CARGA QUE DEBE TRANSMITIR LA CIMENTACIÓN SISMO RESISTENTE AL TERRENO

Cuando se habla de cimentaciones se habla también de la parte más importante de una construcción y a la cual no debe ahorrarse ni materiales ni cuidados, pues a su deficiencia se deben siempre las grietas producidas al recibir una cimentación una carga superior a su capacidad resistente. Es un grave error reducir, por economía, las dimensiones, calidad y proporciones de los materiales a emplear en las fundaciones por cuanto será muy costoso pretender subsanar los defectos originados por estas deficiencias, lo cual no se logrará sin recurrir al refuerzo de los cimientos construídos defectuosamente, con el consiguiente incremento del costo original de la estructura.

La función de una cimentación ante un sismo es brindar al edificio una base rigida y capaz de trasmitir al suelo las acciones que se generan por la interacción entre los movimientos del suelo y de la estructura, sin que se produzcan fallas o deformaciones excesivas en el terreno.

De una fundación correcta depende el éxito de una estructura.  La cimentación de un edificio debe cumplir con:

                          Trasmitir al terreno las cargas estáticas.
                          Trasmitir las cargas dinámicas.
                          Dimensiones ajustadas a la capacidad de resistencia del suelo en el tiempo.
                          Que los asentamientos no superen los límites admisibles.
                          Prevenir los asentamientos por sobreconsolidación.
                          Prevenir la licuefacción del suelo en caso de sismos.

Trabajar en conjunto, limitando los desplazamientos diferenciales, horizontales y verticales, entre los apoyos.

Cuando es factible elegir el sitio donde se ubicará el edificio, es conveniente un lugar de terreno firme, libre de problemas de las amplificaciones locales del movimiento del terreno que suelen presentarse en los terrenos blandos, y de asentamientos excesivos y pérdida de capacidad de apoyo que ocurre en alguna arenas poco compactas con un sismo.

CIMENTACIONES EN OBRAS DE CARRETERAS - SOLUCIÓN DE PATOLOGÍAS

Las cimentaciones en obras de carretera son en general susceptibles a una serie de fallos típicos que deben evitarse «a priori», mediante las disposiciones convenientes. A pesar de acentuarse el carácter preventivo, tanto durante el proyecto como durante la construcción, siempre será posible que, por algún imprevisto, ocurra algún caso patológico que haya que resolver.

En esta parte de esta Guía se formulan algunas recomendaciones específicas relacionadas con los procedimientos que conviene usar en la solución de algunas de las patologías más frecuentes.

1. RECOMENDACIONES COMUNES
Independientemente del tipo de patología, existen una serie de aspectos comunes cuya consideración se recomienda. Son los siguientes:

1.1. Determinación de casos patológicos
A efectos de esta Guía se entiende como «patología», aquella situación que o bien no resulta admisible en el momento actual, o bien conduce a un pronóstico inadmisible en un futuro próximo dentro de la vida útil de la obra.

Los síntomas patológicos en cimentaciones de obras de carretera suelen ser:

• Agrietamientos, ya sea del terreno, del firme, de los elementos estructurales de puentes, pasos inferiores, caños, etc.
• Movimientos excesivos, inadmisibles por razones de tráfico y/o estéticas.
• Riesgos teóricos, basados en cálculos u otro tipo de procedimientos de análisis, que conducen a un pronóstico de probabilidades de rotura o deformación excesiva, mayores que las admisibles.
• Deterioro del hormigón en contacto con el terreno. Agresiones químicas.
• Socavones, erosiones y descalces.

En ocasiones, la existencia de un caso patológico puede resultar evidente, si bien, en otras circunstancias, puede no resultar claro si es preciso mejorar las condiciones de la obra (caso patológico), o si es razonable mantenerla sin actuaciones específicas de mejora. Los criterios de seguridad y de movimientos admisibles que se recomiendan en esta Guía pueden ayudar al ingeniero a decidir sobre la necesidad o no de actuar en un determinado caso concreto.

1.2. Investigación de patologías
Cuando pueda suponerse la existencia de una situación patológica, se debe proceder al estudio de la misma. Para ello es preciso, en general, lo siguiente:

• Toma de datos de campo suficientemente precisos para la correcta descripción de la patología en cuestión.
• En ciertas ocasiones, realización de mapas de daños.
• Recopilación de información básica de utilidad: antecedentes, topografía, planos, lluvias, etc.
• Caracterización geológica y geotécnica del terreno involucrado en la patología, lo que requerirá generalmente la realización de una serie de prospecciones, que completen la información del proyecto y de la construcción.
• Análisis del problema y conclusiones sobre las causas de la patología, y su posible evolución.

1.3. Estudio de soluciones
La mejora de la situación de un caso patológico puede conseguirse normalmente por más de un procedimiento. Es recomendable analizar cada uno de ellos, tratando de evaluar ventajas e inconvenientes al compararlos entre sí. Para ello, debe realizarse un estudio de cada una de las posibles soluciones que, aunque no desarrolle todos sus detalles, permita una comparación rigurosa y objetiva, y facilite la decisión a adoptar.

En los apartados que siguen se enumeran algunas de las patologías más frecuentes y se indican algunos procedimientos de reparación que deben considerarse al realizar el estudio comparativo de soluciones alternativas.

1.4. Proyecto de la solución
El proyecto de la solución que resulte más conveniente debe realizarse siguiendo las mismas pautas generales que rigen los proyectos, aunque conviene tener en cuenta, en su caso, la singularidad de contar con un mejor conocimiento de la obra ya construida y del terreno, puesto que generalmente existirá un reconocimiento complementario necesario para investigar las causas de la situación patológica, según se ha indicado en 1.2.

Cuando la patología en cuestión esté dominada por las características del terreno, y se hayan efectuado los correspondientes reconocimientos geotécnicos específicos según se determina en 8.2.1.2, que permitan una caracterización del mismo considerablemente mejor que la existente cuando se procedió a la redacción del

Proyecto de la obra preexistente, a criterio del Proyectista, será posible reducir los coeficientes de seguridad especificados en esta Guía según se determine en cada caso concreto, a la luz de la mejora de la información geotécnica obtenida con dichos reconocimientos.

Para situaciones normales, y previa justificación expresa de la mejora de la calidad de la información geotécnica obtenida, el Proyectista podrá determinar, en su caso, una reducción de los valores de los coeficientes de seguridad, en principio no mayor que de un 5 a un 10% de los primitivos, no recomendándose en ningún caso llegar hasta valores considerados como reducidos según el criterio de esta Guía, cuando las situaciones a considerar deban calificarse como normales.

No se recomienda reducción alguna del coeficiente de seguridad cuando las obras hubieran sido calculadas inicialmente con coeficiente de seguridad reducido según se especifica anteriormente de esta Guía.

En los epígrafes que siguen, se formulan algunas recomendaciones más específicas para al- gunas de las patologías de más frecuente aparición.

1.5. Observación del comportamiento
Resulta imprescindible observar la evolución de los síntomas patológicos durante las obras de reparación y después, durante la explotación de la obra reparada.

La auscultación necesaria en su caso para llevar a cabo dicho seguimiento debe definirse en el proyecto de reparación, instalarse al comienzo de dichas obras (antes puede existir cierta auscultación necesaria para investigar las causas de la patología) y controlarse hasta confirmar que el caso queda resuelto.

En los epígrafes 2 a 7 se incluyen otras recomendaciones relativas al aspecto de referencia.

2. DESLIZAMIENTO DE TERRAPLENES POR FALLO DEL CIMIENTO
El deslizamiento de un terraplén por su base de apoyo puede ocurrir durante la construcción (situación más frecuente) o después de ésta, con la carretera en servicio.

El deslizamiento del terraplén puede provocar grietas y movimientos que impidan la circulación o bien puede provocar únicamente ligeros agrietamientos y asientos que, aunque sea de manera limitada, permitan aún el tráfico.

2.1. Investigación previa
Ante los primeros indicios de rotura de un terraplén debe abordarse la investigación de la situación. No se debe iniciar en general una solución, sin conocer con cierto detalle las causas y el mecanismo del deslizamiento.

Los métodos que se recomiendan para investigar el deslizamiento son similares a los ya descritos para los reconocimientos geológico-geotécnicos generales, en la Parte 3 de esta Guía, es decir:

• Cartografía geológica detallada de la zona.
• Reconocimiento geotécnico.
• Información hidrogeológica local: censo de fuentes o afloramientos de agua y definición de los niveles piezométricos. Puede ser necesario realizar sondeos, como más adelante se indica.
• Topografía y planos de construcción originales, antes del movimiento.
• Topografía de detalle de la zona movida. A modo de ejemplo, se sugiere levantar una planta taquimétrica, a escala E = 1/200 con curvas de nivel cada 50 cm. En algunos casos puede ser conveniente incluso un detalle mayor y, por contra, en algunos corrimientos de grandes dimensiones bastará con datos topográficos a escala E = 1/1.000, por ejemplo.

2.2. Estudio previo del movimiento
La información general disponible proveniente del Proyecto, por ejemplo, y la información previa específica obtenida al efecto según se determina en 8.2.2.1 debe ser suficiente para realizar un estudio preliminar que permita evaluar en primera instancia, los siguientes aspectos de interés:

• Límites, en planta, de la zona movida.
• Perfiles transversales más representativos del deslizamiento. Para ello será necesario postular cierta profundidad de la superficie (o superficies) de rotura que se comprobarán más adelante.
• Estudio previo de resistencias del terreno, y régimen de presiones intersticiales que han conducido a la rotura del terraplén. Este aspecto requerirá realizar cálculos de estabilidad con distintas combinaciones de parámetros, de manera que el coeficiente de seguridad re- sultante sea igual (o muy próximo) a la unidad.

En ocasiones, cuando las causas de la rotura sean suficientemente claras y no existan dudas sobre el mecanismo (extensión del deslizamiento en planta, y situación en profundidad de la superficie de rotura), ni sobre las causas del deslizamiento, se podría proceder a definir una solución.

En el caso más general, cuando dichos extremos no resulten totalmente claros, es preciso realizar una investigación de detalle.

2.3. Investigación de detalle y auscultación
Nunca debe abordarse una investigación de detalle en una zona de deslizamiento, sin antes haber dado los pasos que se recomiendan en los epígrafes 2.1 y 2.2 de esta Guía.

La mejor investigación de detalle consiste en la realización de sondeos que atraviesen la línea de rotura, para poder tomar muestras (incluso de la misma), y ensayarlas después en laboratorio.

Esta tarea requiere una ejecución de los sondeos muy cuidada, pero no por ello debe omitirse cuando no exista otro método para conocer la ubicación de la línea de rotura, y las características del terreno a través del cual se produce el deslizamiento.

Los sondeos de reconocimiento pueden aprovecharse para colocar auscultación. Los elementos más interesantes para auscultar los deslizamientos son:

• Referencias topográficas: Preferiblemente, deben ser bases de colimación (medida de desplazamientos horizontales según direcciones transversales a algunas alineaciones de interés) y las bases de nivelación (que pueden coincidir con las anteriores). Cuando no se requiera gran precisión, puede disponerse un sistema sencillo de bases de replanteo. Una adecuada precisión del sistema de observación puede acortar notablemente el período necesario para la obtención de conclusiones.

• Piezómetros: La mejor información puede obtenerse mediante piezómetros puntuales (usual-mente con sensores de cuerda vibrante). En casos muy sencillos puede ser suficiente con piezómetros abiertos.
• Inclinómetros: Estos equipos permiten ubicar con bastante precisión la situación de la línea de rotura cuando se instalan en zonas donde aún existe movimiento remanente, siempre que su fondo se encuentre claramente bajo dicha línea. Su duración temporal es limitada, pues los desplazamientos normales a su eje pueden dejarlos fuera de servicio, bien porque debido a su curvatura en algún punto, no permiten la entrada del torpedo de lectura, o bien por la propia ruina estructural de la entubación. Es por todo ello que deben instalarse tuberías inclinométricas suficientemente profundas, resistentes a los esfuerzos de corte, y de diámetro interior lo más amplio posible, siempre que sean de esperar movimientos importantes después de su instalación.

Dependiendo de los casos, puede ser conveniente alguna otra medida de auscultación específica. Por el contrario, en algunos deslizamientos estabilizados que se encuentren en reposo, la auscultación de movimientos, puede no ser ya relevante.

Con la información obtenida mediante ensayos de laboratorio (identificación y resistencia), y mediante la auscultación, debe profundizarse en el estudio del corrimiento, detallando su geometría y analizando las causas que lo motivaron.

2.4. Proyecto de solución
Las soluciones de los deslizamientos de los terraplenes pueden ser muy variadas dependiendo de los detalles particulares en cada caso. Entre las soluciones posibles, a continuación se citan algunas de uso frecuente:

• Eliminación del terraplén y del cimiento en su caso hasta atravesar la superficie de rotura, preparación del nuevo cimiento con los abancalamientos y las obras de drenaje correspondientes, y reconstrucción del terraplén. Es una de las soluciones más habituales (véase figura 8.9.a).

• Drenaje de la zona movida, tanto superficial, desviando las escorrentías fuera de las zonas agrietadas, como profundo. Por lo general esta solución resulta bastante eficaz en corrimientos de grandes dimensiones y en los que las presiones de agua son uno de los principales agentes desencadenantes.
• Obras de contención: En ocasiones, particularmente cuando el movimiento no está plenamente desarrollado, se utilizan obras de contención para de detener los movimientos (véase figura 8.9.b). Entre las obras de contención más habituales, deben destacarse los elementos siguientes:
• — Muros flexibles (escolleras, otros materiales granulares, gaviones, etc.).
• — Muros rígidos (escolleras hormigonadas, muros de hormigón armado o en masa, etc.).
• — Anclajes que normalmente se usan en combinación con muros, como elementos transmisores de la carga.
• — Pilotes y/o micropilotes –normalmente en alineaciones, o con otras disposiciones típicas en planta- que pueden actuar conjuntamente con otros elementos (anclajes en las cabezas de los pilotes por ejemplo), que mejoren su eficacia.
• Jet-grouting atravesando la línea de rotura o tratamientos del terreno similares (inyecciones armadas, claveteado).
• Ciertas combinaciones de las técnicas enumeradas previamente.
• Sustitución del terraplén por un viaducto. Suele usarse en el caso de grandes deslizamientos difíciles de reparar por otros medios.

FIGURA 8.9. EJEMPLOS DE POSIBLES ACTUACIONES FRENTE AL DESLIZAMIENTO DE UN TERRAPLÉN
NOTA: Sólo se indican algunas opciones especificadas en el texto.

El coeficiente de seguridad global del terraplén en el momento de la rotura podrá suponerse igual a la unidad. Esta hipótesis, junto con los datos obtenidos en los reconocimientos, debe permitir una estimación de los parámetros resistentes del terreno, y de las condiciones de presión intersticial en el momento de la rotura. Permitirá también estimar el coeficiente de seguridad correspondiente a la situación posterior a las obras de reparación.

Debe considerarse, de forma explícita, el procedimiento de auscultación que se disponga para continuar el control del movimiento durante cierto tiempo después (a estipular en el propio Proyecto), una vez concluidas las obras de corrección.

2.3. FALLOS DEL CIMIENTO EN MUROS DE CONTENCIÓN
Las estructuras de contención de tierras pueden fallar entre otras causas, por motivos estructurales (agotamiento estructural de alguna sección resistente crítica), o por falta de capacidad de soporte del cimiento. Existen también otros posibles motivos de fallo.

Cuando la rotura se produce en el cimiento, la situación debe tratarse siguiendo los pasos ge-
nerales indicados en 8.2.1, a los que deben añadirse los siguientes aspectos y consideraciones:

3.1. Investigación previa
Debe consistir en la recopilación de la información existente (Proyecto, por ejemplo), y en una revisión y ampliación local de las características geológico-geotécnicas e hidrogeológicas de la zona del cimiento del muro. Puede ser conveniente elaborar una topografía de detalle.

3.2. Estudio previo de las causas de fallo
Con la información anteriormente obtenida se debe intentar una explicación del fallo, y sobre todo, desvelar si se trata de un hundimiento o un vuelco del muro, o si se trata de un deslizamien- to a lo largo de su base de apoyo.

Este paso conllevará, normalmente, la revisión crítica de los cálculos del Proyecto, reevaluan- do los empujes estimados sobre el muro. Si el modo de fallo fuera de «estabilidad global» segúnlíneas de rotura que engloban al muro completo, a su trasdosado y a la cimentación, el problema puede abordarse como se ha indicado en el epígrafe 2 para el caso de los terraplenes. En esta etapa debe decirse si la información existente es suficiente, o si se requiere mayor detalle sobre algún aspecto.

3.3. Investigación de detalle
Las investigaciones de detalle pueden omitirse, cuando las causas de la rotura resultan totalmente claras, y cuando el procedimiento de reparación que se piensa adoptar no es sensible a los detalles del mecanismo de  rotura.

En general, siempre es recomendable realizar ciertas comprobaciones «in situ» acerca de los detalles de mayor interés. Los procedimientos de reconocimiento mediante sondeos, toma de muestras y ensayos de laboratorio, deben complementarse con observaciones de campo. Entre estas últimas conviene destacar la determinación de niveles freáticos (en ocasiones puede ser necesario instrumentar el cimiento con piezómetros) y el control de movimientos del muro (si el fallo está aún en progreso, o sólo se ha manifestado de modo incipiente).

3.4. Proyecto de solución
Las soluciones de las patologías de los cimientos de los muros son muy variadas dependiendo de las causas que las hayan motivado. En lo que sigue se enumeran las dos formas de corrección (véase figura 8.10) que se consideran de uso más frecuente:

• Demolición y reconstrucción del muro: Normalmente será la mejor solución cuando la rotura se haya desarrollado como consecuencia de algún defecto, que incluso puede que no impida totalmente la propia reconstrucción.
• Recalce del muro: Este tipo de solución es aplicable cuando los movimientos han sido aún moderados (inclinaciones i < 1%, por ejemplo).

FIGURA 8.10. ESQUEMA DEL FALLO DE UN MURO Y DE DOS POSIBLES SOLUCIONES

Dependiendo de las circunstancias de cada caso particular, pueden resultar convenientes otros tipos de soluciones, basadas en la construcción de nuevos muros, reforzando al que se ha movido, basadas en el uso de anclajes, o simplemente consistentes en un refuerzo del sistema de drenaje cuando el empuje anormal del agua, o las presiones intersticiales en el cimiento fueron la causa principal del fallo, etc.

4. MOVIMIENTO DE PILAS
Si se exceptúan los casos de socavación, el fallo de la cimentación de la pila de un puente es muy poco frecuente, aunque cuando ocurre resulta ser una patología generalmente grave. Con dicha excepción, el fallo del terreno puede deberse a:

• Defecto de estabilidad global (cimientos a media ladera por lo general).
• Falta de capacidad de soporte del terreno de cimentación.
• Deformabilidad excesiva del terreno de cimentación.

En ocasiones, estos hechos (escasa resistencia y excesiva deformabilidad), pueden estar íntimamente unidos por lo que no es posible discernir claramente entre ambas causas.

Cuando se detecte un movimiento inadmisible en un elemento de cimentación, ha de analizarse el problema para evaluar la seguridad de la cimentación y tratar de determinar la razón del movimiento observado. El trabajo deberá comenzar, por la revisión de los datos de Proyecto: reconocimientos del terreno que hubiera, y cálculos justificativos de la cimentación construida.

En general será conveniente realizar un reconocimiento específico del terreno, salvo que la causa del movimiento, y el procedimiento de reparación resulten evidentes con la sola ayuda de la información preexistente.

La solución más común de este tipo de problemas es el recalce del elemento de cimentación con pilotes, micropilotes o jet-grouting (cimentaciones superficiales que pasarían a ser profundas), o el incremento del número de pilotes y/o su longitud, de micropilotes o columnas de jet-grouting (cimentaciones profundas), etc.

Los problemas de falta de estabilidad global pueden requerir reparaciones de mayor envergadura.

Cuando la seguridad frente al hundimiento, deslizamiento y vuelco (cimentaciones superficiales), o frente al hundimiento y rotura horizontal del terreno (cimentaciones profundas), y en todo caso la estabilidad global, queden suficientemente aseguradas sin necesidad de actuación alguna, es decir, cuando se trate exclusivamente de un problema de deformación, entonces podrán analizarse medidas correctoras del movimiento, en principio menos onerosas que las mencionadas en los párrafos precedentes.

El Proyecto de reparación, en cualquier caso, incluirá una descripción de los hechos observados y sus posibles causas, y una justificación de los beneficios de la solución propuesta en cuanto a la mejora de la seguridad, y en cuanto a la reducción de los movimientos posteriores.

Los coeficientes de seguridad a adoptar en los cálculos de comprobación, los movimientos ad- misibles tras la reparación, y los procedimientos de control posterior, quedarán suficientemente explícitos en el Proyecto, tal como se recomienda en esta Guía.

El Proyecto debe considerar la conveniencia de apeo del puente e incluso la restricción del tráfico hasta completar la reparación.

5. MOVIMIENTOS EXCESIVOS EN LOS ESTRIBOS DE PUENTES
En la publicación Obras de paso de nueva construcción. Conceptos generales de la Dirección General de Carreteras, se describen de manera sucinta algunos de los tipos de estribo de puente más usados en la práctica.

A efectos del estudio y de la solución de patologías de estribos de puentes, éstos podrán asimilarse, según el caso de que se trate, a los muros de contención tratados en el epígrafe 3, o a las pilas de puente abordadas en el 8.2.4. Lo indicado en aquellos casos puede ser de utilidad en ciertas tipologías de estribos que puedan considerarse similares.

Los estribos flotantes o durmientes, que consisten en elementos de apoyo directo sobre terraplenes, son los que se consideran de manera expresa en el presente epígrafe.

Los mecanismos de deformación más usuales se representan de modo esquemático en la figura 8.11 adjunta, si bien pueden existir otras situaciones no representadas en esos esquemas, tales como la socavación (o excavación accidental), o situaciones debidas a cargas anómalas o situaciones excepcionales (sismos, inundaciones, etc.).

FIGURA 8.11. EJEMPLOS DE MOVIMIENTOS DE ESTRIBOS FLOTANTES
NOTA: Pueden existir otras causas de movimientos excesivos de durmientes de apoyos de puentes.

Las causas que pueden motivar el movimiento excesivo de un estribo flotante de puente, son también muy variadas. Los casos que se consideran en este apartado son aquellos en los que el movimiento en cuestión está provocado por alguna de las siguientes causas:
 
1. Defecto de capacidad de soporte del terreno.
2. Deformabilidad excesiva del terreno.
3. Erosiones (o socavaciones).

El examen de la causa concreta que ha provocado el movimiento excesivo permitirá, en la mayoría de los casos, clasificar la situación en alguna de las tres precedentes. Este examen requerirá la realización de prospecciones adicionales (toma de datos de movimientos, labores de cartografía geológica, reconocimiento geotécnico del cimiento, etc.). La intensidad de estas prospecciones será la suficiente para conocer fehacientemente y con el necesario grado de detalle, la causa del movimiento.

Además de las recomendaciones generales indicadas en el epígrafe 1, deberán tenerse en cuenta los aspectos siguientes:

5.1. Reconocimientos y estudios necesarios
Entre los estudios y prospecciones necesarias para proyectar una solución a este tipo de patologías, cabe mencionar los siguientes:

a) Estudio detallado de los movimientos ocurridos y de la necesidad de la reparación, lo cual
puede requerir la toma de datos de campo (medida de movimientos locales, huelgos, ni-
velaciones, etc.) y la realización de una evaluación a priori, de movimientos en caso de no
reparar la obra.
b) Caracterización geotécnica del terraplén y de su cimiento, con especial énfasis en el con-
tacto terraplén-terreno natural, cuando se sospeche que el mismo pueda resultar un as-
pecto determinante en el problema en cuestión.
c) Cálculos de estabilidad y de deformaciones del conjunto, terreno natural-terraplén-estribo,
que permitan reproducir la situación patológica existente y evaluar el comportamiento ante
distintas medidas correctoras del movimiento.

5.2. Posibles soluciones
Se sugieren a continuación algunas tipologías de solución que podrían considerarse:

• Apeo provisional del tablero del puente (incluso desmontaje del tablero) y reconstrucción del estribo: Puede ser la solución de mayor coste y de mayor garantía.
• Recalce con pilotes (o micropilotes): Estos elementos en general no soportan bien los esfuerzos horizontales que pueden inducirse en ellos con los desplazamientos horizontales. Puede ser necesario, o bien dar cierta inclinación a los elementos de recalce, o sujetar sus cabezas mediante anclajes. El recalce con jet-grouting puede ser adecuado en algunos casos.
• Renivelación del puente: Cuando se pueda garantizar que los movimientos futuros vayan a ser limitados, la solución más sencilla consiste en el izado del tablero y la preparación de nuevos apoyos al nivel conveniente. En cualquier caso, las operaciones de nivelación pueden ser necesarias en el contexto de las soluciones apuntadas anteriormente.
• Aumento de la longitud del puente: En ocasiones, los movimientos excesivos de los durmientes se deben a una altura excesiva del terraplén, que hubiera resultado menor proyectando un puente de mayor longitud. En ocasiones, puede ser de interés añadir un vano más a un puente cuyo estribo ha asentado notablemente.

En cualquier caso, junto con las operaciones de reparación recién enunciadas, pueden ser necesarias otras labores complementarias tales como el recrecimiento de los terraplenes de acceso, la reparación de muretes y/o impostas, barandillas, etc.

5.3. Proyecto de la solución
Examinadas las diferentes alternativas planteadas, debe seleccionarse la más adecuada, y redactar un Proyecto constructivo donde se incluyan todos los detalles necesarios para su correcta ejecución. Se recuerdan, a estos efectos, las recomendaciones de carácter general indicadas en el epígrafe 1 de esta Guía, relativas a la seguridad de la obra tras su reparación, y al necesario seguimiento de su evolución y comportamiento a posteriori.

6. SOCAVACIÓN DE CIMIENTOS
El lecho de los cauces fluviales, cuando está formado por materiales sueltos (gravas, arenas,
limos o arcillas no muy firmes), puede moverse en épocas de avenidas. El espesor de material que
puede moverse define en principio la profundidad de socavación. Para estimar las profundidades
de socavación debe consultarse la literatura técnica específica.

Tras la avenida, el cauce puede quedar con su fondo situado a una cota diferente de la original, normalmente el cauce queda a una cota más baja.

Como consecuencia del poder erosivo del agua, pueden provocarse daños en las cimentaciones, el más evidente de los cuáles, es la socavación de las pilas de los puentes que crucen cauces fluviales. También existen otros fenómenos similares en cimientos, en zonas costeras, o en obras de drenaje, particularmente en las aletas de encauzamiento que se suelen construir a su entrada y a su salida.

FIGURA 8.12. ESQUEMA DE EROSIÓN DE CIMIENTOS EN CAUCES

Normalmente el Proyecto debe haber previsto esta contingencia, y debe haber dispuesto las medidas necesarias para evitar los posibles daños causados por erosión. Es posible que ocurran avenidas imprevistas (superiores a la avenida de proyecto), y también es posible que la respuesta de la obra como consecuencia de una avenida prevista, sea peor de lo esperado; en ambos casos se podría producir una situación patológica que, de ocurrir, motivaría la realización de un estudio específico del problema, y la definición de las acciones a emprender para controlar la situación.

El estudio de las patologías causadas por la socavación, requerirá información en el siguiente sentido:

• Datos hidrológicos tanto de la avenida que causó el daño, como de las posibles avenidas
futuras, y del comportamiento general del tramo fluvial.
• Datos topográficos del terreno y de la obra, antes y después de la erosión.
• Caracterización geológico-geotécnica del terreno. Interesa especialmente identificar el posible nivel del terreno, capaz de soportar las acciones erosivas del río.

Las causas que han motivado la erosión deben en principio quedar patentes una vez estudiados estos datos. Puede ser necesario realizar cálculos hidráulicos simulando las avenidas para conocer las sobre-elevaciones de la lámina de agua y estimar las posibles profundidades de socavación. Tales cálculos o estimaciones, que deben existir en el Proyecto, deben ser revisados en caso de detectarse una situación patológica. Deben estudiarse especialmente, posibles causas artificiales del rebajamiento del nivel de base del cauce tales como la extracción de áridos, u otras excavaciones, que pueden ser causa de erosiones posteriores no previstas.

Las soluciones a estas patologías pueden clasificarse según se actúe para reducir la capacidad erosiva del agua, o para aumentar la capacidad resistente de la cimentación. Con frecuencia, se acu- de a soluciones mixtas.

La resistencia del cimiento frente a la erosión suele conseguirse mediante elementos de protección, o profundizando la cimentación bajo la cota de base de la zona móvil, lo cuál puede requerir, en cauces formados por materiales sueltos, la ejecución de una cimentación profunda capaz de soportar los empujes del agua y del «terreno móvil» durante las avenidas.

En general, y particularmente para el caso de las erosiones locales en las entradas y las salidas de las obras de drenaje, el mejor procedimiento para evitarlas es la profundización de los cimientos hasta cotas donde no se produzcan ya estos fenómenos, bien por la gran profundidad alcanzada, bien por apoyar sobre rocas competentes no erosionables.

7. ROTURA DE OBRAS DE FÁBRICA ENTERRADAS
La presión vertical pv, que actúa sobre las obras de fábrica enterradas, suele ser mayor que la carga geostática (peso de las tierras que gravitan sobre ella). La razón fundamental de dicho incremento de presión estriba en la rigidez vertical de la obra de fábrica, que suele ser mayor que la del terreno. Si en lugar de existir una obra de fábrica enterrada, el terraplén fuese homogéneo, las tensiones serían muy similares a las geostáticas.

La introducción de una obra de fábrica, generalmente más rígida que el terreno al que desplaza o sustituye, motiva que el asiento de la calzada pueda ser localmente menor sobre la obra enterrada y que, como consecuencia, los laterales transmitan rozamientos negativos que incrementen las tensiones verticales.

En algunos casos especiales, se puede evitar este efecto (denominado «proyección negativa»), introduciendo elementos deformables sobre el techo de la obra enterrada, reduciendo la compactación en esa zona, o mediante otros artificios similares. Este tipo de solución no resulta adecuada cuando existe poca distancia entre el techo de la estructura y la superficie del pavimento, ya que puede conducir a asientos difícilmente controlables que perjudiquen la utilización de la calzada suprayacente.

En ocasiones, por error, se ha postulado que existe algún límite físico al valor de pv, en obras enterradas a gran profundidad (teorías de arcos de descarga en túneles excavados). El error que lleva a asimilar los falsos túneles (obras de fábrica enterradas) con los túneles reales, ha sido causa, en varias ocasiones, de una patología posterior importante.

Cuando las presiones verticales son claramente mayores que las de Proyecto, se pueden producir agrietamientos visibles, como los indicados con los nºs 1, 3 y 5 en la figura 8.13, o no visibles por encontrarse en el trasdós de la obra de fábrica, como los indicados con los nºs 2 y 6 en esa misma figura, o encontrarse roturas por corte, nº 7, e incluso pandeo por compresión de la armadura comprimida, nº
4 en la referida figura.

El agotamiento estructural de la obra enterrada puede conducir incluso al colapso, o al cierre parcial o total del paso inferior. El diagnóstico y el remedio de estos casos tiene una componente estructural evidente, que sale fuera del ámbito de esta Guía.

FIGURA 8.13. ESQUEMA DE UN PASO INFERIOR Y EJEMPLOS TÍPICOS DE AGRIETAMIENTO

CARRETERAS - AUSCULTACIÓN DE CIMENTACIONES

La forma más adecuada de prevenir el desarrollo de ciertas patologías de las cimentaciones es el seguimiento y control de su comportamiento. Es incluso posible tomar algunas decisiones de proyecto en función del resultado observado en la auscultación.

Un ejemplo bastante claro puede ser la determinación de los tiempos de espera en el caso de tratamientos de mejora del terreno mediante precargas. En tales casos, y aunque exista una estimación previa de dichos plazos, será la observación del proceso de consolidación la que permita decidir el momento en el que conviene retirar las precargas.

En esta parte de la Guía se incluyen una serie de recomendaciones generales sobre la auscultación que en ocasiones puede ser aconsejable disponer en las obras, y sobre los procedimientos de análisis y solución de algunas de las patologías que se detectan con más frecuencia.

En la práctica actual, se suelen disponer equipos de auscultación únicamente en algunos puntos clave de las cimentaciones de las obras de carretera, con el objeto de controlar algunos aspectos específicos.

La necesidad de aprendizaje, mediante el control y seguimiento de las obras, detectando prematuramente cualquier síntoma patológico, hace que sea aconsejable el uso de los equipos de auscultación.

1. PRINCIPALES ASPECTOS CUYA AUSCULTACIÓN RESULTA CONVENIENTE  
Las obras de cimentación que se han considerado en esta parte de la Guía se han agrupado en diferentes tipos. Para cada uno de ellos se indica, a continuación, qué aspectos conviene controlar, en general, con mayor...

2. EQUIPOS Y SISTEMAS DE AUSCULTACIÓN   En este epígrafe se efectúa una descripción muy somera de los equipos de auscultación más convencionales actualmente en uso, sin pretender que la

3. PLAN DE AUSCULTACIÓN   Se considere necesaria la auscultación de una obra, deberá elaborarse un plan de auscultación que constará al menos de las siguientes partes...

CARRETERAS - CAÑOS Y CONDUCTOS TRANSVERSALES.

Estas obras se destinan fundamentalmente al drenaje transversal de las carreteras. Pueden además destinarse al tráfico de personas e incluso de vehículos. Si esta segunda faceta predomina, entonces serán tratadas como pasos inferiores según se indico anteriormente.

1. RECONOCIMIENTO DEL TERRENO
El apoyo de estas obras en la base de los terraplenes no es susceptible de los fallos asociados a los estados límite de hundimiento, deslizamiento o vuelco, ni tampoco a problemas de estabilidad global, siempre que esta última esté garantizada para el terraplén o relleno que el conducto atraviese.

Los modos de fallo que deben abordarse son de tipo estructural, fundamentalmente el aplastamiento de la obra y la deformación excesiva de la misma. Para investigar estos modos de fallo,es preciso reconocer el terreno en la zona de apoyo, con el objeto de estimar los asientos que puede sufrir el conducto transversal al construir el terraplén.

El reconocimiento más adecuado en este caso es la ejecución de zanjas de reconocimiento (rozas) a lo largo de su trazado. La descripción del terreno, de la estabilidad de las paredes de la zanja y de las posibles afluencias de agua, junto con algunos ensayos de identificación geotécnica de los terrenos del fondo, pueden ser suficientes para los estudios de Proyecto que después han de realizarse.

El estudio del terreno a realizar para poder analizar el cimiento del propio relleno será, en general, suficiente para aportar la información que se necesita para el caño o conducto transversal. En el epígrafe 1 se formulan una serie de recomendaciones en este sentido.

2. DISPOSICIÓN EN PLANTA Y ALZADO
En lo relativo al trazado de las obras de drenaje, se estará en todo caso a lo especificado en la Norma 5.2-IC de Drenaje Superficial, o normativa que en su caso la sustituya.

El aspecto más importante de cara al comportamiento de la cimentación de una obra de este tipo es su propia disposición en planta y alzado. Desde el punto de vista de la cimentación del futuro relleno, el trazado en planta será tanto mejor cuanto más se aproxime al cauce natural que la
obra sustituye, si éste fuera el caso.

Especialmente en la disposición en alzado, deben evitarse las obras de salida alta que exigen, adicionalmente, obras externas de comportamiento más complejo y difícil de garantizar (bajantes).

Cuando el trazado se aleja del cauce natural, se crea una zona amplia en la base del terraplén por donde pueden circular parte de las aguas de escorrentía, no siempre fáciles de encauzar en la entrada, así como otras aguas que puedan proceder de laderas u otras zonas aledañas (véase figura 6.16).

FIGURA 6.16. ESQUEMA DE UNA CONDUCCIÓN DE DRENAJE TRANSVERSAL (TUBO)

Como contrapartida al ajuste de la obra al trazado natural del cauce, puede resultar una pendiente excesiva. Generalmente, es mejor curvar los trazados y darles las pendientes naturales, tomando las disposiciones constructivas que sean necesarias para paliar los efectos de las posibles velocidades altas del agua dentro de las conducciones, que disponer trazados de pequeña pendiente, lejos de los cauces naturales, creando problemas de filtraciones bajo las obras de drenaje (a cotas más bajas) y haciendo necesario proyectar obras de salida de cimentación complicada.

3. DIMENSIONES MÍNIMAS
Las obras de drenaje transversal deben permitir su fácil inspección, conservación y reparación.
A este respecto se deberá cumplir lo especificado en la Norma 5.2.-IC de Drenaje Superficial, o normativa que en su caso la sustituya.

4. PRINCIPALES ASPECTOS DE PROYECTO
En la fase de proyecto ha de analizarse el estado límite último de aplastamiento de la conducción enterrada. Este estado límite último viene condicionado por la presión vertical y por la forma de la cimentación.

La presión vertical sobre la conducción puede ser mayor o menor que la presión geostática del terraplén, entendiendo por tal el producto.

La presión real que actúa puede ser mayor, cuando el asiento de la conducción es menor que el del cimiento circundante, y menor en el caso contrario.
La instalación en zanja puede reducir la presión de cálculo siempre que el proyectista justifi- que, de manera fehaciente (cálculos o experiencia), la reducción esperada. En general, las cargas sobre la conducción se estimarán tal como se indica en el epígrafe 1.

Algunas de las formas de cimentación más comunes son las que se indican en la figura 6.17.
A cada una de ellas le corresponde un «factor de cama» o «factor de apoyo» que el proyectista debe consultar en la literatura técnica. Cuando la obra es importante, se recomienda un cálculo específico del problema de interacción correspondiente.

FIGURA 6.17. ESQUEMA DE CIMENTACIÓN DE ALGUNOS TIPO DE CONDUCTOS
TRANSVERSALES-TUBOS

El aspecto más importante desde el punto de vista geotécnico es el de la estimación de asientos de la obra de drenaje. Este estudio debe realizarse según se indica mas adelante para las cimentaciones de los rellenos. En dichos estudios debe incluirse, además, una estimación de la deformación longitudinal de la obra, generalmente en extensión, de manera que pueda preverse la amplitud de la apertura de las juntas transversales de las conducciones enterradas.

Es conveniente considerar los asientos de las conducciones en el diseño hidráulico. Eventualmente, puede ser conveniente disponer contraflechas que palien el posible efecto negativo de los asientos diferidos.

En el epígrafe 4 se recomiendan taludes para las excavaciones de cimientos, que se consi- deran también de aplicación al efecto. Además deberá contemplarse en todo caso la definición com- pleta de la sección transversal de la obra, (geometría, factor de apoyo, características de los materiales de relleno, etc.), y la elección del tipo de tubo más adecuado desde el punto de vista resistente a la vista de todo lo anterior

Las zonas de cauce natural, no cubiertas por la obra de drenaje transversal, deben ser tratadas
antes de apoyar en ellas los correspondientes rellenos. Ma adelante se detallan algunas recomendaciones en este sentido.

5. INSPECCIÓN, AUSCULTACIÓN Y CONSERVACIÓN
Siempre que sea factible por las dimensiones de la propia obra, durante la construcción debe realizarse una nivelación precisa de la solera interior de la misma, antes de proceder a su cubrición con las tierras. En todo caso se procederá a la nivelación de la generatriz superior.

A medida que se somete al conducto a la carga de tierras, podrá renivelarse al menos en dos ocasiones: al final de la construcción del terraplén y al final de la obra.
Durante la vida útil de la obra, deben realizarse en este tipo de elementos las inspecciones previstas en el Sistema de Gestión de Puentes o programa que en su caso lo sustituya, cuando les sea de aplicación, y en caso contrario inspecciones periódicas de tipo ordinario, e inspecciones extraordinarias en su caso, después de períodos de lluvia o aguaceros aislados de especial intensidad.

En tales ocasiones, entre los aspectos a controlar se encuentran:

• Estado de las boquillas de entrada y salida. Posibles socavaciones en las cunetas de pie de los terraplenes, en las aletas, etc. Posibles aterramientos en la entrada, obstrucciones, etc.
• Estudio del interior. Limpieza de la obra. Vigilancia del posible agrietamiento de la clave, solera y hastiales. Estado de apertura de las juntas.
• Posibles caudales de filtración por fuera del conducto. Presencia de humedades en el interior del mismo.

PASOS INFERIORES: TIPO DE CIMENTACIÓN.

La cimentación de marcos, pórticos y arcos será, en general, de tipo superficial. Únicamente en aquellos casos en los que el terreno de cimentación no tenga la capacidad de soporte suficiente, se deberá proyectar una cimentación pilotada en el caso de pórticos y arcos, según se indica en el presente epígrafe.

Las cimentaciones directas (o superficiales), a su vez, pueden ser abiertas (zapatas corridas) o cerradas (losa). La elección de uno u otro tipo depende de la calidad del cimiento.

Es posible, con disposiciones especiales (juntas próximas y disposición de contraflechas), cimentar este tipo de estructuras mediante losa continua incluso con asientos en torno a los 20 cm.

Cuando el terreno de apoyo sea heterogéneo y se esperen asientos diferenciales, puede que sea conveniente realizar una cimentación profunda aunque el asiento antes definido no alcance los 20 cm.

En ocasiones, puede ser recomendable realizar cimentaciones diferentes a lo largo de la estructura en función de la calidad del terreno. Si este fuera el caso, la estructura debe estar claramente separada, mediante juntas en las zonas de cambio de tipo de cimentación.

Antes de proceder a la cimentación profunda de este tipo de obras, es recomendable estudiar la posibilidad de llevar a cabo algún tratamiento del terreno que reduzca los asien-tos esperados.

Para el cálculo de las cimentaciones de marcos, pórticos y arcos, deberán tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

a) Cimentación superficial de estructuras abiertas: El único estado límite último que ha de analizarse es el correspondiente al hundimiento. La carga unitaria de hundimiento se debe determinar según lo estipulado en el apartado 4.5 de esta Guía. A esos efectos se tomará, como profundidad de cimentación la diferencia de cotas, d, entre el plano inferior de la cimentación y la superficie interna del paso (véase figura 6.12).

FIGURA 6.12. ARCO Y MARCO

El coeficiente de seguridad exigible frente al hundimiento, será con carácter general el determinado en la tabla 4.7.

b) Cimentación superficial de marcos: En estos casos, con la cimentación mediante losa continua, no es preciso en general analizar ningún estado límite último de fallo del cimiento.

c) Cimentación profunda: Teniendo en cuenta las consideraciones efectuadas a este respecto en el presente epígrafe (carácter excepcional de este tipo de solución en pórticos y arcos, y la necesidad de estudiar previamente la posibilidad de efectuar un tratamiento de mejora del terreno), en el caso de cimentaciones profundas, el único estado límite último que ha de analizarse es el de hundimiento. Para ello se seguirá la  metodología expuesta en el apartado 5.10 de esta Guía. Para el cálculo estructural de los pilotes se tendrán en cuenta los esfuerzos parásitos que se describieron anteriormente.

CIMENTACIONES PROFUNDAS - Pilas de Puente a Media Ladera.

Los planos y especificaciones para la ejecución de las cimentaciones deben recoger todos los detalles significativos de las mismas, entre ellos, los siguientes:

• Detalle de las excavaciones a realizar para preparar la plataforma de trabajo y los caminos de acceso.
• Pilotes y encepado: los criterios de aceptación de pilotes (ensayos sónicos, u otros) deben quedar suficientemente descritos.
• Sistema de protección e inspección de la obra durante la construcción.

Para proyectar y construir estos elementos, se deben considerar las recomendaciones que se formulan a continuación.

1. Excavaciones
Las excavaciones se ejecutarán, usualmente, en suelos aunque en los caminos de acceso puede ser necesario atravesar algunas zonas de roca. Los taludes y las precauciones de ejecución recomendados son los que se indican en 1.

La excavación para alojar el encepado debe realizarse después de ejecutar los pilotes. Al tiempo que se preparan sus cabezas para unirlas al encepado, se debe excavar el terreno hasta la base del encepado y limpiar su fondo (hormigón de limpieza), para colocar debidamente la armadura. Esta última fase de excavación debe realizarse con los taludes de excavación lo más verticales posibles, si posteriormente, contra ellos, se realiza el hormigonado del encepado sin encofrar lateralmente.

Los productos de excavación se deberán transportar a un vertedero adecuado, para reducir el daño al entorno y para no mermar la estabilidad de la ladera.

2. Plataforma de trabajo
La plataforma de trabajo debe ser suficientemente amplia, de manera que los equipos de ejecución de pilotes operen con cierta facilidad y se pueda mantener un tajo ordenado.

La anchura de la plataforma de trabajo será igual que la anchura del encepado más los huelgos interior y exterior. El huelgo interior mínimo debe ser tal que no se inestabilice el talud de excavación al realizar la caja para el encepado y que, además, permita el paso de los trabajadores. Se recomienda que el huelgo interior sea, al menos, de 2 m (véase figura 6.2)

FIGURA 6.2. ESQUEMA DE CIMENTACIÓN PROFUNDA DE UNA PILA DE PUENTE A MEDIA LADERA

3. Ejecución de los pilotes
Las longitudes de los pilotes quedarán definidas en Proyecto, pero en general deben requerir una comprobación ulterior en obra. Esa comprobación debe quedar estipulada en Proyecto en función del tipo de pilote.

Las comprobaciones que, como mínimo, habrán de realizarse son las siguientes:

• Golpeos, en caso de pilotes hincados.
• Empotramiento en roca o terreno firme, en pilotes perforados.
• Longitud predefinida y comprobación de la calidad del terreno atravesado.
• Otros procedimientos de aceptación.

Se estará en todo caso a lo especificado en los artículos 670 «Cimentación por pilotes hincados a percusión», o 671 «Cimentaciones por pilotes de hormigón armado moldeados “in situ”», según el caso, del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3).

Sea cual fuere el procedimiento de aceptación del pilotaje (aparte de los datos de control de calidad de materiales y de ejecución), siempre deben existir datos objetivos concretos (ensayos sónicos, partes de hinca, medición de longitud empotrada en roca, etc.) que avalen la aceptación realizada.

Las longitudes de los pilotes de las cimentaciones a media ladera pueden resultar diferentes si la zona de empotramiento tiene su límite inclinado; esa situación puede ocurrir con frecuencia. En cualquier caso se recomienda que las diferencias de longitud no sean excesivas; dentro de los pilotes de un mismo encepado es conveniente que ∆L/B ≤ tg β, según se especifica en la figura 6.2

Una vez descabezados los pilotes, el hormigón sano de los mismos debe sobresalir de 5 a 10 cm por encima del hormigón de limpieza, con objeto de garantizar un apoyo correcto. Este empotramiento debe figurar en los planos del encepado y ser tenido en cuenta en los cálculos, ya que redu- ce el canto útil de la sección. Por otra parte, las armaduras del pilote deben quedar convenientemente ancladas en el encepado.

Las longitudes de los pilotes y la capacidad portante del grupo deben ser suficientes para garantizar los coeficientes de seguridad siguientes:

Para los cálculos de comprobación del hundimiento y de la resistencia horizontal del terreno ha de suponerse, además de las acciones horizontales que transmite la estructura, una acción horizontal adicional causada por el empuje del terreno, del siguiente valor:

Este valor es una estimación del empuje activo que habría en la vertical de la arista interna del encepado y que, a largo plazo, se podría transmitir a la cimentación.

Si esta fuerza horizontal resultase excesiva para ser transmitida a los pilotes, se puede prescindir de ella a cambio de construir un dispositivo permanente de contención en el talud de excavación (anclajes, por ejemplo) que transmita esa carga a la propia ladera, lejos de la zona de afección del pilotaje.

CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN PILAS DE PUENTE A MEDIA LADERA.

Para construir cimentaciones superficiales de pilas de puente a media ladera, es preciso que el Proyecto incluya los planos de detalle correspondientes junto con las mediciones que sirvan para confeccionar el presupuesto de las partidas que se van a necesitar.

En la figura 6.1 se incluye un esquema de una situación típica donde se indican algunas disposiciones constructivas recomendables.

Las excavaciones en materiales sueltos (tierra vegetal, coluviones y zonas de gran alteración de la roca de apoyo) deben ejecutarse con taludes suaves. La caja de cimentación en la roca de apoyo (o suelo firme, en su caso) debe ser, sin embargo, lo más vertical posible. El hormigonado de la zapata debe hacerse contra los taludes de esta excavación.

FIGURA 6.1. ESQUEMA DE CIMENTACIÓN SUPERFICIAL DE UNA PILA DE PUENTE
A MEDIA LADERA

Los cimientos deben proyectarse de manera que apoyen en un terreno de cierta calidad, la cual habrá que contrastar durante la ejecución. Debe disponerse un resguardo suficiente entre el borde externo del cimiento y el talud de la ladera. Se recomienda que el resguardo sea al menos igual al ancho total del cimiento (R ≥ B). La parte de ese resguardo que corresponda a roca (o suelo firme) de calidad similar a la de la base de apoyo será, en todo caso, mayor que 2 m. Es conveniente que, tras la construcción, el cimiento quede cubierto con tierras.

1. Excavaciones
Las excavaciones en suelos (o materiales ripables) deben hacerse con taludes suaves. El Proyecto debe incluir un estudio de su estabilidad. A título orientativo, se recomienda no sobrepasar los valores de la tabla 6.1 cuando las condiciones hidrogeológicas son favorables.

TALUDES RECOMENDABLES PARA LAS EXCAVACIONES DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES
EN PILAS DE PUENTE A MEDIA LADERA

Cuando las condiciones hidrogeológicas son desfavorables, o cuando se quieran utilizar taludes más pronunciados que los mencionados, se debe proceder a proyectar las medidas de contención correspondientes, salvo que se justifique fehacientemente que las excavaciones, tanto de los accesos como de los taludes de la caja de cimentación, son estables de otra manera.

Las excavaciones en roca para crear la caja de cimentación deben realizarse preferentemente sin explosivos, al objeto de no dañar la roca de apoyo. Si se utilizaran explosivos, se prescribirán técnicas de precorte que eviten lo máximo posible el daño a la roca que no se excava.

Las excavaciones locales en roca necesarias para encajar la zapata de cimentación deben realizarse con taludes lo más verticales posibles. A modo orientativo se mencionan los siguientes: En roca: 2V:1H. Por encima del empotramiento de la zapata. 5V:1H o vertical. En la zona de empotramiento de la zapata.

Si estos taludes no resultaran estables según las estimaciones del Proyecto, se tomarán las medidas de contención necesarias por ejemplo mediante gunita y bulones, o incluso mediante la construcción de muros anclados, si fuera necesario.

En rocas rápidamente meteorizables (margas, por ejemplo) se limitará el tiempo que transcurre entre la excavación y el hormigonado, en función de la rapidez del fenómeno que se observe en las primeras excavaciones y, en todo caso, se evitará la presencia de agua encharcada.

Los productos de excavación deben transportarse a los vertederos autorizados. No es conveniente cargar las laderas con los productos sobrantes de dicha excavaciones, pues dañan al entor- no y reducen la estabilidad natural de las mismas.

2. Aceptación del cimiento
Antes de proceder al hormigonado, el cimiento ha de ser aceptado, así lo debe exigir el correspondiente Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares. Para ello, debe inspeccionarse la excavación, realizar las oportunas tareas de cartografía del fondo e incluso realizar los ensayos de aceptación a que hubiera lugar. Se recomienda que en los cimientos de gran extensión (mayores que 5 m en alguna de sus dimensiones) se realicen, como ensayos de confirmación, reconocimientos geofísicos mediante sísmica de refracción, que son rápidos y sencillos, para dejar constancia de la rigidez del apoyo.

En todo el apoyo de la zapata, la calidad de la roca debe ser homogénea; esto puede obligar a utilizar una cota de apoyo más baja en la zona exterior (más próxima al borde de la ladera) que en la zona interior. Para anchos de zapata inferiores a 3 m no es recomendable, en principio, escalonar la cimentación.

En caso de existir discontinuidades que puedan debilitar localmente el cimiento (fallas, por ejemplo) deberán realizarse los saneos oportunos, sustituyendo el terreno flojo por hormigón. En general, esa sustitución debe alcanzar hasta profundidades del orden del doble de la anchura má- xima de la zona débil.

En cualquier caso, se recomienda que el empotramiento de la zapata en la roca de cimentación sea, al menos, 1/5 de la dimensión menor de ésta y siempre superior a 0,50 m.

3. Zapata de cimentación
Las dimensiones de la zapata de cimentación se decidirán en función de los resultados de los cálculos de la seguridad que deben realizarse. Para las cimentaciones a media ladera siempre es conveniente realizar un cálculo explícito de la seguridad.

En general, los estudios que deben realizarse, los métodos que deben emplearse y los coeficientes de seguridad que deben obtenerse son los que aparecen en la tabla 6.2.

COEFICIENTES DE SEGURIDAD MÍNIMOS PARA PILAS DE PUENTE A MEDIA LADERA
(CIMENTACIÓN MEDIANTE ZAPATAS)

Debe llamarse la atención sobre la estrecha conexión que existe entre los estados límite últimos de estabilidad global y de hundimiento. Ambos mecanismos de rotura son similares, aunque en el análisis de estabilidad global se analizan líneas de rotura con rango de variación más amplio que el mecanismo más concreto del hundimiento.

A pesar de que ambos modos de fallo son similares, los coeficientes de seguridad exigibles son muy diferentes, ya que los métodos de cálculo correspondientes obedecen a definiciones de la seguridad diferentes. En el primer caso el coeficiente de seguridad se define como cociente entre resistencias (existente y necesaria) y en el segundo se define como cociente entre cargas (la que produce la rotura dividida entre la carga actuante).

Ambos procedimientos conducen, en general, a condiciones de proyecto semejantes y podría pensarse en omitir alguno de los dos en las comprobaciones a realizar. Siempre conviene efectuar todas las comprobaciones que se indican en aras de obtener las mayores garantías de seguridad.

Debe llamarse la atención acerca de la gran influencia que tiene el resguardo, R, en la estabilidad de las cimentaciones a media ladera. A medida que la distancia horizontal entre el borde externo de la zapata y la ladera aumenta, la capacidad portante se amplía notablemente; puede duplicarse con sólo aumentar el recubrimiento unos pocos metros.

Esta circunstancia debe ser aprovechada por el proyectista para dimensionar la solución más adecuada. También debe servir esta llamada de atención para evitar situaciones peligrosas en las que el recubrimiento sea escaso y, como consecuencia, la cimentación sea inestable.

A efectos de comprobar los estados límite últimos correspondientes al deslizamiento, hundimiento y vuelco de la cimentación, se debe añadir, a la carga horizontal que transmite la estructura, una carga adicional que tenga en cuenta el posible empuje sobre el alzado de la zapata (y eventualmente sobre su cara superior y sobre la pila) en la zona interna de la ladera. A falta de una estimación mejor, se puede tomar como valor el dado por la siguiente expresión:

Alternativamente, se puede disponer un sistema de soporte independiente que evite este empuje.

Si la roca de excavación es suficientemente sana, este empuje puede ser mucho más bajo y conviene analizarlo con mayor precisión.

TIPOLOGÍA DE LA CIMENTACIÓN - Pilas de Puente a Media Ladera.

Las cimentaciones a media ladera pueden realizarse, igual que las de terrenos llanos, mediante zapatas o mediante pilotes. En estos casos, sin embargo, cuando ambas soluciones son viables técnicamente, las dos tipologías pueden no resultar de costes tan diferentes, pues si las cimentaciones profundas son en general más caras, el ahorro que a veces se consigue en las excavaciones a realizar puede compensar o incluso cambiar de signo la diferencia.

La elección de uno u otro tipo de cimentación debe basarse en un estudio comparativo, evaluando ventajas e inconvenientes de las dos tipologías posibles. En ocasiones, el resultado de estos estudios resulta obvio, pues alguna de las dos soluciones es claramente descartable por algún motivo.

ESTABILIDAD DE LA LADERA - Pilas de Puente a Media Ladera.

La construcción de apoyos de puentes en una ladera podría provocar como consecuencia una mejora de su estabilidad natural, pero esa no es la situación más frecuente. Más bien, al contrario,

los apoyos de los puentes, salvo que estén diseñados expresamente para ello, no mejoran o incluso empeoran localmente las condiciones de estabilidad.

El juicio que se emita acerca de la estabilidad natural de las laderas en las zonas de apoyo de los puentes es decisivo a la hora de proyectar una cimentación de este tipo. Al enjuiciar este aspecto han de considerarse no sólo la situación actual, sino también aquellas que puedan producirse en el futuro. En especial, se deben tener en cuenta situaciones de posibles condiciones hidrogeológicas (y sísmicas, en su caso) adversas, en particular en zonas afectadas por ríos o embalses que puedan inundar las zonas de apoyo tras la construcción y generar situaciones de descenso brusco del nivel de inundación.

Es recomendable que, antes de proyectar apoyos de puentes en zonas de fuerte pendiente, se realicen los estudios necesarios para evaluar la estabilidad de la ladera. Esta evaluación de la seguridad suele caracterizarse mediante coeficientes de seguridad al deslizamiento. Si dichos coeficientes cumplen las condiciones especificadas en el anteriormente puede considerarse la ladera suficientemente estable, en otro caso la situación no debe darse por satisfactoria para proceder al proyecto correspondiente de los apoyos de los puentes.

Si la estabilidad de la ladera en la zona de apoyo del puente es precaria, debe procederse a una de las dos opciones siguientes:

• Reubicar la zona de apoyo.
• Aumentar la seguridad natural de la ladera.

En cualquier caso, debe evitarse el apoyo de los puentes en zonas cuya estabilidad no quede suficientemente garantizada.

Las técnicas de contención de laderas se encuentran fuera del ámbito de esta Guía y por ello, aunque el problema enunciado es de gran importancia, no se entra en el detalle de las posibles soluciones. Únicamente quiere apuntarse que, en términos generales, puede ser más fácil reubicar los apoyos que estabilizar las zonas correspondientes y, por dicho motivo, en estos casos casi siempre es recomendable huir de las operaciones de estabilización.

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO - Pilas de Puente a Media Ladera.

En las ocasiones que en adelante se consideran, el acceso a las zonas de apoyo en general no resulta fácil y, en consecuencia, los reconocimientos geológico-geotécnicos de detalle son difíciles de realizar. Si, en términos generales, el reconocimiento del terreno conviene realizarlo en distintas fases, con grado de detalle creciente, en este caso esa práctica resulta aún más recomendable.

El reconocimiento del terreno debe realizarse en primera instancia mediante trabajos fotogeo-lógicos, con apoyo de la cartografía geológica y el estudio de los afloramientos rocosos existentes, el censo de sus litoclasas y la cartografía de cualquier signo de movimientos de ladera.

El estudio de la situación del agua en la ladera (piezometría) es un aspecto de especial interés.

Con este reconocimiento se debe llegar a una descripción de la zona suficientemente aproximada para decidir la ubicación de las zonas de apoyo y para anteproyectar la estructura del puente.

Definidos los puntos de apoyo, se debe preparar una red de accesos, de manera que se pue- da llegar a cada uno de ellos para realizar los oportunos reconocimientos y sondeos, en su caso.

Un aspecto esencial que ha de investigarse en esa fase es la estabilidad natural de la ladera en cada zona de apoyo. No deben proyectarse apoyos en aquellas zonas que tengan una estabilidad natural dudosa, salvo si se toman las precauciones indicadas en el epígrafe 6.2.2.

El objetivo de este reconocimiento de detalle es la obtención de las características locales del terreno necesarias para decidir la tipología y fijar las dimensiones del apoyo en cuestión. Durante esta fase se completará asimismo la descripción geológica y se podrá precisar con más elementos de juicio la estabilidad natural de la ladera. En ocasiones será necesario realizar algunas prospecciones adicionales en zonas próximas, aunque en ellas no existan apoyos, para desvelar la estructura interna del macizo rocoso y enjuiciar su estabilidad.

PILAS DE PUENTE A MEDIA LADERA.

Los apoyos de los puentes que han de salvar valles o barrancos con grandes diferencias de nivel suelen elegirse de manera que se alcance un óptimo en el Proyecto. El encarecimiento progresivo del tablero del puente, que ocurre al distanciar los apoyos, debe equilibrarse con el coste de ejecución de los cimientos. En lugares con topografía abrupta, el número de apoyos suele ser reducido, dadas las dificultades de ejecutar la cimentación de los apoyos en zonas con fuertes pendientes.

En este apartado se incluyen algunas recomendaciones específicas que conviene considerar en el proyecto y la construcción de cimientos de puentes en zonas de fuerte pendiente. Se entienden por tales aquellos lugares donde la inclinación del terreno juega un papel importante, ya sea por la gran pendiente (pendiente > 50%, por ejemplo), ya sea por los problemas de estabilidad que la cimentación o sus excavaciones pueden plantear o, incluso, por los problemas asociados a las dificultades de acceso a la zona de trabajo.

Las recomendaciones formuladas en este apartado con carácter general, independientes de la inclinación del terreno, se entienden asimismo aplicables a cimentaciones de pilas de puente en terrenos llanos.

1. RECONOCIMIENTO DEL TERRENO   En las ocasiones que en adelante se consideran, el acceso a las zonas de apoyo en general no resulta fácil y, en consecuencia, los reconocimientos...

2. ESTABILIDAD DE LA LADERA   La construcción de apoyos de puentes en una ladera podría provocar como consecuencia una mejora de su estabilidad natural, pero esa no es la situación más frecuente. Más bien, al contrario...

3. TIPOLOGÍA DE LA CIMENTACIÓN   Las cimentaciones a media ladera pueden realizarse, igual que las de terrenos llanos, mediante zapatas o mediante pilotes. En estos casos, sin embargo, cuando ambas...

4 CIMENTACIONES SUPERFICIALES   Para construir cimentaciones superficiales de pilas de puente a media ladera, es preciso que el Proyecto incluya los planos de detalle correspondientes junto con las mediciones que sirvan para confeccionar el...

5. CIMENTACIONES PROFUNDAS   Los planos y especificaciones para la ejecución de las cimentaciones deben recoger todos los detalles significativos de las mismas, entre ellos, los siguientes...

PARÁMETROS DEL TERRENO - CIMENTACIONES PROFUNDAS.

De cada tipo de terreno será necesario disponer de la siguiente información:

• Datos generales que permitan clasificarlo: En esta Guía se detallan criterios de proyecto aplicables a formaciones rocosas, a suelos granulares y a terrenos arcillosos impermeables saturados. La información relevante que permite esa clasificación se puede obtener mediante ensayos de identificación (mineralogía, granulometría, plasticidad de la fracción fina, etc.).
• Datos de estado: Serán generalmente necesarios los datos relativos a pesos específicos, grado de saturación, porosidad e índice de poros.
• Parámetros resistentes: La resistencia se caracterizará con procedimientos acordes al tipo de terreno en cuestión, después de lo cual habrán de seguirse los procedimientos de comprobación correspondientes.

En general, para cualquier tipo de suelo se considera adecuado el uso del modelo resistente de Mohr-Coulomb, definiendo la resistencia con los parámetros de ángulo de rozamiento y cohesión.

Resulta admisible, también, caracterizar el terreno mediante parámetros indirectos tales como:
N = Índice del ensayo SPT, especialmente indicado en arenas.
qc = Resistencia por punta a la penetración estática.
pl = Presión límite de ensayos presiométricos.

Para el estudio de los problemas de movimientos de las cimentaciones profundas es conveniente conocer la deformabilidad del terreno, lo que puede caracterizarse mediante modelos elásticos (parámetros E, ν) o mediante modelos edométricos (parámetros, Cc, Cs, pc).

También es posible obtener parámetros de deformación a partir de correlaciones con los de resistencia. En el texto de esta Guía se indican algunos procedimientos adecuados en este sentido.

FIGURA 5.2. EJEMPLO DE PILOTAJE

TIPOS DE CIMENTACIÓN PROFUNDA.

La cimentación de puentes y otras estructuras en obras de carretera exige, en general, la transmisión de grandes cargas concentradas, por lo que en ocasiones la cimentación directa (zapatas superficiales) no es conveniente.

La presencia de espesores grandes de suelos blandos próximos a la superficie es una de las razones principales para proyectar una cimentación profunda, pero, además, existen otros motivos que pueden hacerla más recomendable. La previsión de posibles socavaciones en cauces fluviales o en zonas costeras o la presencia de heterogeneidades importantes (cavidades cársticas, por ejemplo) son también motivos frecuentes para elegir una cimentación profunda.

En todo caso, la elección del tipo de cimentación, superficial o profunda, debe hacerse lo antes posible, pues los reconocimientos geotécnicos necesarios para el Proyecto normalmente serán diferentes en uno y otro caso. Generalmente, tales reconocimientos, en caso de duda, deben permitir el proyecto de ambas alternativas.

Las pequeñas obras de fábrica y los terraplenes no suelen requerir cimentación profunda excepto en zonas de terrenos muy blandos. En esos casos se suelen realizar tratamientos de mejora del terreno, aunque también pueden realizarse pilotajes de sustentación, que suelen ser pilotes de pequeña capacidad unitaria espaciados regularmente.

Los tipos de cimentación profunda que pueden resultar en un determinado proyecto son muy
variados, si bien, a efectos de ordenar las recomendaciones que siguen, pueden agruparse de la ma-
nera siguiente:

a) Pilotes aislados: También denominados pila-pilote. Suelen ser elementos de gran capacidad portante que prolongan la estructura de la pila de apoyo dentro del terreno, hasta la profundidad requerida. Es una solución bastante extendida para puentes de luces moderadas. Se ha aplicado en muchas ocasiones con pilotes hincados.

b) Grupos de pilotes: Es la solución más usual. La carga de la pila se transmite a varios pilotes a través de un encepado relativamente rígido, que enlaza sus cabezas.

c) Zonas pilotadas: Pilotes regularmente espaciados que en ocasiones se usan para reducir asientos o mejorar la seguridad frente al hundimiento de losas, terraplenes etc. Suelen ser pilotes de escasa capacidad de soporte individual.

FIGURA 5.1. ESQUEMA DE CIMENTACIONES PROFUNDAD (PILOTAJES)

En cuanto a su forma de trabajo, los pilotes o los pilotajes pueden clasificarse en (véase figura 5.1):

a) Pilotes por fuste: En aquellos terrenos en los que la capacidad portante crece de una manera paulatina con la profundidad, sin existir un nivel claramente más resistente, el pilotaje transmitirá su carga al terreno fundamentalmente a través del fuste. Se suelen denominar pilotes «flotantes».

b) Pilotes por punta: En aquellos terrenos en los que aparezca, a cierta profundidad, un estrato claramente más resistente, las cargas del pilotaje se transmitirán fundamentalmente por punta. Se suelen denominar pilotes «columna».

Es claro que entre esas dos situaciones pueden darse otras intermedias.

Conviene citar también una tipología de cimentación similar al pilotaje que se usa cuando existe un apoyo adecuado a escasa profundidad, pero no lo suficientemente somero como para establecer una cimentación superficial: son las cimentaciones semiprofundas o cimentaciones «en pozo». Se trata de elementos de cimentación similares a los pilotajes, pero con la relación profundidad/anchura mucho menor que en éstos últimos, ejecutados además con técnicas diferentes.

Las cimentaciones semiprofundas son aquellas cuya profundidad de cimentación queda com- prendida entre los límites razonables para considerarla superficial (D/B ≤ 2), y el límite razonable de definición de las cimentaciones profundas (D/B ≥ 5). En estas dos expresiones D y B representan la profundidad de la cimentación y su anchura (ancho de la cimentación —dimensión menor de la misma, en planta—, o diámetro de pilote).

Siempre es posible aplicar, para las cimentaciones semiprofundas, los procedimientos de análisis de las cimentaciones superficiales y profundas y seleccionar, de entre los resultados que se obtengan, el más desfavorable. Esto conducirá a soluciones conservadoras. Para estudios específicos de este tipo de cimentación deben consultarse los textos especializados existentes al respecto1.

Las cimentaciones profundas habrán de adecuarse a lo especificado en los artículos 670 «Cimentaciones por pilotes hincados a percusión» o 671 «Cimentaciones por pilotes de hormigón armado moldeados “in situ”», según el caso, del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3)
2.

ESFUERZOS DE LOS ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN.

El cálculo de esfuerzos en los elementos de cimentación sale fuera del alcance de esta Guía. A pesar de ello, se formulan algunas recomendaciones que pueden ser de utilidad en el mismo.

Para las cimentaciones rígidas se considera aceptable suponer que la distribución de tensiones en el contacto hormigón-terreno es lineal. Aunque sería recomendable hacerlo, no se considera necesario suponer, como se hace para los cálculos de comprobación de tipo geotécnico, que las presiones transmitidas son de valor uniforme y que actúan únicamente en el área cobaricéntrica definida en anteriormente.

Las acciones de cálculo a considerar para el proyecto estructural serán diferentes de las que se utilizan para el cálculo geotécnico, ya que los coeficientes de mayoración de acciones serán distintos. Incluso aunque se utilice el método de los coeficientes parciales descrito anteriormente, no habrá coincidencia en este aspecto. El cálculo estructural se realiza con una metodología diferente y debe incluir el estudio de esfuerzos en todos los elementos estructurales, incluso los correspondientes al cimiento.

Para las cimentaciones flexibles es necesario considerar la deformabilidad del terreno en el cálculo de esfuerzos. Para ello es recomendable utilizar un modelo numérico adecuado que tenga en cuenta este aspecto.

El modelo más sencillo, cuya utilización se recomienda, sería el denominado modelo de Winkler en el que el terreno es sustituido por unos «resortes» cuya rigidez viene determinada por la expresión siguiente:

Donde:

R = Rigidez del modelo de Winkler.
K = Módulo de balasto.
A = Área del terreno representada por el «resorte».

El módulo de balasto K debe elegirse después de un cálculo específico de asientos de la cimentación que permita conocer, en cada parte de la zona de apoyo, tanto la presión local, p, como el asiento, s. El módulo de balasto queda definido por el cociente:

La determinación precisa del módulo de balasto puede requerir cálculos complejos de interacción suelo-estructura cuya descripción sale del ámbito de esta Guía, no obstante lo cual en aquellos casos en los que este aspecto sea crítico, será necesario realizarlos. El módulo de balasto no es una característica del terreno, es un valor que depende, además de la deformabilidad del terreno, de la geometría de la cimentación y de su rigidez.

En los cálculos de esfuerzos en pilares y tableros de puentes puede ser conveniente representar la deformabilidad del terreno suponiendo que los apoyos, en lugar de ser rígidos, tienen cierta deformabilidad que vendría dada por las expresiones incluidas en la figura 4.11.

En todo caso, será preceptivo seguir, en el cálculo de los esfuerzos en los puentes, lo especificado en la vigente IAP, requiere una consideración explícita de los posibles movimientos del cimiento.

FIGURA 4.11. FÓRMULAS MÁS USADAS PARA EL CÁLCULO DE ASIENTOS, DESPLAZAMIENTOS
Y GIROS DE CIMIENTACIONES SUPERFICIALES RÍGIDAS