Ejemplo de Tubería Enterrada.

Con frecuencia se debe enterrar una tubería bajo un terraplén elevado de ferrocarril o carretera. Debido al rápido crecimiento de la industria de tuberías y a la construcción de importantes carreteras, ha aumentado grandemente el número de instalaciones, de tuberías enterradas. Estas tuberías suelen ser de una chapa delgada de metal o plástico, denominadas tuberías flexibles o de una pared gruesa de concreto armado, denominadas tuberías rígidas.

Existen muy pocos casos en los que las tuberías enterradas se hayan roto por aplastamiento bajo las cargas exteriores aplicadas. La mayor parte de las roturas producidas han estado asociadas con:

a) ejecución defectuosa:
b) cargas de construcción superiores a las del proyecto y

c) flexión de la tubería por asentamientos de la cimentación o hundimiento. Ante los excelentes datos de comportamiento de muchos miles de tuberías enterradas, la conclusión obligada es que los métodos de proyecto y construcción que se utilizan habitualmente producen instalaciones con un amplio margen de seguridad. Sin embargo, se ha publicado escasa información referente a la seguridad real de estas instalaciones y a su grado de sobredimensionamiento, lo que ha podido ocasionar un gran despilfarro de dinero.

La Fig. 1.16 muestra la instalación de dos tuberías de acero, de 760 mm de diámetro cada una, con un espesor de pared de 9.5 mm, enterradas bajo un terraplén de 24 m de altura en su eje. Con el método analítico que se emplea usualmente, se obtuvo un valor de 19 cm para la máxima flecha o deflexión del tubo. 

La práctica habitual indica un valor del 5 % del diámetro del tubo, es decir, 38 mm para un diámetro de 760 mm, como máxima de- flexión admisible.

En esta fase de la obra, se realizaron pruebas en laboratorio e in situ sobre las tuberías instaladas. Empleando los datos sobre características del suelo obtenidas en estas pruebas, se llegó al cálculo de una deflexión de la tubería de 8 mm, valor perfectamente seguro. El valor máximo de la deflexión de la tubería medido realmente fue de sólo 4.3 mm. Estas deflexiones indican la ventaja de una instalación controlada (así como la inexactitud de los métodos habitualmente empleados para estimar las deformaciones de tuberías enterradas).

El método de colocación de las tuberías se indica en la Fig. 1.16 y comprende las siguientes fases: realización del relleno hasta la cota de la parte superior de las tuberías; excavación de una zanja para las tuberías; conformación a mano de una cama de asiento para cada tubería, adecuada a la curvatura de la misma; relleno bajo condiciones cuidadosamente controladas para conseguir un terreno compacto en las partes laterales y una zona blanda encima de cada tubo.

Los rellenos laterales compactos proporcionan a las tuberías, un apoyo lateral resistente, reduciendo así su deformación lateral. Las zonas blandas tienden a provocar que la parte del terraplén situada directamente sobre las tuberías se asiente más que el resto, transmitiendo así parte de la carga vertical al terreno situado fuera de la zona de emplazamiento de las tuberías; es el fenómeno denominado arqueo o efecto de arco.

Como la carga vertical sobre las tuberías depende de la altura del terraplén, se puede esperar que el asentamiento de las tuberías sea máximo en el centro del terraplén. Así ocurrió en el ejemplo citado, en el cual el asentamiento fue de 17 cm en el eje del terraplén y de sólo 1 cm en los extremos del mismo. La tubería de acero flexible, de más de 100 m de longitud, podía resistir fácilmente una flecha de 16 cm.

En este proyecto el ingeniero tuvo que seleccionar el espesor de las paredes de la tubería y dirigir y supervisar la colocación de las mismas.

Figura 1.16  Tuberías Enterradas.

Ejemplo de un Terraplén sobre Terreno Blando.

La Fig. 1.6 muestra un terraplén de 10 m de altura colocado sobre una capa de suelo blando de 9.60 m de espesor. La idea original era colocar sobre dicha zona un depósito de 15 m de diámetro y 17 m de altura, tal como

Fig. 1.6. Terraplén sobre un suelo blando.

se representa con línea de trazos en la figura. Si se hubiera colocado el depósito sobre el terreno blando, sin una cimentación especial, se habrá producido un asentamiento superior a 1.50 m. Aunque un depósito metálico es una estructura flexible, un asentamiento de 1.50 m es demasiado grande para que sea admisible.

Los estudios geotécnicos realizados mostraron que una solución muy económica para el problema de la cimentación del depósito consistía en construir un terraplén, en el emplazamiento previsto, para consolidar el terreno blando, eliminando posteriormente el terraplén y colocando por último el depósito sobre el terreno consolidado. Esta técnica es lo que se denomina precarga o sobrecarga previa.

Como la precarga debía eliminarse justo antes de la construcción del depósito, situando la cimentación del mismo a la cota adecuada, la magnitud del asentamiento de la precarga no tenía gran importancia.

Únicamente debía prestarse atención especial a que el terraplén no fuera tan alto que pudiera producirse una falla o rotura* por deslizamiento del terreno. Si el terraplén hubiera producido esfuerzos tangenciales o cortantes en el terreno, superiores a la resistencia al corte del mismo, se habría producido un hundimiento por deslizamiento. Esta rotura la habrían acompañado grandes movimientos del terreno, probablemente, con una gran perturbación del terreno blando y posibles daños a los depósitos próximos. Entre las cuestiones a tener en cuenta para esta obra pueden citarse:

1. ¿Qué altura podría alcanzar el terraplén?
2. ¿Con qué rapidez se podría construir el mismo?
3. ¿Cuáles serían los taludes mínimos del terraplén?
4. ¿Podría colocarse el terraplén sin emplear métodos especiales para contener o drenar el terreno blando?
5. ¿Cuánto se asentaría el terraplén?
6. ¿Durante cuánto tiempo debería dejarse el terraplén con objeto de que el terreno se consolidara lo suficiente para permitir la construcción y buen funcionamiento del depósito?