viaducto ferroviario ringuelet
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VIADUCTO FERROVIARIO RINGUELET
Victorio Hernández Balat – Ingeniero Civil Gustavo Adolfo Soprano – Ingeniero Civil
Juan Francisco Bissio – Ingeniero Civil
UIDIC: Unidad de Investigación y Desarrollo en Ingeniería Civil - Departamento de Construcciones - Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de la Plata
RESUMEN
Se exponen las principales características del proyecto ejecutivo de dos viaductos ferroviarios paralelos de un kilómetro de longitud cada uno. En la actualidad el sector presenta dos vías paralelas ubicadas sobre un terraplén inestable. La solución estructural contempló cuatro fuertes condicionantes: cortar solamente una vía a la vez, mínimo plazo de obra, mínima variación de la geometría de vías en las cabeceras y mínima afectación de vecinos durante la construcción. El factor plazo llevó a maximizar el uso de elementos premoldeados y a minimizar el empleo de elementos diferentes. A pesar de que los viaductos alternan tramos rectos con tramos curvos con diferentes radios de curvatura todos los tramos fueron resueltos con vigas rectas y una sola geometría de vigas de cabezal.
ABSTRACT
This paper presents the main features of the final design of two parallel railway viaducts of one kilometre length each. Today the sector presents two parallel railway tracks placed on unstable fill. The structural solution had to consider four strong limitations: only one track could be interrupted at a time, minimum execution time, minimum variation of existing tracks geometry at both ends and minimum annoyance of neighbours during construction. The time limitation forced to maximize the use of precast elements and minimize the use of different elements. Although viaducts alternate straight sections with curved sections with different radii of curvature all sections were solved using straight beams and only one geometry for column caps.
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UBICACIÓN DE LAS FUTURAS OBRAS
En la Figura 1 se observa que el proyecto involucra un tramo de vías del Ferrocarril Línea General Roca que se encuentra entre las estaciones Ringuelet y
Figura 1: Plano con ubicación general de la zona de implantación
Arroyo del Gato
Futuros Viaductos
Figura 2: Google Maps con ubicación de las futuras obras
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Tolosa. Estas vías están transitadas, entre otros, por todos los trenes de pasajeros que unen la Ciudad Autónoma de Buenos Aires con la Ciudad de La Plata y por trenes de carga que tienen por destino el polo industrial y portuario ubicado en Ensenada.
En el sector a intervenir el ferrocarril cuenta con dos vías de trocha ancha con una separación entre ejes de vías del orden de los 4.50 metros.
En la Figura 2 puede apreciarse la zona con más detalle. En ambas figuras se ve que la obra es cortada por el Arroyo del Gato, uno de los más importantes en la zona y responsable de desaguar las aguas de lluvia de buena parte del casco urbano de La Plata y de sus alrededores. Las vías actuales salvan este obstáculo a través de un viejo puente metálico de tablero abierto apoyado sobre pilares y estribos de mampostería.
El terraplén ferroviario fue originalmente construido con material local perteneciente a la formación post-pampeano, consistentes principalmente en arcillas y arcillas limosas provenientes de sedimentación fluvial. Por otra parte, la compactación durante la construcción ha sido muy deficiente hecho que se refleja en los resultados de los ensayos de penetración que califican a los suelos de los terraplenes como blandos a muy blandos. Este material hoy no sería considerado apto para la construcción de este tipo de obras y su empleo en el pasado tiene como consecuencia presente la necesidad de un mantenimiento costoso, permanente y poco efectivo.
En la zona el terraplén experimenta frecuentes deslizamientos laterales del coronamiento que se van corrigiendo mediante el agregado de balasto y la hinca de diferentes tipos de elementos. En la actualidad el sector tiene la velocidad limitada por el estado de las vías que llega a la paradoja de tener curvas con el peralte invertido. Esta limitación de velocidad y el mantenimiento permanente son incompatibles con las expectativas de estabilidad geométrica y velocidad de diseño que tendrá la línea Roca luego de su inminente electrificación. Por otra parte, el uso de la tecnología de riel largo soldado es también incompatible con la presencia de terraplenes de pobre estabilidad geométrica.
La zona de obras se extiende entre las progresivas PK 47+634,84 (bajo nivel de la Avenida 7) y PK 49+340,74, mientras que el viaducto en sí discurre entre las progresivas PK 48+030,32 y PK 49+032,57. Más adelante se verá que en las progresivas en que no hay viaducto, se ha proyectado una estabilización del terraplén existente.
Por otra parte, durante las inundaciones de abril de 2013 el terraplén actuó como una barrera para el escurrimiento superficial de las aguas lo que redundó no solamente en mayores niveles de agua sino también en muchas horas de permanencia de dichos niveles. En ese sentido, la remoción del terraplén producirá una mejora en el comportamiento hidráulico del sector.
Para paliar los efectos de las inundaciones la Dirección de Hidráulica de la Provincia de Buenos Aires tenía previsto, dentro de las obras de mejoras que se están encarando sobre el Arroyo del Gato, la construcción de un nuevo puente
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ferroviario de alrededor de 60 metros de luz total.
Los factores anteriores llevaron al Ministerio del Interior y Transporte de la Nación a decidir la remoción del terraplén existente reemplazándolo por un viaducto que asegurara la estabilidad geométrica de la vía y la transparencia al escurrimiento superficial de agua.
LA ENCOMIENDA
Dentro del Convenio Marco entre la Universidad Nacional de La Plata y el Ministerio del Interior y Transporte de la Nación, este último le encomendó a la Facultad de Ingeniería de la UNLP, a través de la UIDIC (Unidad de Investigación y Desarrollo en Ingeniería Civil - Departamento de Construcciones - Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de la Plata) la solución integral de los problemas que presenta el terraplén en el sector citado en el punto anterior.
Por motivos programáticos de licitación y ejecución de la obra del viaducto y la electrificación de la totalidad del tramo Constitución-La Plata, el plazo para las tareas de relevamientos topográficos, estudios de suelos, adaptación geométrica del trazado de vías y proyecto ejecutivo de vías y estructuras fue fijado en 120 días corridos.
LOS ESTUDIOS REALIZADOS
La UIDIC recibió los resultados de 40 sondeos de entre 10 y 15 metros de profundidad realizados a lo largo de la traza. Los resultados de esta campaña previa permitieron planificar una campaña complementaria de 30 sondeos con profundidades variables entre 15 y 30 metros que se realizaron a comienzos del año 2014. Las mayores profundidades correspondieron a las cercanías del Arroyo del Gato. La separación media de las nuevas perforaciones fue de unos 50 metros y las mismas se alternaron a ambos lados del terraplén existente.
Como conclusión de ambas campañas pudo establecerse el espesor de suelos blandos superficiales (post-pampeano) y la posición del “techo” y características geotécnicas de la formación pampeano en la que se fundaron los pilotes.
No fue posible conseguir planos referentes a la geometría de vías por lo que los estudios topográficos incluyeron un relevamiento detallado de las mismas incluyendo las obras de arte existentes. El relevamiento anterior permitió dividir el sector en cinco zonas de acuerdo a su curvatura tal como se muestra en la Figura 3.
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Sector Longitud (m) Radio Curvatura Vía (m)
1 571.5 1016.26
2 59.89 1016.26/recta
3 143.19 Sector en recta
4 39.92 Recta/902.26
5 184.85 902.26
Tabla 1: División de la obra en sectores según la curvatura de las vías
En el Sector 3 se encuentra el actual puente sobre el Arroyo del Gato. En los restantes sectores existen alcantarillas de mampostería de muy poca luz.
LAS EXIGENCIAS PARTICULARES DEL PROYECTO
Como ya se ha comentado, motivos programáticos de licitación y ejecución de la obra del viaducto y la electrificación de la totalidad del tramo Constitución-La Plata fijaron condiciones en cuanto a plazos a las que se le añadieron otras:
a) Los estudios y el proyecto debían ejecutarse en un plazo de 120 días
b) El proyecto debía apuntar a que fuera posible terminar uno de los viaductos en un plazo máximo de 10 meses
c) Durante la construcción, una de las dos vías siempre debía quedar activa
d) Luego de la construcción se retiraría el terraplén existente quedando a la vista un tramo de los pilotes-columna.
e) La ubicación de las vías en las cabeceras de los viaductos debía sufrir sólo
Figura 3: División de la traza ferroviaria en sectores según su curvatura
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movimientos horizontales mínimos y verticales nulos.
f) Minimizar la afectación a los vecinos durante la construcción
g) Debido a que el terraplén actual es muy bajo y que la altimetría de las vías estaba “fija”, la altura de superestructura quedó muy limitada para evitar que la altura libre entre el futuro terreno natural y el fondo de viga diera una impresión visual de pesadez e impidiera el eventual paso de vehículos por debajo del viaducto.
h) Las conducciones de baja tensión (señales, telefonía, etc. debían ubicarse en recintos resistentes al vandalismo)
Para satisfacer las condiciones anteriores se decidió:
a) El empleo de pilares con pilote único de modo de minimizar el número de pilotes y alejar las tareas de perforación y hormigonado de la vía en servicio (Figura 4).
b) El uso de pilotes con camisa perdida de modo de obtener una superficie vista adecuada luego del retiro del terraplén y, al mismo tiempo, evitar durante la construcción el manejo de barros de estabilización de la perforación.
c) Utilizar una única geometría para los dinteles de los pilares de modo de simplificar armaduras y encofrados de los mismos (Figura 5).
d) Adoptar una única sección transversal para las vigas principales y las pasarelas de modo de simplificar la prefabricación (Figura 7).
e) Emplear el menor número posible de elementos prefabricados distintos (Tablas 1 y 2)
f) Estudiar un método de construcción que permitiera realizar la mayor parte de las tareas desde el terraplén y la vía de modo de minimizar la afectación de vecinos durante la construcción
g) Limitar la longitud de tramos de modo de lograr alturas estructurales que fueran compatibles con las limitaciones visuales y de paso inferior establecidas. Paralelamente se limitaría el peso de los elementos a trasladar y montar.
h) Para facilitar y agilizar las tareas de construcción primaria minimizando el impacto de posibles errores en dicha etapa, se decidió materializar los peraltes con balasto.
i) Emplear pasarelas en sección cajón para proteger en su interior a las conducciones de baja tensión.
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PARTIDO ADOPTADO
Antes de llegar a la configuración finalmente adoptada (Figura 4) se estudiaron múltiples partidos que contemplaron:
a) Pilar único para las dos vías construido en dos etapas (tres pilotes)
b) Pilares independientes para cada vía (uno y dos pilotes)
c) Pasarela peatonal única central
d) Pasarelas laterales
e) Vigas principales “T” y “Cajón”
f) Diferentes configuraciones de luces de tramo, etc.
La parcialización de luces tuvo un condicionante adicional dado que debieron evitarse las interferencias con las fundaciones, pilas y estribos
del puente existente sobre el Arroyo del Gato.
En este sector el trazado de vías es recto. Para evitar las interferencias mencionadas, se recurrió a tres luces entre ejes de pilas de 13.12 metros.
Tomando a estos tres tramos como “fijos” se procedió a la parcialización de luces hacia ambos lados del futuro puente trazando una línea ficticia correspondiente al eje “medio” entre ambas vías y dividiéndola en “tramos” de 15 metros de luz entre ejes de pilares.
De esta forma se resolvió la totalidad de los tramos a partir de los tres tramos rectos de 13.12m entre luces de ejes de pilas y vigas “trapeciales” salvando luces entre ejes de pilas de alrededor de 15 con las siguientes características que se verán más adelante.
GEOMETRÍA DE LAS PILAS
Como se aprecia en la Figura 4 las pilas están constituidas por un pilote-columna y un dintel, ambos hormigonados “in situ”. Los pilotes, de 1.60 metros de diámetro, son excavados con camisa perdida.
Todos los dinteles tienen la misma geometría (Figura 4). En sus extremos externos se ubica un cuenco o “tintero” para alojar el poste que sostendrá la catenaria de la electrificación. Debido al proceso constructivo (un viaducto a la vez), se optó por un soporte de catenaria por vía en lugar de pórticos sosteniendo ambas catenarias a la vez.
Figura 4: Partido adoptado
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Los dinteles son más anchos que los pilotes para dar posibilidad a rectificar errores de replanteo y/o construcción en estos últimos.
Por otra parte, para facilitar el montaje de las jaulas de armaduras de los dinteles, se previó una armadura especial de vinculación con los pilotes. Tal como puede verse en la Figura 6, la armadura perimetral de los pilotes se interrumpe antes de entrar en el dintel. La vinculación se ha previsto con una
armadura de planta “cuadrada” proyectada especialmente para que pase sin interferencia a través de la jaula de armadura del dintel. A diferencia de la armadura perimetral del pilote, esta armadura de vinculación podrá ubicarse a último momento sin estar tan fuertemente condicionada por la posición de la camisa, permitiendo un ajuste preciso de su posición.
Figura 5: Geometría general de dinteles
Figura 6: Armadura de vinculación entre dintel y pilotes
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GEOMETRÍA DE LAS VIGAS PRINCIPALES
Debido a las limitaciones de cota inferior antes mencionadas, debieron descartarse soluciones estructuralmente muy eficientes como las vigas “T” (una por riel) o las secciones cajón. Tal como muestra la Figura 7, finalmente se adoptó una sección tipo “U” construida en hormigón pretensado. En principio se ha pensado en una solución postesada. La losa inferior resultó particularmente robusta debido a los importantes espesores de balasto que impone el peralte y a los efectos de la fuerza centrífuga.
Como ya se ha comentado las vías presentan zonas en recta, zonas en curva y zonas en transición. A su vez ambos viaductos presentan curvaturas ligeramente diferentes entre sí. La Figura 8 y la Tabla 2 muestran que esta gran variedad de situaciones se resolvió a través de sólo 8 vigas que comparten la sección transversal y difieren ligeramente en las longitudes “L1” y “L2”(ver esquema planta viga en Figura 8).
Las fuerzas de tesado por tramo fueron de aproximadamente 1000 toneladas.
El peso de cada viga es de aproximadamente 97 toneladas.
Por pedido del Comitente se utilizó un sistema de desagües no conducidos.
Tipo de
Viga Cantidad L1 (m) L2 (m)
1-A y 5-A 38+13 14.912 14.836
1-B y 5-B 38+13 15.000 14.928
2-A 3 14.914 14.866
2-B 3 14.974 14.924
3-A 6 13.040
3-B 16 14.920
4-A 2 14.916 14.886
4-B 2 14.954 14.922
Tabla 2: Geometría vigas principales
L1
L2
Figura 8: Esquema Planta Vigas
Figura 7: Sección viga principal
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COMENTARIO REFERENTE A LA FUERZA CENTRÍFUGA
Respecto al valor de la fuerza centrífuga, vale un comentario. El puente fue dimensionado con el siguiente esquema reglamentario: sobrecargas según el “Reglamento Argentino para el Proyecto y Construcción de Puentes Ferroviarios de Hormigón Armado (CNRT)” y el CIRSOC 201-82. En la Figura 9 se transcribe lo que el reglamento especifica al respecto:
Sin embargo, si se consulta el reglamento para puentes metálicos (CNRT), se observará que la expresión para el cálculo de la fuerza centrífuga es la misma pero con la indicación de que la velocidad debe expresarse en kilómetros por hora. La misma indicación se encuentra en otras fuentes bibliográficas. En definitiva, dado que la velocidad va elevada al cuadrado, el uso de la expresión tal como está especificada en el reglamento para puentes de hormigón arroja valores casi trece (13) veces menores que la expresión correcta.
Figura 9: Trascripción parcial del Reglamento de Puentes Ferroviarios de hormigón
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Figura 10: Sección tipo para pasarelas
L1
L2
Figura 11: Esquema Planta Pasarelas
GEOMETRÍA DE LAS PASARELAS
En la Figura 10 se muestra la sección transversal empleada en las pasarelas.
Las pasarelas se proyectaron en hormigón armado debido a que, por razones estéticas, se decidió que las mismas tuvieran la misma altura que las vigas principales.
Se adoptó una sección cajón tanto por razones estéticas como por la necesidad, ya expresada anteriormente, de configurar un recinto resistente al vandalismo para alojar las conducciones de baja tensión.
Las dimensiones generales de la sección pueden verse en la Figura 10. El espesor de los laterales y de las losas superior e inferior son de 0.15m.
Como en el caso de las vigas principales, el trazado en planta de las
pasarelas alterna zonas en recta, en curva y en transición con curvaturas diferentes para cada viaducto. Nuevamente, la Figura 10 y la Tabla 3 muestran que esta gran variedad de situaciones se resolvió a través de sólo 8 vigas que comparten la sección transversal y difieren ligeramente en las longitudes “L1” y “L2”(ver esquema planta viga en Figura 11).
El peso de las pasarelas en el momento del lanzamiento es de unas 25 toneladas.
Tipo de
Pasarela Cantidad L1 (m) L2 (m)
1-A y 5-A 38+13 14.836 14.820
1-B y 5-B 38+13 15.020 15.000
2-A 3 14.886 14.856
2-B 3 14.980 14.974
3-A 6 13.040
3-B 16 14.920
4-A 2 14.886
4-B 2 14.954
Tabla 3: Geometría Pasarelas
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ESTRIBOS
La geometría de los estribos (Figura 12) se desarrolló a partir de la base de un pilar tipo. De esta forma, si por algún motivo en el futuro se decidiera extender el viaducto, sería suficiente con demoler los muros de vuelta y la pantalla frontal superior para que los estribos adquirieran la geometría de un pilar tipo.
Debido a las malas condiciones de fundación del terraplén existente, y para evitar deformaciones relativas entre el mismo y el estribo, el especialista en Geotécnia recomendó no remover totalmente el terraplén que se encuentra por debajo del primer y del último tramo del viaducto (Figura 12).
JUNTAS
El hecho de que el viaducto esté en curva complica la geometría de las juntas entre tramos y entre tramos extremos y estribos. Debido a los quiebres en planta, las mismas no pueden construirse como “U” rígidas. En la Figura 13 se muestra la
Figura 13: Disposición general de una junta entre dos vigas adyacentes
Figura 14: Perspectiva de un lateral de junta
Figura 12: Vista lateral de un estribo y zona aledaña de terraplén
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solución proyectada. La misma está pensada íntegramente en chapas de acero galvanizado y se construye una vez terminado el montaje de la última de las vigas dado que requiere desmontar los rieles temporarios. El fondo de estas juntas está fijo en uno de los tramos y desliza sobre el otro mientras que los laterales se encuentran “articulados” en uno de los tramos y deslizan sobre el otro (perspectiva en Figura 14). Estos elementos tienen un sistema de protección para evitar la introducción del balasto.
MÉTODO CONSTRUCTIVO
Si bien el Contratista tendrá libertad para elegir el método constructivo se ha pensado en principio una secuencia capaz de minimizar los efectos negativos de la construcción sobre los vecinos. En la Figura 2 se aprecia que uno de los laterales del viaducto tiene proximidad con una cantidad importante de frentistas por lo que se ha pensado en la siguiente secuencia posible (válida para ambos viaductos):
a) Remover la vía existente
b) Nivelar el terraplén existente. La idea de esta nivelación consiste en dejar al terraplén en una cota tan baja como sea posible sin poner en riesgo la estabilidad de la zona de terraplén en la que asienta la otra vía (esta precaución sólo es necesaria durante la construcción del primer viaducto)
c) Comienzo de construcción de los pilotes desde Tolosa hacia Ringuelet (desde La Plata hacia la Ciudad Autónoma de Buenos Aires) sin interferir con la vía en servicio.
d) Con algunos pilotes construidos puede comenzarse con la construcción de los dinteles de las pilas siguiendo el mismo orden de construcción que el propuesto para los pilotes. Para la construcción de los dinteles será necesario construir unos tablestacados temporarios en las inmediaciones de los pilotes
Segundo DesmontePrimer Desmonte
Vía en
Servicio
Tablestacado
Zona Dintel
Vía en
Servicio
Figura 15: Secuencia constructiva de la ejecución del primer viaducto
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para asegurar la estabilidad del terraplén de la vía que permanece en servicio.
e) Con algunos dinteles construidos puede comenzarse con el montaje de los elementos premoldeados. El montaje se comienza también desde Tolosa hacia Ringuelet. Se prevé una planta de prefabricación en los actuales talleres que el ferrocarril posee en Tolosa. Se utilizarán las vías para transportar las vigas por lo que será necesario modificar ligeramente la parrilla actual de vías y montar una vía temporaria sobre la estructura que se va construyendo. Considerando que el número de tramos a montar es del orden de 120, se ha previsto el uso de una viga de lanzamiento. De esta forma se evitaría el uso de grúas y el traslado de elementos de gran peso y dimensiones por fuera del terraplén. Estos movimientos tendrían dos consecuencias negativas. Del lado de La Plata, provocarían el movimiento y operación de equipos pesados en la calle que corre paralela al viaducto sobre la que existen numerosos frentistas. Sobre el lado opuesto del terraplén existente el terreno está descampado pero no presenta una calidad portante suficiente como para soportar el tránsito de equipos sobre neumáticos por lo que se requeriría una importante obra complementaria (terraplén) con accesos complicados.
f) Finalizado el montaje de cada tramo se avanza la viga de lanzamiento y se extiende el trazado de vía temporaria para permitir el montaje del tramo siguiente.
g) A medida que se van montando las vigas principales pueden ir montándose las pasarelas con sus barandas y los postes de la catenaria.
h) Finalmente se remueven las vías temporarias, se coloca el balasto y las vías definitivas, las conducciones de baja tensión, la catenaria y las señales.
i) Una vez habilitada la vía se procede de forma similar con el otro viaducto. En este caso las operaciones son más sencillas al no tener que estar cuidando la estabilidad del terraplén adyacente dado que la vía ya se encuentra sostenida por el viaducto terminado en primer término.
j) Luego de habilitadas terminados ambos viaductos se procede al retiro del remanente de terraplén.
TRATAMIENTO DEL TERRAPLÉN EN LAS CABECERAS DEL VIADUCTO
El viaducto permitirá superar casi totalmente el sector de terraplén inestable. Persisten sin embargo pequeñas extensiones en ambas cabeceras que podrían seguir presentando problemas en el futuro. Por ese motivo se proyectó una metodología de estabilización que se muestra en las Figuras 16 y 17. Básicamente consiste en la hinca de un tablestacado (en principio perdido) que permite dividir los trabajos de estabilización cerrando al tránsito una vía a la vez (en principio en forma simultánea con la construcción de cada uno de los viaductos). Una vez hincado el tablestacado se procede a retirar un espesor especificado de suelo para su reemplazo por un suelo seleccionado con una especificación muy rigurosa de
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compactación. Los cálculos de estabilidad realizados considerando el material aportado y el que quedará en el interior del terraplén, conducen a seguridades al deslizamiento enteramente satisfactorias.
Colaboradores: Trabajaron en la elaboración de este proyecto
Coordinador UIDIC: Ing. Diego O. Larsen
Coordinación Proyecto: Ing. Gustavo A. Soprano
Responsables Topografía: Ing. Héctor Giagante - Agr. Gerardo Nadalich
Responsable Ingeniería Ferroviaria y Planificación de Obras: Ing. Luis Nosenzo
Responsable Geotécnia: Ing. Roberto Mario Flores
Responsables Estructuras: Ing. Juan Francisco Bissio y Victorio Hernández Balat
Agradecimientos: Se agradece al Ing. Pablo Giordano por su ayuda en la recopilación de datos y elaboración de la parte gráfica de este trabajo.
Figura 16: Aspecto típico del terraplén en la cabecera del lado Ringuelet
Tablestacado par
Figura 17: Esquema de refuerzo del terraplén existente en cabeceras