Conservación y explotación de carreteras
Conservación
Segunda Edición
José Ángel Cepeda Medina Luis Leal Leal
Pablo García Cerezo
Nuestro agradecimiento a Juan Montero García, Rodolfo Sáenz de Ugarte Corres y Asociación de Empresas de Conservación y Explotación de Infraestructuras por la ayuda prestada.
2ª Edición: diciembre 2009
© José Ángel Cepeda Medina
© Luis Leal Leal
© Pablo García Cerezo
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ESPAÑA
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Conservación
Introducción 5
Objetivos generales del curso 7 Conservación de obras de tierra y del
entorno de la carretera 9
Operaciones de limpieza de la plataforma
y mantenimiento de la vialidad 67 Conservación de firmes y pavimentos 81 Conservación del drenaje y de las obras
de fábrica 165
Conservación de túneles e instalaciones 211 Conservación de elementos complementa-
rios de la carretera 267
Anexo I: nota de servicio sobre actuaciones
y operaciones en firmes 311
Anexo II: nota de servicio sobre actuaciones
y operaciones en obras de paso 316
Índice de figuras 321
ÍNDICE
UD1 UD2 UD3 UD4
UD6 UD5
Introducción
5 INTRODUCCIÓN
Este manual pretende enseñar, o recordar a los que ya conozcan la mate- ria, las técnicas que se aplican en las operaciones de conservación de carre- teras, tomando como referencia aquellas que se describen en las publica- ciones editadas por instituciones como el Ministerio de Fomento.
Con este fin, se describen las actuaciones apropiadas en cada caso, indi- cando en cada una de ellas los procedimientos y las dotaciones de mate- rial, personal y equipos.
Además, se hace un recorrido por todos y cada uno de los elementos que conforman las carreteras.
Por último, se destaca la necesidad de una adecuada política de conser- vación y explotación de carreteras, pues supone un ahorro de inversiones.
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Objetivos
OBJETIVOS
• Conocer y valorar la importancia de las operaciones de conservación de carreteras frente a los efectos del posible deterioro a que están someti- dos sus componentes con el paso del tiempo.
• Definir las funciones que deben desempeñar las obras de tierra, fábrica y drenaje, e indicar las actuaciones de conservación que permiten el cum- plimiento de dichas funciones.
• Adquirir conciencia de la importancia de las operaciones de conservación de la señalización y balizamiento desde el punto de vista de la Seguridad Vial.
• Atender especialmente a la conservación y mantenimiento de túneles.
• Conocer y describir las actividades de conservación de firmes, tanto fle- xibles como rígidos, así como las operaciones de carácter general de con- servación de firmes y pavimentos.
• Fomentar las medidas de protección ambiental y definir las operaciones que permiten mantener dichas medidas en condiciones óptimas.
Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera
Objetivos 10
Mapa conceptual 11
1.1 Introducción 12
1.2 Alteraciones en las obras de tierra 14 1.3 Conservación del entorno de la carretera 43
Resumen 63
Terminolgía 65
ÍNDICE
UD1
OBJETIVOS
• Precisar la aplicación de correcciones frente a las alteraciones en las obras de tierra.
• Valorar la necesidad de la observación de los taludes de carretera con el fin de detectar posibles alteraciones.
• Indicar los métodos de estabilización y protección de taludes.
• Presentar las operaciones de conservación frente a desprendimientos superficiales y meteorización progresiva.
• Concienciar acerca de la necesidad de cuidar y mantener adecuadamente el entorno de la carretera.
• Apreciar la importancia de las plantaciones y siembras frente a la erosión causada por el agua.
• Exponer la finalidad de las pantallas antirruido, así como las tipologías de más frecuente uso.
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Conservación de obras de tierra
y del entorno de la carretera UD1
11 MAPA CONCEPTUAL
Conservación de Carreteras:
Conjunto de operaciones y trabajos destinados a mantenerla a lo largo del tiempo
- Cunetas de coronación - Hinca de carriles
- Muros de hormigón y contrafuertes - Protecciones
- Bulonado Operaciones
de conservación según causas Obras de
Tierra:
causas de alteración
Entorno de Carretera
- Reubicación de la vía - Estabilización de taludes - Proteger la calzada - Instalar auscultación - Inestabilidad de masa
- Desprendimientos
- Erosión
- Asentamientos
- Control y mantenimiento de plantaciones
- Pantallas contra el ruido
- Pasos para fauna
- Control sobre el atropello de animales
- Intensificación de plantaciones - Hidrosiembras
1.1. INTRODUCCIÓN
Por conservación de una carretera se entiende el conjunto de operacio- nes y trabajos destinados a mantenerla a lo largo del tiempo con las carac- terísticas funcionales y estructurales con las que fue proyectada y cons- truida.
Cada uno de los elementos que componen la carretera, ya en proyecto, se calcula y dimensiona para que pueda encontrarse en funcionamiento un período de tiempo determinado, denominado como vida útil de la obra.
Esta vida útil se calcula de acuerdo a unas condiciones normales de utili- zación. También se calcula y diseña con la realización de las operaciones precisas para garantizar su integración medioambiental en función de las exigencias normativas de cada momento.
Así, podría definirse la conservación de carreteras como el conjunto de ope- raciones necesarias para garantizar el mantenimiento de las adecuadas con- diciones de uso y medioambientales de una vía a lo largo de su vida útil.
En el sentido operativo, la conservación nace cuando finaliza la construc- ción de la carretera, afectándose ésta al uso correspondiente, y realizán- dose su consiguiente puesta en servicio. Sin embargo, durante las fases de planificación, proyecto y construcción, el concepto de explotación y con- servación de la vía debe tenerse siempre presente. Si las soluciones técni- cas que se adopten tienen en cuenta la futura necesidad de conservar la obra en cuestión, se facilitan estas futuras tareas.
En síntesis, el sistema de gestión óptimo debería permitir ofertar al usuario unas determinadas condiciones de utilización de la vía con el mínimo coste económico y medioambiental. Estas condiciones "óptimas" serán función, de una parte, de la disponibilidad de recursos económicos y de otra, de las exigencias medioambientales existentes.
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Así, se introduce el concepto de Nivel de Servicio de una carretera, concepto que comprende diferentes elementos, como su utilidad económica y social y el beneficio que reporta a los usuarios de la misma. Este beneficio, a su vez, se valora en función de la propia dis- ponibilidad continua de la vía para su uso, de la seguridad que ofrece, de la valoración de los tiempos de recorrido, del consumo de carbu- rante, del desgaste de los vehículos en sus diferentes componen- tes, de la sensación de comodidad o no que siente el conductor al circular por ella, de la estética que ofrece a los pasajeros, de las moles- tias ocasionadas por los trabajos de conservación, etc.
Dado que la propia construcción de una carretera conlleva la nece- sidad de proceder a la realización de movimientos de tierra para con- seguir la rasante proyectada, podemos considerar las obras de tie- rra precisas para su construcción como uno de los elementos bási- cos de la misma. Así, se denominan como "obras de tierra" a aque- llas obras de remodelación del terreno natural, en forma de terra- plén o desmonte, que es preciso realizar a lo largo de la traza para conseguir la explanación proyectada, que se encuentra definida en los planos de planta, perfil longitudinal y secciones transversales del correspondiente proyecto de la carretera. Según que la sección sea en desmonte o en terraplén será necesario proceder, respectiva- mente, a la excavación y retirada del terreno natural o a la aporta- ción, extensión y compactación de los materiales apropiados. Se denominará como sección mixta, o a media ladera, a aquella sección transversal a la traza que requiere a la vez de las operaciones de des- monte y de terraplenado.
En los casos en los que, debido a la presencia de unas condiciones orográficas complejas, con importantes diferencias de cota en el terreno original por el que deberá transcurrir la traza de la carretera, el movimiento de tierras adquirirá una especial importancia, dando lugar a la creación de desmontes y terraplenes de alturas importan- tes, con un apreciable volumen de materiales a mover. Sin embargo, en aquellos otros casos en los que la topografía del terreno natural existente se encuentre muy próxima a la rasante de la carretera defi- nitiva, los desmontes y los terraplenes no tendrán alturas y volúme- nes significativos, aunque será preciso elevar dicha rasante del terreno natural con el fin de garantizar que la plataforma se encuentra en una situación lo más alejada posible de los niveles del terreno saturados, lo que ayuda a reducir su deterioro. Por ello, en cualquiera de los dos casos, el movimiento de tierras preciso para la construcción de una carretera es un factor que reviste especial importancia en el proceso de diseño y ejecución de la misma.
Por tanto, el concepto de explotación y conservación de las obras de tierra asociadas a las carreteras, debe estar presente tanto en la fase de planeamiento, como en las fases de proyecto y construcción de la misma.
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1.2. ALTERACIONES EN LAS OBRAS DE TIERRA
Las razones por las que las obras de tierra, tanto desmontes como terraplenes, pueden precisar de la aplicación de correcciones durante su vida útil, pueden ser muy variadas, pudiendo clasificarse en cua- tro grandes grupos:
1.2.1. Fenómenos de inestabilidad en masa
1.2.2. Desprendimientos superficiales y meteorización progresiva 1.2.3. Erosión
1.2.4. Asentamientos
Cada uno de los fenómenos indicados, precisa de la aplicación de unas técnicas y unos tratamientos de conservación determinados, que pasamos a describir.
1.2.1. Fenómenos de inestabilidad en masa
Los fenómenos de inestabilidad en masa de desmontes o de terra- plenes son los más graves con los que podemos enfrentarnos; si bien, son los menos generalizados.
Las operaciones de conservación para atajar y resolver pequeños o grandes movimientos en los desmontes o en los terraplenes son las que requieren, en general, de mayores esfuerzos de análisis y segui- miento, e implican mayores costes. Debido a lo anteriormente indi- cado, es necesaria la realización de un seguimiento continuo del com- portamiento de dichas obras, así como emprender la más rápida corrección de los problemas que puedan ir apareciendo.
Estos fenómenos pueden tener su origen en diferentes factores, entre los que cabe destacar las siguientes:
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Figura 1. Origen de los fenómenos de inestabilidad en masa
Ante la presentación de cualquiera de estos fenómenos, su solución requiere de la realización de estudios geotécnicos detallados, así como de la posterior aplicación de técnicas especiales, que serán diferentes en función de las causas que los hayan producido, como por ejemplo la ejecución de bancales, drenajes especiales, bulona- dos, hinca de carriles, muros de hormigón, muros de escollera, etc.
En general, se necesitará acometer la redacción de un proyecto en el que se definan los trabajos precisos..
En aquellas zonas donde las características de las formaciones geo- lógicas y los estudios geotécnicos puedan hacer suponer la exis- tencia de una inestabilidad de las obras de tierra, el capítulo de con- servación de esta unidad de obra puede llegar a alcanzar una impor- tancia significativa en el contexto general de la vía, superando incluso a la correspondiente a otras unidades que, habitualmente, son de más costoso mantenimiento.
ORIGEN DE LOS FENÓMENOS DE INESTABILIDAD EN MASA
En el propio proyecto
Estudio
geológico-geotécnico deficiente
Diseño de taludes inestables Elección de materiales inadecuados Existencia fallas geologicas Procedimientos de compactación inadecuados
Mal dimensionamiento del sistema de drenaje
Zonas de posible flujo de agua mal estudiadas
Mala disposición de los elementos de drenaje
Mal dimensionamiento de las secciones de drenaje
En la ejecución de las obras
Mala compactación de los terraplenes
Inadecuada colocación de los elementos de drenaje
Empleo de medios inadecuados en voladuras
Causas externas
Movimientos sísmicos Cargas puntuales
Lluvias torrenciales/excepcionales Cambios en la circulación de aguas profundas
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Dentro del tema que nos ocupa, el de inestabilidad en masa o desli- zamientos, se han considerado cinco tipos principales de operacio- nes de conservación..
La primera de ellas, relativa a la creación de cunetas de coronación,, ya aparece en el Catálogo de Operaciones de Conservación de Carreteras editado por el Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo (M.O.P.U.) en 1987. Los otros cuatro tipos se refieren a la instalación de elementos estructurales, en principio, de fácil ejecución y un rela- tivo bajo coste. Estos últimos permiten afrontar las inestabilidades o deslizamientos más frecuentes durante la conservación de la carre- tera, que aparecen muchas veces de repente y sin previo aviso con ocasión de la ocurrencia de fuertes lluvias.
Se desarrollan a continuación las fichas de las operaciones de con- servación más frecuentes, que dividimos en los siguientes apartados:
a. Cunetas de coronación b. Hinca de carriles
c. Muros de hormigón Muros de contrafuertes d. Protecciones con escollera
Muros de gaviones Muros mixtos
Muros formados por elementos prefabricados e. Bulonado
Entre las operaciones anteriores, las cunetas de coronación no son propiamente elementos que permitan directamente la contención de los terrenos. Sin embargo, su ausencia puede provocar o facilitar la inestabilidad y el deslizamiento de los terrenos. En cambio, los carri- les hincados, los muros de hormigón o escollera y los bulones sí son elementos estructurales aplicables en operaciones de conservación tendentes a estabilizar taludes y terrenos, con el fin de impedir des- lizamientos en los mismos.
a. Cunetas de coronación
Las cunetas de coronación son zanjas o pequeños canales dispues- tos en la parte superior de los terraplenes, próximos al borde exte- rior de los mismos. Tienen el objetivo de facilitar la recogida de las aguas superficiales que discurran por la superficie del terraplén y canalizarlas adecuadamente. De esta forma se evita que provoquen en su discurrir erosiones en los taludes de dichos terraplenes.
Las cunetas de coronación deben ir complementadas con unas bajan- tes debidamente acondicionadas, con el fin de evitar erosiones en los taludes como consecuencia del paso del agua recogida.
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Figura 2. Cunetas de coronación. Ficha de conservación
Figura 3.
Cunetas de coronación
Recuerda
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Figura 4.
Cunetas de coronación. Bajante
Los fenómenos de inestabilidad en masa deben ser prevenidos mediante la adecuada organización de la inspección y auscultación de los mismos.
b. Hincas de carriles
La operación consistente en la hinca de carriles permite mejorar las condiciones geotécnicas de un terreno, terraplén, etc. y de este modo, aumentar la estabilidad del mismo..
Se utiliza para estabilizar terraplenes. Para ello, se introducen verti- calmente en el terreno, colocando a su vez traviesas entre ellos, con el fin de conseguir una mayor sujeción de los materiales que confor- man los mismos.
Se utiliza también, tanto en taludes como en tramos en obras, para evitar la caída de cantos en la calzada mediante la disposición de redes sujetas a los carriles.
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Figura 5. Hinca de carriles. Ficha de conservación
Figura 6.
Hinca de carriles
c. Muros de hormigón
Los muros de contención en hormigón se construyen, como suele ser el caso de la mayor parte de los tratamientos a disposición, en el pie de los taludes. Estos muros pueden ser de hormigón en masa o armados.
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Los muros de hormigón en masa tienen como ventaja la simplici- dad de su ejecución. Sin embargo, sólo están indicados cuando se precisen muros de alturas moderadas, con longitudes reducidas.
Los muros de hormigón armado, en cambio, deben plantearse cuando los esfuerzos a soportar por los mismos, especialmente de tracción, comienzan a ser importantes. También en el caso de tener que utili- zar estructuras de reducidas dimensiones por falta de espacio, o cuando las dimensiones que se precisarían de los muros de hormi- gón en masa fueran demasiado grandes.
Figura 7. Muros de hormigón. Ficha de conservación.
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Figura 8.
Muro de hormigón
- Muros de contrafuertes
Los muros de contrafuertes son una solución que se plantea como evolución de los muros de hormigón. Con este tipo de muros se busca el aligeramiento de las estructuras. Sin embargo, tanto los encofrados como las armaduras tienen una ejecución más compleja.
Figura 9.
Muro de contrafuertes
d. Protecciones con escollera
Este tipo de protecciones son una solución habitual, especialmente cuando se producen erosiones en el pie de los taludes causadas por la circulación de agua con ocasión del paso de arroyos, etc. Suelen tener un gran espesor, con unos tamaños de cantos igualmente importantes. Estos tamaños dependen de las características del terraplén, así como de las agresiones externas que este pueda estar soportando.
Una ventaja muy importante a considerar es la facilidad con la que se drenan los taludes, convirtiéndola en una solución idónea en muchos casos.
Son de uso frecuente, asimismo, en el caso de tener que sujetar talu- des formados por materiales con un ángulo de rozamiento muy bajo.
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Figura 10. Protecciones con escollera. Ficha de conservación
Figura 11.
Protección con muro de escollera en el pie del talud
Figura 12.
Protección con muro de escollera a medio talud
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63 RESUMEN
• Las alteraciones de las obras de tierra pueden presentarse de dife- rentes modos: fenómenos de inestabilidad en masa, desprendi- mientos superficiales, meteorización progresiva y erosión.
• Las operaciones de conservación para resolver fenómenos de ines- tabilidad en masa son las que mayores esfuerzos y costes requie- ren.
• Los métodos de protección de la vía frente a desprendimientos superficiales y meteorización progresiva consisten en la estabiliza- ción de los taludes y en la defensa de la calzada frente a las rocas caídas.
• Para minimizar la erosión de taludes hay que establecer cunetas, bermas o revestimientos.
• Es muy importante mantener adecuadamente las condiciones esta- blecidas para el entorno de la carretera.
• Las pantallas antirruidos permiten mejorar la calidad de vida del entorno de la carretera. En el diseño de las pantallas antirruido deben considerarse aplicaciones adicionales a las mismas (estéti- cas, anticontaminación, etc.).
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65 TERMINOLOGÍA
Acopiar:
Juntar, reunir provisiones de material.
Berma:
Espacio al pie del talud que sirve para impedir la caída sobre la carre- tera de las piedras que se desprenden de él.
Conservación:
Acción o efecto de guardar o mantener algo, o cuidar de su perma- nencia.
Meteorizar:
Recibir la tierra la influencia de los agentes atmosféricos.
Nivel de Servicio:
Medida puramente cualitativa de las condiciones de circulación, que tiene en cuenta factores como la velocidad, tiempo de recorrido, seguridad, comodidad y costes de funcionamiento.
Obra:
Lugar donde se está construyendo algo, o arreglando el pavimento.
Talud:
Superficie de un muro o de un terreno con una fuerte incremento de la pendiente.
