CONSTRUCCIÓN DE UN TERRAPLÉN

En este post vamos a hablar de una estructura que a simple vista parece "sencilla" comparada con otras construcciones muchísimo más complejas que se hacen en el mundo de la ingeniería civil. Hablaremos de la construcción de un terraplén.

A continuación os muestro la definición de terraplén que da wikipedia y construmatica y que me parece bastante correcta:

"En ingeniería civil se denomina terraplén a la tierra con que se rellena un terreno para levantar su nivel y formar un plano de apoyo adecuado para hacer una obra".

Su ejecución incluye las operaciones siguientes:

• Preparación de la superficie de asiento del terraplén (saneo, escarificado, compactación adopción de medidas de drenaje, etc.).
• Extensión por tongadas del material procedente de excavación.
• Humectación o desecación de cada tongada.
• Compactación
• Rasanteado, refino de taludes, etc.  

En este post explicaré el proceso de ejecución de los terraplenes que se realizaron en la obra de AVE Villena-Sax, además de las características que exigibles a los materiales:

Adjunto una sección donde aparecen las diferentes capas del terraplén:

Cimiento: es la parte del terraplén que está por debajo de la superficie original del terreno, y que ha sido vaciada durante el desbroce o al hacer la excavación adicional (cajeado) por presencia de material inadecuado.

Fotografía de trailla realizando la excavación y acopio de la tierra vegetal

En la fotografía aparecen caballones de tierra vegetal acopiada en los márgenes. Esta tierra vegetal se utilizará cuando finalice el terraplén para arropar sus paredes.

Los materiales que nos podemos encontrar en la base o cimentación pueden ser los siguientes: 

• Material análogo al utilizado en el núcleo 
• Puede presentar características de refuerzo. Para la función de refuerzo en zonas con problemas de inestabilidad (capacidad portante o compresibilidad) pueden emplearse materiales tratados con ligantes hidráulicos, interposición de geotextiles o materiales adecuados. 
• También se pueden colocar materiales con características drenantes.

Núcleo: es la parte del terraplén comprendida entre la cimentación y la coronación. Es el "cuerpo" del terraplén propiamente dicho.

Una vez preparado el cimiento del terraplén, se procederá a la construcción del núcleo, empleando materiales que cumplan las condiciones establecidas en el Pliego de Prescripciones Técnicas. 

El material empleado en el núcleo cumplirá, como mínimo, las condiciones siguientes (valores obtenidos de Pliego de Prescripciones Técnicas de Adif para la obra Villena-Sax):

• Límite líquido inferior a cincuenta (50)
• Si el límite líquido es superior a treinta y cinco (35) e inferior a cincuenta (50), el índice de plasticidad será mayor del setenta y tres por ciento del límite líquido menos veinte (IP > 0,73 (LL-20)). 
• Asiento en el ensayo de colapso (NLT 254) inferior al uno por ciento (1%).
• Densidad máxima en el ensayo Proctor Modificado superior a un kilogramo setecientos cincuenta gramos por decímetro cúbico (> 1,750 kg/dm3).
• El índice CBR será superior a cinco (5) y el hinchamiento, medido en dicho ensayo, será inferior al uno por ciento (1%).
• Cuando existan condiciones de posible saturación, se limitará el contenido de finos.

En obra se tomarán muestras por el laboratorio para comprobar que cumple con dichas exigencias.

Toma de muestras de material antes de su extendido en terraplén

Los materiales serán extendidos en tongadas sucesivas, de espesor uniforme y sensiblemente paralelas a la explanada. El espesor de las tongadas no será superior a veinticinco centímetros 25 cm como norma general.

Motoniveladora extendiendo el material para conformar la tongada

Después de realizado el extendido, se procederá al riego y compactado del material. La compactación se efectuará con una humedad dentro del rango del dos por ciento respecto a la humedad óptima (hopt + 2%), determinándose ésta con ensayos Proctor Modificado.

Equipo de riego y compactación en tongada de terraplén

Medida del grado de compactación y humedad de la capa mediante aparato denominado Troxler. Se comprueba que los parámetros de compactación y humedad corresponden a los obtenidos en el ensayo Próctor Modificado, con los valores de tolerancia que fije el Pliego de Prescripciones. En el caso que estamos estudiando, para la obra de AVE Villena-Sax la exigencia era alcanzar un 95% del Próctor Modificado y la frecuencia de comprobación era cada 500 m2 de capa extendida y compactada).

Otro ensayo que se realiza para comprobar la capacidad portante de la explanada es el "ensayo de carga con placa". El Pliego de Prescripciones fijará la tolerancia del ensayo, así como la frecuencia en que debe realizarse (se suelen hacer unos 3 ensayos a lo largo de la altura del núcleo).
El Pliego de Adif para la obra Villena-Sax exigia para placa de carga los siguientes parámetros: el módulo de deformación E_v2, obtenido en el tramo de recarga de un ensayo de placa (NLT-357/98), será superior a treinta megapascales (30 MPa) en capas de cimiento y núcleo y a sesenta megapascales en capas de coronación (60 MPa), debiéndose verificar además que E_v2/ E_v1< 2,2 siempre que el valor de E_v1 hubiese resultado inferior al 60% de E_v2.

Coronación del terraplén: una vez finalizado el núcleo del terraplén, llegaríamos a su parte superior, denominada coronación.

El material de esta capa, será de unas características muy similares al empleado en el núcleo. Tendrá que tener unas características algo mejores, en cuanto a plasticidad, tamaño de árido y contenido de finos. (Valores obtenidos de Pliego de Prescripciones Técnicas de Adif para la obra Villena-Sax): 

•  Límite líquido inferior a cuarenta (40)
•  Tamaño máximo inferior a diez centímetros (10 cm).
•  El cernido por el tamiz 0,080 UNE será inferior al cuarenta por ciento (40%) en peso en la fracción de material inferior a sesenta milímetros (60 mm) (tamiz 60 UNE). Al igual que se indicó anteriormente, este porcentaje no será superior al quince por ciento (15%) cuando existan condiciones de posible saturación. Estas condiciones se cumplirán en muestras tomadas en el material después de compactado.
•  El tamaño máximo no podrá superar los dos tercios (2/3) del espesor de tongada.

En cuanto a los ensayos realizados, se realizan el mismo tipo de ensayos que los mencionados para el núcleo: toma de muestras de material para ensayar, control de compactación-humedad y ensayos de carga con placa. Tanto la compactación como el ensayo de placa de carga cumplirá las mismas características que el núcleo. 

Extendido de tierra vegetal en paredes del terraplén: Una vez ejecutada la capa de coronación, se procede a extender la tierra vegetal que se había acopiado en los caballones laterales cuando se ejecutaba el proceso de desbroce y preparación del cimiento del terraplén.

Esta tierra vegetal servirá para ejecutar sobre ella, en las estaciones de primavera y otoño, el proceso de restauración ambiental de la obra, ejecutando sobre esta tierra una hidrosiembra y una reintroducción de especies vegetales de la zona. Esta restauración ambiental servirá también para fijar dicha tierra vegetal al terraplén (la vegetación ayuda a ello con sus raíces) y evitar la formación de cárcavas y deterioros en las paredes. Al final del post hablaremos de ese proceso de restauración ambiental.

Capa de forma: Se define la capa de forma como la capa intercalada entre la capa de subbalasto y la parte superior del terraplén, pedraplén o fondo de desmonte en su caso.

El material que compone esta capa, será de unas características mejores que el empleado para el núcleo y coronación del terraplén. Os pongo las características exigibles a este material obtenidas del Pliego de Prescripciones Técnicas de Adif para la obra Villena-Sax:

• Estarán exentos de materia vegetal, y de materia orgánica.
• Carecerán de elementos de tamaño superior a diez centímetros (10 cm) y su cernido por el tamiz 0,080 UNE será menor del cinco por ciento (5%) en peso. Si los ensayos indicaran que se trata de finos no plásticos, el contenido puede llegar hasta el 15%. En el caso de utilizar material procedente de machaqueo de rocas, su coeficiente de Desgaste de Los Angeles (UNE EN 1097-2) no será superior a treinta (30). El ensayo Micro Deval húmedo (UNE EN 1097-1) deberá dar menor o igual de veinticinco (25).
• En el caso en que el tamaño máximo del material sea inferior a 25 mm, el valor del índice CBR será superior a diez (10). El hinchamiento por inmersión será inferior al cero coma dos por ciento (0,2%). Para materiales más gruesos serán de aplicación los módulos de placa que se indican más adelante. 

En cuanto a la compactación, se alcanzará el 95% de la densidad máxima obtenida en el ensayo Proctor Modificado. Asimismo, el módulo de deformación Ev2 obtenido en la rama de recarga de un ensayo de placa (NLT-357/98) será superior a 80 Mpa, debiéndose verificar además que Ev2/ Ev1< 2,2 siempre que el valor de Ev1 hubiese resultado inferior a 50 Mpa. Vemos que las condiciones para aceptar la capacidad portante con el ensayo de placa de carga son más restrictivas que las condiciones exigibles al núcleo y la coronación

Subbalasto: el subbalasto constituye la capa superior de la plataforma sobre la que apoya el balasto. La capa de subbalasto tiene que reunir unas características de capacidad portante y de drenaje importantes.

El Pliego de Prescripciones Técnicas de Adif, especifica que este material sea procedente de machaqueo de piedra de cantera o grava natural al menos en un cincuenta por ciento (50%) del retenido en el tamiz 5 UNE. Adjuntamos las características que exige este Pliego para este material:

• La granulometría del material será la típica de una zahorra artificial, con el siguiente huso:
  
• El contenido de materia orgánica (UNE 103-204) así como el de sulfatos (UNE 103-201) no superará el 0,2% en peso del material seco.
• El coeficiente de uniformidad (D60/D10) será superior a catorce (14) y el índice de lajas (según la norma UNE EN 933-3) inferior a veintiocho (28).
• Los áridos tendrán un desgaste de Los Angeles (UNE EN 1097-2) inferior a veinticuatro (24) y el resultado del Micro Deval húmedo (UNE-EN 1097-1) será inferior a 16.
• El material compactado hasta una densidad del 98% de la obtenida en el ensayo del Proctor Modificado presentará una permeabilidad del orden de 10-6 m/s o menor.

Os pongo un enlace de un blog muy interesante, donde se explica de una forma muy detallada todos los aspectos del subbalasto. Es una capa de vital importancia, por lo que requiere de unos materiales y unas condiciones de ejecución mayores que en el resto de capas:

http://construblogspain.wordpress.com/2013/11/04/subbalasto-ejecucion-y-propiedades/

Como último bloque de este post, vamos a hablar de la restauración ambiental que se realiza sobre la tierra vegetal extendida en las paredes del terraplén. Esta restauración tendrá varias funciones:

-La integración ambiental de la obra en el paisaje (introduciendo especies autóctonas)

-Formación de un manto vegetal que protegerá al terraplén frente a la escorrentía.

Máquina hidrosembrando paredes de un desmonte

Especies plantadas en paredes de terraplén

Vemos la formación de un manto de vegetación sobre las paredes del terraplén.

Por último, me gustaría añadir un pdf del libro denominado Manual de Carreteras 2, del profesor Luis Bañón Blázquez de la Universidad de Alicante, donde trata diferentes aspectos, tanto de construcción de carreteras, ensayos, etc. que nos puede servir de gran ayuda en la construcción de infraestructuras.

Espero que os haya gustado.