Artículos
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial 4.0 Internacional.
Recepción: 27 Junio 2018
Aprobación: 21 Septiembre 2018
Resumen: Los viales han experimentado una evolución significativa en el transcurso de la historia, con un incuestionable desarrollo económico y consecuentemente social. Diversas tendencias se presentan hoy para su construcción, sin descartar que, durante su vida útil, estas estructuras se encuentran sometidas a procesos y fenómenos que limitan su seguridad y durabilidad. Cuba, debido a su ubicación geográfica, se encuentra influenciada por una importante actividad sísmica, cuyas amenazas inducidas pueden tener un impacto negativo importante en las carreteras. En esta investigación se proponen consideraciones para la ejecución de estas obras lineales ante la incidencia del desastre de origen geológico, considerando amenazas como sismos, fenómenos de licuación de suelos y deslizamientos de terreno. Se soportan los principales resultados de este trabajo en la revisión bibliográfica y el análisis documental en torno a experiencias internacionales.
Palabras clave: ejecución de carreteras, peligro sísmico, carreteras.
Abstract: The roads have notoriously significant development throughout the history, bringing with it an unquestionable economic and consequently social development. During its development there have been different trends for its construction, without ruling out that during its useful life, these structures are subject to different processes and phenomena that limit their safety and durability. Cuba, due to its geographical location, is threatened by an important seismic activity, whose induced threats can have catastrophic effects on the roads. In this research, considerations are proposed for the execution of these roads before the occurrence of disasters of geological origin; considering the earthquake, the phenomena of liquefaction of soils and landslides. The main results of this work are supported in international experiences and an exhaustive bibliographical search.
Keywords: highways construction, seismic hazard, highways.
INTRODUCCIÓN
La técnica de construcción de carreteras aparece en Cuba desde hace ya varias décadas. Numerosos ejemplos ilustran esta afirmación, entre los que se destaca la construcción de la Carretera Central, cuya construcción se remonta a más de 50 años atrás. Esta obra aún presta servicios como resultado de las intervenciones de reparación o reconstrucción que se le han realizado.
Uno de los principales agravantes de una red vial es la ocurrencia de desastres de origen natural, en ascenso a nivel global. Toda la geografía del planeta es azotada con cierta frecuencia y con diferentes grados de severidad por algún tipo de desastre. Entre estos los sismos constituyen una de las peores amenazas (Figura 1 a-b).
Figura 1a.
Impacto de los sismos en carreteras en los últimos años (Sismo en Honduras)
Figura 1b.
Impacto de los sismos en carreteras en los últimos años
Por su ubicación geográfica, Cuba tiene características geológicas, tectónicas y topográficas que la hacen vulnerable a desastres de origen geológico en gran parte de su territorio (Figura 2 a-b).
Figura 2a.
Impacto de los sismos en carreteras en Cuba (Daños producidos en la zona de La Alameda)
Figura 2b.
Impacto de los sismos en carreteras en Cuba (Deslizamiento que compromete lared vial)
La provincia de Santiago de Cuba está situada en la microplaca cubana, al borde de los límites sur de la placa de Norteamérica y norte de la placa Caribe. Se destaca en esta zona el tipo de sismicidad, conocida como de entre placas, vinculada a la estructura Bartlett-Caimán (zona sismogénica oriente), que se caracteriza por ser un sistema de fallas transformantes abierto con una fosa en su centro (Fosa de Bartlett) (Figura 3).
Figura 3.
Placas tectónicas adyacentes a la placa en la que se ubica el archipiélago cubano
Las investigaciones sismológicas cubanas sitúan a Santiago de Cuba como la zona de mayor peligro sísmico del territorio nacional. Más del 60 % de los sismos perceptibles y fuertes reportados en el país han tenido su epicentro en esta provincia. Estos han sido registrados en el sector comprendido entre las localidades de Chivirico y Baconao, sacudido por más de 1000 sismos perceptibles desde el año 1528 hasta la fecha.
Se ha estudiado a profundidad el efecto de esta amenaza en las obras estructurales; sin embargo, se presentan hoy vacíos importantes en relación con las obras viales, tomando en consideración que los sismos pueden inducir o servir de disparador de otros peligros geológicos de gran poder destructivo, como pueden ser la falla superficial o apertura del material en la superficie terrestre en forma de grietas gigantescas, las fallas en los taludes naturales o artificiales debido a las sacudidas del terreno en áreas inestables o con una topografía relativamente escarpada, la licuación del material no consolidado debido al sacudimiento del suelo, la subsidencia o depresión de la superficie del terreno como resultado del asentamiento de los sedimentos blandos y los llamados tsunamis, generados por la actividad sísmica submarina (Centro Nacional de Investigaciones Sismológica (Cenais), 2010). Todas con marcada incidencia en las carreteras.
Se presentan entonces determinadas incertidumbres en el comportamiento de las carreteras ante la acción del sismo y otras amenazas inducidas, provocadas, con frecuencia, por inadecuadas soluciones en la construcción vial y, en general, responsables de limitar su durabilidad y seguridad.
Esta investigación profundiza en el tema para proponer consideraciones en la construcción de carreteras como alternativa para la reducción de riesgos. Se tuvo en cuenta el impacto negativo del desastre de origen geológico en estas obras lineales, a partir de la revisión bibliográfica y las experiencias internacionales de sismos fuertes en la región.
La experiencia hace dirigir la atención a que los daños ocasionados por sismos a todo tipo de estructuras tienen un elevado por ciento de fallas a consecuencia de los comportamientos desfavorables de los suelos y la baja calidad de algunos materiales, además del inadecuado control de calidad en los trabajos; sumado a ello, determinadas inconsistencias en la planeación vial. Estos comportamientos desfavorables tienden a amplificar las consecuencias nefastas de los sismos en las carreteras, razón que hace dirigir la atención a la construcción de carreteras en zonas de elevado peligro sísmico.
MÉTODO
A partir del análisis documental, una exhaustiva revisión bibliográfica y sobre la base de las experiencias internacionales, se realiza una caracterización de la construcción de carreteras en zonas de elevado peligro sísmico. En principio se valora el desarrollo de las redes viales y su influencia en el progreso de la humanidad, tanto desde el punto de vista social como económico. También se identifican las diferentes tendencias en la construcción de carreteras que hoy se verifican en la literatura especializada.
Con posterioridad se caracteriza la actividad sísmica en el territorio cubano, con énfasis en la región suroriental de la isla. Asimismo, se identifican los impactos del sismo en estas obras lineales; además, se hace referencia también a las amenazas inducidas.
Se identifican las etapas y actividades para la ejecución de carreteras. En cada una de ellas se determinan las consideraciones para su construcción con el fin de prevenir los desastres. A manera de buenas prácticas de construcción, se persigue rentabilidad a largo plazo, al prevenir fallas, eliminar necesidades de reparación y reducir el efecto de los desastres.
RESULTADOS
La construcción de carreteras requiere la creación de una superficie continua, que atraviese obstáculos geográficos y tome una pendiente suficiente que permita la circulación de vehículos y peatones. Este proceso transcurre desde la retirada de la capa vegetal para la construcción de la explanación, hasta la colocación de las señales del tránsito. Para ello es imprescindible el conocimiento de las etapas y actividades durante su proceso constructivo, lo cual permite valorar, además, la incidencia de los desastres geológicos en cada una.
Las etapas en las que se pueden agrupar las diferentes actividades del proceso constructivo de la carretera se definen de la siguiente manera: En la etapa 1, llamada preliminar, se incluyen como actividades el replanteo preliminar y definitivo, el desbroce y descortezado. En la etapa 2, construcción de obras de drenaje, está incluida la excavación, limpieza de cause, construcción de losa de asiento, recalce, muros y aletones, colocación de tubos, cajones y sellado de juntas; así como el rehincho manual y mecanizado. En la tercera etapa, llamada movimiento de tierra, se tiene la excavación en la explanación y en cunetas, extendido, nivelación, humectación y compactación del material de suelo. La pavimentación, como etapa 5, está formada por la preparación de la subrasante, construcción de sub-base y base, riego de imprimación y colocación de superficie. Por último, en la etapa 6 de terminación se tuvo en cuenta la colocación de señales y dispositivos de defensa.
En las tablas que se muestran a continuación se resumen las consideraciones propuestas por etapas. (Tabla 1-2-3-4-5)
El archipiélago cubano tiene una la elevada peligrosidad sísmica y en especial la zona suroriental de la isla, hecho que demanda criterios sismorresistentes no solo en el diseño vial, sino también en la ejecución o construcción.
En Cuba los mayores efectos negativos de un sismo en carreteras no solo se deben a las aceleraciones en el terreno, sino también a la licuación de suelos y los movimientos de masas.
El desastre geológico en las obras viales, más que en el diseño, tiene una marcada significación en los trabajos de construcción o ejecución, fundamentalmente en lo relacionado con la calidad de los materiales y con las deficiencias en la planeación vial y el control de calidad en la ejecución.
En la actualidad, la construcción de carreteras se desarrolla con novedosos materiales y tecnologías a nivel mundial; entre estos destacan el empleo de aditivos, el uso de GPS, entre otros, que permite elevar la calidad en la ejecución de obras viales.
Las carreteras deben cumplir, debido a consideraciones de tipo económico, características del terreno y objetivos del proyecto: que su trazado sea tan directo entre los puntos extremos a enlazar como sea posible, cumplir en él todos los principios y normas de ingeniería que permitan obtener una obra vial resistente, segura, duradera, funcional, económica y de apariencia agradable ante los ojos del conductor.
Para una adecuada planeación deben evitarse zonas problemáticas, como la ubicación de carreteras en zonas de alto riesgo de peligros geológicos, tales como deslizamientos de tierra, zonas con caídas de roca, taludes de fuerte pendiente (de más de 60-70 %), zonas inundadas o inestables, suelos saturados, etcétera; mantener una distancia o separación adecuada de riachuelos y minimizar el número de cruces de drenaje, así como el número de conexiones entre caminos y corrientes de agua (Keller y Sherar).
La construcción de la explanación es el proceso constructivo más importante en la construcción de carreteras, ya que se conforma el cuerpo de la misma, donde la evaluación correcta de los suelos, el régimen de humedad, la obtención en la obra de la compactación exigida, el aseguramiento del drenaje de las aguas superficiales y subterráneas, entre otros, son factores determinantes para lograr una adecuada resistencia y estabilidad de las carreteras.
Se deben construir las carreteras de tal manera que puedan desalojar el agua rápidamente fuera de la superficie de rodamiento, a fin de mantener drenada la superficie sin poner en riesgo su integridad.
Las alcantarillas comprenden un grupo diverso de productos con grandes variaciones en la disponibilidad de material, propiedades, secciones geométricas de pared, tamaños y formas.
Las alcantarillas en general se dividen en dos clases principales: flexibles y rígidas. Las alcantarillas flexibles típicamente están compuestas por materiales metálicos o termoplásticos y responden a las cargas de manera diferente que las alcantarillas rígidas. Las rígidas no son tan dependientes del soporte del suelo como las alcantarillas flexibles. Estas últimas pueden distorsionarse o colapsar debido a la pérdida de soporte proporcionado por el suelo circundante. Esto, a su vez, puede conducir a la pérdida de terraplén y daño a la superficie de la carretera, lo que es una amenaza para la vida humana (Power, Fishman, Richards, Makdisi, Musser & Youd, 2004).
El daño al pavimento ha ocurrido durante la mayoría de los grandes terremotos. Sin embargo, la deformación permanente del suelo o falla de tierra ha sido generalmente la causa directa del daño. En algunos casos, la alteración del pavimento ha ocurrido debido a movimientos de tierra muy intensos, que levantan localmente secciones de este.
Las respuestas estructurales de un pavimento (esfuerzos, desplazamientos y agrietamientos) dependen significativamente de la subrasante. Las propiedades requeridas de la subrasante incluyen la resistencia, el drenaje, la fácil compactación y la estabilidad volumétrica.
Los problemas de estabilidad volumétrica de subrasantes se relacionan con suelos licuables (ante cargas dinámicas), expansivos y colapsables. Los suelos de estas características pueden ser removidos y remplazados, ya que son de difícil tratamiento (Power et al. 2004). Es de gran importancia conocer el tipo de material con el que se va a trabajar la pavimentación, ya que a partir de esto se elige el tipo de maquinaria y el personal suficiente para trabajar en forma adecuada.
Se prestará especial atención a la construcción de juntas longitudinales o transversales, ya sean frías o calientes.
CONCLUSIONES
- 1.
Una planeación y construcción adecuadas del sistema de carreteras resultan esenciales para el desarrollo comunitario y para el flujo de bienes y servicios entre las comunidades.
Se destaca en esta investigación el efecto negativo de los sismos en las carreteras, cuyos daños repercuten con más fuerzas en la superestructura, sin descartar determinados efectos negativos en la subestructura y el entorno.
Resulta muy importante desde el principio localizar las carreteras sobre terreno estable, en taludes moderados, zonas secas alejadas de drenajes y apartadas de otras zonas complejas y de difícil acceso, para disminuir la vulnerabilidad ante los eventos sísmicos y los costos de mantenimiento y reparación.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Centro Nacional de Investigaciones Sismológica (Cenais). (2010). Tabloide de Universidad para Todos Curso Elemental de Sismología. La Habana.
Keller, G. y Sherar, J. (2001). Ingeniería de caminos rurales. Guía de Campo para las Mejores Prácticas de Administración de Caminos Rurales. México: Instituto Mexicano del Transporte.
Power, M., Fishman, K., Richards, R., Makdisi, F., Musser, S., & Youd, T. L. (2004). Seismic Retrofitting Manual for Highway Structures: Part 2- Retaining Structures, Slope, Tunnels, Culverts and Roadways. Federal Highway Administration.
