CAMINOS I

CAMINOS I

INTRODUCCION

Para el diseo de las obras de control de seguridad en la obra debe realizarse un anlisis muy completo de las condiciones geolgicas, geotcnicas, hidrolgicas y ambientales que permitan tener un conocimiento completo del comportamiento de las circunstancias despus de construido. En el caso de requerirse la estabilizacin por problemas de deslizamientos o erosin activos se debe analizar los mecanismos de falla y cuantificar el desequilibrio. El anlisis debe incluir los conocimientos de mecnica de suelos, geologa, hidrologa, etc., y la experiencia del manejo de otros taludes en condiciones similares. La principal causa de los problemas en los taludes es la presencia del agua de la lluvia, la escorrenta y el agua subterrnea, por lo tanto el manejo de las aguas es muy importante desde el inicio de la construccin. La proteccin de la superficie del terreno generalmente se obtiene utilizando la vegetacin como obra principal de estabilizacin y se debe tener especial cuidado en la seleccin del sistema de establecimiento de la cobertura vegetal y de las especies vegetales a establecer; Sin embargo, en ocasiones se requieren obras con materiales no orgnicos para complementar la proteccin con vegetacin. El planteamiento, diseo e implementacin de las obras de control de erosin, requiere de un trabajo conjunto donde deben intervenir gelogos y ambientalistas, forestales y expertos en vegetacin nativa y los ingenieros civiles, hidrlogos, hidrulicos, y geotcnicos. Las obras de carreteras y ms involucran la intervencin de laderas y taludes, los cuales requieren de un programa de control de erosin durante la construccin, y de medidas definitivas de control a mediano y largo plazo. La produccin de sedimentos, ocasionada por la erosin requiere de obras de control de sedimentos. La erosin es una de las principales fuentes de contaminacin del agua, y la construccin de obras de ingeniera es una de las principales fuentes de erosin. En los pases desarrollados existen normas muy estrictas de control de erosin que deben cumplir los constructores, para la proteccin del medio ambiente. En los pases latinoamericanos se est empezando a trabajar en el control de erosin en construcciones y los ingenieros somos los responsables de su diseo e implementacin

LA IMPORTANCIA DEL DISEO POR SEGURIDAD EN EL CAMINO CONSIDERANDO LOS ELEMENTOS GEOMETRICOS DE LA CARRETERA LAS BERMAS COMO ESTABILIZADOR DE SUELOS Y TALUDESLas bermas tambin se utilizan para el control de laerosinysedimentacinmediante la reduccin delndice de escorrentasuperficial. Las bermas o bien reducen la velocidad del agua, o bien dirigen el agua a zonas que no son susceptibles a la erosin, reduciendo as los efectos adversos del agua corriente sobre lacapa superficial del suelo expuesta.Tras elderrame de petrleoen 2010 por laplataformaDeepwater Horizonen elGolfo de Mxico, la construccin de bermas diseadas para evitar que elcrudo llegase a los frgileshumedalesdeLuisiana(que puede podra resultar en una erosin masiva) se propuso desde el principio, y fue aprobado oficialmente por el gobiernoa mediados de junio de 2010, despus de numerosos fracasos para frenar y contener la fuga de petrleo con tecnologas ms avanzadas. TALUDES DE PENDIENTE COMBINADAEn la mayora de los casos la resistencia y calidad de los materiales vara de acuerdo a la profundidad de la excavacin y se requiere tener en cuenta estas diferencias para definir la pendiente. La solucin ms utilizada es la construccin de pendientes combinadas de acuerdo a las caractersticas del material

BERMAS INTERMEDIASBermas intermedias Se debe construir bermas intermedias en los sitios de cambio de pendiente y en los sitios donde se requiera para garantizar un factor de seguridad adecuado contra deslizamiento. La localizacin y ancho de las bermas depende del propsito de las bermas.

BERMAS PARA EL MANEJO DE AGUAS DE ESCORRENTA Y CONTROL DE EROSINEstas bermas generalmente tienen un ancho 1 a 2 metros y se colocan a diferencias de altura entre 5 y 10 metros, dependiendo de la calidad de los suelos y coincidiendo con sitios de cambio de pendiente del talud. En suelos erosionables la berma debe tener una pendiente de 5 a 10 % hacia adentro del talud y se debe construir una cuneta revestida en su parte interior para el control y manejo de las aguas de escorrenta. La pendiente longitudinal de la berma debe ser superior al 3 % para garantizar la salida eficiente y rpida del agua recolectada.

BERMAS PARA AUMENTAR EL FACTOR DE SEGURIDAD CONTRA DESLIZAMIENTO En ocasiones se requiere la construccin de bermas de gran ancho en suelos cohesivos para aumentar los factores de seguridad al deslizamiento. En suelos granulares (arenosos o gravosos) se debe preferir disminuir la pendiente del talud a construir bermas que pueden ser inestables por la pendiente del talud entre ellas. La construccin de terrazas en la parte alta de un deslizamiento de rotacin tiende a reducir el momento actuante y controlar el movimiento. Si el proceso se hace en la parte inferior se puede lograr el procesoInverso de disminuir el factor de seguridad. En deslizamiento de traslacin y en ciertos flujos o deslizamientos de residuos, generalmente no es efectivo emplear mtodos de remocin de materiales. El efecto es el de disminuir las fuerzas actuantes, en la zona ms crtica para la generacin de momentos desestabilizantes. En esta forma el crculo crtico de falla se hace ms profundo y ms largo, aumentndose el factor de seguridad. Al construir las terrazas el talud puede quedar dividido en varios taludes de comportamiento independiente, los cuales a su vez deben ser estables. El terraceo se le puede realizar con el propsito de controlar la erosin y facilitar el establecimiento de la vegetacin. La altura de las gradas es generalmente, de 5 a 7 metros y cada grada debe tener una cuneta revestida para el control del agua superficial. El sistema de cunetas a su vez debe conducir a una estructura de recoleccin y entrega con sus respectivos elementos de disipacin de energa. En suelos residuales generalmente, la grada ms alta debe tener una pendiente menor, teniendo en cuenta que el suelo subsuperficial es usualmente el menos resistente. Las terrazas generalmente, son muy tiles para control de aguas de escorrenta. En todos los casos debe considerarse el efecto que se puede tener sobre los taludes arriba y abajo de la terraza a excavar.Soluciones a problemas especficos de estabilidada) Cambios bruscos de litologa Cuando ocurren cambios bruscos de litologa por la presencia de coluviones, mantos de suelos blandos o perfiles muy meteorizados, se puede requerir construir una berma ancha en el sitio de cambio de litologa y la construccin de estructuras de estabilizacin en la bermab) Presencia de estructuras heredadas Los mantos de roca y los suelos residuales poseen una gran cantidad de fracturas o superficies de debilidad, en este caso las pendientes de los taludes deben ser determinadas por la localizacin y buzamiento de las fracturas. En ocasiones cuando aparecen estratos muy blandos se puede requerir tender el talud por el plano de estratificacin.

RAMPAS DE ESCAPE Una rampa de escape o frenado es una franja auxiliar instalada a un lado de la carretera, con una superficie de retencin para disipar la energa de los vehculos fuera de control decelerndolos de forma controlada y segura hasta su detencin. En la Figura 2 se muestran las tres categoras para identificar los tipos de rampas ms utilizadas, stas son: gravitacionales, camas de frenado y montculos de arena. Las rampas gravitacionales tienen un pavimento o material granular compactado densamente en la superficie de rodamiento, confiando principalmente en la fuerza de gravedad para disminuir y detener al vehculo. Este tipo es de gran longitud, debe tener una importante gradiente y requiere de un control topogrfico continuo y estricto. Otro inconveniente es que una vez que se ha logrado la detencin del vehculo, podra comenzar el descenso de ste, debido a que no cuenta con su sistema de frenos, generando una situacin de riesgo para el conductor y dems vehculos que circulan por el camino, de ah que su uso sea reducido y por lo tanto la menos recomendada PRINCIPIOS BSICOSEn la Figura se observan las fuerzas que actan en un vehculo y que afectan la velocidad de ste e incluyen al motor, frenos y la sumatoria de fuerzas que actan directamente sobre el vehculo. La fuerza del motor y de los frenos pueden ser ignoradas en el diseo de las rampas, puesto que stas se disean considerando el caso ms desfavorable, el cual es que los vehculos estn completamente fuera de control y que el sistema de frenos haya fallado por completo. Por lo anterior resulta que la sumatoria de fuerzas que acta sobre el vehculo es la inercia (Fi), el aire (Fa), la resistencia al rodado (Fr) y la pendiente ().

UBICACIN DE LAS RAMPAS DE ESCAPE:En tramos de carreteras donde existan pendientes prolongadas, y los vehculos puedan perder el control por avera en los frenos, se emplazan rampas de escape para facilitar la detencin de los vehculos. Las fallas se producen por calentamiento o altas exigencias de las piezas mecnicas del sistema de frenos, por tanto no necesariamente son atribuibles a una falla mecnica propiamente tal, ya que se produce por una combinacin de factores:precaucionesquepuedatomarelconductor,la carga, condiciones geomtricas de la va y, especialmente, la pendiente y longitud de los tramos. Se diseanespecialmentepara vehculospesados

Dentro de la categora de rampas de escape existen tres diseos predominantes clasificados por la pendiente: es decir, pendiente ascendente, pendiente horizontal y pendiente descendente y son construidas normalmente paralelas y adyacentes al camino. Este tipo de rampa utiliza material granular suelto, de manera tal que aumente la resistencia al rodado para la detencin de los vehculos. La cama de frenado con pendiente ascendente tiene la ventaja de utilizar la inclinacin del terreno como complemento a los materiales granulares de la cama de frenado y reduciendo as su longitud. En donde la topografa no lo permita, la utilizacin de camas de frenado horizontal o descendente es otra opcin con la particularidad de que se requiere ms longitud que la anterior. Las rampas de montculos de arena estn compuestas, generalmente de arena suelta y seca, y su longitud normalmente no sobrepasa los 120 m la influencia de la gravedad depende de la pendiente del terreno. El incremento de la resistencia al rodado es suministrado por la arena suelta, sin embargo las deceleraciones en los montculos de arena usualmente son muy severas para el conductor y la arena puede ser afectada por el clima. Debido a estas consecuencias para el conductor este tipo de rampa no resulta ser tan segura como las camas de frenado. Los procedimientos usados para el diseo y anlisis de las rampas de frenado son esencialmente los mismos para cada una de las categoras o tipos identificados, se requiere como datos la velocidad de entrada a la rampa, la pendiente longitudinal de la misma y el material a utilizar en la cama; en donde este ltimo juega un papel muy importante, ya que influye directamente en el factor de la resistencia al rodado requerido para disminuir y detener en forma segura a los vehculos.

CRITERIOS DE DISEO El objetivo de una rampa de frenado es salvar vidas y es de suma importancia considerar que el conductor de un vehculo fuera de control, no se encuentra en condiciones de tomar decisiones o realizar acciones complejas. Es por esto que al disear la rampa de frenado, incluyendo su sealizacin, el proyectista debe brindar las condiciones necesarias para que el conductor conozca de la existencia de este dispositivo, entienda las maniobras que debe realizar y sienta la confianza y la seguridad de ingresar a ste y no continuar en el flujo vehicular. Las condiciones mnimas que se deben cumplir en el diseo de una rampa de frenado son:(I) contar con un acceso amplio y una buena visibilidad de toda la rampa la mayor cantidad de tiempo posible (ya que si el conductor percibe discontinuidades, aunque stas no existan, es probable que dude y su ingreso sea errneo o no ingrese a la rampa), (II) tener una longitud suficiente(III) colocar los materiales adecuados y contar con un carril auxiliar para remover vehculos y permitir su mantenimiento. (IV) En la literatura se menciona que otro elemento que favorece la seguridad bajo condiciones climticas desfavorables es la iluminacin nocturna, sin embargo los autores consideran que antes de iluminar este tipo de dispositivos habra que iluminar el camino principal. En la Figura 3 se muestra un esquema tpico de una rampa de frenado en planta y perfil.

DRENAJEEl drenaje es un factor fundamental en la vida til de las rampas de frenado, ya que un drenaje inadecuado puede llevar a la acumulacin de partculas finas que llenen los huecos y compacte el material, ocasionando una reduccin del rendimiento y por otra parte en climas fros el congelamiento anula la eficacia de la cama. Experiencias internacionales han demostrado que la falta de drenaje podra llevar a la inutilizacin de las rampas de frenado y, por lo tanto, recomiendan algunas medidas para evitar que esto suceda. Una de las medidas bsicas consiste en disear la rampa con una pendiente en la base e instalar un dren longitudinal para interceptar y drenar las aguas que entren a la cama, sumado a sistemas de subdrenes transversales, principalmente en zonas de elevada precipitacin pluvial. Otra recomendacin es el uso de geotextiles o pavimento para evitar la infiltracin de material fino desde el suelo natural y evite el drenaje del agua al pasar por la cama de frenado se muestra un corte transversal y longitudinal de una cama de frenado

PROFUNDIDAD La cama de frenado debe ser construida con una profundidad mnima de 1 m; y para evitar deceleraciones excesivas y bruscas al inicio de la cama, se recomienda una transicin de la profundidad de la cama de 7 a 10 cm al inicio e incrementarla paulatinamente hasta llegar a la profundidad total; en funcin de la longitud de la cama se sugiere tener una transicin de 30 a 60 m. Para permitir el drenaje en la base de la cama se recomienda un bombeo de 1.5 a 2%.

ZONA DE SEGURIDAD La somnolencia, las distracciones y el consumo de alcohol o de otras sustancias psicotrpicas por parte de sus conductores hacen que algunos vehculos se salgan de la plataforma del camino, destinada a su circulacin segura. Actualmente, se pretende reducir los daos que de ello se derivan instalando una barrera de seguridad, sin preocuparse mucho del diseo de las mrgenes del camino. Una alternativa a este planteamiento, poco desarrollada en nuestro pas, sera la de lograr que el vehculo pudiera circular por una zona de seguridad cuyas caractersticas evitaran su vuelco o su choque con algn obstculo peligroso, posibilitando adems la recuperacin de su control. La zona de seguridad se mide a partir del borde de la calzada: por consiguiente, incluye la berma. La anchura de la zona de seguridad se define en funcin de: La clase de camino (calzada nica o calzadas separadas). El trazado en planta. En las curvas, la situacin de la margen respecto de la plataforma La pendiente transversal de la margen. La gravedad del accidente que se pretende evitar. Para tomar conciencia de la Insuficiencia de las actuales zonas de seguridad, consideremos que una salida de la calzada con trayectoria recta en un ngulo de 50 respecto del borde la calzada, circulando a 120 km/h durante una cabezada de 2 s, provoca un recorrido transversal del orden de 5,8 m. Si la salida es por la derecha, con un arcn de 2,5 m y una berma de 1 m, an se invaden 1,3 m de la margen, es decir: se choca contra las barreras de seguridad y contra la sealizacin. Si en las mismas condiciones la salida es por la izquierda, con un arcn Interior de 1 m, se necesita una mediana de anchura superior a 3,8 m para no invadirla calzada opuesta. Si el ngulo es de 3 y la velocidad de 140 km/h durante 4 s, el recorrido transversal es de 8,1 m, y la anchura necesaria de la mediana sera superior a 6,1 m. Tabla 2 de las Recomendaciones sobre sistemas de contencin de vehculos.

PLATAFORMA DE SEGURIDADSobre todo en las curvas, disponer una zona de seguridad permite alejar de la plataforma eventuales barreras, y as reducir la frecuencia de los choques con ellas. Para acotar en planta un lmite de la zona de seguridad se puede establecer en cada punto de una curva un vector tangente a la trayectoria inicial, cuyo mdulo est representado por la distancia de detencin a partir de la velocidad en dicho punto, movilizando un rozamiento con el terreno del orden de 0,517 . Desde un punto de vista estrictamente ambiental, disponer una anchura apreciable de la mediana (y de las zonas laterales de seguridad) posibilita la implantacin de vegetacin de poco porte, reduciendo los impactos ambientales de la infraestructura. Explanaciones La capacidad de recuperacin del control de un vehculo en el caso de su prdida se ve muy afectada por las inclinaciones de las mrgenes de la plataforma y por la presencia de discontinuidades en su diseo, ya sean geomtricas o de capacidad de soporte UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA ICA Pgina 1