Guía de buenas prácticas para la adaptación de las carreteras al clima

*Guía editada por el Banco de Desarrollo de América Latina (CAF) en el año 2018.

Capítulo: Medidas específicas para la construcción de carreteras más resilientes. Parte I.

La Guía de buenas prácticas para la adaptación de las carreteras al clima (2018) que elaboró el CAF (Banco de Desarrollo de América Latina) persigue generar conocimientos acerca de la importancia de definir infraestructuras adaptadas al clima durante todo su ciclo de vida, así como mostrar ejemplos, acciones y medidas de buenas prácticas que pudieran ser de utilidad para aplicar a los proyectos de carreteras. La Guía contempla tanto las carreteras de nueva construcción como la red vial en servicio, y propone medidas de adaptación desde la planificación estratégica y las medidas específicas para su aplicación a los nuevos proyectos y a las vías ya abiertas al tráfico.

Diagnóstico y aproximación inicial

El punto de partida para mejorar la resiliencia de las carreteras es conocer oportunamente en qué medida la variabilidad y el cambio climáticos pueden afectar a estas infraestructuras y qué consideraciones deben contemplarse en su diseño, construcción y mantenimiento. Para ello es preciso tener en cuenta las particularidades de cada territorio ya que las condiciones y previsiones climáticas son muy diferentes de un país a otro, e incluso dentro de un mismo país, donde pueden
existir regiones climáticamente muy distintas. El conocimiento de la singularidad climática del territorio sobre el que se está trabajando es, sin duda, una de las claves para identificar las soluciones técnicas que pudieran resultar más efectivas en función del emplazamiento, la vulnerabilidad y las amenazas existentes. Respecto a los diseños, debemos partir de la base de que éstos se ajustan a las normas de los respectivos países y de que cuentan con soluciones adecuadas al alcance del proyecto. Si bien conocemos que existen carreteras con diseños deficientes, no es el objeto de esta Guía identificar las acciones que corrijan esas deficiencias, sino aquéllas que permitan mejorar el comportamiento de estas infraestructuras ante una climatología cambiante.
Como ya se ha comentado, los efectos de la variabilidad y cambio climáticos deben considerarse a lo largo de todo el ciclo de vida de una carretera; en otros capítulos de esta Guía se ha hecho referencia a la fase de planificación estratégica (ver capítulo 3 de la Guía); mientras que en este capítulo se propone una serie de medidas específicas relativas a las fases de diseño, construcción y operación de la carretera.
En los diseños de nuevas vías, se recomienda considerar no sólo el efecto de las precipitaciones registradas sino también el de las estimadas a futuro, así como el posible aumento del nivel del mar, acción del viento y evolución térmica, asegurando un dimensionamiento adecuado de las obras y las necesidades de mantenimiento posterior, junto a la correcta aplicación de las medidas necesarias para minimizar estos impactos. Para ello, es necesario contar con estudios que nos permitan conocer dichas estimaciones y su posible repercusión.
En la fase de construcción es relativamente frecuente que surjan contingencias no identificadas en la fase de diseño, que pueden verse agravadas por el efecto de la variabilidad y cambio climáticos (por ejemplo, materiales menos resistentes a los considerados inicialmente, o presencia de agua que no se hubiera tenido en cuenta); la variabilidad climática desempeña, en este sentido, un papel determinante, ya que las previsiones que se derivan de las fases de planificación y diseño pueden haberse realizado en períodos secos, apareciendo efectos no previsibles durante las fases sucesivas. Existen, asimismo, medidas adicionales a las consideradas en el diseño que pueden ayudar a mejorar la resiliencia climática de la carretera.
Durante la operación y mantenimiento es preciso implantar actividades de monitoreo para verificar el adecuado comportamiento de los elementos de la vía y su entorno; en caso de que se detecten situaciones de riesgo, deberán considerarse medidas como las que se presentan en esta Guía, que a su vez irán asociadas a un diseño específico para su implantación.
Es importante que en el ámbito institucional existan procedimientos definidos que permitan mecanizar la toma de decisiones a los técnicos encargados del desarrollo de los proyectos. A modo de ejemplo, figura un diagrama de flujo que contempla la consideración de la variabilidad y cambio climáticos que podría incluirse durante el proceso de análisis de riesgos, tanto para nuevos diseños como para carreteras en operación.
Respecto a la identificación de los riesgos e impactos en el sector vial, nos parece de interés incluir la referencia al informe “Gestión de riesgo para la infraestructura carretera de México ante el cambio climático y los fenómenos hidrometeorológicos extremos” (Centro Mario Molina 2017), elaborado con el apoyo del CAF, y que se resume en el gráfico N° 1 y evidencia que existe una serie de riesgos que afectan especialmente a cuatro grandes ámbitos de trabajo de la Ingeniería: taludes, drenaje, estructuras y pavimentos, los cuales, por su importancia, marcan la definición del diseño de la carretera, siendo dónde se ha puesto mayor énfasis en el proceso de selección de las medidas específicas (Ver gráfico N° 2).

Taludes

La estabilidad de los cortes y rellenos de las carreteras se ve afectada directamente por las características de los materiales en los que se construyen; a su vez, las características mecánicas de estos materiales están influenciadas por su grado de saturación, las presiones intersticiales (debidas a las infiltraciones), la temperatura y otros agentes relacionados con el clima, siendo el agua el que mayores riesgos puede generar.
Este efecto higrométrico sobre las características de los materiales hace necesario aumentar el control sobre el agua superficial e infiltrada en las carreteras a construir, y prever medidas para el seguimiento en las carreteras en operación. Las carreteras se adaptarán, así, a las condiciones impuestas por el clima, incluso anticipando los efectos negativos que la variabilidad y cambio climáticos pueden producir en los viales existentes.
En los nuevos diseños, ya se trate de nueva infraestructura o modificaciones de las existentes, se deben tomar las medidas necesarias para que la estabilidad de cortes, rellenos, muros, cimentaciones de estructuras y otros elementos quede garantizada.
En este sentido, se debe tener en cuenta los siguientes aspectos clave:
• En primer lugar, la consideración de los parámetros geotécnicos para el diseño de cortes, rellenos, muros, cimentaciones y otros elementos. Esta condición hace que cada vez sea más importante la realización de unos buenos estudios geotécnicos y geológicos iniciales, que permitan prever las situaciones que pueden producirse durante la vida útil de la carretera y las necesidades a considerar en su diseño o construcción, especialmente en lo que se refiere a la evolución de su comportamiento por la variación de la humedad. Es recomendable reducir el diseño de cortes y rellenos mediante secciones tipo replicadas y trabajar más en soluciones particularizadas.
• En segundo lugar, una correcta simbiosis entre drenaje (que se verá más adelante) y los comportamientos geotécnicos, habida cuenta de que una mala definición de los primeros implica, necesariamente, un empeoramiento del comportamiento de los segundos.
• Por último, la consideración de una serie de soluciones, no limitativa, que por experiencias en zonas con comportamiento deficiente de las carreteras, se han mostrado eficaces ante efectos relacionados con el clima y el comportamiento geotécnico de los materiales. Es importante contar con estas experiencias y lecciones aprendidas desde el punto de vista de las soluciones técnicas implementadas en otras carreteras. En cuanto a las carreteras en operación, es necesario considerar la necesidad de establecer elementos de control y vigilancia eficaces. Estos controles se pueden basar en los siguientes aspectos:
• La evolución de la geometría de la sección tipo, fundamentalmente taludes de cortes y rellenos.
• La aparición de grietas sobre elementos de la sección tipo, o desplazamientos de pequeñas obras de fábrica, que permiten constatar el efecto anterior de una evolución geométrica no deseada.
• La modificación de los flujos de agua del entorno de la carretera que puede observarse en caminos, cortes, cunetas, obras de fábrica, etc., que puede ser un indicador de la variación higrométrica de los materiales, y que puede tener consecuencias sobre la estabilidad de los mismos en función de sus características geotécnicas.
En caso de detección de cualquier indicio de evolución de los aspectos señalados, se hace preciso un estudio en detalle de las condiciones geotécnicas en las que se definió la carretera, respecto de las nuevas condiciones, y de cuáles pueden ser las afecciones a la sección tipo. Una vez determinadas, se hará necesario el diseño de las soluciones atendiendo a las condiciones definidas para las nuevas carreteras.

Drenaje

La variación de las precipitaciones originadas por la variabilidad y cambio climáticos se traduce tanto en una mayor dispersión de los períodos de lluvia, como en episodios de mayor precipitación en períodos más cortos (duración de la tormenta).
Estos escenarios requieren de una serie de consideraciones en el diseño de las carreteras, así como un conjunto de medidas durante el período de construcción y una corrección de los protocolos de actuación durante la operación. En la fase de diseño, es recomendable elaborar estadísticas y previsiones actualizadas de las precipitaciones y, a partir de éstas, seleccionar de forma adecuada los períodos de retorno, duración de la tormenta y tiempos de concentración, que permitan asegurar que los caudales de diseño de las obras de drenaje tienen un dimensionamiento
adecuado y éste es suficiente para episodios de lluvia excepcionales.
Además, ante estos fenómenos climatológicos excepcionales, hay que considerar que los caudales punta se acompañan de arrastres de material, que o bien se sedimentan en tramos de menor velocidad del flujo hidráulico o bien pueden quedar retenidos ante un insuficiente dimensionamiento del drenaje, ocasionando obturaciones en el sistema. Un correcto diseño debe prever estas situaciones, disponiendo los medios necesarios para la protección de elementos ante los arrastres y evitando zonas de sedimentación no controlada, que, en caso de existir, deben ser consideradas en los protocolos de mantenimiento.
En la fase de ejecución de obra, es necesario considerar que las dispersiones cada vez mayores de los períodos húmedos pueden provocar que no se consideren necesarias las medidas de protección frente a lluvias extremas durante la construcción, o bien se postergue la ejecución de determinados elementos, como cunetas de protección de cortes y rellenos, omitiéndose incluso su realización al finalizar los trabajos. Además, aquellos factores climáticos que no se hubieran puesto de manifiesto durante la fase de diseño (por ejemplo, las aguas intersticiales, que puedan no ser detectadas en períodos de lluvia escasa), podrían aparecer de forma repentina durante la construcción, o de manera recurrente en la fase de operación de la carretera.
En esta fase de operación la variabilidad climática se ve acentuada por la duración de aquella. Por ello, la labor de vigilancia y control debe ser, si cabe, mayor que en etapas anteriores. No hay que olvidar en este caso los posibles aterramientos de cunetas, canales y conducciones, así como la alteración de las condiciones de la entrada y salida a las obras de fábrica, que afectan al funcionamiento general del sistema de drenaje. Finalmente, las aguas infiltradas deben ser extraídas, siempre que se detecten, por los diversos medios que estén al alcance del gestor de la infraestructura, requiriendo, como en el resto de casos, de un estudio y diseño previos detallados.

Estructuras

En los nuevos proyectos es recomendable considerar factores como los gradientes térmicos más elevados, la protección de las cimentaciones y elementos verticales frente a arrastres de sólidos durante eventos de precipitación extraordinaria, las socavaciones y un eficiente tratamiento de las escorrentías en los elementos horizontales. Entre estos criterios de diseño, se pueden destacar:
• Revisión de los caudales de diseño para el dimensionamiento (nuevos criterios de precipitaciones punta, coeficientes de seguridad, períodos de retorno, etc.).
• Medidas adicionales de protección frente a grandes avenidas y procesos de socavación y arrastre en cimentaciones.
• Otras medidas como el drenaje superficial de tableros.
Los procesos de construcción deben seguir escrupulosamente los procedimientos constructivos propuestos con las medidas de protección necesarias para hacer frente a los fenómenos climatológicos y analizar la aparición de condiciones de contorno no previstas en el diseño, para redefinir las estructuras o incorporar nuevas medidas de protección.
En las infraestructuras existentes es imprescindible establecer un control eficiente de aquellos elementos que pueden verse afectados por los agentes atmosféricos, como son el estado de los apoyos, el estado de la fisuración de superficies y las condiciones del drenaje superficial de los elementos horizontales.
Asimismo, los efectos de arrastres y socavaciones producidas por caudales extremos sobre los elementos de apoyo deben ser vigilados, y, en caso de que existan indicios sobre posibles afecciones futuras, se deben analizar y diseñar las protecciones necesarias.
En cuanto a los estados de fisuración de las superficies de los diferentes elementos de las estructuras, es necesario revisar periódicamente si existen indicios de deterioros excesivos que puedan requerir reparaciones o tratamientos de las mismas.

Pavimentos

En el caso de los pavimentos, las afecciones ocasionadas por la variabilidad y cambio climáticos vienen en su mayoría originadas por el aumento de las precipitaciones y por la exposición a un mayor gradiente térmico, tanto en nuevos diseños como en carreteras en operación.
El correcto dimensionamiento del pavimento redunda en una mejora de la seguridad vial, en una mejor adaptación a las condiciones climáticas del entorno por el que discurre el vial y, en consecuencia, en unos menores costos durante la vida útil de la carretera por disminución sensible de las inversiones en las grandes reposiciones y un menor costo del mantenimiento ordinario.
Al igual que se ha indicado para los sistemas anteriores, los incrementos en las precipitaciones y la mayor concentración de la lluvia en períodos más cortos hacen necesario afrontar las consecuencias que se derivan de la mayor abundancia de agua en el pavimento, tanto en superficie como en las capas inferiores o de soporte.
Asimismo, se constata la mayor variación de la temperatura, que implica que las soluciones que se definan deben considerar un rango térmico mayor, con propuestas menos sensibles a un gradiente térmico más amplio.
Las soluciones de pavimentos frente a un clima cambiante pasan por:
• La disposición de un sistema drenante que garantice que las capas de soporte del pavimento funcionan en las condiciones de humedad máxima para las que fueron diseñadas, facilitando que aumente la durabilidad de las capas de pavimento, ya sean mezclas de concreto asfáltico o
hidráulico.
• El empleo de soluciones que mejoren el comportamiento de las carpetas de pavimento (hidráulicas o asfálticas), mediante el empleo de ligantes menos sensibles a estas variaciones térmicas (ligante asfáltico) y cementos de menor calor de hidratación, junto con sistemas que faciliten las transferencias de cargas entre losas en condiciones térmicas diferentes (conglomerantes hidráulicos), reducen sensiblemente los deterioros que se producen en la vida del pavimento.

(Continúa en la próxima Edición de Vial N° 127)