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LA “GUÍA PARA EL PROYECTO Y LA EJECUCIÓN DE MUROS DE ESCOLLERA EN OBRAS DE CARRETERA” DE LA DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS Álvaro Parrilla Alcaide y Ángel Juanco García; Servicio de Geotecnia Mercedes Lorena Gómez Álvarez; Servicio de Tecnología de Carreteras Dirección Técnica - DG de Carreteras – Ministerio de Fomento La Guía para el proyecto y la ejecución de muros de escollera en obras de carretera (2006) es un documento de divulgación tecnológica elaborado por la Direc-
ción Técnica de la Dirección General de Carreteras, que sustituye a las Recomenda- ciones para el diseño y construcción de muros de escollera en obras de carreteras ,
de 1998. Desde la publicación del último texto citado se han llevado a cabo importantes realizaciones en este campo y se han producido innovaciones en el terreno de la normativa europea, relativas a la caracterización de los materiales pétreos de uso específico en escolleras. Para la elaboración de esta Guía se ha partido de un primer borrador elaborado por el equipo redactor del documento de 1998, el Departamento de Transportes y Tecnología de Proyectos y Procesos de la ETSICCP de la Universidad de Cantabria. La redacción definitiva ha correspondido a los funcionarios de la Dirección Técnica, quienes han contado con las opiniones y experiencias de técnicos de la DGC, catedráticos y profesores de universidad y especialistas en geotecnia de empresas constructoras de ámbito nacional. La Guía se estructura en cinco capítulos y cuatro apéndices, cuyo contenido se sintetiza a continuación.
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1 CONSIDERACIONES GENERALES Las obras de escollera están constituidas por bloques pétreos, obtenidos generalmente mediante voladura, con formas más o menos prismáticas y superficies rugosas. Se pueden distinguir los siguientes tipos de escollera, en función del método de puesta en obra.
− Escollera vertida: se emplea fundamentalmente en obras marítimas y fluviales, y en ciertos casos en presas y otras aplicaciones de tipo medioambiental. En obras de carretera suele utilizarse en la construcción de mantos drenantes, en la resolución de patologías geotécnicas –deslizamientos por ejemplo– que requieren peso estabilizador en una determinada zona, como cimiento de terraplenes sobre suelos blandos, etc.
− Escollera compactada: de amplio uso en pedraplenes, presas y obras marítimas en general.
− Escollera colocada: se utiliza en encauzamientos, restauraciones fluviales y mantos de diques marítimos en talud. En obras de carretera se emplea como protección contra la erosión de entradas y salidas de obras de drenaje y de pilas y estribos de estructuras en cauces, así como en contrafuertes drenantes, taludes vistos de pedraplenes de fuerte inclinación y muros de contención o sostenimiento. Las principales ventajas de la escollera colocada en la construcción de muros, son: a) Facilidad de drenaje a través través de los intersticios entre bloques b) Facilidad de adaptación a movimientos diferenciales del terreno c)
Facilidad de integración ambiental
Se entienden por muros de escollera colocada, los constituidos por bloques de roca irregulares, de forma poliédrica, sin labrar y de gran tamaño (masa comprendida entre 300 y 3000 kg), que se colocan uno a uno mediante maquinaria específica, con funciones de contención o sostenimiento, siguiendo las recomendaciones formulados en la Guía. Se distinguen dos tipos de muro, de acuerdo con su función: a) Muros de contención de laderas y taludes en desmonte. Su función es la estabilización de terrenos, sobre los que únicamente puede actuarse incidiendo en determinados aspectos
3 b) Muros de sostenimiento de rellenos. En general el muro es una parte más de un relleno que se proyecta como obra nueva en su totalidad
Muro de contención de escollera colocada
Muro de sostenimiento de escollera colocada Se excluyen del alcance de la Guía: la escollera vertida, la compactada, las aplicaciones de la escollera colocada que no supongan su empleo exclusivo como muros en obras de carretera (diques marítimos, encauzamientos fluviales, etc., cuando sirvieran como sostenimiento de una carretera), los contrafuertes drenantes, los paramentos de revestimiento sin función estructural (encachados o pieles de es-
4 collera), los muros de bloques paralelepipédicos y los de de escollera hormigonada, así como aquéllos que, no habiéndose definido en la relación precedente, no se correspondan con los planteamientos que se exponen en dicha Guía.
2.- CRITERIOS DE PROYECTO Se formulan criterios básicos y se indica que se deben seguir, con carácter general, las recomendaciones de la Guía de cimentaciones en obras de carretera :
− La geometría de la sección tipo (muros de contención y sostenimiento) debe cumplir las condiciones que se indican en las figuras que siguen.
− Los bloques de escollera deben reunir las características del capítulo 3. − El cálculo se puede efectuar según el capítulo 4, o mediante los criterios que justifique el proyectista.
− Las prescripciones para la ejecución y el control se deben establecer de acuerdo con las recomendaciones del capítulo 5 . Terreno natural ancho, b
³ ³
2 bloques 1,5-2,0 m
b
Geotextil Linea teórica de contrainclinación
n£3
1
Cuerpo del muro
1
n
Relleno granular del trasdós
3 espesor mínimo e ³ 1m del trasdós, e
Cuneta de pie del muro
e Drenaje subterráne subterráneo o del trasdós del muro
Cimentación
³
Escollera del cuerpo del muro
1m
Escollera de la cimentación Hormigón
1
3
Sección tipo de un muro de escollera colocada con función de contención
5
Trasdós granular espeso esp esorr mín mínimo imo,, e
2 bloques ³ 1,5-2,0 m ³
ancho, b
1m
b Lámina impermeable
Coronación hormigonada
Sección de firme
Coronación + explanada*
1
n£3
Terreno natural ³
n
Cuerpo del muro de escollera
Núcleo*
Cuerpo del muro
e Cimiento
1 3 < 1,5-2,0m
Cimentación
z ³1m
Drenaje superficial del pie del muro
* Características del relleno a definir en el proyec proyecto to según PG-3 PG-3
Cimiento del relleno* 1 3
Drenaje subterráneo del trasdós del muro
Sección tipo de un muro de escollera colocada con función de sostenimiento A continuación se indican los principales aspectos a considerar en el proyecto de los elementos que componen la sección tipo de un muro de escollera: cimiento, cuerpo del muro, trasdós y elementos de drenaje.
2.1 Cimiento • La cota de cimentación presentará una profundidad mínima 1 de 1 m • El fondo de excavación se ejecutará normalmente con una contrainclinación respecto a la horizontal de valor aproximado 3H:1V.
• En general, la escollera del cimiento se debe hormigonar, pudiendo en ocasiones utilizarse recebo pétreo. El hormigonado del cimiento es necesario para poder considerar que trabaja como un elemento rígido (a priori se recomienda HM-20/B/40/A). El proyecto definirá la cota a alcanzar con el hormigón y las pendientes a dar a su superficie para evitar acumulaciones de agua, enrasando normalmente con los bordes de la excavación o elementos de drena je.
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En caso de que exista cuneta por el intradós, la profundidad se medirá a partir de su vértice.
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2.2 Cuerpo del muro • La superficie de apoyo de la primera hilada de escollera sobre la cara superior del cimiento, debe tener una inclinación hacia el trasdós en torno al 3H:1V y presentar una superficie dentada e irregular, que garantice la trabazón entre cuerpo del muro y cimentación.
• Las hiladas del cuerpo del muro mantendrán la inclinación 3H:1V hacia el trasdós.
• El paramento visto (intradós) no deberá ser más vertical que 1H:3V. • La anchura del muro, que se determinará en el cálculo, podrá ser variable con la altura y deberá: o
Permitir que en cada hilada se puedan colocar al menos dos bloques.
o
Presentar un valor mínimo de unos 2 m, que el proyecto podría rebajar justificadamente hasta 1,50 m, en muros de menos 5 m de altura.
2.3 Trasdós Las características del trasdós del muro tienen una influencia decisiva en el comportamiento del mismo y de ellas depende, en buena medida, su estabilidad. Se debe disponer un relleno de material granular en el trasdós, con un espesor mínimo de 1 m, si bien en casos excepcionales de muros de contención, el proyecto puede justificar un espesor menor, o incluso prescindir del mismo. Se pretenden las siguientes funciones:
− Materializar una transición granulométrica entre terreno natural o relleno y cuerpo del muro.
− Repartir, de modo relativamente uniforme, los empujes sobre el cuerpo del muro. Deberán buscarse valores altos del ángulo de rozamiento para el relleno de trasdós.
− Interponer una capa granular con buenas características drenantes entre el terreno o relleno y el muro.
− Dificultar la salida de material del terreno natural o relleno, a través de los huecos entre bloques de escollera.
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Entre las diversas granulometrías o entre éstas y el terreno natural, se podrán disponer en general, geotextiles con función de separación o filtro.
2.4 Elementos de drenaje En lo referente al drenaje superficial, se proyectarán medidas para evitar que el agua de escorrentía desagüe al relleno granular del trasdós o al propio muro de escollera. En lo referente al drenaje subterráneo debe evitarse la acumulación de aguas en el trasdós y cimiento del muro. Cuando sean de prever afloramientos de agua en los fondos y taludes de las explanaciones, deberán adoptarse las correspondientes medidas de drenaje de estabilización, en coordinación con el proyecto del trasdós, según lo especificado en la OC 17/2003.
2.5 Particularidades de los muros de contención Su principal condicionante es que se ejecutan sobre una ladera natural o desmonte, donde únicamente se podrán emprender ciertas actuaciones puntuales. Con frecuencia el motivo de la ejecución del muro es que dichas laderas presentan problemas de estabilidad, pretendiéndose proporcionar un nivel de contención adecuado respecto de la carretera. Con carácter general se dispondrá un trasdós granular, como materialización de la transición granulométrica entre terreno natural y escollera. No se emplearán para el trasdós, materiales procedentes de rocas que no sean estables según el PG-3. El material estará limpio y exento de materiales extraños y cumplirá las limitaciones que se indican en la tabla siguiente:
8 Características del material de trasdós, en muros de contención
PROPIEDAD Tamaño máximo Cernido por tamiz 0,080 UNE Coeficiente de uniformidad Plasticidad Contenido de materia orgánica Contenido de sales solubles incluido el yeso
NORMA
VALOR
UNE 103101 UNE 103101 UNE 103103 UNE 103104 UNE 103204 UNE 103205
Dmáx ≤ 100 mm # 0,080 mm < 5% 2 ≤ Cu ≤ 10 LL < 30 IP < 10 MO ≤ 0,2% SS ≤ 0,2%
Pueden darse casos en que la geometría del emplazamiento no permita la disposición de espacio suficiente para la ejecución del trasdós, por lo que, previa justificación del proyecto se podrá considerar su reducción de espesor, o incluso su supresión (en este caso deberán interponerse geotextiles con funciones de separación y filtro, para que se evite la migración de materiales del terreno natural hacia la escollera, no siendo posible garantizar el resto de funciones del trasdós).
2.6 Particularidades de los muros de sostenimiento En los muros de sostenimiento de escollera colocada, ésta puede considerarse como una parte de un relleno que se diseña como obra nueva en su totalidad. Hay un abanico amplio de soluciones para el diseño de la sección tipo conjunta, debiendo tenerse en cuenta:
− Las condiciones de apoyo del relleno, deben determinarse a partir de un adecuado reconocimiento, acondicionamiento y captación de las aguas del terreno natural.
− Deben establecerse transiciones granulométricas entre el muro y las distintas zonas que componen el relleno. No será admisible la eliminación del relleno de material granular del trasdós especificado para los muros de contención en ciertas ocasiones, ni su reducción r educción de espesor.
− Se estudiarán los detalles constructivos de la coronación del muro junto con el drenaje superficial de la carretera y se dispondrán medidas que impidan el vertido o desagüe de la escorrentía superficial al muro o a su trasdós.
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3 BLOQUES DE ESCOLLERA El elemento principal esta tipología de muros es el bloque de escollera, unidad básica a partir de la cual, por agregación, se construye éste. En consecuencia, sus propiedades tienen gran incidencia en el comportamiento de la obra. Los bloques de escollera deben provenir de macizos sanos, de canteras, préstamos, o de las excavaciones de la propia obra y se obtendrán mediante voladuras. Las propiedades más relevantes de los bloques se clasifican en tres grupos: geométricas, físicas y por último, químicas y de durabilidad. Para muchas de ellas se toma como referencia la norma europea UNE EN 13383 Escolleras
• Propiedades geométricas o
Granulometría
o
Forma
o
Proporción de superficies trituradas o rotas
• Requisitos físicos Densidad seca o
o
Resistencia a compresión simple
o
Integridad de los bloques
o
Resistencia a la fragmentación
• Requisitos químicos y de durabilidad o
Estabilidad química
o
Estabilidad frente a la inmersión en agua
o
Estabilidad frente a los ciclos humedad-sequedad
o
Absorción de agua
o
Resistencia a congelación y deshielo
o
Resistencia a la cristalización de las sales
o
Efecto Sonnenbrand
Los requisitos exigibles para cada una de las propiedades referidas se presentan a continuación, en forma de tabla-resumen.
10 CARACTERÍSTICAS DE LOS BLOQUES DE ESCOLLERA GRUPO DE REQUISITOS É S O M C I O E R T G
PROPIEDAD
NORMA
Granulometría
UNE EN 13383-2
Forma Proporción de superficies trituradas o rotas
UNE EN 13383-2
Densidad seca Resistencia a compresión simple, qu S O C I S Í F
D A D I L I B A R U D E D Y S O C I M Í U Q
REQUISITO HMB300/1000 HMB1000/3000 (L/E > 3) ≤ 15% Husos
UNE EN 13383-1
Bloques redondeados; RO < 5%
UNE EN 13383-2
ρd ≥ 2500 kg/m3 Valor medio de la serie, tras despreciar el mínimo; qu ≥ 80 MPa Valor mínimo de la serie, desechando los dos más bajos; qu ≥ 60 MPa Inspección visual Ensayos destructivos Ensayos no destructivos
UNE EN 1926
Series de diez (10) probetas Integridad de los bloques
UNE EN 13383-1
Resistencia a la fragmentación
UNE EN 1097-2
Estabilidad química Estabilidad frente a la inmersión en agua Estabilidad frente a los ciclos humedad-sequedad
-
Composición mineralógica estable
UNE 146510
Sin fisuración; ∆m/m ≤ 0,02
Absorción de agua
UNE EN 13383-2
was ≤ 2%
Resistencia a congelación y deshielo
UNE EN 13383-2
F ≤ 6%
Resistencia a la cristalización de las sales
UNE EN 1367-2
Sulfato de magnesio; MS ≤ 8%
Efecto Sonnenbrand
UNE EN 13383-2
Inspección visual
UNE 146511
OBSERVACIONES
LA < 35%
∆m/m ≤ 0,02
Se consideran redondeados los bloques con caras trituradas o rotas ≤ 50% El proyecto puede justificar otros valores inferiores; (∆qu ≤ 20 MPa) Series de seis (6) piezas cuyas masas no difieran entre sí, más del veinticinco por ciento (25%) Obtención de lixiviado segúnUNE EN 1744-3 Deben realizarse al menos, cuando la escollera se encuentre en una zona inundable Si was ≤ 0,5% la muestra puede considerarse resistente al hielo-deshielo − Solamente se determina si: • was ≥ 0,5% • Zona de heladas − El proyecto puede justificar hasta F ≤ 10% − No se determina si: • was ≤ 0,5% • 0,5% ≤ was ≤ 2%, y además verifique, simultáneamente: ∗ Roca sin minerales solubles ni exposición a aguas con sales disueltas ∗ Resistencia adecuada a ciclos hielodeshielo − Puede ser necesario realizar ensayos adicionales Únicamente en rocas de origen basáltico
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4 PARÁMETROS GEOMECÁNICOS Y MÉTODOS DE CÁLCULO 4.1 Parámetros geomecánicos de la escollera colocada Peso específico De los de los muros de escollera, el peso específico seco de los bloques γd, suele ser el parámetro geomecánico mejor conocido. La tabla siguiente incluye valores orientativos para algunas rocas. Peso específico seco aproximado de algunas rocas CLASIFICACIÓN
ROCA Granitos sanos
PLUTÓNICAS
(kN/m3)
26-27,5
Sienitas y monzonitas
25-27
Dioritas
25-27
Gabros y peridotitas FILONIANAS
d
29-30,5
Pórfidos
27-29
Diabasas y ofitas
29-31
Riolitas y traquitas
24,5-26
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4 PARÁMETROS GEOMECÁNICOS Y MÉTODOS DE CÁLCULO 4.1 Parámetros geomecánicos de la escollera colocada Peso específico De los de los muros de escollera, el peso específico seco de los bloques γd, suele ser el parámetro geomecánico mejor conocido. La tabla siguiente incluye valores orientativos para algunas rocas. Peso específico seco aproximado de algunas rocas CLASIFICACIÓN
ROCA Granitos sanos
PLUTÓNICAS
VOLCÁNICAS
METAMÓRFICAS
Sienitas y monzonitas
25-27
Dioritas
25-27
CARBONATADAS
29-30,5
Pórfidos
27-29
Diabasas y ofitas
29-31
Riolitas y traquitas
24,5-26
Andesitas, traquiandesitas y dacitas
23-27,5
Basaltos
27,5-30
Cuarcitas
26-26,5
Gneises
23-28
Esquistos y pizarras muy sanas
22-26
Piroxenitas y anfibolitas
28-30
Mármoles DETRÍTICAS
(kN/m3)
26-27,5
Gabros y peridotitas FILONIANAS
d
26,5-27,5
Conglomerados, pudingas y brechas muy cementados
20-27
Areniscas muy cementadas
19-29
Grauwacas
22-29
Calizas
21-28,5
Dolomías
22-28,5
Se define el peso específico aparente del muro de escollera como:
γap = γd (1 – n) donde:
γap
Peso específico aparente del muro de escollera
γd
Peso específico seco de los bloques
n
Porosidad del muro de escollera
12 En los ensayos realizados para la DGC, se han obtenido pesos específicos aparentes de la escollera 17 ≤ γap (kN/m3) ≤ 19, en función de las características de su colocación.
Porosidad Cociente entre volumen de huecos y volumen total del muro. Es función de: − Curva granulométrica del material − Tamaño relativo de los bloques frente a las dimensiones del muro − Calidad de la colocación de los bloques − Forma de los bloques − Rugosidad de los bloques Se recomienda la obtención de porosidades en los muros de escollera colocada 0,25 ≤ n ≤ 0,35, con preferencia en la mitad inferior de dicho rango.
Ángulo de rozamiento interno La mayoría de las investigaciones teóricas se basan en ensayos de laboratorio realizados con materiales de menor tamaño que los realmente puestos en obra, por lo que uno de los problemas más importantes que se plantean es el de la representatividad de dichos ensayos. Resulta habitual el empleo de criterios empíricos basados en el comportamiento real de estructuras similares, aplicándose cohesiones nulas (c = 0) y ángulos de rozamiento que dependen de:
− Porosidad: en general se ha constatado un incremento del ángulo de rozamiento interno con la disminución de la porosidad, aspecto relacionado con una cuidada ejecución del muro.
− Tensión normal: el ángulo de rozamiento interno disminuye al aumentar las tensiones normales.
− Resistencia a compresión simple de la roca: a igualdad en el resto de factores, se suelen obtener mayores valores del ángulo de rozamiento cuanto mayor es la resistencia a compresión simple de la muestra de roca, si bien únicamente hasta un cierto límite.
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− Otros factores: suponen una mejora de las características de fricción de los bloques, su rugosidad, el coeficiente de uniformidad, etc. Apenas existen referencias publicadas sobre valores del ángulo de rozamiento interno en escolleras colocadas. Se puede considerar que la colocación específica de los bloques, da lugar a mejores parámetros de resistencia al corte que si se tratara de escollera vertida. Para definir el ángulo de rozamiento interno de la escollera colocada, se parte del ángulo de rozamiento básico, que se corresponde aproximadamente aproximadamente con el de la escollera vertida, se aplica un ligero aumento asociado a las características de la escollera colocada (aspectos de ejecución) y una pequeña disminución en función de las tensiones normales: φ = φ b
+ ∆ φ e − ∆ φ n
donde:
φ
Ángulo de rozamiento interno de la escollera colocada
φb
Ángulo de rozamiento básico
∆φe
Incremento del ángulo de rozamiento por características de ejecución
∆φn
Disminución del ángulo de rozamiento por tensiones t ensiones normales
Para los bloques que se usan habitualmente en la formación de muros de escollera colocada y, en ausencia de datos más específicos, se pueden tomar como referencia, los valores φb, ∆φe (º) que se indican en la tabla siguiente. El proyectista podrá justificar la adopción de valores diferentes, no resultando recomendable que se encuentren por encima del rango propuesto.
14 Valores aproximados de φb, ∆φe (º) MATERIAL (*)
b (º)
e
(º)
Granito muy sano
40-41
1-2
Gneis
41-42
1-2
Cuarcita sana
39-40
1-2
Basalto
40-41
1-3
Riolita y andesita
41-42
1-3
Sienita y granodionta
41-42
1-3
Dolomías y calizas muy sanas
39-40
1-2
Conglomerados y brechas bien cementadas
39-41
1-2
Areniscas bien cementadas
38-39
1-2
(*) Valor medio: qu ≥ 80 MPa (desechando el valor más bajo de una serie de diez probetas) Valor mínimo: qu ≥ 60 MPa (desechando los dos valores más bajos de una serie de diez probetas) Si en el proyecto se justificara el empleo de rocas de menor resistencia, admitiéndose valores medios medios qu ≥ 60 MPa y mínimos qu ≥ 40 MPa, con los mismos criterios crit erios y series de probetas, se deberán considerar valores del ángulo de rozamiento básico, en una primera aproximación, unos 5º más bajos
El hecho de disponer la escollera colocada, en lugar de vertida, implica un efecto de incremento de su ángulo de rozamiento. Para que se pueda considerar este aumento deben cumplirse las indicaciones relativas a la ejecución del capítulo 5 de la Guía, y en particular resulta imprescindible:
− El paramento del intradós no deberá ser más vertical que el 1H:3V. − Contrainclinación de las hiladas, en general aproximadamente 3H:1V. − La sección transversal debe contar con un canto mínimo n una anchura en coronación de b
≥
≥
2 bloques y
2 m.
− Colocación de los bloques formando un entramado tridimensional que dote al conjunto de la máxima trabazón posible. Se recomienda la adopción de valores conservadores, si bien, en general se podrá tender a tomar valores altos dentro de los del rango propuesto en la tabla anterior, si se observan además los siguientes aspectos:
− Consecución de valores bajos de la porosidad del muro − Ejecución del muro por un maquinista experimentado asistido por un operario en la selección y colocación de cada bloque
− Vertido de pequeñas cantidades de hormigón de consistencia seca para aumentar el número de contactos puntuales entre bloques
15 La disminución del ángulo de rozamiento interno en función de las tensiones normales, se estima como:
⎛ σ ⎛ σ ⎞ ∆ φ n (º ) = φ n ⋅ log 10 ⎜⎜ n ⎟⎟ ≥ ⎝ p a ⎠
0
donde:
∆φn Disminución del ángulo de rozamiento interno por efecto de la presión normal que, en ningún caso podrá resultar negativo
φn
Coeficiente expresado en grados sexagesimales. Deberá adoptarse un valor φn ≥ 7º
σn
Tensión normal máxima a que se encuentra sometida la sección objeto de estudio
pa
Presión atmosférica (p a = 0,1 MPa)
Se sugiere determinar la tensión normal en la sección más desfavorable (en general, la base del muro) y obtener la disminución del ángulo de rozamiento ∆φn, en dicha sección. Este valor puede considerarse aplicable en todo el muro.
4.2 Procedimientos de cálculo La propia naturaleza del muro de escollera colocada -constituido por yuxtaposición de bloques pétreos, de formas y tamaños diferentes, que permite cierta deformación y reordenación interna de su fábrica ante esfuerzos externos-, genera singularidades, imprecisiones e incertidumbres, en lo que a la adopción de un modelo de cálculo se refiere. La rotura del muro puede producirse a cualquier altura (por cualquier superficie interior al mismo) sin que, a diferencia de otras tipologías, funcione como elemento rígido. Con carácter previo a la rotura se movilizará, únicamente la resistencia al corte a través de la superficie en cuestión, cuyas condiciones en lo tocante a materiales afectos, estado de los contactos, características de ejecución, etc., pueden ser peores que las que podrían considerarse como medias para el muro en su conjunto.
16 Además resulta muy difícil imponer en los cálculos, mediante condiciones matemáticas, cuestiones relativas a la colocación, forma, tamaño de los bloques, tipo y cantidad de contactos, etc., aspectos todos ellos de gran importancia. Así, los muros de escollera colocada, presentan importantes diferencias conceptuales respecto a los muros de fábrica convencionales, que motivan que los cálculos puedan resultar menos ajustados al comportamiento real que en estos últimos, o en cualquier caso, menos avalados por la experiencia.
Propuesta de metodología de cálculo El proyecto del muro de escollera colocada se deberá abordar en general, de acuerdo con lo expuesto en la Guía de cimentaciones en obras de carretera . No obstante, se indican a continuación algunas especificidades. Los principales modos de fallo que deben comprobarse son: deslizamiento, hundimiento, estabilidad global y estabilidad local (los tres primeros deberán abordarse según lo indicado en la Guía de cimentaciones en obras de carretera ). ). Otros modos de fallo -socavación, alteración química, etc.-, resultan difícilmente abordables a través de cálculos, debiendo evaluarse mediante comprobaciones específicas y evitarse con una adecuada selección de los materiales y aplicación de criterios constructivos que se reflejan en otros capítulos de la Guía.
Ejemplo de superficie de deslizamiento para análisis de estabilidad global
17 Se entiende como modo de fallo de estabilidad local de un muro de escollera colocada, a aquel en que la superficie de rotura corta a dicho muro, es decir que implica la rotura del mismo a una altura determinada y por tanto la movilización de sus características resistentes, dejando una parte del muro por encima de la superficie de fallo y otra por debajo. En la literatura técnica se recogen modelos de cálculo basados en el criterio de Mohr-Coulomb, considerando la escollera como material no cohesivo (c = 0), teniendo en cuenta únicamente la componente friccional de la resistencia, a través del ángulo de rozamiento. En la Guía se opta por considerar el muro como un terreno o material más, con sus correspondientes parámetros adecuados al método de cálculo y modelo de comportamiento elegido. Los parámetros del material tipo muro de escollera colocada , podrán obtenerse de la Guía 2; además deben definirse los del trasdós
(normalmente material granular) y los del resto de terrenos que intervienen, en un entorno razonablemente amplio del muro. Así, pese a sus deficiencias teóricas, debidas entre otros aspectos al tamaño relativo de los elementos individuales frente al del muro, lo más habitual resulta el análisis de la estabilidad local del muro de escollera, a través de modelos de cálculo de estabilidad de taludes, basados en las teorías del equilibrio límite. La metodología práctica de cálculo recomendada en la Guía, es la de determinar, mediante teorías de equilibrio límite, el coeficiente de seguridad de superficies de rotura que, en la parte en la que cortan al muro de escollera (y por tanto movilizan sus parámetros resistentes), tengan un ángulo de salida correspondiente al de la contrainclinación de las hiladas previsto en el proyecto, que en general será aproximadamente el 3H:1V. Las superficies de rotura que tuvieran un ángulo de salida distinto al de dicha contrainclinación, implicarían teóricamente la rotura de bloques, por lo que serían, en principio menos desfavorables.
2
Cuando se dispusiera de datos propios, se recomienda confrontarlos con el contenido de la Guía
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1 3
Ejemplo de superficies de deslizamiento para análisis de estabilidad local En consecuencia, resulta de capital importancia garantizar que en obra se materialice la contrainclinación de las hiladas prevista en el proyecto, en todas y cada una de ellas, ya que de lo contrario habría superficies con características reales más desfavorables que las previstas en los cálculos de estabilidad. Se debe analizar un número suficientemente elevado de superficies de rotura que, cumpliendo dicho condicionante geométrico, corten al muro a distintas alturas y afecten a diferentes zonas del terreno del trasdós, hasta encontrar la superficie con menor coeficiente de seguridad 3, que se tomará como coeficiente de seguridad frente al modo de fallo de estabilidad local. Se recomienda realizar un análisis de sensibilidad de la solución a ligeras variaciones de los parámetros de cálculo, en especial con los parámetros geotécnicos de los terrenos circundantes y al considerar distintos ángulos de rozamiento interno del muro, así como analizar superficies de rotura con ángulos de salida de la superficie de fallo a través del muro, inferiores a la contrainclinación de las hiladas.
3
En el caso de que la superficie de rotura más desfavorable atravesara el cimiento del muro, habría que realizar un análisis más detallado, teniendo en cuenta que los parámetros resistentes de la cimentación son superiores a los del cuerpo del muro, gracias al hormigón del cimiento.
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Hipótesis de cálculo y coeficientes de seguridad Dependerán de la combinación de acciones a considerar, obteniéndose según se especifica en la Guía de cimentaciones en obras de carretera . El valor mínimo del coeficiente de seguridad frente al modo de fallo de estabilidad local, se recomienda considerarlo igual o superior al de estabilidad global. 5 RECOMENDACIONES PARA LA EJECUCIÓN Y CONTROL DE LOS MUROS DE ESCOLLERA COLOCADA Se incluyen recomendaciones y reglas de buena práctica para la ejecución y control de los muros de escollera colocada en obras de carretera. Buena parte de las características del muro se alcanzan, además de por las de los materiales empleados, por una cuidada ejecución del mismo.
5.1 Cimentación Se comprobará que el talud o ladera esté en condiciones adecuadas: superficie regular, ausencia de salientes, afloramiento de aguas, etc. Se limpiarán los materiales extraños, se captarán las surgencias y se refinará la excavación hasta dejar superficies regulares. Se debe excavar la cimentación hasta la cota definida en el proyecto, siendo recomendable una profundidad mínima de 1 m. El fondo de excavación de la cimentación se ejecutará con una contrainclinación respecto a la horizontal de valor aproximado 3H:1V, lo que facilita la colocación de las siguientes hiladas de escollera. Una vez efectuada la excavación del cimiento, se debe colocar la escollera en su interior, hasta alcanzar aproximadamente la cota del terreno natural en el intradós. Posteriormente, se deberá proceder al vertido de hormigón de las características especificadas en el proyecto, de forma que se rellenen los huecos existentes entre los bloques de escollera -el volumen de hormigón a verter suele estar comprendido entre 275-350 l/m 3 -. El hormigonado es imprescindible para considerar el cimiento como un elemento rígido.
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Colocación de bloques en el cimiento El hormigonado del cimiento normalmente se efectúa en dos fases: en la primera se rellena la práctica totalidad del cimiento y la superficie resultante debe estar conformada por caras rugosas de bloques pétreos en la mayor proporción posible, recomendándose que sobresalgan 15-20 cm de la superficie de hormigonado, para garantizar un mejor contacto con la primera hilada de bloques del cuerpo del muro, que debe presentar una contrainclinación en torno al 3H:1V. En la segunda fase el hormigón deberá enrasar con la cota del terreno natural en el intradós y habrá de comprobarse que la superficie final no tenga puntos bajos ni constituya un lugar de acumulación de aguas, para lo que se debe dotar al plano superior del cimiento de una ligera pendiente.
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Si no hay dispositivo dispositivo de drenaje del fondo del trasd trasdós ós se debe dejar pendien pendiente te para recoger las aguas drenadas por el relleno granular del tradós
5) Escoll Escollera era 1ª hilada del cuerpo del muro 1) Excavación del trasdós del muro
6) Hormigón cimentación 2ª fase (Espesor mínimo 10 cm) Pendiente para vertido hacia el exterior del muro o cuneta
Cuneta de pie del muro
Los bloques de escollera de la cara superior de la cimentación sobre los que apoyará la primera primer a hilada del cuerpo del muro deben sobresalir un mínimo de 15 a 20 cm sobre el hormigón hormig ón de 1ª fase
4) Hormigón cimentación 1ª fase
3) Escollera de la cimentación
2) Excavación de la cimentación
Fases de ejecución de la cimentación
5.2 Cuerpo del muro En todas las fases de la construcción del muro y en particular en la ejecución del cuerpo del mismo, deberá contarse con un operario auxiliar que asista al maquinista en la selección y colocación de cada bloque, así como en la materialización de la geometría del muro: para ello deberá ir provisto de cinta métrica y escuadra con nivel. Este trabajo deberá ser revisado por medio de equipos topográficos. Durante la colocación de los bloques, el operario auxiliar comprobará que cada uno de ellos cumple las características reflejadas en la Guía, que se puedan verificar visualmente. Las piedras de escollera que conforman el cuerpo del muro se colocarán procurando su propia estabilidad y la materialización de una contrainclinación en torno al 3H:1V, lo cuál tiene una repercusión directa en la estabilidad del muro y dificulta una eventual caída de piedras tanto durante la construcción como durante su vida útil.
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Formación del cuerpo del muro Los bloques se colocarán formando un entramado tridimensional que dote al conjunto de la máxima trabazón posible. Resulta recomendable alternar orientaciones de bloques en que la dimensión mayor sea paralela al paramento con otras en que su longitud mayor esté orientada del trasdós al intradós. La sección transversal del muro debe estar constituida por bloques del mismo huso granulométrico, evitando que quede constituido transversalmente por un bloque en la cara vista, de los tamaños y características recomendados en la Guía y otros peores hacia su interior. Se tratará de evitar que los contactos entre bloques de una hilada coincidan, según secciones por planos verticales, con los de la hilada inferior, impidiendo la formación de columnas de bloques. También debe tratar de evitarse la formación de filas horizontales de bloques es decir, las sucesivas hiladas deberán buscar la máxima imbricación que sea posible con las inmediatamente superior e inferior. Además debe materializarse la contrainclinación de los bloques sobre planos normales al paramento visto.
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Entramado de bloques que evita la formación de filas y columnas En algunos casos pueden adoptarse medidas para aumentar la superficie de contacto, o mejorar el rozamiento entre superficies:
− Podrán recebarse los bloques de escollera de mayor tamaño con fragmentos de la misma procedencia obtenidos en el proceso de voladura. Los bloques deberán apoyarse unos sobre otros y nunca sobre el recebo.
− Podrán verterse pequeñas cantidades de hormigón (en proporción prácticamente despreciable en relación al volumen del muro) de consistencia seca sobre ciertos bloques, al objeto de aumentar el número de contactos puntuales y la rugosidad entre caras de piedra de escollera contiguas. Por reiteración de estos procesos, deberán colocarse las sucesivas hiladas de bloques, hasta alcanzar la coronación del muro con la geometría prevista en el proyecto. Cuando la altura del muro exceda de la que puede alcanzarse con la maquinaria disponible, puede que sea necesario tener que recurrir a la ejecución de un relleno provisional (generalmente un caballón de tierras) frente al paramento visto, que sirva como plataforma de trabajo.
24 En determinadas circunstancias concretas, puede que sea necesario recurrir con carácter puntual, al vertido de hormigón de consistencia blanda o fluida en el cuerpo del muro, cuando se desee una reducción de la porosidad, el trabajo conjunto de algunos bloques, etc. Finalmente, podrá efectuarse un recebado de los mayores huecos que se observen en la cara vista. Habrá de garantizarse una porosidad n ≥ 10% para permitir el drenaje.
5.3 Criterios básicos sobre control Los aspectos a controlar en cada muro de escollera dependerán de factores relativos a su ubicación, etapas constructivas, importancia y geometría de la obra, etc. El proyecto deberá definir dichos aspectos objeto de control durante su construcción y vida útil. La Guía incluye algunas recomendaciones de aplicación en la mayoría de los casos.
Control de los bloques de escollera Antes de iniciar la producción se reconocerá cada procedencia, préstamo o acopio de bloques, determinando su aptitud para la ejecución de las obras. Se comprobará que se cumplen los requerimientos de proyecto respecto de las propiedades que se describen en la Guía. Para ello se tomarán muestras y se realizarán los correspondientes ensayos, según lo estipulado en la misma. Dichos ensayos deberán repetirse si existe un cambio importante en la naturaleza de la roca o en las condiciones de extracción. Adicionalmente, por cada 20000 m 3 de producción, se efectuarán los siguientes ensayos: -
Distribución de masas
-
Porcentaje de componentes de escollera con relación: L/E > 3
-
Determinación de proporción de superficies trituradas o rotas Se examinará la descarga al acopio o en el tajo, desechando los materiales
que, a simple vista no sean aceptables. Se debe tratar de evitar, en todas las fases de manipulación de la piedra, la rotura de sus aristas. Durante la ejecución del muro,
25 puesto que los bloques de escollera se seleccionan y colocan uno a uno, el operario auxiliar comprobará visualmente que los bloques cumplen los requisitos geométricos de tamaño, forma y proporción de superficies trituradas o rotas.
Control de ejecución Comprenderá cuando menos: − Control de procedimiento: Debe verificarse la correcta colocación de cada uno de los bloques, tratando de obtener la máxima trabazón entre ellos y el mínimo volumen de huecos posible.
− Control geométrico: Deberán materializarse bases topográficas que permitan llevar a cabo el control del muro durante la construcción. Particularmente importante resulta el control topográfico de la alineación e inclinación. El operario auxiliar comprobará en cada hilada, por medio de cinta métrica y escuadra con nivel, la inclinación del intradós, el espesor, la contrainclinación de las hiladas y su correcto apoyo.
Referencias geométricas para ayuda del maquinista
Auscultación Cuando se considere necesaria la auscultación de una obra, deberá elaborarse un plan específico, siguiendo las recomendaciones de la Guía de cimentaciones en obras de carretera , que podrán servir como punto de partida.
26 Se recomienda efectuar un seguimiento topográfico periódico, al menos de la coronación. Para ello, puede resultar adecuada la materialización de una superficie plana en la misma, preferiblemente de hormigón, sobre la que ubicar las correspondientes referencias topográficas. En ciertos casos, también puede resultar conveniente el seguimiento topográfico de referencias dispuestas al pie o sobre el paramento visto del muro.
6 APÉNDICES La Guía incluye cuatro apéndices, de los cuáles van a describirse someramente los más relevantes: -
Apéndice 1: Principales características de la maquinaria y rendimientos para la construcción de muros de escollera
-
Apéndice 2: Escala de meteorización de las rocas (ISRM)
-
Apéndice 3: Algunos estudios sobre escolleras vertidas y compactadas
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Apéndice 4: Normas UNE y bibliografía
6.1.- Principales características de la maquinaria y rendimientos para la construcción de muros de escollera La máquina más adecuada para la ejecución de un muro de escollera colocada, resulta normalmente la excavadora de orugas con equipo retro-excavador con cuchara o pinzas y potencia mínima de 115 kW. Cuando se utilicen pinzas, las más adecuadas son las llamadas de demolición o de escollera, que se acoplan al balancín de la excavadora. En caso de utilizar cazo, la capacidad de éste deberá ser de aproximadamente 1,5 m 3.
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Excavadora con cazo
Pinzas de escollera El ciclo básico de colocación de un bloque de escollera en el cuerpo del muro se compone de:
− Colocación de la piedra dentro del cazo o captura de la misma con las pinzas − Maniobra con la piedra cargada − Descarga de la piedra sobre el paramento del muro − Posicionamiento correcto de la piedra en el muro − Regreso al acopio de piedras de escollera
28 El rendimiento en la construcción de muros de escollera depende de tres factores fundamentales:
− Tamaño y forma de los bloques de escollera − Potencia de la máquina y capacidad del cazo o pinza − Duración del ciclo básico y habilidad del maquinista En la figura que sigue se recogen, a título orientativo, los rendimientos medios que suelen obtenerse en la ejecución de muros de escollera colocada, obtenidos a partir de diversas observaciones in situ. A los valores obtenidos de la figura se les pueden aplicar coeficientes de corrección, en función de la habilidad del palista, forma de la escollera y útil de colocación. Además existen otros factores difíciles de evaluar a priori, como topografía, climatología, etc.
Rendimiento 40 (t/hora) 35 30 25 20 15 10 5 0 0
10
20
30
40
Distancia al acopio (m)
Rendimientos medios en la construcción de muros de escollera colocada
6.2 Algunos estudios sobre escolleras vertidas y compactadas En este apéndice se pasa revista a algunos de los principales estudios disponibles sobre porosidad y ángulo de rozamiento interno, tanto en escolleras vertidas, como compactadas, e incluso en pedraplenes. La mayoría de los datos proceden de la literatura técnica sobre presas, obras fluviales y marítimas.
