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Conservación y explotaciónde carreteras

ConservaciónSegunda Edición

José Ángel Cepeda Medina

Luis Leal Leal

Pablo García Cerezo

Nuestro agradecimiento a Juan Montero García, Rodolfo Sáenz de UgarteCorres y Asociación de Empresas de Conservación y Explotación deInfraestructuras 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 728016 MadridTél.: 91 398 45 00 Fax: 91 398 45 03www.fundacionlaboral.org

I.S.B.N.: 978-84-92686-37-7Depósito Legal: M-52780-2009

Conservación

Introducción 5

Objetivos generales del curso 7

Conservación de obras de tierra y delentorno de la carretera 9

Operaciones de limpieza de la plataformay mantenimiento de la vialidad 67

Conservación de firmes y pavimentos 81

Conservación del drenaje y de las obrasde fábrica 165

Conservación de túneles e instalaciones 211

Conservación de elementos complementa-rios de la carretera 267

Anexo I: nota de servicio sobre actuacionesy operaciones en firmes 311

Anexo II: nota de servicio sobre actuacionesy operaciones en obras de paso 316

Índice de figuras 321

ÍNDICE

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Introducción

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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 queconforman 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 decarreteras 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, fábricay drenaje, e indicar las actuaciones de conservación que permiten el cum-plimiento de dichas funciones.

• Adquirir conciencia de la importancia de las operaciones de conservaciónde la señalización y balizamiento desde el punto de vista de la SeguridadVial.

• 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 operacionesque permiten mantener dichas medidas en condiciones óptimas.

Conservación de obras de tierray 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

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OBJETIVOS

• Precisar la aplicación de correcciones frente a las alteraciones en las obrasde tierra.

• Valorar la necesidad de la observación de los taludes de carretera con elfin de detectar posibles alteraciones.

• Indicar los métodos de estabilización y protección de taludes.

• Presentar las operaciones de conservación frente a desprendimientossuperficiales y meteorización progresiva.

• Concienciar acerca de la necesidad de cuidar y mantener adecuadamenteel entorno de la carretera.

• Apreciar la importancia de las plantaciones y siembras frente a la erosióncausada por el agua.

• Exponer la finalidad de las pantallas antirruido, así como las tipologías demás frecuente uso.

Conservación

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Conservación de obras de tierra y del entorno de la carretera

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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

- BulonadoOperaciones

de conservaciónsegún causas

Obras deTierra:causas dealteración

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 unperíodo 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 operacionesprecisas para garantizar su integración medioambiental en función de lasexigencias 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 deplanificación, 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 laobra en cuestión, se facilitan estas futuras tareas.

En síntesis, el sistema de gestión óptimo debería permitir ofertar al usuariounas determinadas condiciones de utilización de la vía con el mínimo costeeconómico y medioambiental. Estas condiciones "óptimas" serán función,de una parte, de la disponibilidad de recursos económicos y de otra, de lasexigencias 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 utilidadeconómica y social y el beneficio que reporta a los usuarios de lamisma. 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 alcircular 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 paraconseguir la explanación proyectada, que se encuentra definida enlos planos de planta, perfil longitudinal y secciones transversales delcorrespondiente proyecto de la carretera. Según que la sección seaen 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. Sedenominará como sección mixta, o a media ladera, a aquella seccióntransversal 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 condicionesorográficas complejas, con importantes diferencias de cota en elterreno original por el que deberá transcurrir la traza de la carretera,el movimiento de tierras adquirirá una especial importancia, dandolugar 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 naturalexistente 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 terrenonatural con el fin de garantizar que la plataforma se encuentra en unasituación lo más alejada posible de los niveles del terreno saturados,lo que ayuda a reducir su deterioro. Por ello, en cualquiera de los doscasos, el movimiento de tierras preciso para la construcción de unacarretera es un factor que reviste especial importancia en el procesode diseño y ejecución de la misma.

Por tanto, el concepto de explotación y conservación de las obras detierra asociadas a las carreteras, debe estar presente tanto en la fasede planeamiento, como en las fases de proyecto y construcción dela misma.


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1.2. ALTERACIONES EN LAS OBRAS DE TIERRA

Las razones por las que las obras de tierra, tanto desmontes comoterraplenes, pueden precisar de la aplicación de correcciones durantesu 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 deunas 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 ograndes movimientos en los desmontes o en los terraplenes son lasque 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 rápidacorrección de los problemas que puedan ir apareciendo.

Estos fenómenos pueden tener su origen en diferentes factores, entrelos 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 soluciónrequiere de la realización de estudios geotécnicos detallados, asícomo de la posterior aplicación de técnicas especiales, que serándiferentes en función de las causas que los hayan producido, comopor 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 enel 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 inclusoa la correspondiente a otras unidades que, habitualmente, son de máscostoso 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 malestudiadas

Mala disposición de los elementosde drenaje

Mal dimensionamiento de las secciones de drenaje

En la ejecución delas 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 deCarreteras editado por el Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo(M.O.P.U.) en 1987. Los otros cuatro tipos se refieren a la instalaciónde elementos estructurales, en principio, de fácil ejecución y un rela-tivo bajo coste. Estos últimos permiten afrontar las inestabilidades odeslizamientos más frecuentes durante la conservación de la carre-tera, que aparecen muchas veces de repente y sin previo aviso conocasión 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 sonpropiamente elementos que permitan directamente la contención delos terrenos. Sin embargo, su ausencia puede provocar o facilitar lainestabilidad y el deslizamiento de los terrenos. En cambio, los carri-les hincados, los muros de hormigón o escollera y los bulones sí sonelementos estructurales aplicables en operaciones de conservacióntendentes 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 lasaguas superficiales que discurran por la superficie del terraplén ycanalizarlas adecuadamente. De esta forma se evita que provoquenen 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 enlos 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 prevenidosmediante la adecuada organización de la inspección y auscultaciónde los mismos.

b. Hincas de carriles

La operación consistente en la hinca de carriles permite mejorar lascondiciones geotécnicas de un terreno, terraplén, etc. y de estemodo, 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, conel 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, paraevitar la caída de cantos en la calzada mediante la disposición deredes 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 serel caso de la mayor parte de los tratamientos a disposición, en el pie delos 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 seprecisen muros de alturas moderadas, con longitudes reducidas.

Los muros de hormigón armado, en cambio, deben plantearse cuandolos 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, ocuando 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 comoevolución de los muros de hormigón. Con este tipo de muros sebusca el aligeramiento de las estructuras. Sin embargo, tanto losencofrados 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, especialmentecuando se producen erosiones en el pie de los taludes causadas porla circulación de agua con ocasión del paso de arroyos, etc. Suelentener un gran espesor, con unos tamaños de cantos igualmenteimportantes. Estos tamaños dependen de las características delterraplén, así como de las agresiones externas que este pueda estarsoportando.

Una ventaja muy importante a considerar es la facilidad con la quese drenan los taludes, convirtiéndola en una solución idónea enmuchos 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 deescollera en el pie del talud

Figura 12.

Protección con muro de escollera a medio talud


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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 desprendimientossuperficiales y meteorización progresiva consisten en la estabiliza-ción de los taludes y en la defensa de la calzada frente a las rocascaídas.

• 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 delentorno de la carretera. En el diseño de las pantallas antirruidodeben considerarse aplicaciones adicionales a las mismas (estéti-cas, anticontaminación, etc.).


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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, quetiene 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 dela pendiente.

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