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 II.
Geotecnia y taludes
1.- Estudio geotécnico: sería recomendable que las normativas y manuales detallen los procedimientos de cálculo y las posibles soluciones de refuerzo y estabilización de los taludes de corte y relleno, con el objetivo de asegurar su mejor comportamiento frente los distintos procesos de inestabilidad (deslizamientos por rotura global, erosión superficial, desprendimientos, etc.). En la realidad de los proyectos en la Región, es en esta unidad de obra donde se han identificado elevadas patologías, y sin embargo las normativas y manuales le dedican poca atención a asegurar que el diseño sea el más adecuado.
2.- Limitaciones constructivas: por lo general no se establecen recomendaciones en cuanto a limitaciones de diseño por altura de taludes en cortes y rellenos, así como medidas para su mitigación/reducción. Algunos países como México están estudiando estas medidas para incluirlas en futuras actualizaciones de su normativa.
3.- Recomendaciones constructivas: los métodos y recomendaciones generalmente se encuentran como parte de las especificaciones técnicas particulares de cada proyecto; no obstante, es importante incluir también en las normativas soluciones habituales para el refuerzo, estabilización o medidas de protección de los taludes de corte, tales como empleo de anclajes, bulones, tendido de taludes, construcción de muros, colocación de bermas intermedias, concreto proyectado, mejora del drenaje y soluciones de bioingeniería. Asimismo, no se establecen métodos para la estabilidad de taludes de rellenos, tales como directrices de aceptación/rechazo de materiales, sistemas de drenaje y soluciones de bioingeniería. Se echa en falta una insistencia mayor en la importancia de caracterizar bien los materiales a emplear en los rellenos y definir la adecuada puesta en obra.
4.- Buenas prácticas: en términos generales, no hay criterios y buenas prácticas que propongan alternativas constructivas al corte de taludes en función de la orografía, tales como el estudio de desplazamientos del eje en planta entramos de media ladera (e incorporación de muros en el lado del relleno) o el establecimiento de criterios para establecer falsos túneles o viaductos.
HIDROLOGÍA Y DRENAJE
HIDROLOGÍA:
1.- Toma de datos históricos pluviométricos: los manuales y normativas analizados disponen de poca información en cuanto a los métodos para obtener bases de datos climatológicos fiables y actualizados. Sin información adecuada de los datos principales de partida, se estará incurriendo en indefiniciones recurrentes a la hora de diseñar elementos de las infraestructuras viales:
✓ Con carácter general, los datos se toman directamente de las instituciones encargadas de generar información hidrometeorológica actualizada; sería recomendable que los manuales incluyeran la indicación expresa de las fuentes de información correctas para su obtención.
✓ A este respecto, manuales analizados remiten, en determinados casos, a los servicios de meteorología del país, reconociendo la falta o escasez de bases de datos completas (por ejemplo, Bolivia y los registros de precipitación del Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología – SENAMHI).
✓ En otros casos se incluyen tablas con registros pluviométricos hasta la fecha de edición del manual (por ejemplo, el Manual de Colombia 2009), y, por tanto, desactualizados.
2.- Efecto de la variabilidad y el cambio climáticos: el punto anterior se agrava con el hecho de que no existen referencias en los manuales a los cambios que se han venido experimentando por efecto de fenómenos como El Niño y La Niña (sólo se han identificado referencias someras en los manuales de Perú).
La planificación y el diseño de las carreteras no pueden continuar realizándose ateniendo tan solo a las prácticas habituales de ingeniería y a los datos históricos existentes. En este contexto, los métodos de obtención de precipitaciones máximas deben ser adaptativos a nuevos rangos (nuevas puntas de precipitaciones excepcionales, intensidades, tiempos de tormentas, por ejemplo). Estos
cambios de variables deben ser tenidos en consideración e incorporados de forma ágil y sistemática en los cálculos de partida.
3.- Mapas/Datos particularizados: en cuanto al resto de datos hidrológicos fundamentales, se ha observado en los manuales una falta de definición y particularización para cada país y sus regiones: no se incluyen mapas de torrencialidad, grupos hidrológicos del suelo, regiones umbral de escorrentía, mapas de isolíneas y máximas lluvias diarias, etc., o con frecuencia, dichos datos están desac tualizados.
Estos mapas pueden generarse para cada proyecto en particular, siendo preferibles los mapas detallados a los mapas nacionales. No obstante, es importante disponer de proyecciones y datos globales en los manuales que sirvan como punto de partida y de contraste con los estudios particulares de detalle.
4.- Microcuencas: en general, no hay en los manuales una diferenciación y caracterización de cuencas y microcuencas, ni diferenciaciones en las metodologías de cálculo y medidas a tomar para cada caso. Si bien existen algunas excepciones en las que sí se consideran las microcuencas como elemento diferenciador; se puede tomar como ejemplo los análisis específicos de microcuencas en la normativa de Bolivia, con métodos de división de cuencas en microcuencas, y consideraciones en la aplicación del método convencional para este tipo particular de cuencas (cálculo de hietogramas, cálculos de factores de pendiente, factores de área y factores de tipo de suelo).
5.- Períodos de retorno: en la mayoría de las normativas, los Períodos de Retorno considerados para el diseño de elementos de drenaje se encuentran en intervalos inferiores a 100 años (con excepción de Bolivia, que considera hasta 300 años):
✓ Se deben revisar estos máximos, a fin de asumir nuevos estándares de riesgo a lo largo de la vida útil. De hecho, se están realizando actualmente cambios en países como Nicaragua o México.
✓ Se recomienda evitar el empleo sistemático de datos de tablas fijas de períodos de retorno, que tienden a enfocar el dimensionamiento de forma excesivamente rígida. Es preferible realizar valoraciones particularizadas para cada proyecto e infraestructura; en este contexto, son eficaces estudios preliminares evaluando los posibles daños por un infradimensionamiento del caudal de la cuenca, para la determinación, tras un análisis costo-beneficio, del período de retorno seleccionable. De este modo, se alcanza un equilibrio entre mayores costes de inversión (por mayor sobredimensionamiento o sobreequipamiento de los elementos de drenaje y por aplicación de mayores coeficientes de seguridad), frente al beneficio de no sufrir daños recurrentes a la infraestructura durante su vida útil (que incurran en mayores costes por reparaciones sistemáticas y pérdida de niveles de servicio para la economía).
✓ Es imprescindible que las bases de datos sobre las que se aplican los cálculos para la determinación del caudal del período de retorno que se seleccione estén actualizadas. De otro modo, los eventos extraordinarios no quedarán reflejados en la determinación de caudales y los caudales referenciados serán escasos al no contemplar las precipitaciones de estos eventos excepcionales.
6.- Tiempos de concentración: todos los manuales que disponen de apartados relativos a tiempos de concentración de cuencas se basan en formulaciones empíricas de otros países (fórmulas americanas como Kirpich, California Culverts o Izzard, o formulación de normas españolas basadas en parámetros geométricos, características del terreno y vegetación existente, que tienen validez para determinados tipos de cuencas en los que se desarrollaron cada una de ellas); es recomendable realizar trabajos de particularización de las fórmulas empíricas existentes y de adaptación a las cuencas de cada país o región de estudio.
Como solución alternativa, las normativas deberían incidir en la importancia de establecer cálculos hidrológicos que empleen varias metodologías de cálculo del tiempo de concentración, que sirvan de contraste y verificación de los resultados obtenidos y su grado de precisión.
DRENAJE:
1.- Drenaje transversal: por lo general, todas las normativas disponen de métodos de cálculo adecuado y completo para el dimensionamiento de obras de drenaje transversal (ODT), así como para el estudio de controles de entrada/salida. No obstante, se debe hacer hincapié en las siguientes necesidades, que a veces no quedan completamente cubiertas por normas y recomendaciones:
✓ Estos métodos se apoyan en los datos de caudales de diseño obtenidos en la fase de hidrología, por lo que se trasmiten a este punto las objeciones ya descritas en cuanto a previsibles infradimensionamientos en el método (por no considerar caudales punta excepcionales, torrencialidad u otros parámetros importantes). Para que los caudales de diseño tengan en consideración la variabilidad y cambio climáticos, será necesario que las series metodológicas empleadas en el cálculo estén actualizadas. Asimismo, el proyectista deberá evaluar si los períodos de retorno que se toman para el cálculo, reflejan en los resultados los últimos episodios excepcionales. En caso contrario, se debe evaluar la ampliación de los períodos de retorno o la duración de las tormentas y tiempos de concentración a considerar, para que los caudales pico reflejen estos sucesos extraordinarios. En base a este criterio, es posible realizar una evaluación del daño que puede ocasionarse, que, valorado adecuadamente, puede servir para elevar los períodos de retorno a considerar para el cálculo del caudal máximo.
✓ Es adecuado, como se contempla en algunos países, que se introduzcan cálculos sobre estimaciones de arrastre de sólidos en función de caudales previstos o tipología de suelos, además del análisis de la relación pendientes/caudales; también son deseables, basándose en criterios objetivos de cálculo de arrastres, medidas específicas para el control de sedimentos y arrastre de material. A este respecto, es importante que en el dimensionamiento de obras de drenaje transversal se contemplen sistemas de protección, presas de retención de sedimentos aguas arriba, areneros y cuencos decantadores, en aquellos elementos susceptibles de requerirlos.
✓ Los controles de entrada/salidas se limitan a la dinámica de fluidos y altura de lámina de agua y posibles rebases. Es frecuente que no haya estudios de detalle de elementos de protección a disponer ni de su definición geométrica (aletas, revestimientos de piedra o concreto, bajantes escalonadas, disipadores de energía, entre otros), en función de los caudales previstos, la
geometría existente y la tipología de suelos o materiales subyacentes.
2.- Drenaje superficial: por lo general, las normativas cuentan con métodos de cálculo de cunetas y su comprobación hidráulica:
✓ No obstante, se establecen cálculos para cunetas de forma aislada y no englobado dentro de un conjunto, obviando otros elementos como arquetas, colectores, o bajantes. No hay recomendaciones en cuanto a la ejecución de las terminaciones de estos elementos, puntos de vertido o incompatibilidades.
✓ Se debe hacer hincapié en las recomendaciones en el empleo o no de revestimiento de cunetas, bajantes y otros elementos; estos condicionantes tienen incidencia sobre los arrastres, erosiones, infiltraciones y otras consecuencias de los flujos de agua que se acentúan con su variabilidad y los
eventos extraordinarios.
3.- Recomendaciones tipológicas adecuadas a cada tipo de cauce: los manuales resultan en determinados casos excesivamente teóricos o tecnificados en cuanto a los métodos de dimensionamiento y de comprobación hidráulica, pero no hay consideraciones ni recomendaciones previas de tipo cualitativo para establecer elecciones correctas de la tipología de obras de drenaje en función del cauce y cuenca atravesados (de montaña, de llanura, en función del grado de definición geométrica o en función de las previsiones de arrastre de sólidos, por ejemplo).
4.- Encauzamientos: los criterios de diseño de estas normativas resultan, a su vez, excesivamente enfocados al tramo de cruce bajo la infraestructura vial, obviando posibles problemas aguas arriba y aguas abajo. La alteración de las condiciones geomorfológicas en los períodos de explotación puede traer consecuencias no deseadas en la conservación de los viales. Como medidas adicionales en estos períodos puede ser recomendable incorporar, de forma justificada, medidas constructivas globales que optimicen la capacidad hidráulica del conjunto (cauce y obras de drenaje transversal) y su interconexión con cauces principales (encau zamiento y protección de cauces, métodos de control de caudales mediante estanques de laminación); de esta manera, se pueden paliar estas alteraciones, a posteriori, de las condiciones en que se diseñaron los viales.
5.- Drenaje profundo: en determinados manuales y normativas se obvia incorporar métodos de cálculo de detalle para el dimensionamiento del drenaje profundo (caudales de infiltración según capas de pavimento, aportaciones de aguas subterránea o del corte de taludes en desmonte, dimensionamiento de zanjas o materiales).
ESTRUCTURAS
1.- Socavación: existe cierta diversidad entre unos manuales y otros en cuanto a la incorporación de estudios de dinámica fluvial y socavación en pilas y estribos de estructuras:
• En algunos casos es inexistente, o se basa en la dinámica de fluidos (agua estructura), obviando procesos de socavación.
• En otros casos, los métodos de cálculo y formulación de procesos de socavación son más o menos completos: se observan normativas con métodos de cálculo adecuados (por ejemplo, en Bolivia), con formulación de gran aplicabilidad (dependientes de variables de caudal, geometría, y materiales
de arrastre), así como otros de menor aplicabilidad por su formulación excesivamente teórica o compleja, o que obvian parámetros deter minantes (como la tipología del material de arrastre).
• Para hacer frente a las socavaciones en los cauces de los ríos, el dimensionamiento de cimentaciones debe prever esta posibilidad. El empleo de pilotajes empotrados en materiales no removibles es una buena medida para evitar efectos inesperados o imprevisibles. La remoción de materiales en el entorno de cimentaciones puede alterar las condiciones de rozamiento y de pandeo en cimentaciones profundas, siendo éstos unos factores que se deberían analizar e incorporar a la normativa.
2.- Recomendaciones constructivas: a pesar de que los métodos de cálculo de la socavación están incluidos en la normativa analizada, se produce poca o nula correlación con las medidas a tomar en función de cada escenario, así como con los criterios de elección de diferentes tipologías de cimentaciones y medidas de protección a realizar. Manuales como los de Bolivia, Honduras o Perú incorporan medidas generales de protección en cimentaciones y encauzamientos, pero no hay criterios concretos a aplicar en función de los resultados y conclusiones a obtener de los estudios y formulación de socavación previamente expuestos. Adicionalmente, se deben establecer consideraciones a tener en cuenta por el constructor durante la implantación de las estructuras, frente a la posibilidad de que se produzcan eventos extraordinarios como avenidas o variaciones bruscas de la temperatura, para evitar problemas en la ejecución (fallas en las cimbras) o efectos
perniciosos en la infraestructura (fisuraciones excesivas o flechas diferidas, entre otros). Los procesos de diseño deberían incorporar indicaciones para la adopción de estas previsiones, en consonancia con las recomendaciones y normativas.
3.- Drenaje de tableros: no hay consideraciones en los manuales relativas al correcto drenaje de tableros de estructuras, al ser una tipología concreta (sumideros, colectores, bajantes), ni las medidas de recogida en balsas de decantación previas a su vertido en cauces (como medidas de control de caudales y vertidos incontrolados o contaminados).
PAVIMENTOS
En relación al estado del arte de manuales y normativas en varios países de la Región, se ha observado que no hay documentación normativa y recomendaciones constructivas en los manuales analizados. Por tanto, este bloque admite un amplio margen de mejora:
1.- Calidad de los materiales: no se establecen criterios y recomendaciones de la calidad de los materiales en función de climas extremos: áridos, betunes, material de explanadas, etc.
2.- Alternativas para los pavimentos: no se establecen directrices para el empleo de pavimentos rígidos de concreto (como alternativa a los flexibles) en escenarios con alto gradiente térmico, ni buenas prácticas en su puesta en obra.
3.- Estudios infiltración: no se incluyen criterios concretos de mejora de capas inferiores de pavimentos de cara a su respuesta frente al agua: fisuración de pavimentos, efectos de las filtraciones en la capacidad portante y durabilidad.
