicas Diputación Foral de Bizkaia

INDICE

CONSTRUCCION DE UN TERCER CARRIL EN LA CIRCUNVALACION DE BURGOS

1.- INTRODUCCION.................................................................................

1

2.- CRITERIOS DE DISEt\JO..........................................................

3

2.1.- Sección transversal...

3

2.2.- Definición del nuevo trazado............................

6

2.3.- Drenaje...........................

7

2.4.- Firmes

,.."......

2.5.- Elementos de contención ..,

,...................

2.6.- Obras de fábrica 2,7,- Otras cuestiones .. ',.",

13 ,..

,

"

,

8

,.........

14 17

3.- ASPECTOS DE EJECUCIÓN..................................................

18

4.- SOIL-NAILING

19

4.1.- En desmonte

'"

19

23

4.1.1.- Proceso de ejecución...... 4.2.- En el estribo de la obra M-105R 4.2.1.- Proceso de ejecución...

,.........

25 27

1.-INTRODUCCION La construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos se enmarca dentro de un proceso lógico de ampliación de capacidad en las autovías que en otros países ya ha tenido lugar con anterioridad.

En definitiva,

pasamos

en su día de la carretera

a la autovía

o autopista

y ahora

evolucionamos éstas por la demanda, a soluciones de mayor capacidad.

La obra consistió en la construcción de un tercer carril en la A~1 en el tramo conocido como Circunvalación

de Burgos entre el Enlace de Castañares (AP-1) Y el Enlace del Landa, con

una longitud aproximada de 7 Km. Los trabajos se desarrollaron durante el año 2003 y 2004.

Enlace Landa Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.1

del

..rO

CA~~t.
c-,

La obra consiste estrictamente en la implantación de un nuevo carril de 3,50 m adosado a los carriles exteriores existentes quedando así la circunvalación con tres carriles por calzada en cada sentido.

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.2

2.- CRITERIOS DE DISEÑO

Lo primero que uno se encuentra cuando necesita ampliar un tercer carril son las cuestiones de diseño con las que puede proyectar el mismo.

A continuación se repasan algunos de los aspectos considerados en este caso asl como en otros similares.

2.1.- Sección Transversal

Dependiendo de la mediana que se disponga el carril podríamos ampliarlo por el interior o por el exterior.

En el primer caso las ventajas con las que nos encontramos son:

-

Menor necesidad de ocupación y por lo tanto de expropiación.

-

Menor necesidad de capacidad estructural de la sección de firme por tratarse del carril rápido. En el caso de medianas sin sistemas de contención es el momento de dotarlas de los mismos.

-

Casi nulo movimiento de tierras.

Como desventajas contaríamos:

-

Dificultad de accesos de obra.

Por otro lado si la ampliación se hace por el exterior las ventajas adicionales serían:

-

Creación de un firme ex-novo para el carril de pesados y por lo tanto con toda su vida útil.

-

Facilidad de acceso desde caminos de obra.

y por el contrario

Jornada Técnicas para el Ensanche de infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.3

-

Posibilidad de necesitar modificar estructuras (pilas/estribos)

-

Necesidad de ampliar terraplenes y desmontes.

-

Posibilidad

de que se cree

una junta

entre

la calzada

existente

y la

ampliación.

En nuestro caso no existía alternativa

al tratarse de una mediana estricta por lo que la

ampliación se hizo por el exterior.

La ampliación de plataforma implicaba efectuar obras de tierra por el exterior de la calzada, para las que se adoptaron en puntos específicos diferentes soluciones con el fin de que afectasen lo menos posible al entorno así como para evitar un aumento de dominio público. Estas soluciones son:

•

Muros de suelo reforzado sobre los terraplenes más importantes. Facilitan la ampliación con menos afección al entorno y con mayores garantías de durabilidad al evitar de esta manera los posibles asientos diferenciales.

•

Muros

de

Soíl Nailing o suelo claveteado en el pie de los desmontes iniciales. Facilitan la ampliación sin afectar a los desmontes ya asentados a lo largo del tiempo. Asimismo esta solución constructiva posibilita que durante la etapa de construcción se mantengan en servicio dos carriles por calzada al contrario de lo que sería necesario, por SegUridad,/~~ff¡(otras soluciones constructivas.

.. / ~/

,/

1ft----__ "

,,,,,,,,,'

/

/

...-

~~~/

''''<,"... _-----_ ."..... ,.... /

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

PágA

Aunque en esta obra no se consideró necesario, en otras obras similares se readecuó el diseño de la mediana, sustituyendo los sistemas de contención metálicos por barreras NewJersey y modificando el drenaje longitudinal cambiando la cuneta por un caz continuo. Esta solución puede ser adecuada en autopistas de trazado sinuoso y aquellas en las que el mantenimiento de barreras en horario diurno sea crítico.

SUO-DR(U DE PVCo l00mm

Mediana en la ampliación de terceros carriles en la A-B. Bizkaia

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructurasde Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.5

2.2.- Definición de nuevo trazado

La definición del eje longitudinal va a depender:

Del eje con el que se proyectó en su día la autopista: Un único eje en planta y alzado o ejes separados con definición en alzado independiente. De si se pretende mejor el trazado en planta en algún tramo. De si se quieren corregir los peraltes existentes para adecuarlos a la nueva normativa. En este caso el alzado viene forzado por la definición exterior o interior del peralte. Comparacion de peraltes

8,0%

7.0%

..

¡ 4,0%' Q.

3.0°/1)

2,0%

1.0% .•..•-. ---''---1---·-+--'---+-----'-'--1 .. ---· 0,0% .f..-.----......¡_.----l----!----..J.-.........:-+----j..----!---'---l o 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

8000

Radío (m}

En este caso, el primer paso es pues la obtención de los perfiles transversales de las calzadas originales, antes de la aplicación de los refuerzos. En segundo lugar, se ha de determinar cuál es el incremento de cota mínimo sobre cada perfil necesario para que se cumpla la condición impuesta sobre los peraltes. De este proceso se obtienen una serie de puntos a partir de cada perfil transversal, a estos puntos se ha de ajustar la curva analítica que mejor se adapte a esta sucesión de puntos, curva que deberá ir siempre por encima del conjunto de puntos, para evitar reducir el espesor de la capa de firme existente, pero evitando elevarse excesivamente puesto que, al igual que ocurría con los peraltes, esto provocaría sobrepesos en las estructuras existentes.

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-Junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.6

-

De si se quiere mejorar el IRI

Con todas estas variables podemos encontrarnos desde un eje definido por puntos a un eje hecho analítico tanto en planta como en alzado.

2.3.- Drenaje

La primera cuestión que aparece en este capítulo es preguntarse si el dimensionamiento los elementos

de drenaje actuales cumplen con la normativa

de

actual o si es necesario

reforzar su capacidad.

En el supuesto de que esta comprobación sea positiva el proyecto suele circunscribirse a la ampliación del drenaje transversal y la creación de un nuevo drenaje longitudinal exterior o adecuación del interior.

La experiencia aconseje prever una partida para la inspección y limpieza de la red existente.

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.?

2.4.- Firmes La solución del firme a proyectar va a depender de: -

Si la ampliación se realiza por el exterior o por el interior.

-

Los materiales con los que podemos contar. La maquinaria a emplear

Algunas cuestiones a tener en cuenta a la hora de diseñar el firme son: -

Si se cuenta con un arcén con sección estructural o por el contrario no puede utilizarse como futuro carril. En este caso habría que estrechar los carriles existentes para su demolición.

-

El peralte de la subrasante. Durante la excavación las aguas de escorrentía procedentes de la lluvia pueden acumularse hacia el firme existente por lo que dependiendo los casos debería darse peralte hacia el exterior o crear un dren en el contacto con el firme actual.

z

w

« z

Uw

u

«z

::í

0::1-

w

Lt.llO(J)

0::)( OLd

CD

w 1-'

Cúw:z

«

1·-

w(J)

Z

x

:Jw

0(6) PA-'12(4 -12(5)

100

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.8

-

La excavación necesaria. Entre el firme y las necesidades de explanada puede llegarse a tener excavaciones de hasta 1,5 m junto a la calzada en servicio. Esto puede requerir de sostenimientos

provisionales o de sistemas

de contención.

-

El estudio de refuerzo del firme existente.

-

La mejora del IR!. Si el alzado se decide que no sea una mera copia del existente debe estudiarse una posible mejora del IRI y su valoración a efectos de un mayor consumo de MBC y la tipología de éstas. Ello conllevará igualmente el disponer los elementos de borde de calzada (cuneta, barreras, etc.) tras esta operación Debe prestarse atención en este caso al espesor con que se llega a las estructuras a fin de no sobrecargarlas.

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.9

Durante la ejecución

de la obra es frecuente

la necesidad

de conservación

del firme

existente. En estos casos en lo que se ha reducido el ancho de los carriles suele coincidir la rodada del eje interior del carril lento con la línea blanca antigua, lugar donde a su vez normalmente está situada una junta de ejecución de aglomerado, lo cual da como resultado el deterioro de la misma

jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña. 12·junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.10

La categoría de tráfico para este tramo era TO, por lo que para los materiales de la zona la sección de firme escogida fue la sección 032 solución 1, dividida en las siguientes capas:

- 6 cm. de capa de rodadura de mezcla bituminosa - 6 cm. de capa intermedia de mezcla bituminosa - 18 (9+9) cm. de capa de base de mezcla bituminosa - 25 cm. de capa subbase de zahorra artificial

0.50

RELLENOS

l~~~'~··~~·~~~ l 3cm M.B.C. M·10 CON EMULSION MODIFICADA (') '--_._Oo. RIEGO OE ADHERENCIA

'---- ..-----'--

. 6cm M.B.C. 8-20 RIEGO DE ADHERENCIA ~~;dt~~}D~~RENCIA 9cm M.B.C. G·20 RIEGO DE ADHERENCIA 9cm M.B.C. G-20 RIEGO DE IMPRIMACION ¿~~:f¿AL 25 cm. 15 cm SUELO ESTABILlZAOO 6 50 d. S.S.

~JiJl~§~

DETALLE 1 ESTRUCTURA DE FIRMES EN AMPLIACiÓN DE CAHRIL ESCAI.A,:I()

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junlo-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.11

Como capa de rodadura se colocó a lo ancho de toda la calzada una mezcla bituminosa tipo M-8 de 3 cm de espesor para regularizar la superficie. En las estructuras, se dispuso una capa de firme de 6 cm. de espesor de mezcla bituminosa tipo S-20 sobre un mástic de impermeabilización

y adherencia de 3 mm. que se extiende

directamente sobre el tablero de la estructura. En el caso que nos ocupa, los materiales encontrados para la realización de la explanada presentaban una humedad natural elevada, lo cual sumando a que la ejecución de la misma coincidió en los meses de marzo-abríl, obligó a la utilización, no prevista en proyecto, de estabilización con cal.

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.12

2.5.- Elementos de contención

Tan importante como los definitivos lo son los que van a estar de forma provisional durante la ejecución de la obra.

En secciones tipo donde la mediana va a contar con barreras "New-Jersey" se ha utilizado ésta en construcción como elemento de contención exterior para posteriormente trasladarse a su posición definitiva.

En el caso de la circunvalación la falta de espacio disponible obligó a colocar una barrera metálica simple.

Jornada Técnicas para ei Ensanche de infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.13

2.6.- Obras de fábrica Las estructuras que se vieron afectadas por la construcción del tercer carril fueron: M-106 Puente de dos vanos de 29 m. de luz, de vigas postesadas de doble T M-107, M-108, M-1 09 Y M-111R Se trata de cuatro pasos inferiores de luces entre 5 y 9 m. M-108 bis Puente de un vano de 16 m.de luz de vigas postesadas M-105R Paso superior de vigas postesadas

En el primer caso se tuvo que ensanchar la estructura mediante la ampliación del dintel y la colocación de dos nuevas vigas.

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.14

Los pasos inferiores se ampliaron con la solución de marco cerrado existente mientras que

y se ejecutaron aletas en vuelta nuevos.

en la M-108bis se prolongaron los estribos

'--., =:» ....'

/'/

:

,.

__ . - '"

..

_-_

:~. J /

--

__~.:.::;_~_.__ -":r:H.~·~__ ~:.:-.:;-i _.

... ----;--'

:: 'oC

:

;.:-::

:: ": l, ~I '; '~t

,

I

l" /':: I I I

-t, • 1 '

, ~

~ :

; .~.; : • t I

J":I~:,('

'-:-------:

-----~-;.;,~_..;........_._.-_.+._-----:-;:;..;.;....--,...----, j

~:.;.; :

~ ¡.~~

--.-==H-·:·.·::-::::..:-:~...-~.-..-.:0-._.....-_-.~=--.....

-..."...-:-.~-,;rO"-I<:'.=-:-':'.""'-=~i+'f.... .~,; ~-¡._:.•

¡

.: ';

-_

i

: ; .;.;

~

.._.. _--:._-;t:::~ ; ~;"':

:

,:

',1.:,','.':

:

;" ~:

"-'~~I . ~.:'$!~':':

~ ;"::

----t-·:~=·--¡ ::::¡t·~-: ,Lv

!!--;::.r.~~

.:j·~J-11:,~ .. _...•.•:•._t~::.:_:-:

----.¡;.:..::;~

: .....

:

."

•

__

o

¡

_

;.. ~~~~ .~.~: :.~:~:.~~~': :'~. ::':':-":':.:1.__

: ,',. . : ¡,o.; "'. ~ .... :--~: .. ~: .. :: .. :.: .. :,.'::.::.~;,:;;.----•

.. :.;;, .. :.. .;;, ~'±-~-----,--_

!

•

l:

J17 A

\

Ú ~l.lM)~t.

PLANTA

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Corul\a, 12-junío-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.15

Respecto a la M-1 05R se explica más adelante la solución adoptada

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.16

2.7.- Otras cuestiones

Otras cuestiones que caben plantearse pueden ser: La necesidad de expropiar el Dominio Público con los nuevos límites de explanación. La situación de la nueva línea de edificación. La situación de postes de compañías de suministro de servicios que ahora se quedan a una distancia inferior y quizá antirreglamentaria. Los nuevos mapas de ruido y como éstos pueden imponer servidumbres acústicas en alguos casos

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.17

3. ASPECTOS DE EJECUCION M

Posiblemente la característica que más condiciona la ejecución de este tipo de obras suele ser la falta de espacio físico para su construcción. Bien por falta de terreno de dominio público, bien por la orografía o por la falta de accesos o vías paralelas por los que poder acceder o circular el tráfico de obra.

Por eso es importante desde el proyecto prever cómo se va a construir y con que espacio se puede contar.

ON?n(R,\

OE

~~:~:~~;jL: "('1 -c-'-<~Y¡

SECU~;O"'ºf:F~,>:::=~~:~~:~~.¡.'=+'

···__··,··· ..:?-I·~-,:·~ .r-

l.SO

A.qCEN '1

CARRIL

J'---CJ¡'~R'

?

,,.

srccJo.'l

TIPO

,~'~:J:"~:'_,,_ ~

1

"1

/

'"

~~CEN ~

..

.....

.,.:.;,.•..

"ctu",!.

iI

...,

t

I ..... ..,.,.~,.,,',..,'~. ,

iI I

I t

I

fl,1

U

tt Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág,18

4.- SOIL-NAILlNG

En esta obra se tuvo la oportunidad de emplear la técnica conocida como "Solí Mailing" o claveteado del terreno

4.1.- En desmonte

El desmonte más importante de la circunvalación cuenta, con una altura máxima de unos 33 m. Tiene un talud de aproximadamente 1:1, con una banqueta intermedia de unos 3 m de anchura situada a media altura. En su parte superior está constituido por la formación Cortes, que contiene niveles más rocosos, por la presencia de margas duras o calizas. La parte inferior está constituida por la formación Burgos, principalmente formada por margas y arcillas no muy consistentes, que a veces contienen concreciones a modo de gravas calcáreas, con una proporción de carbonatos que puede llegar a ser relativamente importante, llegando a constituir lentejones calcáreos, y con niveles arenosos intercalados. La altura máxima del corte proyectado con en el terreno es de 4,58 m, con una pendiente de 15° con relación a la vertical.

El pie de este corte se hace llegar hasta el fondo de la cuneta más profunda, ya sea la antigua o la nueva, correspondiendo por tanto a la situación más desfavorable. En un proyecto de este tipo, una de las dificultades mayores consiste en estimar los valores de ~ y e que deberán utilizarse para efectuar los cálculos de estabilidad. Para ello en fase de proyecto se realizaron una serie de ensayos triaxiales. Dadas las dificultades que comporta Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.19

la realización

de ensayos

con muestras

inalteradas

de materiales

de este tipo, que

conduzcan a resultados con un mínimo de fiabilidad, los correspondientes

a desmontes se

efectuaron con muestras remoldeadas con un contenido de humedad muy elevado. De esta forma se obtienen unos valores de los parámetros corresponden

al denominado

estado totalmente

efectivos de resistencia al corte que

reblandecido

del suelo y constituyen por

tanto una especie de indicador de su posible comportamiento

en dichas condiciones, como

ocurre por ejemplo en algunos casos de arcillas fisurados,

pero no necesariamente

en

nuestro caso.

Con objeto de decidir los parámetros a utilizar en el cálculo, se ha recurrido a un cálculo inverso. En su estado anterior el talud debe tener un determinado coeficiente de seguridad F. Después de excavar su pié el valor de F disminuirá. Con el claveteado,

F deberá ser

restituido a su valor original, que no deberá ser inferior a 1,35, según exige la práctica habitual.

Se supuso que el valor anterior en el talud en su perfil más desfavorable F=1,35 Y se determinó,

coincide con

mediante un programa de ordenador, los pares de valores de ~

(dentro de la gama de valores que resultan de los ensayos triaxiales) y e' que conducen a dicho valor de F. Se ha podido comprobar que la influencia de los diferentes pares de valores en las características del refuerzo a efectuar para recuperar el valor de F=1,35 no es significativa. En vista de ello se ha adoptado para el cálculo el valor ~ = 24°

Y c= 5'60 t/m2.

3,0 4,0

1,375

5,0

1,083

1,183

1,284

6,0

1,187

1,289

1,394

7,0

1,287

1,393

8,0

1,386

1,494

1,496 1,501

1,611

Como consecuencia de los cálculos efectuados se proyectó el claveteado para el perfil de máxima altura del desmonte con tres filas de clavos situados a distancias de 1,50 m, tanto en horizontal como en vertical, quedando un voladizo en la parte superior de 0,80 m yen la parte inferior de 0,78 m. Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.20

Las longitudes

y diámetros de los clavos fueron de 21,0 m y ~=40 mm en la línea superior,

16,0 m y ~=32 mm en la intermedia y 12,0 m y ~=32 mm en la inferior. La inclinación en todos ellos es del 10%.

El diámetro de la perforación que se escogió fue de 200 mm para todos los casos, si bien durante la ejecución de la obra se perforó con un diámetro de 150 mm. tras verificar:

-

La estabilidad a deslizamiento terreno-bufón

-

La resistencia a corte del clavo

-

La estabilidad general

En la redacción del proyecto se efectuaron una serie de ensayos de corrosión sobre diversas muestras de suelo tomadas a lo largo del desmonte en cuestión. Del estudio de los mismos se llegó a conclusión de que los suelos en los que se va a efectuar esta obra son agresivos al acero de los clavos. Dado el grado de agresividad detectado y que el sostenimiento era definitivo, no se consideró suficiente dotarles de un sobre espesor ni recubrirlos con resina epoxí. Por lo que se procedió a la utilización de redondos encapsulados.

Dada la gran longitud de los clavos y la relativamente reducida pendiente adoptada para los mismos, se decidió recurrir al relleno de la lechada aplicando una presión moderada de 3 a 5 kg/cm2, considerándose innecesaria la aplicación de presiones mayores, renunciando por tanto al relleno exclusivamente por gravedad. De esta forma, por una parte se consigue una mayor garantía de obtener un relleno adecuado de lechada y por otra se puede contar con un valor superior de la resistencia al corte lechada terreno.

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.21

El revestimiento

de la obra de claveteado consistió en

una capa de gunita provisional de 12 cm de espesor. Sobre este revestimiento hormigón

colocado

se construirá el definitivo de

in sltu, de 20 cm de espesor,

debidamente anclado a las cabezas de los clavos.

Entre la gunita y el terreno, se colocaron láminas geosintéticas de estas placas drenantes se conectó con las correspondientes

drenantes. La parte inferior salidas de agua.

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.22

4.1.1.- Proceso de ejecución

Estado original

Perforación y colocación del clavo

Colocación de laminas drenantes y gunitado Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructurasde Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.23

Siguiente fase

Ejecución del revestimiento definitivo

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.24

4.2.-En el estribo de la obra M-105R

Las obras de ampliación efectuadas obligaron a recortar el talud del terraplén que sirve de apoyo al estribo flotante de la estructura

M-105R. Como consecuencia,

su cimentación

quedaba lateralmente desprotegida, por lo que fue preciso recurrir a su refuerzo

El terreno de apoyo de este estribo está constituido por unas gravas arenosas limo arcillosas compactadas, que en un perfil transversal al mismo tiene la forma trapecial.

El nuevo trazado corta el faldón del terraplén estribo.

Sin embargo

pareció

conveniente,

existente oblicuamente por razones

a la dirección del

estructurales,

hacer el corte

paralelamente a dicho estribo, quedando con el tipo de estructura adoptado prácticamente pegado al extremo de la zapata.

La inclinación del revestimiento

es de 15°. Colocando los clavos perpendiculares

a dicho

revestimiento, su inclinación resulta también de 15°.

Se dispusieron

cuatro líneas de clavos que quedan a una distancia vertical de 1,0 m. La

distancia horizontal entre ellos es de 1,5 m. Las longitudes de estos clavos son de 9,0 m en las dos primeras filas y de 6,0 m en las dos inferiores.

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.25

Observando

el perfil transversal

prácticamente

embebidos

del refuerzo,

se comprobó

cómo los clavos quedaban

en su totalidad dentro del trapecio de gravas. Solamente

los

clavos de la hilera inferior penetraron unos metros en las margas de la cimentación de las gravas, que era menos fiables. En las gravas se consiguió una mayor seguridad para la adherencia

de los clavos. En definitiva el aspecto que presenta el perfil es como si se

hubiera hecho un zunchado del trapecio de gravas, combinado con el paramento exterior.

En la aplicación de soluciones

de este tipo al caso de estribos hay que tener especial

cuidado para evitar que se produzcan asientos durante la construcción.

En este caso se

trata de una estructura y isostática y por tanto los riesgos son menores, pero siempre dentro de unos ciertos límites.

Por ello la construcción se efectuó de manera que, por lo menos las dos filas superiores de clavos, se construyen antes de excavar el talud; es decir, que la perforación

e inyección se

efectuaron desde la superficie del talud. La distancia entre filas horizontales se dispuso de solamente 1,0 m para que además la excavación sea más gradual.

Como las gravas contienen bastantes finos, se sostuvieron razonablemente

bien durante la

excavación, aunque ésta se hizo por bataches horizontales. En todo caso, durante la construcción se controló el comportamiento

del estribo mediante

nivelaciones sistemáticas de precisión.

Para el caso de que surgiesen problemas se previó la inyección del macizo aunque esto no fue necesario

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.26

4,2,1.- Proceso de ejecución

Estado Original

Excavación y gunitado de la primera berma

Perforación e instalación de la primera fila de clavos

Perforación e instalaciónde la segunda fila de clavos

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.27

Excavación y gunitado de la segunda berma

Ejecución del revestimiento

Jornada Técnicas para el Ensanche de Infraestructuras de Carreteras. La Coruña, 12-junio-2007 Construcción de un tercer carril en la circunvalación de Burgos

Pág.28