*Por el Ing. Ramiro Suárez Taboada, Coordinador General de Paolini Hnos. S.A.
Tramo: Los Cajones – Anguinán, sección III: Km 0+000 (Pampa de La Viuda) – Km 21+600.
Esta obra vial se desarrolla completamente en relieve montañoso, en los departamentos de Sanagasta y Chilecito, en la provincia de La Rioja.
Actualmente, para dirigirse desde la Ciudad de La Rioja hacia Chilecito y viceversa, se deben transitar más de 200 Km, por las Rutas Nacionales 38 y 74. Con el camino del cruce a través del Velazco, dicha distancia se verá disminuida a menos de la mitad, constituyendo un importante ahorro en distancia y acercando a las personas de las dos ciudades más importantes de la Provincia, mejorando y potenciando el desarrollo de las economías regionales.
Dado el entorno en el que se encuentra inmerso dicho camino, constituye además en sí mismo un atractivo turístico (Ver Figuras N° 1 y 2).
PROYECTO EJECUTIVO
ANTECEDENTES
El anteproyecto del pliego fue elaborado por la Escuela de Caminos de Montaña (EICAM). La empresa Paolini Hnos. S.A. desarrolla en colaboración de la Consultora CITIO el proyecto ejecutivo con el que actualmente se construye la obra.
PAUTAS PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO
En los caminos de montaña las dos variables más importantes son la geometría y la geotecnia. El aspecto más importante para hacer previsible un proyecto es lograr en la mayor medida posible, que las variables estén determinadas.
Iniciados los estudios preliminares de caracterización geológica se constató una extraordinaria heterogeneidad a lo largo del trazado con presencia predominante de rocas blandas, alteradas y con alto grado de meteorización. Esta arquitectura geológica, propuso el desafío de estudiar múltiples posibilidades de trazado.
Las laderas en las cuales se desarrolló la obra presentan un aspecto de \»equilibrio inestable\» previo a la intervención. Los procesos de excavación masiva necesarios para la construcción deben generar un nuevo equilibrio, estable y ajustado a los parámetros de diseño.
En tal sentido, los objetivos de estabilidad y seguridad rigen la toma de decisiones de las propuestas a analizar.
La secuencia de operaciones y procedimientos para el desarrollo del proyecto fue la siguiente:
- Relevamientos y prospecciones.
Las imágenes de las Figuras N°3 y N°4 muestran el terreno donde se desarrolla la obra (realidad virtual y fotografía). Se lograron modelos digitales utilizando drones para lograr restituciones precisas. A esto se suma películas, fotografías 2D y 3D en alta resolución que permiten a los especialistas, multidisciplinarios intervinientes, un conocimiento que complementa de forma extraordinaria las operaciones que se realizan in situ.
Se destaca que en la etapa de proyecto el eje de la traza es “orientativo” incluido en una superficie a relevar para el desarrollo del proyecto ejecutivo (1500 ha): esta superficie superó en extensión más de diez veces la superficie de la zona de camino.
Ensayos típicos: Análisis espectral, caracterización
El objetivo es determinar experimentalmente el perfil de velocidad de ondas de corte (Vs) de los suelos, mediante el método MASW (Multichannel Spectral Analysis of Surface Waves).
Los ensayos de análisis espectral de ondas superficiales permiten la determinación de la rigidez dinámica de los suelos, medida a través de la velocidad de propagación de ondas de corte Vs en función de la profundidad.
Las Figuras N°5 y N°6 muestran como ejemplo los resultados de la campaña de ensayos MASW realizados. Presentan las curvas de dispersión analíticas y las curvas de variación de la velocidad de propagación de ondas de corte en función de la profundidad en los perfiles realizados.
Estos ensayos demostraron la heterogeneidad del terreno desde el punto de vista geotécnico. Estos ensayos (que forman parte de un conjunto que incluye caracterización) permitieron determinar los ángulos de corte estable de contra taludes a lo largo del trazado.
Los ángulos de corte indicados no sólo tienen relación directa con el costo por km, sino que determinan la factibilidad en primer lugar, la estabilidad de la obra terminada y la definición de los parámetros geométricos.
El diseño se adecuó para cumplir con la totalidad de las pautas de seguridad y estabilidad, tanto en el periodo constructivo, como a lo largo de la vida útil de la obra.
- Evaluación de variantes de trazado.
En el esquema siguiente se muestra una variante en media ladera (inicial en amarillo) y definitiva con el proyecto ejecutivo (Ver Figura N° 7).
El desarrollo y evaluación de las distintas alternativas sigue el siguiente procedimiento secuencial:
Propuesta geométrica → factibilidad geotécnica → propuesta tecnológica → verificación de estabilidad → evaluación económica comparativa
El procedimiento se itera en cada una de las variantes hasta lograr una solución óptima.
En la Figura N°8 se muestra un sector particularmente complejo que requirió la evaluación de múltiples variantes.
Hacemos especial hincapié en la factibilidad desde el punto de vista geotécnico ya que en la zona donde se desarrolla la obra existen laderas con un grado de inestabilidad tan importante que se optó por la elusión de algunos sectores por donde se desarrollaba en anteproyecto. Si bien la ingeniería podría resolver el trazado en esas laderas con viaductos o túneles de gran longitud se consideró preferible desarrollar la obra por “otro” valle donde las condiciones geológicas eran mejores (Ver Figura N° 9).
Parámetros de diseño
Los parámetros de diseño adoptados para la obra son Condiciones Generales del Camino, correspondientes a la Categoría de Camino, definida por las Normas de Diseño de la Dirección Nacional de Vialidad como Categoría IV (montañosa):
• Velocidad directriz: 40 km/h (con excepciones)
• Ancho de zona de camino: 70 m (con/sin alambrados)
• Ancho normal de calzada: 6.70 m
• Radio mínimo deseable: 80 m
• Radio mínimo absoluto: 43 m
• Pendiente longitudinal máxima deseable: 6%
• Pendiente longitudinal máxima absoluta: 8%
• Peralte máximo: 6%
• Ancho de Banquinas (a cada lado): 1.25 m (mínimo)
• Pendiente transversal de banquinas: 4%
• Cuneta Lateral Triangular
• Barandas metálicas cincadas
Características de vehículo tipo:
• Vehículo tipo WB-12
• Largo de vehículo: 13.90 m
• Alto de vehículo: 4.10 m
• Ancho de vehículo: 2.40 m
ESTUDIOS EN ZONA DE TÚNELES
EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD DE TÚNELES
Esta evaluación fue realizada por prestigiosos Geólogos que concluyeron en el documento “ANEXO – EVALUACIÓN DE FACTIBILIDAD DE TÚNELES” que a continuación se describe.
“El Anteproyecto contemplaba la ejecución de cinco túneles:
• Túnel N°3: Pr. 1+465 a 1+525. Longitud: 60,00m.
• Túnel N°4: Pr. 3+470 a 3+520. Longitud: 50,00m.
• Túnel N°5: Pr. 5+680 a 5+860. Longitud: 180,00m.
• Túnel N°6: Pr. 18+315 a 18+380. Longitud: 65,00m.
• Túnel N°7: Pr. 20+040 a 20+210. Longitud: 170,00m.
Para definir la factibilidad de ejecución de túneles, se analizaron las condiciones de emplazamiento del Anteproyecto considerando la topografía real relevada con dron y las condiciones geomecánicas en cada sector.
A partir de estos estudios se llega a concluir que todos los casos presentan similares condiciones geomecánicas. A continuación, presentamos una sinopsis de las consideraciones geomecánicas aplicadas a los túneles N°3, N°4, N°5, N°6 y N°7:
• Bajos estados tensionales con velocidades de ondas compresionales Vp que muestran macizos de baja calidad con alto nivel de fracturamiento y permeabilidad.
• Débil interlocking con fuerte tendencia a inestabilidades volumétricas estructurales del macizo en clave y hastiales.
• El efecto arco del macizo rocoso se forma muy detrás del borde de gálibo de excavación favoreciendo procesos de loosening (afloramientos e inestabilidad de bloques). Excesivos espesores de corona plástica.
• Aún en condición de colocación rápida de sistemas de soporte, pueden desarrollarse inestabilidades y solicitaciones asimétricas de carga asociadas a la dirección de familias de discontinuidades.
• Los procesos de voladura contribuyen a la pérdida de interlocking en macizos con discontinuidades, generando alivio tensional.
Estas condiciones no son satisfactorias para construir los túneles, con lo cual se planteó aumentar la tapada para lograr un mayor confinamiento y mejoras geomecánicas generales.
Como resultado del análisis, bajo las nuevas condiciones de análisis, se observa lo siguiente:
• Las condiciones de inestabilidad en portales, se traslada a la nueva situación.
• Importante espesor de basamento con bajas condiciones en propiedades geomecánicas.
• Aumento considerable en la longitud de los túneles.
• Condicionamiento en el trazado planialtimétrico en el resto de la traza.
CONCLUSIONES – NECESIDAD DE NUEVA TRAZA
Esta situación implicaba ir en contra de las recomendaciones propuestas geotécnicas y de mecánica de rocas, las cuales básicamente consistían en elevar la rasante para ir en zonas cercanas a la cresta para evitar los problemas de estabilidad en la media ladera.
Ante esta situación se optó por evitar la construcción de los túneles modificando la traza en estudio.
En la Figura N° 10, se muestra, ejemplificado el caso del Túnel N°5 la situación si se bajaría la cota de túnel 25 metros (2.5 diámetros equivalentes) para poder contar con tres diámetros equivalente de tapada de macizo competente; sin embargo, ésta disminuye rápidamente hacia los portales, quedando ambos en ambiente de macizo de tapada menos competente.
Apertura del trazado: definición de técnicas constructivas y equipos.
A modo de ejemplo, la Figura N°11 muestra “triángulos excavados” cuya altura es proporcional al ángulo de inclinación de la ladera.
La excavación en media ladera, con pendientes transversales mayores a 45º solo es posible ejecutando previamente caminos auxiliares que representan una obra previa complementaria “invisible” en la cual se generan los mayores riesgos y, por ende, las máximas exigencias de seguridad.
Luego de la realización de los caminos de acceso con retroexcavadoras se comienza con las perforaciones de acuerdo a las geometrías de diseño procediendo a las voladuras correspondientes que se retiran luego con topadoras y retroexcavadoras.
Los equipos principales utilizados son:
• Topadores frontales CAT D8T;
• Retroexcavadoras CAT 336 y CAT 345;
• Perforadoras Tamrock Ranger 500;
• Cargadoras frontales CAT 966
• Camiones fuera de ruta VOLVO A30F
MUROS DE SOSTENIMIENTO EN MEDIA LADERA
El sector de mayor dificultad del trazado se encuentra entre las progresivas 12+750 a 14+400. El terreno tiene pendientes naturales transversales al eje mayores a 47º, mientras que las pendientes de corte de contratalud que cumplen con los factores de seguridad admisibles son menores a 47º. En otras palabras: para ejecutar los cortes de forma segura es necesario utilizar tecnologías “adicionales” a excavaciones escarificables o con voladura (Ver Figura N° 12).
Resulta necesario minimizar la alteración del macizo rocoso evitando cortes que superen los 30m de altura. Los cortes de gran altura generan una amplia superficie expuesta y consecuentemente, un mayor riesgo de derrumbes y procesos de inestabilidad tanto durante la construcción como en la vida útil de la ruta.
El conjunto de soluciones adicionales a las excavaciones necesarias para lograr condiciones estables en el sector está constituido por:
• Muros de mallas de alambre
• Muros de hormigón armado
• Muros Prefabricados y con voladizo
OBRAS DE PROTECCIÓN DE LADERAS
Se suma a la pendiente transversal mayor a 47º dos circunstancias que agravan la situación.
a. Se observan derrumbes “naturales”.
b. Los plegamientos en sentido longitudinal son “profundos”, lo que condiciona el trazado en planta por la dificultad para equilibrar zonas de excavaciones y terraplenes con parámetros de diseño exigibles.
La ladera tiene diferentes tipologías de procesos y aspectos geotécnicos. Es una sucesión de zonas de valles con material suelto que alterna con dorsales formadas con roca de mala calidad. El tramo es tan complejo que se limitaron algunos parámetros de diseño.
Se redujeron los radios mínimos en tres curvas horizontales a 30 m (con peralte máximo del 4%, dadas las restricciones longitudinales para el desarrollo completo del peralte) fijando una velocidad de diseño de 30km/h.
ITEMS PRINCIPALES DEL CONTRATO
• Acondicionamiento del terreno.
• Excavación no clasificada.
• Excavación en roca con voladura.
• Terraplén con compactación especial.
• Pedraplenes y terraplenes.
• Construcción de obras de arte menores.
• Construcción de obras de arte mayores: muros de sostenimiento.
• Construcción de base granular imprimada de ancho y espesor variables.
• Construcción de subbase granular de ancho y espesor variables.
• Construcción de banquinas granulares.
• Construcción de carpeta de 4 cm de espesor y 6,70 m de ancho.
• Colocación de baranda para defensa.
• Defensas con bolsas de alambre para protección de socavaciones.
• Revestimientos para protección de socavaciones en la salida de alcantarillas.
• Demarcación horizontal.
• Señalización vertical.
CONCLUSIONES
Como se mencionó anteriormente, el desarrollo del proyecto ejecutivo planteó un desafío muy importante para los profesionales involucrados. Las soluciones propuestas debieron satisfacer los requerimientos técnicos, geométricos, ambientales, geológicos, hidráulicos, estructurales, ambientales, de seguridad y otros.
El estudio de múltiples alternativas fue fundamental para lograr minimizar las intervenciones en las laderas inestables en la medida que fuera posible y permitió lograr la mejor alternativa desde el punto de vista técnico y económico.
Se destaca la participación de profesionales de múltiples especialidades de las ramas de la geología, geotécnia, topografía, ingeniería, hidráulica, estructural y otras.
