Caminos de Montaña - Facultad de Ingeniería · Informe de Ingeniería - Etapas del Proyecto...

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Caminos de Montaña

Definiciones y generalidades:

A lo largo de la bibliografía recopilada para redactar este resumen se hizo difícil encontrar una definición concreta de lo que es un camino de montaña. Tal es así que la mayoría de las Normas (incluida la Argentina) solo hacen mención a las características de los caminos de montaña sólo desde el punto de vista topográfico.

La siguiente definición de camino de montaña es una adaptación de lo que la Norma AASTHO define como terreno montañoso para diseño: “Un camino de montaña es aquel que discurre sobre un terreno cuyos cambios longitudinales y transversales son abruptos, requiriendo el mismo de fuertes rellenos y/o excavaciones para mantener un alineamiento horizontal y vertical aceptable”.

Asimismo, un camino de montaña presenta las siguientes características:

Un terreno rocoso, disgregado o compacto, que casi siempre obliga a la utilización de voladuras.

Una red de drenaje bien definida, donde los caudales que esta transporta son en su mayoría intermitentes pero muy intensos, obligando al proyecto de obras de encauzamiento, defensas y disipación de la energía que conlleva el agua.

Un paisaje único con perspectivas, puntos de vistas, formas y colores variables, donde la construcción del camino puede impactar fuertemente sobre el medio ambiente visual en el que se inserta.

Un clima en la mayoría de los casos severo, que determina la presencia de hielo, nieve o lluvias, con lo que debe tomarse en cuenta sus efectos sobre la seguridad en la circulación y operación de los vehículos.

En altura se tiene un bajo contenido de oxígeno en el aire que afecta la operación de los vehículos.

Asimismo, la topografía planteada presenta por lo general dificultades en la accesibilidad a la zona de estudio provocando que deban utilizarse métodos de medición indirectos para la elección de los corredores y gran parte del diseño.


Informe de Ingeniería - Etapas del Proyecto Completo de un Camino:

En los informes de Ingeniería referidos a Caminos de Montaña se deben ir cumpliendo algunos pasos para poder optimizar los tiempos y llegar al mejor proyecto posible. Estos pasos, debieran darse en forma ordenada y gradual de manera tal que cualquier error no comprometa todo el trabajo hasta el momento realizado, o detectar en forma oportuna la falta de factibilidad de un proyecto. No obstante toda inversión en tiempo en las primeras etapas del proyecto permite obtener mayores certezas a la hora de tomar decisiones tanto tácticas como estratégicas.

Un informe de ingeniería referido a Caminos de Montaña debiera tener al menos capítulos referidos a:

Recopilación, Análisis y Estudio de Antecedentes

Estudios Topográficos

Estudios Geológicos

Estudios de Tránsito

Parámetros Básicos de Diseño

Planteo y Selección de Alternativas

Capacidad y Nivel de Servicio

Parámetros Definitivos y Sección Transversal del Camino

Drenaje

Obras Hidráulicas

Estabilidad de Taludes

Diseño de Pavimentos

Movimiento de Suelos

Pliego y Documentación Complementaria

Impacto Ambiental

Trazado y Diseño Geométrico en Caminos de Montaña

Las etapas constitutivas de un proyecto de Caminos se desarrollan con el objetivo final de lograr un proyecto seguro, confortable y económico.

1. Recopilación y análisis de antecedentes

2. Trazados tentativos: oficina, puntos de control

3. Reconocimiento de campaña: fajas, corredores

4. Trazados preliminares: línea de banderas

5. Evaluación de alternativas: selección, métodos


6. Estudio definitivo Proyecto

7. Proyecto: Documentación – Planos - Pliegos

Generalidades sobre Trazado y Diseño Geométrico

El diseño de una vía se inicia con el reconocimiento o establecimiento de los corredores favorables que conecten los extremos del proyecto y unan puntos de paso obligado intermedios. Con la ayuda de imágenes de satélite, fotografías aéreas o cartografía existente, bien sea procedente de restituciones aerofotogramétricas o de topografía terrestre, se trazan las mejores rutas posibles a lo largo de la región o área afectada, teniendo en cuenta los factores externos más destacados, como las características geológicas, geotécnicas del terreno y ambientales del entorno, la climatología y el desarrollo urbanístico. Es imprescindible el recorrido visual in situ de las diferentes soluciones alternativas para su mejor evaluación.

Respetando al máximo las condiciones externas, en esta primera etapa del diseño primarán los criterios económicos vinculados a los alargamientos de las soluciones y el costo de las obras de explanación, de arte (puentes, viaductos, muros) y túneles, quedando el resto de los objetivos supeditados en gran medida al perfeccionamiento de la solución definitiva.

Seleccionado el corredor más favorable se inicia propiamente la fase de diseño geométrico para darle la forma física a la carretera más apropiada o adaptada a todos los requisitos intentando satisfacer al máximo los distintos objetivos del diseño.

Como la carretera es una superficie continua y regular transitable, inserta en un espacio tridimensional, la reducción de su forma geométrica a un modelo matemático igualmente tridimensional resulta complicada, y por tanto, es poco empleada. Dado el predominio de la dimensión longitudinal que tienen las vías frente a la dimensión transversal, es habitual la simplificación del diseño geométrico, estudiando por un lado, la forma de la línea que describe en el espacio un punto representativo de la sección transversal denominado generalmente eje, y por otro lado, las sucesivas secciones transversales a él vinculadas.

Sólo en los casos en que la vía acusa un marcado carácter tridimensional como, por ejemplo, en las intersecciones a desnivel, se puede recurrir para su mejor estudio al empleo, de modelos informáticos, o la técnica de planos acotados, complementando los métodos bidimensionales que se describen a continuación.

En casi todos los diseños se realizan dos análisis bidimensionales complementarios del mismo eje, prescindiendo en cada caso de una de las tres dimensiones. Así, si no se toma en cuenta la dimensión vertical (cota), resulta el alineamiento en planta, que es la proyección del eje de la vía sobre un plano horizontal.

La forma del alineamiento en planta es percibida por el conductor fundamentalmente como una sucesión continua y cambiante de rumbos o acimuts a lo largo del camino recorrido.

Las formas geométricas planas (o alineaciones) que se utilizan para la definición del trazado en planta responden a modelos polinómicos, pudiendo ser rectas, curvas circulares o curvas de transición entre rectas y círculos, o entre distintas curvaturas del


mismo sentido. Habitualmente los alineamientos se establecen de tal forma que se garantice, además de la continuidad de acimuts, la continuidad absoluta de curvaturas, obteniendo así una variación gradual de las fuerzas transversales que afectan la comodidad de los usuarios y la seguridad de los vehículos. Se requiere por tanto el uso de las curvas de transición.

Si no se toma en cuenta más que la dimensión horizontal (la proyección del eje del camino recorrido, definido ya el alineamiento en planta del mismo) y, junto con ella, se considera la cota, resultará el alineamiento vertical o perfil longitudinal, que es percibido por el conductor como una sucesión de rasantes a lo largo del camino recorrido. Las formas geométricas planas que se utilizan para la definición del perfil longitudinal responden también a modelos polinómicos, pudiendo ser rectas de pendiente uniforme y empalmes verticales parabólicos que enlacen rasantes contiguas.

Esta simplificación (alineamiento en planta / alineamiento vertical / sección transversal) resulta bastante práctica, incluso en los elementos del trazado que presentan un carácter bidimensional (intersecciones a nivel) o tridimensional (intersecciones a distinto nivel); dónde su aplicación adecuada permita también buenos resultados en el análisis.

Sin embargo, no se debe olvidar que se trata de un modelo, y que si se quiere evitar la aparición de efectos no deseados, relacionados especialmente con la perspectiva apreciable por el conductor, el diseñador debe conseguir una coordinación adecuada entre el alineamiento en planta y el alineamiento vertical, de forma que queden satisfechas las exigencias correspondientes a los objetos o criterios del diseño.

El procedimiento habitual de diseño geométrico de un alineamiento tiene una cierta naturaleza interactiva: se exige un alineamiento previo en planta por cada corredor considerado como favorable, y luego se estudia el perfil longitudinal al que da origen y, especialmente, su relación con el terreno natural y la coordinación con el alineamiento en planta. Toda separación del terreno natural incrementa el presupuesto de construcción; a veces sobre todo en terrenos accidentados es preciso tener en cuenta también la sección transversal. A continuación, se establece el alineamiento en planta a la vista de los resultados, obteniéndose un nuevo perfil longitudinal; y así sucesivamente hasta optimizar la solución definitiva por aproximaciones sucesivas, logrando un resultado apropiado o satisfactorio.

El perfeccionamiento de los medios técnicos disponibles, fundamentalmente de la fotogrametría aérea, los ordenadores y las técnicas de simulación (perspectivas, maquetas y animaciones) han permitido una mejora muy importante de la técnica del trazado vial en los últimos años. Con las aplicaciones informáticas se obtiene una mayor fiabilidad en los procesos, y una mayor rapidez y facilidad en los tanteos sucesivos, alcanzándose la interactividad en el diseño.

La última fase del diseño geométrico consiste en la localización de la solución optimizada para su comprobación in situ y su perfeccionamiento final en su caso. Para ello se localiza en el terreno natural el eje, nivelándolo longitudinalmente y transversalmente en los puntos o secciones que se corresponden con perfiles transversales, habitualmente equidistantes cada 20 metros. Con base en las cotas reales del terreno se lleva a cabo el diseño definitivo del perfil longitudinal y de las secciones transversales, ya que normalmente no es preciso mover el eje en planta, aunque no imposible empleando las


herramientas informáticas apropiadas que faciliten la labor. De esa forma se puede obtener la geometría analítica y los planos finales del diseño geométrico efectuado y realizar las mediciones de las obras de explanación y pavimentos correspondientes.

Recopilación y Análisis de Antecedentes e influencia de factores

A la hora de tener que atravesar una topografía de tipo montañosa la labor de investigación de tipo gabinete, requiere de esfuerzos adicionales y estudios más profundos que los que demandan generalmente los caminos en llanura. La falta de accesibilidad al lugar donde se requiere emprender el futuro camino provoca que se deba ejecutar tareas de gabinete anteriores a la etapa de reconocimiento del terreno in situ, para ello es importante contar con relevamientos aerofotogramétricos de la región y todo el material cartográfico posible.

Estudios Geológicos, Suelos y Materiales; Zonal y Regional

En toda obra de ingeniería interesa especialmente asegurar que los factores geológicos, condicionantes de la obra, sean tenidos en cuenta e interpretados adecuadamente, así como evitar o mitigar las consecuencias de los riesgos geológicos.

Estos estudios tienen como objetivos: Emplazar una obra civil donde las condiciones geológicas sean favorables,

seguras y económicas.

Analizar los posibles trazados en función de la geomorfología, estructuras geológicas, litología y condiciones de aguas superficiales y subterráneas.

Estudiar el comportamiento geológico-geotécnico a fin de determinar la geometría de los taludes y contrataludes a utilizar en el proyecto.

Identificar las características de los materiales y su grado de meteorización a fin de determinar los procesos constructivos.

Determinar la aptitud de los materiales para su utilización en obras viales.

Estudiar los tratamientos especiales (obras especiales) a los que hay que recurrir para poder garantizar la seguridad tanto de la obra proyectada como de los usuarios.

Tomar consideración respecto a riesgos geológicos e impactos ambientales.

En términos generales las condiciones que debe cumplir un emplazamiento para que sea geológicamente favorable son las siguientes:

Ausencia de procesos activos que representen peligros inaceptables para el proyecto.

Buena capacidad portante del terreno para soportar las obras.

Estabilidad de los materiales para poder excavar taludes y/o túneles.

Disponibilidad de materiales para la construcción de la obra.

Facilidad en la extracción de materiales.


Actividad Sísmica

La actividad sísmica que se presenta en el territorio Argentino está estrechamente ligada a las condiciones tectónicas propias de un margen continental activo, como es el borde occidental de América del Sur, en el cual existe una zona de convergencia entre la placa Sudamericana y la de Nazca que se extiende a lo largo de la fosa Peruano-Chilena. En ésta, la placa de Nazca que se mueve en dirección Este, subduce debajo de la placa Sudamericana que se mueve en sentido contrario. Este mecanismo, aparentemente, introduce un régimen de esfuerzos de compresión en esta última placa, el que domina la configuración estructural de la región estudiada. Dicho régimen de esfuerzos compresionales resulta responsable de la orientación y sentido del desplazamiento de las fallas activas y, por consecuencia, de la sismicidad de la región. El territorio de la República Argentina se divide en cinco zonas de acuerdo con el grado de peligrosidad sísmica. Dichas zonas se indican en la siguiente figura.

Clima

El clima puede ser determinante a la hora de elegir un corredor, ya que la presencia de nieve y hielo atentan contra la seguridad de la circulación y la conservación de la vía.

Hidrografía y Recursos Hídricos


El estudio de cuencas, el registro de lluvias, la presencia de aguas permanentes superficiales y subterráneas afectan la ubicación del trazado. Generalmente la ubicación del trazado en las partes altas provoca la ejecución de obras de arte de menor envergadura, y asimismo mitigan los desprendimientos de material de laderas.

Vegetación, Fauna e Impacto Ambiental

Pueden condicionar los corredores aspectos como ecología, medio ambiente, paisaje, conservación de la naturaleza, impacto ambiental, ordenación del territorio. Algunas zonas y especies protegidas pueden incluso abortar la posibilidad de un proyecto por lo que deberán analizarse sin subestimar estos aspectos. Las actividades Sociales y Económicas Locales y Regionales pueden verse afectadas por el proyecto por lo que es de fundamental importancia su legitimación.

Para utilizar más eficientemente el tiempo durante las tareas de campo es necesario elaborar un minucioso análisis en la oficina antes de ir al mismo. Los corredores y sus alternativas pueden ser definidos en la oficina mediante mapas con curvas de nivel, estereoscopía, modelos digitales del terreno, y otras técnicas de sensores remotos. Aerofotografía:

La inaccesibilidad a los lugares de estudio (y su gran superficie) provoca que se deba efectuar por lo general gran parte del estudio del trazado (e incluso a veces hasta niveles de anteproyecto) con los datos recogidos en la etapa de búsqueda de antecedentes. Es por ello que la ayuda de los relevamientos efectuados con sensores remotos (fotográficos, láser, satelitales) y su posterior digitalización (curvas de nivel, modelos digitales de terreno) hacen que sea posible avanzar en estas etapas; permitiendo en base a la ubicación de los puntos de control encontrar corredores posibles que satisfagan los futuros aspectos del diseño geométrico. La ayuda de la fotografía aérea ha tenido gran difusión a lo largo del último siglo permitiendo desarrollar proyectos con cierto grado de precisión. Las fotografías aéreas permiten armar mosaicos (para identificar íconos en general), permite el estudio de las geoformas por medios estereoscópicos identificando además cauces, tipos de suelos, aguas superficiales, crecidas máximas, rumbos y buzamientos de estratos, aptitud de los mismos para ser utilizados en obras viales. La restitución fotogramétrica ha permitido obtener las curvas de nivel necesarias para trabajar en estas primeras etapas, y con la ayuda de su digitalización y su posterior aplicación en software de diseño permiten elaborar anteproyectos, comparando costos y por ende elegir los corredores y el trazado de forma más conveniente. La pendiente máxima admisible: es factor que por su relevancia pasa a tener en caminos de montaña el carácter de control del trazado. La bibliografía indica que pendientes de proyecto superiores al 10 % son inadecuadas y pueden ser utilizadas en casos excepcionales y para caminos de categorías bajos volúmenes de tránsito pesado. La altura sobre el nivel del mar del proyecto es otro factor que influye sobre la pendiente del proyecto debido a que con el aumento de la misma disminuye el contenido de oxígeno en el aire provocando problemas en el proceso de combustión de los vehículos y su rendimiento.


Obtenidas las curvas de nivel a escalas convenientes, y conocidas las pendientes máximas y sus longitudes críticas se procede a elegir corredores que permitan desarrollar el trazado cumpliendo con estos requisitos. Existen varios métodos para realizarlos como el de la regla graduada a pendiente constante, pero el más utilizado en la actualidad es el desarrollo a través de softwares que facilitan el trabajo a través de los MDT. Mapas Temáticos Los mapas temáticos pueden ser útiles para ponderar corredores y evaluar la importancia de los distintos sectores. Aunque no es fácil atribuirle importancia a aspectos que no puedan cuantificarse en términos económicos como pueden ser la presencia de sitios arqueológicos, históricos, etc. Los mismos sirven para identificar las zonas de forma multifascética.

Trazado

Definición de relieve según la Norma 3.1-IC «Trazado» (España, 1999).

Tipo de relieve

Inclinación i (%) Llano

i<5

Ondulado

5 <i< 15

Accidentado

15</<25 Muy accidentado

i>25

De una forma general, se puede decir que:

En un terreno llano el trazado ha de ser indiferente, sin ser monótono. Los terrenos llanos pueden tener un valor agrícola elevado; en este caso, se deben turbar lo menos posible. Donde haya protuberancias (mesas, muelas), el trazado ha de ser esquivo.

En un terreno ondulado el trazado ha de ser sumiso, ceñido al terreno. Es aconsejable cruzar las curvas de nivel con ángulos pequeños, y aprovechar las divisorias para integrar el trazado en el paisaje.

En un terreno accidentado el trazado ha de ser valiente ante un entorno adverso pero sin causar en él impactos críticos.

En un terreno muy accidentado el trazado ha de ser resignado, a merced de la Naturaleza.

Los factores que afectan la ubicación del trazado, y por ende la elección de corredores en general son:

Topográficos (alineamientos, pendientes, visibilidad y sección transversal de la vía)

Orientación geográfica (asoleamiento, vientos predominantes)

Características Físicas y Condiciones Geológicas (deslizamientos, derrumbes, asentamientos, aptitud de los materiales para uso vial)

Aguas Superficiales y Subterráneas

Restricciones Ambientales y Desarrollos Físicos (poblaciones)


Particularidades del trazado en Montaña:

1. Reducir la pendiente longitudinal en curvas cerradas (resistencia adicional,

por fricción y peralte)

2. Ser más generoso con el radio de las curvas exteriores que con el radio de las interiores.

3. Evitar bajar (perder altura) cuando se está subiendo.

4. En lo posible, ubicar el trazado en las partes altas, cerca de divisorias de aguas (obras de arte menores, menores riesgos de avalanchas, aludes, inundaciones).

5. Evitar laderas en sombras y al reparo del viento.

6. En zonas “nevadoras” evitar cortes cajón profundos.

7. Atravesar divisorias de agua, encontrar el trazado descendiendo desde el portezuelo (y no subiendo hacia el portezuelo)

8. Cuando la zona de topografía cerrada o abrupta se presenta súbitamente, intentar cambios graduales de las curvaturas horizontales

9. En tramos largos de fuerte pendiente, ubicar las cuestas mas severas en los planos inferiores


Sección Transversal:

Los elementos de la sección transversal de una carretera influyen sobre las características operativas, estéticas y de seguridad.

Zona de Caminos

Antes de construir un camino se necesita asegurar el derecho de vías, lo que normalmente supone la adquisición de una franja de terreno que debe abarcar el ancho del camino que va a construirse, y un espacio adicional libre en ambos lados. La zona de Caminos debe contemplar: el ancho necesario para la obra básica, espacio para permitir los desagües longitudinales, una zona de 3 - 5 m para servicios, y, si fuera necesario, espacio para futuras ampliaciones. Dicho ancho es normalmente de 100 m.

Ancho de Calzada

La calzada es el lugar destinado a la circulación de los vehículos. Tomando en cuenta este aspecto su ancho deberá contemplar la presencia de dos vehículos circulando en directos opuestas, más la separación central entre éstos de 0.70 a 1.00 mts. Asimismo debe agregarse una revancha entre el borde externo de los vehículos y el de la calzada de 0.30 a 0.60 mts. Para caminos de montaña las normas indican anchos de calzada menores que los de igual categoría pero distinta topografía. Esto está motivado en dos razones: 1. la velocidad directriz es menor por lo tanto el conductor experimenta una sensación de mayor seguridad al cruzarse con un vehículo que circula en dirección opuesta y 2. Para no estimular al conductor a tomar velocidades mayores, incompatibles con los parámetros de diseño.

Ancho de Banquina

Este elemento proporciona un espacio transversal adicional con la finalidad de que los conductores con momentánea pérdida de control del vehículo, o los obligados a realizar maniobras excepcionales para evitar accidentes, puedan retomar la calzada con razonables condiciones de seguridad, asimismo se utiliza para el caso de que el vehículo tenga la necesidad de detención momentánea, por lo que la elección del ancho tiene influencia sobre la capacidad y seguridad de la carretera.


La elección del ancho de banquina se puede estudiar de acuerdo con la figura donde un vehículo pesado está detenido momentáneamente mientras que otros dos circulan sin ocupar la banquina opuesta y a una velocidad segura. No obstante su ancho estará determinado por el tránsito actual y futuro de la misma. Prever anchos mayores a los indicados por Norma tanto de calzada como de banquinas suele traer ventajas desde varios puntos de vista, a saber:

Se considera la posibilidad que en un futuro se incremente el ancho de calzada.

El incremento del monto de inversión inicial representa un bajo porcentaje respecto a los anchos indicados por Norma (3-5%).

Una Obra Básica más amplia permite contar con una superestructura más fácil de modificar.

Contar inicialmente con una mayor capacidad de calzada.

Disminuir los riesgos de accidentes al poseer mayor capacidad.

Evitar futuros sobrecostos por la materialización de la ampliación.

Evitar futuras complejidades con el proceso constructivo.

Evitar los problemas circulación de tránsito y/o materialización de desvíos al momento de ejecutar las futuras ampliaciones.

Pendiente Transversal del Camino

La pendiente transversal de la calzada (bombeo normal) debe ser la suficiente para asegurar un adecuado escurrimiento del agua y evitar la infiltración hacia la estructura del pavimento, así como también disminuir la posibilidad de formación de láminas de agua sobre la calzada y de esta manera evitar el fenómeno de hidroplaneo y el congelamiento. Asimismo se deben tomar en cuenta otros aspectos tales como la apariencia de bordes (desarrollo de peraltes en transiciones) e incomodidad del conductor (sensación de inclinación). Por lo expuesto, para caminos de montaña deberán estudiarse con mayor atención estas pendientes aunque en casos generales no difieren de las convencionales para caminos de llanura.

Contrataludes y Bermas

Las bermas son cortes horizontales realizados sobre la línea del contratalud a los efectos de mejorar la estabilidad de los taludes naturales. Mediante la modificación de la geometría de los taludes, se redistribuyen las fuerzas debidas al peso de los materiales obteniéndose una nueva configuración más estable. El escalonamiento del talud, con la construcción de bermas contribuye a evitar que se produzcan roturas superficiales que afecten a todo el frente del talud, al cortarse los posibles planos de rotura. Esta medida suele decidirse antes de la excavación del talud; además las bermas sirven para retener bloques que se desprendan y roturas locales del talud, para instalación de medidas de drenaje y accesos para las obras de saneamiento y control del talud.


Secciones Transversales Especiales:

Puentes.

Túneles.

Carriles Auxiliares Adicionales.

Rampas de Escape.

Sobreanchos en curvas horizontales.

Taludes y contrataludes.

Estructuras de Contención de Suelos.

Puentes

En general la localización de los puentes está determinada por el alineamiento de la vía y debe seleccionarse para que se ajuste al obstáculo que se requiere superar. Los cruces sobre corrientes de agua deben ubicarse teniendo en cuenta los costos iniciales del puente y la minimización de los costos totales incluyendo los correspondientes a la corrección del lecho, si fuere el caso, y los de las medidas necesarias de mantenimiento de la cuenca para reducir la erosión.

En los cruces sobre vías vehiculares y férreas deben preverse futuros trabajos tales como ampliación de la vía.

El diseño geométrico en puentes debe satisfacer además de las Normas de Puentes, las siguientes:

(1) Cuando el puente es para superar un río o canal, el alineamiento horizontal de la carretera en el tramo del puente puede ser curvo y no necesariamente perpendicular al eje de la corriente del agua.

(2) El peralte utilizado en puentes localizados en curvas horizontales o zonas de transición debe cumplir con el diseño geométrico especificado en la vía y no debe superar el valor máximo permitido.

(3) Gálibos:

• Sobre corrientes de agua, relativamente limpias en toda época: mínimo 2.0 metros por encima del nivel de aguas máximas.

• Sobre corrientes de agua que en algunos periodos transportan deshechos, troncos y otros objetos voluminosos: mínimo 2.50 metros por encima del nivel de agua máximas, para el periodo de retorno que establezcan los correspondientes términos de referencia.

• Sobre carreteras: mínimo 5.50 metros para vías principales rurales y urbanas y 5.00 metros para otras vías, por encima de la rasante de la carretera.

• Sobre vías férreas: mínimo 5.50 metros.

• Sobre ríos navegables: se debe hacer la consulta al Ministerio correspondiente.


(4) Sección transversal: en toda la longitud del puente se mantendrá la sección transversal típica del tramo de la carretera en el cual se encuentra el puente. Dicha sección debe comprender las banquinas.

(5) En el alineamiento vertical del puente no habrá más limitaciones que las propias del diseño geométrico del tramo donde esté ubicado, es decir, en ningún caso un puente limitará el diseño vertical de una carretera.

Túneles:

Los túneles viales en general, y los de montaña en particular son obras de ingeniería de alta complejidad.

Dicha complejidad se debe en parte a que el conocimiento de las propiedades del macizo rocoso no siempre pueden obtenerse como información continua a lo largo de su eje, sino que provienen de una serie de puntos aislados a partir de los cuales es necesario hacer extrapolaciones longitudinales y transversales.

Asimismo para su concreción se requiere de una serie de conocimientos de alta especialización, y de diversos conocimientos tales como: formulación y evaluación técnico-económicas de proyectos, geología, hidrogeología, geofísica, ingeniería en minas, análisis estructural y sismo resistente, diseño vial, ingeniería mecánica, de iluminación, de sistema, de comunicaciones, de ventilación, etc.

El objetivo de estas líneas es presentar los conocimientos básicos viales que un alumno de ingeniería debe aprender en relación a estos temas dentro de los niveles que exige un curso de grado.

1. Ventajas y desventajas de ejecutar un túnel:

En caminos de montaña el túnel se presenta como una alternativa a la solución con tramos a cielo abierto (grandes cortes cajón) o bien recorrer distancias muy prolongadas a los efectos de cumplir con las exigencias de pendientes establecidas por las Normas. No debe faltar a la hora de evaluar las alternativas de túneles el análisis de estas otras variantes.

Ventajas de ejecución en túnel:

Evitan zonas nevadas

Protegen al camino de aludes, avalanchas o caída de grandes rodados.

Economía del tiempo de viaje, menores costos de operación de los vehículos

Mayor seguridad de circulación

Menor interrupción de tránsito por los agentes climáticos

Menor Impacto Ambiental (modificación al paisaje y agresión a la naturaleza)

Desventajas de ejecución en túnel:

Elevado costo de construcción, mantenimiento y explotación

Limitación del tránsito de dimensiones extraordinarias por oferta rígida de gálibo y su potencial peligrosidad en caso de accidentes


Falta de flexibilidad para aceptar modificaciones geométricas

2. Diseño Geométrico en Túneles

El diseño geométrico del túnel es de gran importancia, tanto desde el punto de vista del usuario de la carretera, como desde el punto de vista de la construcción y el mantenimiento. Generalmente tanto la planimetría como la altimetría dependen del resto del trazado de la carretera ya que debe respetar una cierta homogeneidad; en cambio la sección transversal de un túnel suele obedecer a aspectos más propios del mismo como son la geología, el método constructivo, las instalaciones, etc.

2.1 Planimetría de diseño

Si es posible, deberán tenerse en cuenta los factores geológicos geotécnicos existentes procurando evitar los puntos o zonas conflictivas: fallas, zonas alteradas, emboquilles complicados, etc. Alineamientos rectos y curvos: en túneles cortos (L<200 mts) es recomendable un trazado recto pues difícil evitar con la iluminación artificial el deslumbramiento de los conductores. En túneles largos se recomiendan el uso de curvas con generosos radios de curvatura (aunque sigue primando el concepto de visibilidad de frenado). Las estadísticas indican que túneles con radios < 250 mts poseen mayores frecuencias de accidentes. Asimismo permiten mantener los peraltes hacia un mismo hastial del túnel facilitando los desagües. Cuando el túnel es bidireccional no conviene disponer de alineamientos rectos muy largos por el cansancio y efecto de deslumbramiento provocado por los faros del vehículo circulando por la trocha contraria. Orientación del túnel: Existe una tendencia a ubicar los túneles en aquel lugar de la montaña que posibilite su trazado recto y de menor longitud; ello conlleva a emplazar el túnel en zonas de “entrantes” del frente montañoso: Estas zonas casi siempre coinciden con bajadas de agua o fallas tectónicas que ocasionarán en un futuro serios problemas de drenaje y/o estructurales. En lo posible evitar la orientación general este-oeste para evitar el deslumbramiento de las primeras y últimas horas del día. Ubicación de la Entrada de ingreso: se recomienda que el trazado genere un recorrido visible de al menos 15 segundos previos a la entrada.

2.2 Altimetría de diseño

Drenaje: se debe asegurar una pendiente longitudinal mínima de 0.2 a 0.4 %. Se deben evitar curvas cóncavas que produzcan puntos bajos. En general las pendientes longitudinales máximas admitidas varían entre el 3 y el 6 %; aunque las pendientes recomendadas máximas son del 1.5% en túneles largos y del 2% para los cortos. Estas últimas se basan en las razones siguientes: emisiones de gases contaminantes (aumentan con la pendiente debido al mayor esfuerzo tractor); Disminución de la velocidad de los vehículos pesados (influye sobre la capacidad de la calzada); Cuanto mayor es la rampa aumenta la posibilidad de averías en vehículos (influye en la seguridad y la capacidad). Si se trazan curvas verticales se recomienda que tengan parámetros generosos.

2.3 Sección Transversal


Figura X - Sección Transversal de un Túnel

El diseño de la Sección Transversal de un túnel está gobernado por tres factores principales: (1) Tránsito, (2) Instalaciones y (3) condicionantes geológicos. Las secciones aconsejables (por estabilidad) son las policéntricas redondeadas o circulares; en túneles de dos carriles se suele usar una sección de radio único, mientras que para anchos mayores se tiende a secciones de tres centros para optimizar el volumen de excavación.

C1 - Tránsito: Obliga a tener en cuenta: El gálibo libre: se proyecta en función del vehículo tipo más alto con una tolerancia de 0.50 a 0.70 mts (en Argentina 5,10 mts). En algunos casos se estima una altura revancha de 0.10 mts mas para futuros refuerzos del pavimento. El ancho de las trochas es función de la categoría del Camino, sin embargo en los túneles es conveniente ser generoso con dicho valor, ya que la carretera al aire libre puede ensancharse en un futuro, en túneles cualquier ampliación es casi menos que imposible. Por otro lado “el efecto pared” genera en el conductor un alejamiento de los hastiales del túnel reforzando la conveniencia de anchos de trocha mas generosos. Internacionalmente se aconseja no proyectar trochas de anchos menores a 3.50 mts, aunque en caminos de montaña suelen aceptarse ligeros estrechamientos. En definitiva, es aconsejable elegir un ancho de calzada que permita el cruce de dos vehículos a velocidad normal mientras un tercero pesado esta parado por averías. El número de trochas: en caso de un 2+2 se requerirá seguramente la construcción de dos túneles) En el ancho de banquinas (ancho mínimo: 1.50 mts) debiera incluir una senda para peatones y personal de mantenimiento, materializándose mediante algún tratamiento tipo escalón, defensas y/o barreras

C2 - Instalaciones: De todas las instalaciones que son necesarias proyectar en un túnel la ventilación es la que mayor espacio ocupa de la sección transversal. Ventilación longitudinal: se debe dejar espacio suficiente en la bóveda para los ventiladores, teniendo en cuenta que su diámetro llega hasta los 1.50 mts. Ventilación Transversal o


semitransversal: debe disponerse de un falso techo y una sección suficiente para la circulación de caudales de aire fresco y viciado. El resto de las instalaciones (iluminación, señalización vertical, canalizaciones de cableados, etc.) no necesitan de gran sitio. En general cuando se dimensiona la sección tipo del túnel, no se conocen las dimensiones exactas de los elementos de las instalaciones, por lo que es conveniente diseñar en forma amplia, del lado de la seguridad. Muchas veces son las instalaciones las que se adaptan a la sección tipo planteada.

C3 – Condicionantes Geológicos: estos condicionantes influyen más sobre la forma de la sección transversal del túnel y su revestimiento, que por la superficie de la misma. El desarrollo del cálculo estructural de los revestimientos y la definición de la forma de la sección transversal exceden el marco de este curso por lo que no se desarrollará. El análisis estructural del macizo deberá tener en cuenta las tensiones de tracción (inconfinadas) que se producen en el mismo como producto de la ejecución del túnel. Conceptualmente se puede comentar que las cavidades que por su forma menos facilitan la aparición de tensiones de tracción en la roca de las paredes del túnel son las que exhibirán mayor estabilidad; por el contrario las formas que menos faciliten la pérdida de confinamiento serán las más resistentes. Estas formas van desde la circular (la mas apta para resistir presiones radiales) hasta diversas formas de combinaciones de bóvedas circulares o rebajadas, con hastiales rectos o suavemente curvos para solicitaciones eminentemente verticales. Cuando las presiones horizontales son importantes con relación a las verticales, es común disponer de contrabóvedas (bóvedas en la solera) para absorber tales empujes.

Carriles Auxiliares Adicionales:

La circulación en Caminos de Montaña con elevados flujos de tránsito, en especial en aquellas con alto porcentaje de vehículos pesados, requiere la implementación de carriles especiales para asegurar un tránsito fluido y seguro sobre todo en aquellas secciones con fuertes pendientes longitudinales.

Estos carriles, diseñados con distintos fines, permiten mantener la calidad de servicio y la seguridad con que se debe operar dicha carretera en toda la longitud de su recorrido.

Tales carriles auxiliares se incorporan a la sección transversal en aquellos tramos críticos en los cuales los carriles normales de la carretera no pueden mantener los requerimientos de la calidad de servicio y/o las condiciones de seguridad que debe ofrecer la carretera al usuario.

Asimismo resuelven dos problemáticas usualmente presentadas en cuanto a la circulación vial en tramos de fuerte pendiente, ellas son: 1- Superar las demoras causadas por el movimiento lento de vehículos en pendientes pronunciadas y 2- romper los embotellamientos causados por las escasas oportunidades de sobrepaso en extensos tramos de ruta.

Carriles especiales para ascenso:

Se proyectan cuando la reducción de velocidad de los vehículos pesados excede ciertos valores (las Normas Internacionales admiten entre 15 y 40 km/h de pérdida de velocidad). Esto evita que se reduzcan ostensiblemente la velocidad de los vehículos


rápidos y a que se formen colas, reduciendo la capacidad de calzada y la calidad del Servicio.

Las normas AASHTO 2001 justifican la implementación de un carril en ascenso si se satisfacen las siguientes pautas:

- Flujo de tránsito en subida > 200 veh/h

- Flujo de camiones y ómnibus mayor a 20 veh/h

Se cumpla algunas de las siguientes condiciones de circulación:

- Reducción de velocidad de los vehículos pesados > 15 km/h

- Rampa en ascenso operando en Nivel de Servicio E o F

- Reducción de dos o más Niveles de Servicio

La longitud del carril de ascenso debe ser superior a la longitud crítica de la rampa que produzca una reducción de velocidad de vehículos pesados de al menos 15 km/h.

La experiencia ha demostrado que los carriles de ascenso pueden cumplir de una importante segunda función que es la de proveer oportunidades adicionales de sobrepaso en rutas donde estas son limitadas.

Geometría de los Carriles:

- Inicio del carril donde se produce la pérdida de 15 km/h - Anchos de trocha = al del carril normal - Anchos de Banquina: > 1.20 mts - Transición de ingreso 1:25; longitud mínima: 50 mts - Transición de egreso 1:50; longitud mínima: 60 mts - Longitud de carril: hasta que se recuperen los 15 Km/h

Carriles Especiales para Sobrepaso

Se utilizan en aquellas zonas del trazado en donde las oportunidades de sobrepaso son escasas permitiendo romper con embotellamientos y/o pelotones. Estas condiciones de circulación se tornan críticas cuando el flujo de tránsito supera los 500 veh/h. Este carril no necesita ser colocado en una pendiente empinada, y su ubicación puede ser utilizada para minimizar los costos constructivos.

Las normas AASHTO 2001 justifican la implementación de un carril de sobrepaso si se satisfacen las siguientes pautas:

- El volumen del tramo con restricciones al sobrepaso se aproxime a la capacidad.

-El volumen de servicio del tramo con restricciones debido ala circulación de vehículos pesados sobre fuertes pendientes, se encuentre por debajo del Nivel de Servicio con que se diseñó el total de la carretera.

Geometría de los Carriles:

- Anchos de trocha: Mínimos > 3.00 mts

3.35 mts < Ancho deseable < 3.65 mts


- Anchos de Banquina: entre 1.20 y 1.80 mts - Transición de ingreso 1:25; longitud mínima: 50 mts - Transición de egreso 1:50; longitud mínima: 60 mts - Longitud máxima de carril: 3.00 Km

Rampas de Escape:

La circulación de vehículos por caminos con pronunciada pendiente, constituye un gran riesgo a la seguridad vial, debido a los inconvenientes mecánicos que pueden surgir en el sistema de frenos, al verificarse una utilización constante de los mismos, en razón de las particulares características topográficas. Cuando el vehículo sufre desperfectos y no es posible mantener un adecuado control sobre el mismo, existe una solución empleada ya en varios países que garantiza una frenada eficiente de todo tipo de vehículos, incluyendo a los de mayores dimensiones.

En tramos de carreteras donde la topografía del terreno, la pendiente sostenida del trazado y la composición del tránsito (alto porcentaje de vehículos pesados) lo demande, debe analizarse la necesidad de estudiar posibles ubicaciones de Rampas de Escape.

Los factores asociados a esta necesidad en general son:

• La pendiente

• Error en la conducción tal como no hacer el cambio de velocidad adecuado

• Falla del equipo (de los frenos, por ejemplo)

• Inexperiencia en la conducción en montaña

• Inexperiencia en la conducción del vehículo

• Falta de familiaridad con el sitio

• Presencia de fatiga o alcohol en el conductor

• Señalamiento inadecuado en la pendiente

Las rampas de escape tienen su origen en la observación de la reacción permanente de los conductores que pueden perder el control por averías de los frenos. Esta avería puede responder a distintas causas, entre ellas: recalentamiento de las cintas de frenos, mal uso de la caja de cambio, mojado de las cintas de frenos, falla mecánica, etc. Los operadores que experimentan este problema sienten que es preferible realizar una maniobra controlada de escaparse del camino, a perder totalmente el control.

Tipos de Rampas de Escape:

• Gravitacionales

• Montículos de Arena

• Lechos de Frenado

(1) Rampas Gravitacionales:

Las rampas gravitacionales tienen un pavimento o material granular compactado densamente en la superficie, confiando fundamentalmente en la fuerza de gravedad para


disminuir y detener la carrera de los vehículos. Este tipo de rampa por lo general es de una gran longitud y debe tener un importante pendiente.

Presenta el inconveniente, de que una vez que se ha logrado la detención del móvil, podría comenzar el descenso, debido a que no cuenta con su sistema de frenos, generando una situación de riesgo para el conductor y para el resto de los vehículos que circulan por la ruta. Es por ello que este tipo de rampa es la de menor uso y la menos recomendada

(2) Montículos de Arena:

Las rampas de montículos de arena están compuestas de arena suelta y seca, y su longitud normalmente no sobrepasa los 120 m. El incremento de la resistencia al rodado es suministrado por la arena suelta. Las desaceleraciones en los montículos de arena usualmente son muy severas y la arena puede ser afectada por el clima. Por sus características desaceleradoras este tipo de rampa puede no ser tan práctica como los lechos de frenado, sin embargo, para ciertos lugares, donde no exista una longitud adecuada, las rampas de montículos de arena pueden ser apropiadas

(3) Lechos de Frenado:

Los lechos de frenado son construidos normalmente paralelos y adyacentes a las rutas. Este tipo de rampa utiliza material granular suelto, de manera tal que aumente la resistencia al rodado para la detención de los vehículos.

Existen tres tipos de lechos:

• Lecho de frenado descendente

• Lecho de frenado horizontal

• Lecho de frenado ascendente

A continuación se muestra un gráfico donde puede apreciarse las características de cada uno de ellos:


El más común de los lechos de frenado es el de pendiente ascendente, ya que tiene la gran ventaja de utilizar la inclinación del terreno como complemento de los materiales granulares utilizados en su construcción, reduciendo así su longitud.

El lecho de frenado horizontal, incrementa la resistencia al rodado a partir del agregado suelto, teniendo como resultado la disminución de velocidad y posterior detención del vehículo fuera de control. Este tipo de rampa requiere de una longitud mucho mayor que los lechos de frenado de pendiente ascendente.

Sobreanchos en curvas horizontales:

Cuando un vehículo circula por una curva horizontal, el ancho de la calzada que ocupa es mayo que en la tangente. Ello es debido a que las ruedas traseras del vehículo según una trayectoria distinta a las de las ruedas delanteras y a que los conductores tienen generalmente dificultad en mantener su vehículo en el eje del carril correspondiente. A fin de facilitar la operación del vehículo en las curvas, el ancho de las calzadas debe aumentarse en éstas. Éste aumento del ancho recibe el nombre de sobreancho de las curvas.

Es aconsejable desarrollar estos sobreanchos en las transiciones de las curvas horizontales proyectadas debiendo los mismos mantenerse constante a lo largo de la parte circular de la misma.

Dimensiones para semirremolque adoptado para el diseño

L1 = 1.20 mts

L2 = 4.30 mts

L3 = 6.40 mts


Taludes y Contrataludes

Nociones Básicas sobre Estabilización de Taludes en Suelos

Introducción

Se conoce con el nombre genérico de talud a cualquier superficie inclinada con relación a la horizontal adoptada por las estructuras en tierra, tanto de forma natural como por la intervención humana en una obra de ingeniería. Partiendo de este principio, los taludes se dividen en naturales (vertiente, barrancas) o artificiales (cortes, terraplenes).

Aunque los taludes naturales puedan presentar problemas de vital importancia para la ejecución, seguridad vehicular y condiciones de operación de los caminos de montaña, en este informe serán tratados predominantemente los taludes artificiales.

En el campo de estudio del comportamiento de los taludes, existen pioneros tales como Coulomb (1776) que preconizó la falla plana de los taludes, Collin (1845) que habló por primera vez de superficies de deslizamiento curvas, Petterson (1916) y Fellenius (1927) de la escuela sueca entre otros.

Actualmente, las investigaciones todavía están muy lejos de solucionar todos los aspectos del análisis de taludes, y otras teorías y métodos de cálculo están siendo estudiados. Entre estos podemos citar a la teoría de la Elasticidad y Plasticidad que ofrecen perspectivas bastante interesantes.

La verificación de la estabilidad de los taludes se hace necesaria debido a la posibilidad de ocurrencia de deslizamientos o movimientos de masa, inducidos por el aumento de las solicitaciones (tensiones de corte) o por la reducción de su resistencia. En el primer caso, el aumento de las solicitaciones es, en general, debido a: sobrecargas en el coronamiento (terraplenes, construcciones, etc.), descarga en la base (cortes, excavaciones, erosiones, etc.), vibraciones (terremotos, máquinas, etc.). En el segundo caso, los factores más comunes para la reducción de la resistencia son: intemperismo de los minerales, modificaciones estructurales (fisuración, amasamiento, etc.), aumento de las presiones de poros.

A - Tipos y causas de las fallas más comunes

Cualquier talud está sujeto a fuerzas naturales que tienden a hacer que las partículas y porciones de suelo próximas a sus límites deslicen y caigan; este fenómeno es mas intenso en las proximidades de la superficie inclinada del talud, debido a la falta de una presión normal confinante en esta región. Podemos clasificar los procesos de falla según la forma o el tipo de movimiento de la siguiente manera:

A. 1 - Caída o desprendimiento (falls): Generalmente ocurre en taludes extremadamente verticales y son generados por la acción de la gravedad, ocurriendo a velocidades elevadas.


A.2 - Volcamientos: tipo de falla que asocia rotación con basculamiento de placas de material rocoso, causado por la acción de la gravedad y/o por el efecto de la presión de poros generada por el agua que se infiltra en las fisuras o grietas de los bloques de piedra.

A.3 - Deslizamientos (sudes): Superficies de corte bien definidas, se pueden formar dentro de macizos de piedra o suelo. Esas superficies frecuentemente se asemejan a arcos, pero también pueden ser parcialmente planas. Los tipos de deslizamientos resultantes serán:

a. rotacionales: En general ocurren con materiales homogéneos, siendo la masa inestable considerada rígida Figura 03.- Deslizamientos translacionales. El dibujo muestra una superficie plana y paralela al talud.

b. translacionales: Superficies de rotura planas, relacionadas con regiones de baja resistencia (interfase suelo/roca, fallas, estratificaciones, etc.) y con movimiento continuo.

c - combinados o compuestos: ocurren en taludes naturales de suelos no homogéneos, con superficies de rotura no lineales.

A.4 - Escurrimiento (flujos): Es un movimiento continuo de una masa de suelo, roca y;o detritos que envuelve una deformación interna mucho mayor que la de un deslizamiento, con una zona de rotura bien definida.

En suelos cohesivos la humedad debe estar por encima del límite de liquidez caracterizando un comportamiento viscoso, en caso contrario el movimiento se caracterizará como escurrimiento. Eso no ocurre en suelos no cohesivos, donde el escurrimiento puede ocurrir mismo cuando el suelo estuviera seco.

Los siguientes factores condicionantes deben ser considerados en la elección de la solución de estabilización de taludes a ser adoptada:

• Acceso

• Altura del talud

• Materiales disponibles;

• Características de los suelos

• Presencia de interferencias

Situaciones del perfil proyectado en relación a lo existente;

• Medio ambiente


• Desapropiaciones necesarias.

Debe ser prevista la ejecución de medidas correctivas en las áreas de riesgo y en locales que, durante el desarrollo del proyecto geométrico y de movimiento de tierras, hayan sido consideradas necesarias para la obtención de la estabilidad de los macizos.

Estructuras de Contención de Suelos (Muros)

1.1. Introducción

Las estructuras de contención de tierras, también llamadas muros sirven para varios fines:

a) Confinamiento de terraplenes, cuando no se dispone de espacio suficiente para su construcción del terraplén como ocurre en zonas urbanas (Fig. 1.a) o bien cuando su construcción implicaría un volumen excesivo del mismo, además de una reducida seguridad al deslizamiento, en el caso de caminos de montaña a media ladera (Fig. l.b).

b) Estribos de puentes. Mediante la construcción de muros se evita la construcción de taludes muy extensos delante de puentes y alcantarillas, permitiendo en consecuencia una disminución de la luz del puente y mantener además el cauce libre (Fig. 2).

c) Contención de masas de tierra inestables, muy comunes en zonas de montaña (Fig. 3)


1.2. Clasificación de muros

1.2.1. De acuerdo a la naturaleza del relleno

De acuerdo a la naturaleza del relleno por detrás de los muros, éstos se clasifican en:

a) Muros de sostenimiento. Estos muros se construyen antes que el relleno y su objetivo es confinar ese material del relleno evitando que se extienda por delante del mismo con un determinado ángulo. Casos típicos de muros de sostenimiento son los de fig. 1.a y 1.b del apartado anterior. Su paramento interno puede ser vertical, inclinado hacia delante o bien ligeramente hacia atrás. La inclinación del paramento hacia atrás no puede ser excesiva, dado que la construcción se tornaría dificultosa por los apuntalamientos de encofrados.

b) Muros de contención. Estos muros contienen terrenos ya existentes y se construyen a los efectos de estabilizar contrataludes en desmonte, que podrían ser inestables a largo plazo. En general el paramento interno se hace en desplume, situación que no implica ninguna dificultad constructiva, dado que se utiliza el terreno natural como superficie de apoyo para verter el hormigón. Como se verá más adelante, inclinar el paramento interno hacia atrás es una gran ventaja dado que permite una reducción del empuje actuante sobre el muro. Un ejemplo de muro de contención es el de fig. 3.

1.2.2. De acuerdo a su forma de trabajo

a) Muros rígidos. Sufren muy poca o nula deformación propia, lo que no implica que puedan experimentar giros y desplazamientos desde su base. Dentro de este tipo de muros se tienen los siguientes:

i) Muros de gravedad. Se construyen de hormigón simple ciclópeo. Su considerable peso es la principal fuerza estabilizante. Los efectos del empuje de tierras actuante sobre los mismos es transmitido a la base. Sus dimensiones deben ser tales que el hormigón pueda soportar las tensiones de tracción sin llegar a la rotura, dado que este tipo de solución prescinde del uso de armaduras de acero.

ii) Muros de hormigón armado. Son mucho más esbeltos que los anteriores. El peso necesario para la estabilidad del mismo se consigue con el peso adicional del suelo que apoya sobre la base del muro. Es necesaria la presencia de armadura para tomar los esfuerzos de tracción. Pueden llevar o no contrafuertes.


iii) Muros de semigravedad. Son un caso intermedio entre los de gravedad y los de hormigón armado. Al ser un poco más esbeltos es necesario colocar armadura de acero.

Muros de

Gravedad

Muros de

semi

gravedad

b) Muros flexibles son estructuras mucho más deformables que las anteriores. Trabajan a flexión y sus reacciones no son transmitidas al terreno a través de su base, que es muy pequeña, sino a través de tensores, puntales o por reacción con empuje pasivo en la parte inferior de los mismos. Ejemplos de muros flexibles son las tablestacas, pantallas hormigonadas in situ, entibaciones. Se uso está restringido a obras portuarias (tablestacas) u obras urbanas (pantallas y entibaciones), por lo que no serán tratadas en este curso.

c) Muros de suelo reforzado. Están constituidos por una pantalla relativamente deformable que contiene suelo de relleno en el que se encuentran capas de elementos que trabajan a la tracción resistiendo el empuje actuante sobre la pantalla. El conjunto de


pantalla, suelo de relleno y elementos de refuerzo resistentes a la tracción forman un macizo de suelo reforzado que está sometido al empuje de tierras situadas por detrás del mismo. Esta estructura puede asimilarse a un muro de gravedad, sobre el que se hacen las mismas verificaciones. Los elementos resistentes a la tracción son barras de acero, malla de acero, geotextiles, geogrillas, etc.

Los suelos poseen en general elevada resistencia a esfuerzos de compresión, pero baja resistencia a esfuerzos de tracción. Cuando una masa de suelo es cargada verticalmente, la misma sufre deformaciones verticales de compresión y deformaciones laterales de elongación (tracción). Con todo lo mencionado, si la masa de suelo estuviera reforzada, los movimientos laterales serían limitados por la rigidez del refuerzo. Esta restricción de deformaciones es obtenida gracias a la resistencia a tracción de los elementos de refuerzo. La fig. muestra el principio básico del comportamiento de un suelo reforzado.

Ventajas con respecto a muros tradicionales

• Posibilidad de utilizarla en grandes macizos con tratamiento similar al de un terraplén.

• Flexibilidad, le permite adaptarse a terrenos mediocres. Admiten asentamientos de 1% para muros de 6 m de altura.

• Mínimas deformaciones en el sentido de las armaduras, prácticamente las elimina del paramento.

• Excelente comportamiento frente a vibraciones y temblores de tierra.

• Precio reducido. El abaratamiento frente a una obra clásica aumenta con la altura.

• Facilidad de construcción a media ladera mediante escalonamientos, frente a una obra clásica.

• Rapidez y comodidad de ejecución en espacios reducidos. Se trabaja siempre por el interior del macizo sin andamios ni encofrados exteriores.


1.3. Verificación de muros

En el diseño de un muro se deben efectuar estas verificaciones:

• (1) Tensiones admisibles y seguridad al hundimiento de la base;

• (2) Volcamiento

• (3) Deslizamiento

• (4) Seguridad global

1.3.1 Tensiones admisibles y seguridad al hundimiento de la base

La tensiones transmitidas por la base a la cimentación del muro deben ser menores que las admisibles, las que se determinan con algunas de las expresiones de capacidad de carga de fundaciones superficiales, siendo recomendables las de Brinch Hansen o Meyerhoff dado que tienen en cuenta cargas inclinadas y excéntricas, como las que tienen lugar en los muros por efecto de los empujes de tierras. Los coeficientes de seguridad que se adoptan habitualmente son: 3 para cargas permanentes y 2,5 para cargas accidentales. Cuando se emplean muros de suelo reforzado, al ser más deformables y tener mayor capacidad para absorber asentamientos diferenciales, se pueden bajar estos coeficientes de seguridad a 2,0 para cargas permanentes y 1,5 para cargas accidentales.

En lo referente a la determinación de las tensiones admisibles, es necesario determinar el momento M con respecto al punto Oí de todas las fuerzas actuantes a nivel de fundación y la componente normal a la base de todas fuerzas actuantes N (Fig. 48.a).


Se define la excentricidad e de la resultante como el cociente entre el momento M y la componente normal N: e= M/N. Es necesario analizar si la resultante cae dentro o fuera del núcleo central de la base del muro. Cae dentro cuando ésta es menor o igual que B/6, siendo B el ancho de la base del muro. Para este caso:

B

B

eN

máx

61

B

B

eN

mín

61

La distribución de tensiones es trapecial como se ve en figura.

Cuando e> B/6 la resultante de las fuerzas cae fuera del núcleo central de la base y las expresiones (46) ya no son más válidas, dado que a min sería negativa, situación que físicamente es imposible dado que tensiones de tracción en el contacto base-suelo provocarían inmediatamente el despegue de la base, generando una redistribución de las tensiones transmitidas. Para este caso se admite una distribución de tensiones triangular de manera tal que el baricentro de dicho triángulo esté en la recta de acción de la componente normal de la resultante. La tensión máxima es:

eB

Nmáx

2

32

De acuerdo al gráfico a máx B/N= f(e/B) de la figura, la excentricidad no debiera superar a B/3, dado que a partir de esa situación la tensión máxima crece en forma significativa. Un buen diseño de la base de un muro debe contemplar la situación de mantener la excentricidad dentro del núcleo central de la base (e< B/6) a los efectos de aprovechar en forma completa al material, dejando la situación de excentricidades mayores de B/6 para el caso de solicitaciones extraordinarias (por ejemplo, sismo).

Por otro lado, para disminuir la excentricidad de la resultante y hacerla más perpendicular al plano de la base, se suele inclinar el plano de fundación. El rendimiento de la base se incrementa notoriamente con esta solución.

1.3.2 Volcamiento

Se define el coeficiente de seguridad al volcamiento del muro como:

V

ESV

M

MF

Donde:

Me= momento de todas las fuerzas que tienden a equilibrar el muro con respecto al punto Oz.

Mv= momento de todas las fuerzas que tienden a volcar el muro haciéndolo girar alrededor del punto Oí.


Se aconseja tomar un coeficiente de seguridad mayor o igual a 2 para cargas permanentes y mayor o igual a 1,5 para estados transitorios. Cuando se trata de un muro de suelo reforzado, la seguridad al volcamiento debe ser mayor de 1,5 para cargas permanentes y de 1,3 para estados transitorios.

1.3.3 Seguridad al deslizamiento

El coeficiente de seguridad al deslizamiento es:

H

cBNtgFSD

Donde:

N= componente normal al plano de la base de la resultante de todas las fuerzas

= ángulo de fricción en el contacto base-suelo de fundación. Si el hormigón de la base es vertido directamente sobre el suelo, como ocurre habitualmente, puede considerarse el ángulo de fricción interna del suelo de fundación.

c= adherencia desarrollada en el contacto base-suelo de fundación.

B=ancho de la base. Cuando la resultante de las fuerzas cae dentro del núcleo central y en consecuencia toda la base trabaja a la compresión, B coincide con el ancho geométrico de la base. Cuando la resultante cae fuera del núcleo central, se reemplaza B por 3(B/2-e).

H= componente paralela al plano de la base de todas las fuerzas actuantes.

Se aconseja adoptar un coeficiente de seguridad mínimo al deslizamiento de 1,5 bajo cargas permanentes y de 1,3 bajo cargas accidentales para todo tipo de muro.

1.3.4 Seguridad global

Se considera al conjunto suelo-muro como si fuera un talud y se analiza su seguridad al deslizamiento a lo largo de una superficie de falla que contenga al muro y suelo circundante (ver figura). Puede emplearse el método de dovelas de Bishop (superficie de deslizamiento circular) o de Janbu (superficie de deslizamiento de forma cualquiera). Las


dovelas correspondientes al muro tendrán mayor peso específico que las correspondientes al suelo.

Se aconseja un coeficiente de seguridad mínimo de 1,5 para cargas permanentes y de 1,2 para cargas accidentales para todo tipo de muro.

1.3.5 Verificación adicional en muros de suelo reforzado

Un muro de este tipo debe verificarse no solo a las cuatro acciones analizadas anteriormente sino que además hay que hacerles una verificación interna. Esta consiste en analizar la resistencia de las armaduras a la tracción y al arrancamiento.

Para ello se define dentro del macizo de suelo reforzado una línea de rotura parabólica que define una zona activa y una zona resistente. Los esfuerzos de tracción son máximos sobre dicha parábola. En la zona activa, el empuje actuante sobre el paramento que limita el macizo tiende a desplazar la armadura hacia afuera. En la zona resistente se desarrollan por roce las fuerzas que se oponen a este desplazamiento. Para ello debe preverse una zona reactiva lo suficientemente grande como para desarrollar estas fuerzas de roce.


Desde el punto de vista de la tracción en las barras, la zona inferior del macizo es la crítica dado que los empujes son allí importantes. Desde el punto de vista del esfuerzo de arrancamiento y longitud de anclaje necesaria, la zona crítica es la superior, donde las tensiones verticales son menores.

1.4. Muros de Gaviones

Los gaviones son contenedores de piedras retenidas con malla de alambre. Se colocan a pie de obra desarmados y, una vez en su sitio, se rellenan con piedras del lugar.

Como las operaciones de armado y relleno de piedras no requieren ninguna pericia, utilizando gaviones se pueden ejecutar obras que de otro modo requerirían mucho más tiempo y operarios especializados.

Si bien estos tipos de muros funcionan como de gravedad, están pensados (para obras viales) como muros de contención, es decir, que se utilizan principalmente como contenedores de materiales provenientes de taludes o laderas, y no como estructuras de sostenimiento.

Los gaviones se fabrican con mallas (de triple torsión y escuadras tipo 8x10 cm) de alambre de acero (con bajo contenido de carbono) de 2,7 mm, al que se le da tres capas de galvanizado, con 270 gramos de zinc. Las aristas de los gaviones se refuerzan también con alambre de 3,4 mm También se utiliza alambre para el amarre de las piezas de 2,2 mm.

Los gaviones pueden tener diferentes aspectos, es muy frecuente encontrarlos con forma de cajas, que pueden tener largos de 1,5, 2, 3 y 4 metros, un ancho de 1 metro y una altura de 0,5 ó 1,0 metros

Ventajas

• Alta flexibilidad que permite a la estructura adaptarse a los movimientos del terreno sin comprometer la estabilidad y la eficiencia.

• Alta resistencia al empuje del terreno estando calculados como estructura monolítica a gravedad.

• Elevada permeabilidad que facilita el saneamiento del terreno dejando filtrar el agua de la escarpa.

• Representan una solución válida, desde el punto de vista técnico, ambiental y económico para la construcción de obras de contención, para cualquier ambiente, condición climática, y más aún en zonas de difícil acceso.


Coordinación Planialtimétrica de Caminos Generalidades: El diseño tridimensional es quizás, el elemento más complejo del proceso de diseño de un camino y representa a su vez el eslabón más débil en toda la cadena de diseño de una carretera (Lamm, Psiarianos et al, 1999). No existen mayores antecedentes (ni en EEUU ni en Europa) que traten sobre la apariencia visual y seguridad para los casos donde las pendientes de las rasantes son superiores al 6% (Lamm, Psiarianos et al, 1999). No pueden obtenerse diseños que no satisfagan las expectativas del conductor (criterios de Consistencia de carreteras). La sensación de faltas de continuidad en el trazado genera inseguridad en el conductor. En terrenos quebrados y fuertes y frecuentes cambios de curvatura y rasante, es conveniente ofrecer con el entorno contiguo al camino indicios sobre las trayectorias a recorrer (Guiado Visual). Al diseñar caminos de Montaña no separar la parte planimétrica de la Altimétrica (todo esto es válido para cualquier clase de caminos). No diseñar para velocidades que no coincidan con las expectativas del conductor (oferta rígida). No cambiar velocidades de diseño en forma abrupta Estudio de velocidades: relación V85 vs. Velocidades de diseño (que sean lo mas parecidas posibles). El problema debe ser abordado desde el estudio del trazado. Conocer la importancia de proyectar diferentes curvaturas a lo largo del mismo puede implicar diferentes velocidades de operación. Normas de Diseño Geométrico de Carreteras (DNV, 1980) Recomendaciones para desarrollar un trazado planimétrico:

Alineamiento lo mas recto posible, lo que no implica necesariamente que sea rectilíneo

Utilización de los valores mínimos de los elementos individuales solo como excepción

Utilizar curvas de gran desarrollo y amplios radios, siempre que la topografía lo permita

Transiciones espirales suficientemente largas para que sean visualmente apreciables

Evitar rectas excesivamente largas (L(mts) < 20 VD(Km/h))

Disponer de distancias de sobrepaso tanto como sea posible

Las curvaturas de los elementos contiguos no debieran ser muy diferentes entre si

En terraplenes altos no introducir curvas cerradas si se carece de elementos de guiado visual


No usar curvas de transición totales (sin tramo circular intermedio), para evitar el quiebre visual que se aprecia en la unión de ambas espiras

Disponer rectas entre contracurvas circulares para acomodar la transición del peralte, o bien incorporar espiras suficientemente largas

Evitar tramos rectos cortos entre curvas sucesivas del miso sentido (“broken backs”) (L(mts) < 6 VD(Km/h))

En curvas compuestas, el radio de la mayor no debería superar el doble de la menor

Cortar bosques con trazado curvo y no rectilíneo

Ubicación de puentes subordinados al trazado del camino, cuando la carretera es de importancia o categoría media a superior

Recomendaciones para desarrollar un Trazado Altimétrico:

En lo posible, proyectar rasantes con tramos rectos largos y diferencias de pendientes reducidas

No ceñirse excesivamente a las formas del terreno a fines de evitar rasantes muy quebradas

Alejarse tanto como sea posible de curvas verticales de parámetros y longitudes mínimas

Facilitar con el tratamiento de la rasante la obtención de buenas oportunidades de sobrepaso

Introducir tramos rectos entre dos curvas verticales de longitud (en metros) mayor o igual a 0,3 VD (VD: velocidad directriz en Km/h)

No proyectar “Broken Backs” verticales

Procurar diseñar “descansos” en tramos largos de gradientes cercanos a los máximos

Reducir el gradiente en zonas de intersección a nivel, y en lo posible ubicarlas en zona de curva cóncava

Utilizar el recurso de disponer de rasantes diferentes para caminos de dos calzadas en zonas onduladas o montañosas

Trazado: etapa Estratégica del Camino: ¿Por dónde pasará el Camino? (Conjunto de ideas, planes y decisiones que comprometen el destino de toda una operación). Diseño Geométrico: etapa Táctica del Camino (Acciones y decisiones cuya repercusión e influencia poseen un efecto menor, localizado), es un proceso de aproximaciones sucesivas, se avanza de mayor a menor: ¿Cómo pasará por donde debe pasar? Recomendaciones para desarrollar un Diseño Geométrico con coordinación Planialtimétrica:

No tratar independientemente la planta y el alzado


No procurar un trazado horizontal generoso a expensas de un alzado muy exigido, y viceversa

En alineamiento horizontal recto, evitar una curva convexa entre dos tramos de pendiente descendente de distinto gradiente: pérdida de trazado sensación de precipicio

En alineamiento recto, la curva vertical cóncava que una dos largos tramos de rasante de pendiente uniforme, deben ser bien amplia para evitar la sensación de quiebre visual

Evitar “corcovos” de pequeñas curvas verticales intercaladas en alineamiento horizontal rectilíneo o suavemente curvo de longitud apreciable

En lo posible no superponer mas de una curva vertical a una horizontal

Buscar la coincidencia de los vértices de las curvas del alineamiento horizontal con la curvas verticales del alzado

Que la curva horizontal de radio reducido supere en longitud a la curva convexa superpuesta

Evitar una curva horizontal cerrada superpuesta a una curva cóncava que esté enmarcada por tramos largos de pendientes longitudinales pronunciadas

En caminos de calzadas separadas, aprovechar la existencia de curva horizontal y vertical superpuestas para variar, si fuera necesario, el ancho del cantero central y el desnivel relativo entre ambas calzadas


Bibliografía:

1. Apuntes de la Escuela de Ingeniería de Caminos de Montaña de la Universidad Nacional de San Juan, autores varios, 2007.

2. González de Vallejo, L. “Ingeniería Geológica”. Editorial Pearson Educación S.A. Madrid, 2002.

3. “Normas de Diseño Geométrico de Carreteras”, DNV (1980).

4. Carlos Kraemer et al. “Ingeniería de Carreteras” Volumen 1. Editorial Mc Graw Hill, Madrid, 2003.

5. Ing. Federico Rhule “Normas de Diseño Geométrico de Caminos Rurales”, DNV 1967

6. “Manual de Diseño Geométrico” del Ministerio de Transportes y Comunicaciones de Perú (2001).

7. “Manual de Carreteras” de la Dirección Nacional de Vialidad de Chile (2002)

8. Manual Centroamérica de Normas.

9. Manual de Normas Españolas sobre Diseño Geométrico de Caminos (1999)

10. Revista “Carreteras” de la Asociación Argentina de Carreteras, números varios.

11. Luís Bañón Blázquez et al. “Manual de carreteras” Volumen 1.

12. Internet, páginas varias.

Colaboración:

Dr. Ing. Aníbal Altamira, Escuela de Ingeniería de Caminos de Montaña

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