Conservación y explotación de carreteras Conservación

Transcripción

1 Conservación y explotación de carreteras Conservación Segunda Edición José Ángel Cepeda Medina Luis Leal Leal Pablo García Cerezo

2 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 Fundación Laboral de la Construcción Tornapunta Ediciones, S.L.U. ESPAÑA Av. Alberto Alcocer, 46 B Pª Madrid Tél.: Fax: I.S.B.N.: Depósito Legal: M

3 Conservación ÍNDICE Introducción 5 UD1 UD2 UD3 UD4 UD5 UD6 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 complementarios 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

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5 Introducción INTRODUCCIÓN Este manual pretende enseñar, o recordar a los que ya conozcan la materia, las técnicas que se aplican en las operaciones de conservación de carreteras, tomando como referencia aquellas que se describen en las publicaciones editadas por instituciones como el Ministerio de Fomento. Con este fin, se describen las actuaciones apropiadas en cada caso, indicando en cada una de ellas los procedimientos y las dotaciones de material, 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 conservación y explotación de carreteras, pues supone un ahorro de inversiones. 5

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7 Objetivos OBJETIVOS Conocer y valorar la importancia de las operaciones de conservación de carreteras frente a los efectos del posible deterioro a que están sometidos 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 cumplimiento 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 flexibles como rígidos, así como las operaciones de carácter general de conservación de firmes y pavimentos. Fomentar las medidas de protección ambiental y definir las operaciones que permiten mantener dichas medidas en condiciones óptimas. 7

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9 Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera UD1 ÍNDICE Objetivos 10 Mapa conceptual Introducción Alteraciones en las obras de tierra Conservación del entorno de la carretera 43 Resumen 63 Terminolgía 65

10 UD1 Conservación 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. 10

11 Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera UD1 MAPA CONCEPTUAL Conservación de Carreteras: Conjunto de operaciones y trabajos destinados a mantenerla a lo largo del tiempo - Cunetas de coronación - Hinca de carriles - Inestabilidad de masa - Muros de hormigón y contrafuertes - Protecciones Obras de Tierra: causas de alteración - Desprendimientos - Erosión Operaciones de conservación según causas - Bulonado - Reubicación de la vía - Estabilización de taludes - Proteger la calzada - Asentamientos - Instalar auscultación - Intensificación de plantaciones - Hidrosiembras - Control y mantenimiento de plantaciones - Pantallas contra el ruido Entorno de Carretera - Pasos para fauna - Control sobre el atropello de animales 11

12 UD1 Conservación 1.1. INTRODUCCIÓN 12 Por conservación de una carretera se entiende el conjunto de operaciones y trabajos destinados a mantenerla a lo largo del tiempo con las características funcionales y estructurales con las que fue proyectada y construida. 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 utilización. 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 operaciones necesarias para garantizar el mantenimiento de las adecuadas condiciones de uso y medioambientales de una vía a lo largo de su vida útil. En el sentido operativo, la conservación nace cuando finaliza la construcción de la carretera, afectándose ésta al uso correspondiente, y realizándose su consiguiente puesta en servicio. Sin embargo, durante las fases de planificación, proyecto y construcción, el concepto de explotación y conservación de la vía debe tenerse siempre presente. Si las soluciones técnicas 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.

13 Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera UD1 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 disponibilidad continua de la vía para su uso, de la seguridad que ofrece, de la valoración de los tiempos de recorrido, del consumo de carburante, del desgaste de los vehículos en sus diferentes componentes, 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 molestias ocasionadas por los trabajos de conservación, etc. Dado que la propia construcción de una carretera conlleva la necesidad de proceder a la realización de movimientos de tierra para conseguir la rasante proyectada, podemos considerar las obras de tierra precisas para su construcción como uno de los elementos básicos de la misma. Así, se denominan como "obras de tierra" a aquellas obras de remodelación del terreno natural, en forma de terraplén 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, respectivamente, a la excavación y retirada del terreno natural o a la aportación, 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 desmonte 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 importantes, 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 definitiva, los desmontes y los terraplenes no tendrán alturas y volúmenes 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. 13

14 UD1 Conservación 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 cuatro grandes grupos: Fenómenos de inestabilidad en masa Desprendimientos superficiales y meteorización progresiva Erosión Asentamientos Cada uno de los fenómenos indicados, precisa de la aplicación de unas técnicas y unos tratamientos de conservación determinados, que pasamos a describir Fenómenos de inestabilidad en masa Los fenómenos de inestabilidad en masa de desmontes o de terraplenes 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 seguimiento, e implican mayores costes. Debido a lo anteriormente indicado, es necesaria la realización de un seguimiento continuo del comportamiento 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: 14

15 Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera UD1 ORIGEN DE LOS FENÓMENOS DE INESTABILIDAD EN MASA Estudio geológico-geotécnico deficiente Diseño de taludes inestables Elección de materiales inadecuados En el propio proyecto Mal dimensionamiento del sistema de drenaje Existencia fallas geologicas Procedimientos de compactación inadecuados 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 Movimientos sísmicos Causas externas Cargas puntuales Lluvias torrenciales/excepcionales Cambios en la circulación de aguas profundas 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, bulonados, 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 geológicas y los estudios geotécnicos puedan hacer suponer la existencia de una inestabilidad de las obras de tierra, el capítulo de conservación de esta unidad de obra puede llegar a alcanzar una importancia significativa en el contexto general de la vía, superando incluso a la correspondiente a otras unidades que, habitualmente, son de más costoso mantenimiento. 15

16 UD1 Conservación Dentro del tema que nos ocupa, el de inestabilidad en masa o deslizamientos, se han considerado cinco tipos principales de operaciones 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 Los otros cuatro tipos se refieren a la instalación de elementos estructurales, en principio, de fácil ejecución y un relativo bajo coste. Estos últimos permiten afrontar las inestabilidades o deslizamientos más frecuentes durante la conservación de la carretera, 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 conservación 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 carriles 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 deslizamientos en los mismos. 16 a. Cunetas de coronación Las cunetas de coronación son zanjas o pequeños canales dispuestos en la parte superior de los terraplenes, próximos al borde exterior 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 bajantes debidamente acondicionadas, con el fin de evitar erosiones en los taludes como consecuencia del paso del agua recogida.

17 Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera UD1 Figura 2. Cunetas de coronación. Ficha de conservación Figura 3. Cunetas de coronación 17

18 UD1 Conservación Figura 4. Cunetas de coronación. Bajante Recuerda 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 verticalmente en el terreno, colocando a su vez traviesas entre ellos, con el fin de conseguir una mayor sujeción de los materiales que conforman 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. 18

19 Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera UD1 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. 19

20 UD1 Conservación Los muros de hormigón en masa tienen como ventaja la simplicidad 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 utilizar estructuras de reducidas dimensiones por falta de espacio, o cuando las dimensiones que se precisarían de los muros de hormigón en masa fueran demasiado grandes. Figura 7. Muros de hormigón. Ficha de conservación. 20

21 Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera UD1 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 taludes formados por materiales con un ángulo de rozamiento muy bajo. 21

22 UD1 Conservación Figura 10. Protecciones con escollera. Ficha de conservación Figura 11. Protección con muro de escollera en el pie del talud 22 Figura 12. Protección con muro de escollera a medio talud

23 Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera UD1 RESUMEN Las alteraciones de las obras de tierra pueden presentarse de diferentes modos: fenómenos de inestabilidad en masa, desprendimientos superficiales, meteorización progresiva y erosión. Las operaciones de conservación para resolver fenómenos de inestabilidad en masa son las que mayores esfuerzos y costes requieren. Los métodos de protección de la vía frente a desprendimientos superficiales y meteorización progresiva consisten en la estabilización 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 establecidas 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 (estéticas, anticontaminación, etc.). 63

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25 Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera UD1 TERMINOLOGÍA Acopiar: Juntar, reunir provisiones de material. Berma: Espacio al pie del talud que sirve para impedir la caída sobre la carretera de las piedras que se desprenden de él. Conservación: Acción o efecto de guardar o mantener algo, o cuidar de su permanencia. 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. 65