Obras de ingeniería naturalista para la estabilidad de taludes: empalizada viva de refuerzo

El dimensionamiento preliminar en las obras de ingeniería naturalista es unas de las operaciones más importantes a realizar antes de la planificación de la obra y debe prevalecer sin duda sobre las verificaciones técnicas y los dimensionamientos finales. Contar con herramientas rápidas y eficaces con las cuales realizar las primeras verificaciones y evaluar si las técnicas elegidas son capaces de resolver los problemas en cuestión, ha sido siempre uno de nuestros objetivo más esperado

Empalizada viva de refuerzo

A pared simple
A pared doble

La consolidación de taludes deslizantes puede realizarse con empalizadas de madera de alerce, castaño o pino con un diámetro de 20÷30 cm, colocadas alternativamente en sentido longitudinal (L = 3÷4 m) y en sentido transversal (L = 1,80÷2,50 m) para formar una estructura de madera.

Estos se fijan entre sí con clavos o varillas de hierro acerado de diámetro 12÷14 mm (también de adherencia mejorada) y de longitud ligeramente inferior a los dos troncos superpuestos. La empalizada se enterrará con una inclinación de 10°÷15° hacia el monte y el paramento frontal tendrá una inclinación final de 60° para garantizar el mejor crecimiento de las plantas.

Una fila de vigas podrá consolidar aún más la empalizada en la base para contrarrestar el deslizamiento hacia adelante y la fuerza de vuelco; toda la estructura se rellenará con inertes obtenidos de la excavación. En los intersticios entre las vigas horizontales se colocarán esquejes leñosos de especies adecuadas para la reproducción vegetativa, así como plantas enraizadas de especies arbustivas pioneras que soporten la gravilla. Ramas y plantas deberán sobresalir de la empalizada entre 10÷25 cm (mínimo 3÷5 yemas) y llegar en la parte posterior hasta el terreno natural.

La empalizada no podrá tener una altura mayor de 2÷2,5 m, ya que la capacidad de consolidación de las plantas se limita a 2÷3 m de profundidad (la relación B/H debe ser por precaución alrededor de la unidad). Para los clavos, es conveniente perforar parcialmente los dos troncos a fijar, de modo que se obtenga un agarre firme sin el riesgo de provocar roturas o fisuras en la madera. Los montantes deben colocarse de manera escalonada respecto al plano inferior, para permitir una correcta distribución de los pesos y las fuerzas (estructura reticular) a favor de la estabilidad. El período de intervención corresponde al reposo vegetativo.

El efecto fortalecedor de la estructura de madera, una vez podrida, será sustituido por el desarrollo del sistema radicular. En caso de utilizar madera con corteza gruesa, esta debe ser removida.

A pared simple: una sola fila horizontal externa de troncos y los elementos más cortos perpendiculares al talud están afilados e insertados en ese mismo. La altura de este tipo de empalizada es generalmente modesta (1÷1,5 m).
A pared doble: una fila de troncos longitudinales tanto en el exterior como en el interior. La empalizada podrá realizarse en tramos individuales no más altos de 1,5÷2 m, ya que la capacidad de fortalecer de las plantas se limita a 2÷3 m de profundidad.

Dimensión de la madera y correcta colocación

Se recomienda utilizar troncos con un diámetro no inferior a 20 cm, para evitar la rotura de la madera en las uniones (agujeros y clavos – al respecto, ver el capítulo dedicado a las uniones), y no superior a 30÷35 cm, a causa de las posibles dificultades con los límites legales impuestos para el desplazamiento manual de cargas.La obra debe siempre concluirse con una fila de travesaños para contener mejor el terreno superior.
Para cada capa, tanto longitudinal como transversal, es necesario usar troncos de diámetro aproximadamente igual, para que la obra resulte finalmente regular. El uso de troncos con estrechamientos provoca problemas y la necesidad de reducciones o la inserción de cuñas; siempre debe evaluarse la oportunidad de descartar el material que se estrecha de un lado o de cortar la parte en cuestión.
En el caso de madera con corteza gruesa, es recomendable que la madera sea descortezada, para evitar que en los puntos de contacto, al perder la corteza por descomposición, se formen distancias y puntos de no contacto entre las maderas.
Los travesaños externos e internos deben colocarse de manera que queden escalonados, al igual que los travesaños en los diferentes niveles. Los montantes también deberán colocarse de manera escalonada en los distintos niveles, para asegurar una óptima distribución de los pesos y las posibles fuerzas.
En la figura que sigue se ilustran dos obras caracterizadas por la misma altura (3,30 m), ancho (7,50 m) y distancia entre los troncos longitudinales (1,50 m), pero con una disposición diferente de estos últimos: la de la izquierda se define como disposición alternada, mientras la otra es disposición continua.
La disposición alternada de los troncos transversales montantes, con igual carga aplicada, permite que la obra tenga deformaciones horizontales y verticales aproximadamente 35% mayores que la disposición continua. Dada su mayor capacidad de deformarse en caso de eventuales movimientos del terreno, se recomienda este esquema constructivo en todas aquellas situaciones caracterizadas por taludes poco estables.
También en el caso de la empalizada viva lateral con poste frontal, es conveniente colocar montantes adicionales escalonados.

Troncos transversales

Para que la obra pueda cumplir con su función estabilizadora, es posible que los troncos transversales (montantes) sean introducidos en la ladera. Esta operación resulta particularmente útil en el caso de empalizadas vivas laterales de pared simple o doble;
una vez finalizados los trabajos, los troncos transversales que sobresalen de la fachada deben ser cortados, en fase de construcción, siguiendo la línea de pendiente;
en el caso de que la obra se utilice como base para el lecho de una carretera, es conveniente que la última fila de montantes tenga una densidad (distancia) tal que no se supere la medida de cuatro veces el diámetro del poste para garantizar la capacidad de carga de la obra.

Verificaciones de estabilidad

Evaluación de estabilidad general de talud

En el uso práctico del dimensionamiento preliminar vale la siguiente regla general que debe ser verificada caso por caso:

Cálculo de la presión del suelo en el caso de obras de sostenimiento

Factores que actúan sobre la obra

el peso propio de la obra, de fácil determinación si se conocen el volumen de la estructura y el peso por unidad de volumen del material;
la presión activa del suelo, que depende de la altura de la empalizada viva de sostenimiento y de las características del suelo;
la presión pasiva del suelo, que representa la resistencia (fuerza estabilizadora) del suelo a la presión ejercida por la estructura, ya que impide su vuelco y deslizamiento a lo largo del plano de asentamiento de la obra misma (por lo general, es modesta en comparación con otras acciones solicitantes y se prefiere omitirla en los cálculos);
la posible sobrecarga existente detrás de la obra, asumida uniformemente distribuida.
Solicitaciones sísmicas

Para la determinación de la presión activa se puede adoptar el método del equilibrio límite, este supone que la superficie de rotura tenga en general forma cilíndrica, que sobre ella se movilice toda la resistencia al corte del terreno y que para el equilibrio del bloque de presión se tomen en cuenta solamente desplazamientos de tipo rígido.

Sismo

La filosofía de diseño de una estructura en zona sísmica contemplada por la nueva normativa italiana (NTC), ampliando lo previsto por el Euro-código 8, elige convencionalmente cuatro Estados Límite:

Dos Estados Límite Últimos, considerando eventos sísmicos con baja probabilidad de ocurrencia (por lo tanto, con un alto período de retorno): un Estado Límite de Salvaguardia de la Vida (SLV), para el evento que tiene una probabilidad de ocurrencia durante la vida de referencia de la estructura (VR) igual al 10% o un Estado Límite de Colapso (SLC), con una probabilidad de ocurrencia del 5%.
Para tales eventos, se acepta que la estructura pueda sufrir daños graves, incluso desde el punto de vista estructural, pero conservando la capacidad de soportar las cargas verticales sin colapsar. Mientras que en el caso del SLV se requiere que a la estructura también le quede la capacidad para resistir las acciones horizontales, es decir, réplicas sísmicas de menor intensidad; en el caso del SLC solo se requiere la capacidad de soportar las cargas verticales en la fase post-sísmica, sin reservas.
Dos Estados Límite de Servicio, considerando eventos sísmicos con alta probabilidad de ocurrencia (bajo período de retorno): un Estado Límite de Daño (SLD), para el evento que tiene una probabilidad de ocurrencia durante la vida de referencia de la estructura (VR) igual al 63% o un Estado Límite de Operatividad (SLO), con una probabilidad de ocurrencia del 81%. En el caso del SLD, aunque se sufran daños limitados, la estructura debe permanecer accesible después del sismo y esto se controla convencionalmente limitando los desplazamientos relativos de piso (en algunos casos, para estructuras de particular relevancia, puede ser necesaria la verificación de la resistencia de los elementos); en el caso del SLO, la estructura debe permanecer completamente operativa, también con respecto a instalaciones y equipos (la verificación se realiza controlando los desplazamientos y las aceleraciones sufridas por los equipos).

Al realizar la verificación sísmica, al cálculo de la presión estática es necesario sumar dos contribuciones adicionales de presión (método Mononobe-Okabe), así como se describió anteriormente.

Dimensionamiento y comprobación de tierras reforzadas – MRE

Software para dimensionamiento y comprobación de tierras reforzadas, tanto con elementos metálicos como con geomembranas, geomallas, pilotes de madera en condiciones estáticas o sísmicas.
El programa permite ingresar datos de forma sencilla mediante un conjunto de herramientas específicas, tales como la generación automática de la posición de los refuerzos, del perfil de la tierra reforzada con opción de elegir entre perfil con pendiente constante o en terrazas.
Posibilidad de definir varios tipos de tierra reforzada en el mismo archivo y efectuar, contemporáneamente, todos los análisis de verificación y de proyectos con varias combinaciones de carga. El programa cuenta con un database de los principales elementos de refuerzo que puede ser enriquecido por el usuario.