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Full text of "Manual de Carreteras 2"

LUIS BANON BLAZQUEZ 



JOSE F. BEVIA GARCIA 




manual de 



CARRETERAS 




SUELOS 



Tradicionalmente, el suelo ha sido definido como un "agregado de partfculas 
minerales, a lo sumo parcialmente cementadas". Si nos adentramos en el campo de la 
ciencia y de la tecnica esta definicion se difumina, adoptando una signification distinta 
dependiendo de la disciplina que lo estudie. Asf, para un ingeniero geotecnico, el suelo 
es un material natural que, a diferencia de la roca, presenta una marcada modificacion 
de sus propiedades en presencia de agua; para el constructor, no es mas que todo aquel 
material que puede ser excavado sin emplear explosivos. 

En cualquier caso, el suelo es el soporte ultimo de todas las obras de 
infraestructura, por lo que es necesario estudiar su comportamiento ante la perturbacion 
que supone cualquier asentamiento antropico, en nuestro caso una carretera. 

La Geotecnia -mas concretamente la Mecanica de Suelos- viene a demostrarnos 
que el terreno se comporta como una estructura mas, con unas caracterfsticas ffsicas 
propias -densidad, porosidad, modulo de balasto, talud natural, cohesion o angulo de 
rozamiento interno- que le confieren ciertas propiedades resistentes ante diversas 
solicitaciones -compresion, cizalla- reflejadas en magnitudes como la tension admisible 
o los asientos maximo y diferencial. 

En funcion de todas estas variables pueden establecerse clasificaciones utiles 
desde el punto de vista constructive estableciendo una tipologfa de suelos que refleje 



Luis Banon Blazquez 



las caracterfsticas genericas de cada grupo y su idoneidad como soporte para los 
diferentes tipos de construcciones civiles. 

El objetivo de este capftulo no es otro que conocer mas a fondo las propiedades 
mas importantes del suelo de cara a su aplicacion directa en la construccion de 
infraestructuras viarias, asi como los procedimientos de ensayo empleados para 
determinarlas y las clasificaciones mas usuales en Ingenierfa de Carreteras. 

1. ORIGENDELOSSUELOS 

Los suelos provienen de la alteracion -tanto ffsica como qufmica- de las rocas 
mas superficiales de la corteza terrestre. Este proceso, llamado meteorizacion, 
favorece el transporte de los materiales alterados que se depositaran posteriormente 
formando alterita, a partir de la cual y mediante diversos procesos se consolidara el 
suelo propiamente dicho. 

Aunque posteriormente se estableceran diversas clasificaciones especfficas, 
pueden diferenciarse en una primera aproximacion, diversos tipos de suelo en funcion de 
la naturaleza de la roca madre y del tamano de las particulas que lo componen. 




Fig. 15.1 - Clasificacion composicional de un suelo 



15 



Suelos 



1.1. Suelos granulates 



Este tipo de suelos esta formado por partfculas agregadas y sin cohesion entre 
ellas dado el gran tamano de las mismas. Su origen obedece fundamentalmente a 
procesos de meteorizacion ffsica: lajamiento, termoclastia, hialoclastia o fenomenos de 
hidratacion ffsica. 

El tipo de transporte condiciona en buena medida sus caracterfsticas 
granulometricas. Asf, un suelo de origen eolico presentara un tamano uniforme de sus 
partfculas; si el transporte es fluvial, presentara una granulometrfa progresiva en 
funcion de la energfa del medio; por el contrario, en medios glaciares no existe un 
patron granulometrico definido, dandose un amplio espectro de tamanos de grano. 

Las caracterfsticas principales de este tipo de suelos son su buena capacidad 
portante y su elevada permeabilidad, lo que permite una rapida evacuacion del agua 
en presencia de cargas externas. Esta capacidad de drenaje es proporcional al tamano 
de las partfculas, o dicho de otro modo, al volumen de huecos o porosidad del suelo. Es 
destacable que para un determinado grado de humedad, las partfculas mas finas 
presentan una cohesion aparente que desaparece al variar el contenido de agua. 

Dentro de esta clase de suelos se distinguen dos grandes grupos: el de las 
gravas y el de las arenas. El Ifmite entre ambos grupos viene dado por su 
granulometrfa, considerandose arena la fraccion de suelo de tamano inferior a 2 mm. 
Dentro de esta clasificacion pueden establecerse otras subdivisiones. 

Las caracterfsticas mecanicas y resistentes de los suelos granulares vienen en 
buena parte determinadas por el angulo de rozamiento interno entre partfculas, asf 
como por su modulo de compresibilidad. 

1.2. Suelos c ohesivos 

A diferencia de los anteriores, esta categorfa de suelos se caracteriza por un 
tamano mas fino de sus partfculas constituyentes (inferior a 0.08 mm.), lo que les 
confiere unas propiedades de superficie ciertamente importantes. Esto se debe a que la 
superficie especffica -relacion entre la superficie y el volumen de un cuerpo- de 
dichas partfculas es mas que considerable. 

La cohesion es la principal propiedad desde el punto de vista mecanico de este 
tipo de suelos; se define como la fuerza interparticular producida por el agua de 
constitucion del suelo, siempre y cuando este no este saturado. La cohesion es 
importante desde el punto de vista de la estabilidad de taludes, ya que aumenta la 
resistencia de un suelo frente a esfuerzos cortantes o de cizalla. 

Dentro de los suelos cohesivos tambien puede establecerse una subdivision en 
dos grandes grupos: los limos -de origen ffsico- formados por partfculas de grano muy 



15 



Luis Banon Blazquez 




Ag mt fredtka AguQ copilot 



Farticuios dt 
sue lo con agua 
higratcopica 

Poro con 

vopar de cgua 

Agua odsorbido 
en torno a tax 
paniculas y en 
hs dnguhs dt 
hs porot 

Agua capitar 
colgada 
Zona d* por« 
ton oire 

Zona dt 
ascension copilot 



Zona fredtica 



Cation en 
suspension 



% 6 



, . Molecula 

^\ hi /9 deagua 







Fig. 15.2 - Origen de la cohesion en suelos arcillosos 

fino (entre 0.02 y 0.002 mm) y las arcillas, compuestas por un agregado de partfculas 
microscopicas procedentes de la meteorizacion quimica de las rocas. 

Lo que realmente diferencia a los limos de las arcillas son sus propiedades 
plasticas: mientras que los primeros son arcillas finfsimas de comportamiento inerte 
frente al agua, las arcillas -debido a la forma lajosa de sus granos y a su reducido 
tamano- acentuan los fenomenos de superficie, causa principal de su comportamiento 
plastico. 

Este tipo de suelos se caracteriza por su baja permeabilidad, al dificultar el 
paso del agua por el reducido tamano de sus poros, y su alta compresibilidad; tan es 
asf que los suelos arcillosos, limosos e incluso arenosos como el loess pueden colapsar 
-comprimirse de forma brusca- simplemente aumentando su grado de humedad hasta 
un valor crftico (entre el 85% para arcillas y el 40-60% para arenas y limos), al 
romperse los debiles enlaces que unen unas partfculas con otras. Esta importante 
propiedad se emplea de forma directa en la compactacion de suelos. 

1.3. Suelos orcja nic os 

Dentro de esta categorfa se engloban aquellos suelos formados por la 
descomposicion de restos de materia organica de origen animal o vegetal 



15 



Suelos 



-predominando esta ultima- y que generalmente cubren los primeros metros de la 
superficie. 

Se caracterizan por su baja capacidad portante, alta compresibilidad y mala 
tolerancia del agua, a lo que debe unirse la existencia de procesos organicos que pueden 
reducir sus propiedades resistentes. Este tipo de suelos es nefasto para la ubicacion de 
cualquier obra de infraestructura, por lo que deben eliminarse mediante operaciones 
previas de desbroce. 

En el caso de existir formaciones mas profundas de materia organica, como 
puede ser el caso de depositos de turba, es preferible evitar el paso del camino por ellas. 
Cuando esto no sea posible, deberan tomarse precauciones especiales que garanticen la 
estabilidad del terreno, estabilizandolo ffsica o qufmicamente. 

1.4. Rellenos 

Se entiende por relleno todo deposito de materiales procedentes de aportes de 
tierras procedentes de otras obras. Tambien puede entenderse por relleno todo deposito 
de escombros procedentes de demoliciones, vertederos industrials, basureros, etc., 
aunque como es logico jamas pueden ser considerados como terrenos aptos para la 
ubicacion de cualquier tipo de construccion. 

La problematica que presentan este tipo de suelos artificiales es su baja 
fiabilidad, ya que por lo general no suelen compactarse al ser depositados (recordemos 
que la compactacion de las tierras sobrantes supone un coste adicional innecesario 
desde el punto de vista del empresario que realiza la obra). 

El comportamiento mecanico esperable es muy malo, ya que al no estar 
compactados presentaran altos indices de compresibilidad y la aparicion de asientos 
excesivos e impredecibles. Para mitigar este problema, debe mejorarse la compacidad 
del mismo empleando metodos de precarga del terreno (metodo muy lento) o 
inundarlo para provocar su colapso, en el caso de que su estructura interna sea 
inestable. Tambien puede optarse por reemplazarlo por otro tipo de terreno, opcion 
que casi nunca suele escogerse por ser antieconomica. 

2. LAS PROPIEDADES DE LOS SUELOS Y SU DETERMINAC ION 

Conocidos los principales tipos de suelos existentes, el siguiente paso es 
establecer una serie de procedimientos cientfficos que permitan caracterizarlos en 
funcion de diferentes propiedades ffsicas, qufmicas o mecanicas. 

Los ensayos que definen las principales propiedades de los suelos en carreteras 
son: analisis granulometrico, Ifmites de Atterberg, equivalente de arena, Proctor Normal 
y Modificado y la determinacion de la capacidad portante mediante el fndice CBR. 



15 



Luis Banon Blazquez 



2.1. Analisis granulomere o 

La finalidad de este ensayo (NLT-104) no es otra que determinar las proporciones 
de los distintos tamanos de grano existentes en el mismo, o dicho de otro modo, su 
granu lorn etna. 

El tamiz es la herramienta fundamental para efectuar este ensayo; se trata de 
un instrumento compuesto por un marco rfgido al que se halla sujeta una malla 
caracterizada por un espaciamiento uniforme entre hilos denominado abertura o luz de 
malla, a traves del cual se hace pasar la muestra de suelo a analizar. 

Se emplea una serie normalizada de tamices de malla cuadrada y abertura 
decreciente, a traves de los cuales se hace pasar una determinada cantidad de suelo 
seco, quedando retenida en cada tamiz la parte de suelo cuyas partfculas tengan un 
tamano superior a la abertura de dicho tamiz. Existen diversas series normalizadas de 
tamices, aunque las mas empleadas son la UNE 7050 espanola y la ASTM D-2487/69 
americana. 

Para determinar la fraccion fina de suelo -limos y arcillas- no es posible efectuar 
el tamizado, por lo que se empleara el metodo de sedimentacion (densfmetro) descrito 
en la correspondiente norma. 

Una vez realizado el proceso de tamizado y sedimentacion, se procede a pesar las 
cantidades retenidas en cada uno de los tamices, construyendose una grafica 
semilogarftmica donde se representa el porcentaje en peso de muestra retenida (o el 
que pasa) para cada abertura de tamiz. 



100 



Q. 
0) 



SUELOS GRANULARES 



SUELOS COHESIVOS 




Luz de malla (mm) 



Fig. 15.3 - Curva granulometrica de un suelo 



15 



Suelos 



Como aplicacion directa de este ensayo, puede establecerse una clasificacion 
generica de suelos atendiendo a su granulometrfa: 



Clasificacion granulo metric a de los suelos 



T1PO 


DENOMINACION 


TAMANO 

(mm) 


SUELOS 
GRANULARES 


Bolos y bloques 


> 60 


Grava 


Gruesa 

Media 

Fina 


60- 20 
20 - 6 
2 - 6 


Arena 


Gruesa 

Media 

Fina 


0.6- 2 
0.2 - 0.6 
0.08 - 0.2 


SUELOS 
COHESIVOS 


Limo 


Grueso 

Medio 

Fino 


0.02 - 0.08 
0.006- 0.02 
0.002 - 0.006 


Arcilla 


< 0.002 



Interpretation de los tesuHados 

La interpretacion de una curva granulometrica puede proporcionarnos 
informacion acerca del comportamiento del suelo. Si estudiamos la regularidad de la 
curva podremos diferenciar dos tipos de granulometrfas: 

(a) Granulometrfa discontmua: La curva presenta picos y tramos pianos, que 
indican que varios tamices sucesivos no retienen material, lo que evidencia 
que la variacion de tamanos es escasa. En este caso, se habla de suelos mal 
graduados. La arena de playa es un claro ejemplo de este tipo de suelos. 

(b) Granulometrfa contfnua: La practica totalidad de los tamices retienen 
materia, por lo que la curva adopta una disposicion suave y continua. A este 
tipo de suelos se les denomina bien graduados. Las zahorras se engloban 
dentro de este grupo. 

De cara a determinar numericamente la graduacion de un suelo se emplea el 
coeficiente de curvatura, definido por la siguiente expresion: 

D ' 



donde D x es la abertura del tamiz o diametro efectivo (mm) por donde pasa el 
X% en peso de la totalidad de la muestra de suelo analizada. 



15 



Luis Banon Blazquez 



En carreteras, es importante que el suelo este bien graduado para que al 
compactarlo, las particulas mas finas ocupen los huecos que dejan los aridos de mayor 
tamano, reduciendo de esta forma el numero de huecos y alcanzando una mayor 
estabilidad y capacidad portante. Un suelo bien graduado presenta valores de C c 
comprendidos entre 1 y 3. 

Otro parametro muy empleado para dar idea del grado de uniformidad de un 
suelo es el llamado coeficiente de uniformidad, definido por Hazen como la relacion 
entre las aberturas de tamices por donde pasan el 60% y el 10% en peso de la totalidad 
de la muestra analizada: 

r _ Deo 
U " D 10 

Segun este coeficiente, un suelo que arroje valores inferiores a 2 se considera 
muy uniforme, mientras que un coeficiente inferior a 5 define un suelo uniforme. 



A 


SUELOS BIEN GRADUADO S 

A 


SUELOS MAL G RADUADOS 






































































































































































A 


GRANULOMETRiA CONTJNUA 

A 


GRANULOMETRiA DISCONTINUA 


7- 




































































































































































GRANULOMETRl A NO UNI FORME GRANULOMETRiA UNI FORME 



Fig. 15.4 - Interpretation de la curva granulometrica 



15 



Suelos 



2.2. Estados de consistenc ia 

Como se dijo en la presentacion, el comportamiento de un suelo esta muy 
influenciado por la presencia de agua en su seno. Este hecho se acentua cuanto menor 
es el tamano de las particulas que componen dicho suelo, siendo especialmente 
relevante en aquellos donde predomine el componente arcilloso, ya que en ellos los 
fenomenos de interaccion superficial se imponen a los de tipo gravitatorio. 

Por ello, resulta muy util estudiar los Ifmites entre los diversos estados de 
consistencia que pueden darse en los suelos coherentes en funcion de su grado de 
humedad: Ifquido, plastico, semisolido y solido. 

(a) Liquido : La presencia de una cantidad excesiva de agua anula las fuerzas de 
atraccion interparticular que mantenfan unido al suelo -la cohesion- y lo 
convierte en una papilla, un liquido viscoso sin capacidad resistente. 

(b) Plastico: El suelo es facilmente moldeable, presentando grandes deforma- 
ciones con la aplicacion de esfuerzos pequenos. Su comportamiento es 
plastico, por lo que no recupera su estado inicial una vez cesado el esfuerzo. 
Mecanicamente no es apto para resistir cargas adicionales. 

(c) Semisolido: El suelo deja de ser moldeable, pues se quiebra y resquebraja 
antes de cambiar de forma. No obstante, no es un solido puro, ya que 
disminuye de volumen si continua perdiendo agua. Su comportamiento 
mecanico es aceptable. 

(d) Solido: En este estado el suelo alcanza la estabilidad, ya que su volumen no 
varfa con los cambios de humedad. El comportamiento mecanico es optimo. 

Las humedades correspondientes a los puntos de transicion entre cada uno de 
estos estados definen los Ifmites Ifquido (LL), plastico (LP) y de retraccion (LR) 
respectivamente. 



































Estado 
Ifquido 




Estado 
plastico 




Estado 
semisolido 




Estado 
solido 




/ 


\ 


/ 


\ 


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\ 






L 
Li 


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CC 


DE 
ION 





Fig. 15.5 - Estados de consistencia de un suelo 

Para realizar esta tarea, existen dos procedimientos de ensayo muy extendidos: 
los Ifmites de Atterberg (NLT-105 y NLT-106) y el equivalente de arena (NLT-113), 
si bien el primero es mas preciso que el segundo. 



15 



Luis Banon Blazquez 



Lfmites de Atteiheig 

Atterberg fue el primero que relaciono el grado de plasticidad de un suelo con su 
contenido en agua o humedad, expresado en funcion del peso seco de la muestra. 
Tambien fue el quien definio los cuatro estados de consistencia de los suelos vistos 
anteriormente y determino los lfmites entre ellos, observando la variacion de diferentes 
propiedades ffsicas y mecanicas. 

De los lfmites anteriormente mencionados, interesa especialmente la determina- 
cion de los umbrales de los estados Ifquido (Ifmite Ifquido) y plastico (Ifmite plastico), ya 
que estos presentan una alta deformabilidad del suelo y una drastica reduccion de su 
capacidad portante. Afinando mas todavfa, el interes se centra en determinar el 
intervalo de humedad para el cual el suelo se comporta de manera plastica, es decir, su 
plasticidad. 

El Ifmite Ifquido se determina mediante el metodo de la cuchara de Casagrande 
(NLT-105). El ensayo se basa en la determinacion de la cantidad de agua mfnima que 
puede contener una pasta formada por 100 g. de suelo seco que haya pasado por el 
tamiz 0.40 UNE. Para ello, se coloca sobre el mencionado artefacto y se acciona el 
mecanismo de este, contandose el numero de golpes necesario para cerrar un surco 
-realizado previamente con una espatula normalizada- en una longitud de 13 mm. El 
ensayo se dara por valido cuando se obtengan dos determinaciones, una de entre 15 y 
25 golpes, y otra de entre 25 y 35. La humedad correspondiente al Ifmite Ifquido sera la 
correspondiente a 25 golpes, y se determinara interpolando en una grafica normalizada 
las dos determinaciones obtenidas experimentalmente. 

El Ifmite plastico se determina de una manera si cabe mas rocambolesca: se 
define como la menor humedad de un suelo que permite realizar con el cilindros de 




YsSSy GO MA DURA V/ ^ 

V/////////% 




- fe° 



u4* 



CUCHARA 



3 

ESPATULA 



Fig. 15.6 - Cuchara de casagrande 



15 



Suelos 



3 mm. de diametro sin que se desmoronen, realizandose dos determinaciones y hallando 
la media. Este ensayo se realiza con 200 g. de muestra seca y filtrada a traves del tamiz 
0.40 UNE, como en el caso anterior. 

A la diferencia entre ambos Ifmites se denomina indice de plasticidad (IP), y da 
una idea del grado de plasticidad que presenta el suelo; un suelo muy plastico tendra un 
alto fndice de plasticidad: 

I P = LL - LP 

En la siguiente tabla se muestran los rangos de valores mas frecuentes de todos 
estos parametros en diferentes tipos de suelos: 



Va lores t pic os de consistencia del suelo 



¥ 


>a da Minrrmrx 


UPODESUELD 


hHnHi*iE twyxj 


Arena 


Limo 


Arcilla 


LL 


Lfmite Ifquido 


15 - 20 


30 - 40 


40 -150 


LP 


Lfmite plastico 


15 - 20 


20- 25 


25 - 50 


LR 


Lfmite de 
retraccion 


12 - 18 


14 - 25 


8-35 


IP 


Indice de 
plasticidad 


0- 3 


10- 15 


10 - 100 



Equivalents de arena 

El ensayo del equivalente de arena (NLT-113) permite una rapida determinacion 
del contenido en finos de un suelo, dandonos ademas una idea de su plasticidad. 

Para realizarlo, se separa la fraccion arenosa del suelo mediante el tamiz de 
5 mm. de la serie UNE (#4 de la serie ASTM) y se introduce un volumen de 90 cm 3 de la 
misma en una probeta cilfndrica de 32 mm. de diametro y 430 mm. de longitud, 
graduada de 2 en 2 mm. A continuacion se introducira una espesa disolucion de trabajo 
formada por cloruro calcico, glicerina y formaldehfdo diluidos en agua destilada, dejando 
reposar la mezcla durante 10 minutos. Seguidamente, el conjunto se agitara de forma 
normalizada -90 ciclos en 30 segundos, con un recorrido de unos 20 cm.- para 
conseguir una mezcla fntima. Posteriormente, se dejara reposar durante un tiempo de 
20 minutos. 

Una vez transcurrido este tiempo, se podra observar mediante simple contacto 
visual la existencia de dos horizontes, uno de ellos correspondiente a la fraccion arenosa 
del suelo y otro por encima del anterior, relativo a la proporcion de finos existente en la 
muestra. 



15 



Luis Banon Blazquez 



El equivalente de arena del suelo vendra dado por la siguiente expresion: 

E.A. = ^^ • 100 
A + B 

siendo A la lectura sobre la probeta del horizonte de arena 
B la lectura referente al horizonte de finos 

Este ensayo tiene la ventaja de que es mas rapido que el anterior y ofrece 
resultados similares aunque incomprensiblemente menos precisos, por lo menos a tenor 
del subjetivo procedimiento de ensayo empleado en aquel. 



EQUIVALENTE DE ARENA 



NLT-113 



DETERMINACION 



E.A. 



A 
A + B 



100 



A = Lectura sobre probeta del 
horizonte de arena 

B = Lectura sobre probeta del 
horizonte de finos 



INTERPRETACION DE IDS RESULTADOS 



E.A. 


Tipo de suelo 


> 40 


Suelo nada plastico, arena 


40-20 


Suelo poco plastico, finos 


< 20 


Suelo plastico y arcilloso 



Fig. 15.7 - Ensayo del equivalente de arena 



2.3. Compacidad del suelo 

La compacidad de un suelo es una propiedad importante en carreteras, al estar 
directamente relacionada con la resistencia, deformabilidad y estabilidad de un firme; 
adquiere una importancia crucial en el caso de los terraplenes y todo tipo de relleno en 
general, en los que el suelo debe quedar lo mas consolidado posible para evitar asientos 
-causantes de variaciones en la rasante y alabeo de la capa de rodadura- durante la 
posterior explotacion de la vfa. Una frase que resumirfa lo anteriormente dicho serfa: 
"Cuanto mas compacto este un suelo, mas diffcil sera volverlo a compactar." 

Influencia de la humedad 

En la compactacion de suelos, la humedad juega un papel decisivo: mientras 
que un suelo seco necesita una determinada energfa de compactacion para veneer los 



15 



Suelos 



rozamientos internos entre sus partfculas, el mismo suelo ligeramente humedo precisara 
un menor esfuerzo, ya que el agua se comporta como un agente lubricante formando 
una pelfcula alrededor de los granos y disminuyendo la friccion entre ellos. 

Si seguimos anadiendo agua al suelo, llegara un momento en el que esta haya 
ocupado la totalidad de los huecos del mismo. Este hecho acarreara un aumento de 
volumen -dada la incompresibilidad del Ifquido elemento- y una mayor dificultad para 
evacuarlo del suelo, por lo que su compacidad disminuira. 

De la anterior explication, se deduce que existira una humedad optima con la 
que se obtenga una compacidad maxima, para una misma energfa de compactacion. 











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Humedad (%) 





Fig. 15.8 - Curva humedad-densidad seca 

Influencia de la eneigfa de compactacion 

Si tomamos un mismo suelo y estudiamos la relacion humedad-densidad para 
distintas energfas de compactacion, observaremos que el punto de humedad optima 
varfa en funcion de la energfa que hayamos comunicado a la muestra. 

Un estudio mas en profundidad de las curvas obtenidas (Fig. 15.9) permite 
obtener una segunda conclusion, no menos importante: dicha variacion presenta una 
clara polaridad, obteniendose una humedad optima menor cuanto mayor sea la energfa 
de compactacion empleada. 

Otra lectura que puede realizarse de esta grafica es que para humedades 
mayores que la optima, el aumento de densidad conseguido con un apisonado mas 
energico es mucho menor que el obtenido con humedades bajas. La conclusion practica 
que se extrae es que en terrenos secos, una consolidacion energica puede ser mas 
eficaz. 



15 



Luis Banon Blazquez 













§1 


^ 














1 


V 


1 | | 
ENERGIA DE COMPACTACION 








§2 






l 
l 






i El 


> E 2 > E 3 








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1 ^V ^ 










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E 


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Densidad seca 








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E 2 / 


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i 








^ \ 


v 








y 






Hi 


H 2 H 3 


Humedad (%) 



Fig. 15.9 - Influencia de la energia de compactacion 

Influencia del tipo de suelo 

La tipologfa del suelo, concretamente su composicion granulometrica, determina 
la forma de la curva de compactacion. Podrfa decirse aquello de que "no hay dos suelos 
iguales", aunque si pueden englobarse en dos grandes grupos de comportamiento. 

Asi, los suelos granulares bien graduados y con bajo contenido en finos 
obtienen su densidad maxima para valores bajos de humedad. La compactacion de este 
tipo de suelos se realiza desde la "rama seca" de la curva, humectandolos 
progresivamente hasta llegar al grado de humedad optimo. Ademas, presentan una 
curva aguda, lo que indica su gran sensibilidad a la humedad de compactacion. 

Por el contrario, los suelos arcillosos, limosos o los formados por arenas de 
granulometrfa muy uniforme dan curvas tendidas, lo que indica la gran dificultad de 
compactacion que presentan. Suelen compactarse por colapso desde la "rama humeda", 
saturando el suelo en agua para debilitar los enlaces interparticulares. 

Ensayo Ploctor 

Como ya se ha demostrado, la relacion existente entre la densidad seca de un 
suelo -su grado de compacidad- y su contenido en agua es de gran utilidad en la 
compactacion de suelos. Su regulacion se realiza mediante el Ensayo Proctor en sus 
dos variantes, Normal (NLT-107) y Modificado (NLT-108), que seguidamente veremos. 



15 



Suelos 



(U 
Q 




Humedad (%) 

Fig. 15.10 - Influencia del tipo de suelo 

Este ensayo, que toma el nombre de su creador -el ingeniero estadounidense 
R.R. Proctor-, persigue la determinacion de la humedad optima de compactacion de una 
muestra de suelo. 

La diferencia entre las dos variantes existentes -Proctor Normal (PN) y Modifi- 
cado (PM)- radica unicamente en la energia de compactacion empleada, del orden de 
4,5 veces superior en el segundo caso que en el primero. Esta diferencia puede 
explicarse facilmente, ya que el Proctor modificado no es mas que la logica evolucion del 
Normal, causada por la necesidad de emplear maquinaria de compactacion mas pesada 
dado el aumento de la carga por eje experimentado por los vehiculos. 

El procedimiento de ensayo consiste en apisonar en 3 tongadas consecutivas 
(5 en el caso del PM) una cantidad aproximada de 15 kg. de suelo (35 kg. si se trata del 
PM) previamente tamizada y dividida por cuarteo en 6 partes aproximadamente iguales. 
La muestra se humecta y se introduce en un molde metalico de dimensiones 
normalizadas (1.000 cm 3 para el PN y 2.320 cm 3 para el PM). 

Para llevar a cabo el apisonado se emplea una maza tambien normalizada, de 
forma que su peso y altura de caida no varfen, lo que asegura una energia de 
compactacion constante. La normativa estipula una cantidad de 26 golpes de maza por 
tongada en el caso del Proctor Normal y de 60 golpes en el caso del Modificado. Debe 
resenarse que la maza empleada es distinta en uno y otro tipo de ensayo. 

Se realizan de 4 a 6 determinaciones con diferente grado de humedad, 
construyendose la curva humedad-densidad seca estudiada en este apartado. 



15 



Luis Banon Blazquez 



ENSAYO PROCTOR NORMAL 




MAZA 



MOLDE METALICO 



Fig. 15.11 - Utensilios empleados en el ensayo de Proctor Normal 



15 



Suelos 



2.4. Resistenc ia del suelo 

Para el ingeniero de carreteras, el comportamiento mecanico del suelo 
-recordemos que el suelo es una estructura resistente- es sin duda el factor mas 
importante; de hecho, las propiedades y ensayos vistos anteriormente van encaminados 
a conseguir la mayor estabilidad mecanica posible, de forma que las tensiones se 
transmitan uniforme y progresivamente, y no se produzcan asientos excesivos o incluso 
un colapso de fatales consecuencias. 

Asf pues, surge la necesidad de caracterizar mecanicamente el suelo, para lo cual 
se emplean diferentes procedimientos de ensayo. En este libro, y dada la extension de 
los distintos metodos existentes, hablaremos unicamente de los empleados mas 
asiduamente en obras de carreteras. 

Capacidad porta rite 

La capacidad portante de un suelo puede definirse como la carga que este es 
capaz de soportar sin que se produzcan asientos excesivos. 

El indicador mas empleado en carreteras para determinar la capacidad portante 
de un suelo es el indice CBR (California Bearing Ratio), llamado asf porque se empleo 
por primera vez en el estado de California. Este fndice esta calibrado empfricamente, es 
decir, se basa en determinaciones previamente realizadas en distintos tipos de suelos y 
que han sido convenientemente tabuladas y analizadas. 

La determinacion de este parametro se realiza mediante el correspondiente 
ensayo normalizado (NLT-111), y que consiste en un procedimiento conjunto de 
hinchamiento y penetracion. 

El hinchamiento se determina sometiendo la muestra a un proceso de inmersion 
durante 4 dfas, aplicando una sobrecarga equivalente a la previsible en condiciones de 
uso de la carretera. Se efectuaran dos lecturas -una al inicio y otra al final del proceso- 
empleando un trfpode debidamente calibrado. El hinchamiento adquiere una especial 
importancia en suelos arcillosos o con alto contenido en finos, ya que puede provocar 
asientos diferenciales, origen de diversas patologfas en todo tipo de construcciones. 

El ensayo de penetracion tiene por objetivo determinar la capacidad portante 
del suelo, presentando una estructura similar al SPT (Standard Penetration Test) 
empleado en Geotecnia. Se basa en la aplicacion de una presion creciente -efectuada 
mediante una prensa a la que va acoplado un piston de seccion anular- sobre una 
muestra de suelo compactada con una humedad optima Proctor. La velocidad de 
penetracion de la carga tambien esta normalizada, debiendo ser de 1,27 mm/min. 

El fndice CBR se define como la relacion entre la presion necesaria para que el 
piston penetre en el suelo una determinada profundidad y la necesaria para conseguir 



15 



Luis Banon Blazquez 



esa misma penetracion en una muestra patron de grava machacada, expresada en tanto 
por ciento. 

trr - Pres io n en muestra problema _ nn 
Presion en muestra patron 

Generalmente se toman diversos pares de valores presion-penetracion, constru- 
yendose una grafica como la de la siguiente figura; en ella, se toman los valores 
correspondientes a una profundidad de 2.54 y 5.08 mm. (0.1 y 0.2 pulgadas), 
comparandose con los de la muestra patron para dichas profundidades. El fndice CBR del 
suelo sera el mayor de los dos obtenidos. 



CB^ 



2.54 



Muestra 
patron 




CBR 2 



INDICECBR 



NLT-lll 



Presion 
variable 



i — r- 
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- 1 — r 
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Muestra de suelo 



5.08 



Penetracion (mm) 



Fig. 15.12 - Determinacion del fndice CBR 

Existen diversas formulas empfricas que tratan de relacionar el valor del CBR con 
diversos parametros relativos a las propiedades plasticas del suelo. De entre todas ellos, 
destacan la de Trocchi y la de Peltier, empleada en suelos plasticos o arenas limpias: 



(22-IG) 



D 



CBR 



1 + 



1.45 
LL-LP 

750 



CBR 



4250 
LL IP 



donde LL es el Ifmite Ifquido, obtenido mediante el correspondiente ensayo 
IP es el fndice de plasticidad del suelo 

D es la densidad seca maxima obtenida mediante el Proctor Normal 
IG es el indice de Grupo del suelo (ver clasificacion AASHTO) 



15 



Suelos 



Resistencia a cizalla 

El valor de la resistencia a esfuerzo cortante tiene una importancia crucial en el 
calculo de muros, estabilidad de terraplenes o cimentaciones de viaductos, por lo que es 
necesario conocer como se va a comportar el suelo ante este tipo de solicitacion. 

En carreteras se emplean dos ensayos destinados a este fin: el triaxial y el 
ensayo de corte directo. Ambos procedimientos determinan la llamada recta de 
resistencia intrinseca del suelo, definida como la envolvente de los cfrculos de Mohr 
obtenidos para distintas tensiones axiales, y que relaciona las caracterfsticas mecanicas 
del suelo con dos de sus propiedades ffsicas: la cohesion y el angulo de rozamiento 
interno: 

x = C + a • tg cp 

donde x es la tension tangencial o de cizalla, aplicada de forma radial 
aes la tension normal o axial aplicada sobre la muestra 
C es la cohesion del suelo en kg/cm 2 
cp es el angulo de rozamiento interno del suelo 



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SUELO COHERENTE (Generico) 


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SUELO SIN COHESION a 


SUELO PURAMENTE COHERENTE 


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Fig. 15.13 - Rectas de resistencia intrinseca de un suelo 



15 



Luis Banon Blazquez 




Fig. 15.14 - Maquinaria empleada para los ensayos triaxial y de corte directo (Laboratories ITC) 

3. CLASIHCACIONDESUELDS 

La determinacion y cuantificacion de las diferentes propiedades de un suelo, 
efectuadas mediante los ensayos vistos en el anterior apartado, tienen como objetivo 
ultimo el establecimiento de una division sistematica de los diferentes tipos de suelos 
existentes atendiendo a la similitud de sus caracteres ffsicos y sus propiedades 
geomecanicas. 

Una adecuada y rigurosa clasificacion permite al ingeniero de carreteras tener 
una primera idea acerca del comportamiento que cabe esperar de un suelo como 
cimiento del firme, a partir de propiedades de sencilla determinacion; normalmente, 
suele ser suficiente conocer la granulometria y plasticidad de un suelo para predecir su 
comportamiento mecanico. Ademas, facilita la comunicacion e intercambio de ideas 
entre profesionales del sector, dado su caracter universal. 

De las multiples clasificaciones existentes, estudiaremos la que sin duda es la 
mas racional y completa -clasificacion de Casagrande modificada- y otras de aplicacion 
mas directa en Ingenierfa de Carreteras, como son la empleada por la AASHTO, la 
preconizada por el PG-3 espanol para terraplenes o la recogida en las normas francesas. 

3.1. Clasificacion general de Casagrande modificada 

Fue A. Casagrande quien en 1.942 ideo este sistema generico de clasificacion de 
suelos, que fue empleado por el Cuerpo de Ingenieros del ejercito de los EE.UU. para la 
construccion de pistas de aterrizaje durante la II Guerra Mundial. 



15 



Suelos 



Diez anos mas tarde, y vista la gran utilidad de este sistema en Ingenierfa Civil, 
fue ligeramente modificado por el Bureau of Reclamation, naciendo el Sistema Unificado 
de Clasificacion de Suelos (SUCS); este sistema fue adoptado por la ASTM (American 
Society of Testing Materials) como parte de sus metodos normalizados. 

Dicha clasificacion se vale de unos simbolos de grupo, consistentes en un 
prefijo que designa la composicion del suelo y un sufijo que matiza sus propiedades. En 
el siguiente esquema se muestran dichos sfmbolos y su significacion: 



Simbolos de grupo (SUCS) 



UPODE SUELO 


PREFIJO 


SUBGRUPO 


SUHJO 


Grava 


G 


Bien graduado 


w 


Arena 


S 


Pobremente graduado 


p 


Limo 


M 


Limoso 


M 


Arcilla 


C 


Arcilloso 


C 


Organico 





Limite liquido alto (>50) 


L 


Turba 


Pt 


Limite liquido bajo (<50) 


H 



En funcion de estos simbolos, pueden establecerse diferentes combinaciones que 
definen uno y otro tipo de suelo: 



Tipologia de suelos (SUCS) 



SiMBOLO 


Caractensticas gene tales 


GW 
GP 
GM 
GC 


GRAVAS 

(>50% en tamiz 
#4 ASTM) 


Limpias 

(Finos<5%) 


Bien graduadas 


Pobremente graduadas 


Con finos 

(Finos>12%) 


Componente limoso 


Componente arcilloso 


SW 
SP 
SM 
SC 


ARENAS 

(<50% en tamiz 
#4 ASTM) 


Limpias 

(Finos<5%) 


Bien graduadas 


Pobremente graduadas 


Con finos 

(Finos>12%) 


Componente limoso 


Componente arcilloso 


ML 
MH 


LIMOS 


Baja plasticidad (ll<50) 


Alta plasticidad (u_>50) 


CL 
CH 


ARCI LLAS 


Baja plasticidad (i_i_<50) 


Alta plasticidad (ll>50) 


OL 
OH 


SUELOS 
ORGANICOS 


Baja plasticidad (i_i_<50) 


Alta plasticidad (ll>50) 


Pt 


TURBA 


Suelos altamente organicos 



15 



Luis Banon Blazquez 



Como puede deducirse de la anterior tabla, existe una clara distincion entre tres 
grandes grupos de suelos: 

(a) Suelos de qrano qrueso (G v S): Formados por gravas y arenas con menos 
del 50% de contenido en finos, empleando el tamiz 0.080 UNE (#200 ASTM). 

(b) Suelos de qrano fino (M v C): Formados por suelos con al menos un 50% de 
contenido en limos y arcillas. 

(c) Suelos orqanicos (O, Pt): Constituidos fundamentalmente por materia 
organica. Son inservibles como terreno de cimentacion. 

Asimismo, dentro de la tipologfa expuesta pueden existir casos intermedios, 
empleandose una doble nomenclatura; por ejemplo, una grava bien graduada que 
contenga entre un 5 y un 12% de finos se clasificara como GW-GM. 

Tras un estudio experimental de diferentes muestras de suelos de grano fino, 
Casagrande consigue ubicarlos en un diagrama que relaciona el Ifmite Ifquido (LL) con el 
indice de plasticidad (IP). En este diagrama, conocido como la carta de Casagrande de 
los suelos cohesivos, destacan dos grandes Ifneas que actuan a modo de Ifmites: 

Linea A: IP = 0.73 ■ (LL-20) 
Linea B: LL = 50 



C ARIA DE CASAGRANDE 


60 ' 
„ 50 

Q. 

Q 

< 40 

u 

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< 30 

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Q_ 
LU 
Q 

lu 20 

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Suelos de grano fino y organicos 










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10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 

LlMITE LiQUIDO (LL) 



Fig. 15.15 - Carta de Casagrande para los suelos cohesivos 



15 



Suelos 



Caracteristicasde los suelos segun el SUCS 






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15 



Luis Banon Blazquez 



3.2. Clasificacionesespecificasde carreteras 

La clasificacion de Casagrande tiene un caracter generico, empleandose para todo 
tipo de obras de ingenierfa dada su gran versatilidad y sencillez. Sin embargo, esta 
clasificacion puede quedarse corta a la hora de estudiar determinadas propiedades 
especfficas que debe tener un suelo para ser considerado apto en carreteras. 

Por ello, existen una serie de clasificaciones especfficas para suelos 
empleados en construccion de infraestructuras viarias; de hecho, la practica totalidad de 
los pafses desarrollados tienen la suya. En este apartado dedicaremos especial atencion 
a las mas empleadas en nuestro entorno: la clasificacion de la AASHTO, la empleada por 
el PG-3 para terraplenes y la utilizada en Francia. 

Clasificacion de la AASHTO 

Ha sido en Estados Unidos donde se han desarrollado la mayor parte de 
clasificaciones empfricas de suelos. Una de las mas populares en carreteras es la 
empleada por la American Asociation of State Highway and Transportation Officials 
(AASHTO), y que fue originalmente desarrollada por los ilustres geotecnicos Terzaghi y 
Hogentogler para el Bureau of Public Roads norteamericano. 

Inspirada en el modelo de Casagrande, considera siete grupos basicos de 
suelos, numerados desde el A-l hasta el A-7. A su vez, algunos de estos grupos 
presentan subdivisiones; asf, el A-l y el A-7 tienen dos subgrupos y el A-2, cuatro. 

Los unicos ensayos necesarios para encuadrar un suelo dentro de un grupo u otro 
son el analisis granulometrico y los I unites de Atterberg. Si queremos determinar 
su posicion relativa dentro del grupo, es necesario introducir el concepto de indice de 
grupo (IG), expresado como un numero entero con un valor comprendido entre y 20 
en funcion del porcentaje de suelo que pasa a traves del tamiz #200 ASTM (0.080 UNE): 

I G = 0.2 • a + 0.005 • a • c + 0.01 • b • d 

donde a es el porcentaje en exceso sobre 35, de suelo que pasa por dicho tamiz, 
sin pasar de 75. Se expresa como un numero entero de valor entre y 40. 

b es el porcentaje en exceso sobre 15, de suelo que atraviesa el tamiz, sin 
superar un valor de 55. Es un numero entero que oscila entre y 40. 

c es el exceso de limite liquido (LL) sobre 40, y nunca superior a 60. Se 
expresa como un numero entero comprendido entre y 20. 

d es el exceso de fndice de plasticidad (IP) sobre 10, nunca superior a 30. 
Es tambien un numero entero positivo comprendido entre y 20. 

En la pagina siguiente se muestra la tabla de clasificacion de suelos AASHTO, en 
la que se recogen todas las caracterfsticas exigibles a cada grupo -y subgrupo, en el 
caso de que exista- de suelo. 



15 



Suelos 



T.48 








Clasmcacion de suelos AASfflO 








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15 



Luis Banon Blazquez 



Clasificacion espanola del PG-3 

El Pliego de Prescripciones Tecnicas Generales para Obras de Carreteras y 
Puentes (PG-3 para los amigos) establece una escueta clasificacion basada en la 
idoneidad del suelo para formar parte de las diversas zonas de un terraplen. 

Los cuatro grupos de suelos establecidos por el pliego son: seleccionados, 
adecuados, tolerables e inadecuados. La siguiente tabla muestra las caracterfsticas 
principales de cada uno de estos suelos, asi como la equivalencia con el SUCS: 



Clasificacion espanola de suelos (PG-3) 



SUELO 


CARACTERiSnCAS 


SUCS 


SELECCIONADO 


-Tamano maximo del arido TMA < 8 cm. 

-Contenido en finos menor del 25% (0.080 UNE) 

- Limite liquido LL < 30 

- 1 ndice de plasticidad 1 P < 10 

-CBR > 10, sin presentar hinchamiento 

-Exentos de materia organica 


GW 
GP 


GM 
GC 


ADECUADO 


-Tamano maximo del arido TMA < 10 cm. 
-Contenido en finos menor del 35% (0.080 UNE) 

- Limite liquido LL < 40 

- Densidad maxima Proctor Normal > 1,750 g/cm 3 
-CBR > 5, con un hinchamiento < 2% 
-Contenido de materia organica < 1% 


SW 
SP 


SM 
SC 


TOLERABLE 


-Contenido en piedras de tamano superior a 
15 cm. inferior al 25% 

- Limite liquido LL < 40, o bien simultaneamente: 

■ LL < 65 

■ IP > 0.6-LL- 9 

-Densidad maxima Proctor Normal > 1,450 g/cm 3 

-1 ndice CBR > 3 

-Contenido de materia organica < 2% 


ML 
CL 
OL 


MH 
CH 
OH 
Pt 


INADECUADO 


No cumplen las condiciones minimas exigidas 
para los suelos tolerables. 



Fuente: PG-3 

Como puede deducirse de la anterior tabla, la clasificacion espanola es 
extremadamente especffica, por lo que al compararla con una clasificacion tan generica 
como la de Casagrande modificada (SUCS), se producen ciertas holguras a la hora de 
encuadrar los diferentes tipos de suelos definidos por esta ultima. 



15 



Suelos 



Clasificacion franc esa 

En Francia, la SETRA y el LCPC desarrollaron en 1.976 una clasificacion con 
muchos rasgos originales, en la que se introducen componentes de la consistencia del 
suelo en el momento de su utilizacion. 

Se Mega asi a una clasificacion de suelos y rocas distribuidos en nada menos que 
42 grupos, para cada uno de los cuales se realizan recomendaciones especfficas sobre su 
utilizacion -en funcion de las condiciones meteorologicas- en el nucleo del terraplen y en 
su coronacion, asf como la forma en que deben compactarse. 

Dentro de ella se incluyen tanto los suelos como las rocas empleadas en la 
construccion de terraplenes y pedraplenes, divididas en 6 grupos que abarcan letras de 
la A a la F. A su vez, las categorfas A,B y C se dividen en otras tres, nombradas esta vez 
con letras minusculas que indican el contenido de humedad del suelo: humedo (h), 
medio (m) y seco (s). 





A 0< 50mm 
Sutkx 

finos P«Upor8Qpm>35% 


^<10 


A, 


10 < l p < 20 


A, 


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PWpOr 
80 *m 
antra 12 
y36% 


l p < 10 


a» 


l p >10 


a* 


C 

■starnm Eos ■ " nrn . 

fi nos v Paaapcif 80*m:> $% 


Pass par 80 jim muc h d 


Ci 


Puapor 
poco 


D < 250mm 


c, 


D > 250 mm 


Cj 




ro«> Pasaporao^m c 5% 

inMmibtes 
alagua 


D <50mm 


RMnfdaan 2 mm < 30 % 


D l 


flvtcrvido an 2 mm > 30 % 


Om 


50mm <D < 250mm 


Di 


D>250mm 


D, 


Matarialaa de ettruetura fm, fr*gil. sin arcilla a poco artilkjsos. E|empla: crsta, ara- 
nncaafina*. 


Ei 


E 

Root Materials* da astfuetura grum, frffjti. *>" * r c*>» o poco arcUcsos. Ejempio : aransca? 

EvohstivM growls, pudii i^tt 


E* 


Matftnates arcrtkMOS Svtdu&vOS. Ejampto: marges, pizarras arcilkraM, afgilitas. 


E, 


Ma'jwi»tes pulrirecibira,. comousti Ww*. solubles contaminants*. Ejumplo: tfeffa va 
F getal, basuras, turfcas, ciertaa sseombf waste minaa, suelos sah'nos y yososos, ciertas 
eacorias^ ate. 


F 





Fig. 15.16 - Clasificacion francesa de suelos (SETRA, 1.976) 



15 



Luis Banon Blazquez 



Clasificacion alemana 

Esta clasificacion, debida a R. Floss (1.977), tiene la peculiaridad de basarse en la 
susceptibilidad del suelo a la accion de las heladas, fenomeno bastante frecuente en 
aquel pafs. Tambien llama la atencion el empleo de una nomenclatura similar a la 
clasificacion de Casagrande modificada (SUCS), solo que los vocablos a los que hace 
referenda son de origen aleman. 

La siguiente figura muestra una reproduccion abreviada de esta clasificacion, 
contemplada por la norma DIN 18196: 





GrupOS 
prindpales 


d fmm) 


GrupOS 


SJmbolos 


^ 0,06 


> 2,0 


Suetosde grano 
grueso 


± 5% 


> 40% 
- 40% 


Gravas y gravas arenosas 
Arenas y arenas con grava 


GE, Gl. GW t , 

SE P St, SW b ' 


Sueios de grano 
mixio 


S40% 


> 40% 


particulas ■■ 0.06 mm 

Gravas limosas 5- 15 % 

15-40% 

Gravas arci I losas 5-15% 

1 15-40% 


GU 
GO 
GT 
GT 


£ 40% 


Areas limosas 5-15% 
14 40% 

A renas ardllosas 5-15% 
15-40% 


su 

SO 
ST 
ST 


Sueios de grano 
ftno 


> 40% 




UnrwsL -4%1l: W L -35% 
> 35-50% 


UL 
UM 


ArcilOsL >7%2): W L < 35% 

> 35-50% 
>50% 


TL 
TM 
TA 


Sueios con 

materia 

OrgffHCB 


> 40% 




Umoslp > 7% 31: W L = 35 50% 
Arcillas ] p > 7 % 3): W L >50% 


OU 
OT 


£ 40% 




Sueios de grano grueso y mimo con materia organ ica 


OH, OK 


SuelOs orgarvcos 






Turba de poco a muy descompuesta : Z - 1 5 4) 
Turba descompuesta: Z - 6-1Q 
Fango organ ico 


HN 
HZ 

F 


Retonos 






Reilenos de sueios rvatu rales 
Reilenos de materiales diversos 


A 


LEYENDA: 1) bajo la linea A; 2) Y sobre la linea A; 3) Y bajo la linea A; 4) Grado de descomposicion 
INI CI ALES: G - Grava; S arena; E - Granulometria uniforme; W - Granulometria extendida; 

1 - Granulometria escalonada sin tamanos intermedios; W L - Limite liquido; l P - Indice de 

plasticidad. 



Fig. 15.17 - Clasificacion alemana de sueios (Floss, 1.977) 



15 




El terreno juega un importante papel en el proyecto y construccion de cualquier 
obra de infraestructura, al servir de soporte material a la misma. Para que dicha funcion 
se realice de la manera mas eficaz posible, es necesario efectuar una serie de procesos 
de transformacion ffsica -denominados genericamente obras de tierra- sobre la zona 
donde va a ubicarse la carretera. 

En este capftulo y en el siguiente trataremos los dos grandes grupos en que se 
dividen las obras de tierra: los desmontes y los terraplenes o rellenos, analizando sus 
similitudes y peculiaridades, haciendo especial hincapie en los procesos constructivos y 
en el control de calidad. 

Un aspecto importante a considerar en los terraplenes es su ejecucion, dada la 
doble funcion que desempenan: por un lado materializan la geometrfa de la carretera; 
por otro, sirven de estructura sustentante del firme, canalizando en su seno las 
tensiones generadas por el trafico. Un terraplen correctamente ejecutado tendra una 
menor probabilidad de sufrir deformaciones que pongan en peligro la funcionalidad de la 
via a la que sirve de apoyo. 

Si importante es su ejecucion, el control de calidad es vital; debe garantizarse 
que las caracterfsticas del terraplen una vez terminado son las idoneas y estan dentro de 
los Ifmites estipulados que aseguran su estabilidad a largo plazo; para ello se establecen 
planes de control, determinando las diversas caracterfsticas del suelo a pie de obra. 



Luis Banon Blazquez 



1. CONSIDERACIONESGENERALES 

Los terraplenes son grandes acumulaciones de tierra adecuadamente tratadas y 
compactadas para asegurar su estabilidad y servir de soporte a la vfa; se construyen en 
zonas de cota inferior a la prevista en proyecto mediante aportes de tierras, pudiendo 
aprovecharse las extrafdas en zonas de desmonte -siempre que sean aptas- o emplear 
tierras de prestamo trafdas de zonas cercanas. 

Es logico pensar que en un terraplen la distribucion tensional de cada uno de sus 
puntos varfa con la profundidad, debido sin duda a la progresiva disipacion de las cargas 
de trafico ocasionada por el aumento de la seccion resistente. Este hecho se traduce en 
que la calidad exigible a un suelo decrece a medida que nos alejamos del firme 
sustentador del trafico, foco generador de las tensiones. 

Sabedor de ello, el PG-3 espanol distingue diversas zonas dentro de un 
terraplen, donde el material que las integra debe cumplir una serie de requisitos que 
garanticen su correcto comportamiento mecanico. Estas tres zonas son, en orden 
decreciente de profundidad: cimiento, nucleo y coronacion. 

La idoneidad de un terreno para formar parte de cada una de estas zonas viene 
marcada por el criterio de clasificacion de suelos empleado por el PG-3 y que ya fue 
estudiado en el capftulo anterior, segun el cual se establecen cuatro categorfas de suelos 
en funcion de su calidad: seleccionados, adecuados, tolerables e inadecuados. 

De todo lo dicho anteriormente, puede concluirse que para la construccion de 
terraplenes se establece un criterio selectivo de distribucion, reservando los mejores 
materiales disponibles para las zonas mas exigentes y los de peor calidad para aquellas 



ZONAS DE UN TERRAPLEN 


PG-3/75 




J -V 


SUELOS PERMITIDOS 
Y RECOMENDADOS 




k^^mk^\ 




f¥^=^B 




/cpkONAcV0K\ 


Suelo seleccionado, adecuado 
o tolerable estabilizado 

Suelo seleccionado 
Suelo adecuado 




.17/ho^Z/' K 


V/ \ NUCLEO \ 

/ /\ K 


Suelo tolerable 

(nucleo no sujeto a inundacion) 




\^^ ClWlE^TO^^/ 


gp^% Suelo seleccionado, 
adecuado o tolerable 






?& 





Fig. 16.1 - Zonas distinguibles en un terraplen 



16 



Terraplenes 



menos solicitadas. No obstante, el suelo siempre debe cumplir dos condiciones 
esenciales para su utilizacion: 

- Asequrar la estabilidad de la obra de tierra, de manera que las deformaciones 
-asientos e hinchamientos- que sufra a lo largo de su construction y funciona- 
miento resulten admisibles. 

- Permitir su puesta en obra en las debidas condiciones, de forma que la 
maquinaria pueda operar correctamente y se garantice su calidad. 

Un aspecto que debe cuidarse es la presencia de yeso (Ca 2 S0 4 ) en los suelos 
empleados para la construccion de terraplenes; es de sobra conocida la avidez de este 
elemento por el agua y su enorme capacidad de disolucion. Por ello, en zonas donde 
existan filtraciones, frecuentes precipitaciones o un alto nivel freatico debe eludirse el 
uso de suelos con alto contenido en yeso (superior al 20%). Generalmente, este tipo de 
suelos poseen una fuerte componente arcillosa que los hace inservibles para su empleo 
en todo tipo de obras de tierra. 

1.1. Zbnasde un terra pie n 

A continuacion se estudiaran con mas detenimiento cada una de las zonas que 
conforman un terraplen: 

Cimiento 

El cimiento es la parte del terraplen situada por debajo de la superficie original 
del terreno, y que ha sido vaciada durante el proceso de desbroce o al hacer excavacion 
adicional por presencia de material inadecuado. Esta capa es la mas inferior de todas, 
por lo que esta en contacto directo con el terreno natural. 

Generalmente, sus caracterfsticas mecanicas no tienen por que ser muy elevadas, 
ya que las tensiones que Megan a ella son muy bajas al estar muy disipadas. No 
obstante, existen situaciones en las que es recomendable emplear materiales de buena 
calidad para mejorar las caracterfsticas resistentes del terreno: 

- En terraplenes sobre laderas y zonas donde se prevean problemas de 
estabilidad, para aumentar la resistencia a cizalla de la base sustentante. 

- En terraplenes de gran altura (mas de 15 m.), cuya zona inferior queda 
sometida a la accion de grandes tensiones. 

La normativa espanola permite el empleo de suelos tolerables, adecuados y 
seleccionados en este tipo de zonas, aunque por economfa se adoptaran los primeros si 
no existen problemas de tipo estructural o constructive 

Tambien existen especificaciones al respecto en otros paises desarrollados, como 
Estados Unidos, Francia, Alemania o Gran Bretana. 



16 



Luis Banon Blazquez 



Nucleo 

El nucleo conforma la parte central del terraplen, acaparando la mayor parte de 
su volumen y siendo el responsable directo de su geometrfa; es en esta zona donde se 
materializan tanto el talud que asegure su estabilidad como la altura necesaria para 
alcanzar la cota definida en proyecto. 

Su construccion se realiza con los materiales desechados para la elaboracion de 
la coronacion, aunque deben de cumplir una serie de caracterfsticas que hagan 
aceptable su comportamiento mecanico. 

En este sentido, el PG-3 tipifica el empleo de suelos seleccionados y adecuados 
en esta zona del terraplen, siendo recomendables estos ultimos. Tambien permite el 
empleo de suelos tolerables en el caso de que el nucleo este sujeto a inundacion, es 
decir, si existen posibilidades de que el material que lo forma entre en contacto directo 
con el agua. 

Cabe resenar en este apartado las recomendaciones francesas para la utilizacion 
de materiales en el nucleo de terraplenes, en la que se definen las condiciones de puesta 
en obra en funcion del tipo de suelo, su grado de humedad y la variabilidad de la misma. 

Coronacion 

La coronacion es la capa de terminacion del terraplen, en la que se asentara el 
firme. Esta cercanfa a las cargas de trafico implica que va a estar sometida a fuertes 
solicitaciones, por lo que el material que la constituya debe tener una gran capacidad 
resistente. Ademas, debera ser lo mas insensible al agua posible y presentar cierta 
estabilidad para el movimiento de la maquinaria sobre el, lo que facilitara la correcta 
colocacion del firme. 

El espesor de esta capa es variable, dependiendo de la calidad del suelo y de las 
cargas de trafico que deba soportar. Un valor habitual esta comprendido entre los 40 y 
los 60 cm. -el equivalente a dos o tres tongadas de suelo debidamente compactadas- 
para asegurar un buen comportamiento mecanico y una adecuada transmision de 
tensiones a las capas inferiores. 

Los suelos empleados en este tipo de zonas deben cumplir una serie de 
condiciones granulometricas y plasticas bastante estrictas, lo que a veces obliga a 
obtenerlos de sitios muy alejados de la obra -prestamos- encareciendo su coste. 

La normativa espanola recomienda el empleo de suelos seleccionados, aunque 
tambien permite el uso de suelos adecuados e incluso tolerables, siempre y cuando sean 
debidamente estabilizados con cal o cemento para mejorar sus cualidades resistentes. 

Al igual que ocurrfa con el nucleo, las normas francesas disponen una serie de 
especificaciones dirigidas al empleo y puesta en obra de diferentes materiales en la 
coronacion de terraplenes, en funcion de las mismas caracterfsticas. 



16 



Terraplenes 



Idoneidad de diveisos materia les en un terraplen 



Previamente a la construccion de un terraplen en un tramo de la 
carretera C-607, se han tornado diferentes muestras de suelo a lo 
largo de la traza para estudiar la posibilidad de emplearlas en el 
mismo. Los datos arrojados por los diferentes ensayos son: 



MUESTRA 


TMA 

(mm) 


TAMICES ASTM (%) 


ATTERBERG 


Omax 
(T/m 3 ) 


CBR 


Mat. 
Org. 

(%) 


4 


10 


40 


200 


LL 


IP 


M/14 


42 


69 


44 


35 


21 


24 


9 


1.85 


13 


0.75 


M/21 


74 


31 


12 


7 


3 


14 


5 


2.13 


72 





M/30 


11 


77 


61 


52 


37 


43 


21 


1.62 


4 


1.20 


M/32 


0.50 


- 


- 


94 


91 


67 


43 


1.34 


2 


18.2 


M/33 


35 


44 


21 


18 


15 


31 


13 


1.76 


10 


0.87 


M/47 


7 


94 


93 


90 


88 


54 


41 


1.84 


6 


1.03 



En funcion de estos valores, se pide: 

(a) Encuadrarlo en las clasificaciones de Casagrande modificada 
(SUCS), la AASHTO y el PG-3 espahol 

Para clasificar cada uno de los suelos, basta con recurrir a las distintas 
tablas de clasificacion reproducidas en el capftulo anterior y, en funcion de 
las diferentes caracterfsticas, encuadrarlos en uno u otro grupo. Los 
grupos resultantes para cada muestra se detallan en la siguiente tabla: 



MUESTRA 


SUELO 


SUCS 


AASHTO 


PG-3 


M/14 


Arena limosa 


SM 


A-2-4 


Adecuado 


M/21 


Grava limpia 


GW 


A-l-a 


Seleccionado 


M/30 


Arcilla arenosa 


SC/CL 


A- 7- 6 


Tolerable 


M/32 


Suelo organico 


OH/Pt 


- 


Inadecuado 


M/33 


Arena arcillosa 


SC 


A-2-6 


Adecuado 


M/47 


Arcilla 


CH 


A- 7- 6 


Tolerable 



(b) Una vez clasificados, ordenarlos de mayor a menor calidad 

El comportamiento mecanico de un suelo es definitorio de su calidad, y en 
este sentido, el orden de los suelos analizados serfa el siguiente: 

M/21 - M/14 - M/33 - M/30 - M/47 - M/32 

(c) I ndicar la zona del terraplen mas idonea para su empleo 

Como norma general y salvo que existan peculiaridades en su construc- 
cion, el suelo seleccionado (M/21) se empleara en la coronacion, los 
suelos adecuados (M/14 y M/33) en el nucleo y los tolerables (M/30 y 
M/47) en el cimiento. El suelo M/32 no se empleara en la construccion del 
terraplen al ser inadecuado. 



16 



Luis Banon Blazquez 



2. CONS1RUCCIONDE1ERRAPLENES 

El proceso constructive de un terraplen comprende diversas etapas y operaciones 
encaminadas a conseguir las caracterfsticas resistentes y estructurales exigidas a cada 
capa, y que aseguren un correcto funcionamiento del mismo. La calidad de un terraplen 
depende en gran medida de su correcta realizacion, es decir, de la apropiada colocacion 
y posterior tratamiento de los diferentes materiales empleados en su construccion. 

Una mala ejecucion puede ocasionar diversos problemas que afectaran a la 
funcionalidad de la carretera. Asf, una humectacion o compactacion deficiente provocara 
asentamientos excesivos del terraplen que fisuraran y alabearan la superficie de 
rodadura; la incorrecta ejecucion del cimiento en una ladera puede provocar problemas 
de inestabilidad, ocasionando el colapso y desmoronamiento de la obra. 

Dentro del proceso de construccion de este tipo de obras, pueden distinguirse 
diversas fases de ejecucion: 

- Operaciones previas de desbroce de la vegetacion existente, remocion de la 
capa superficial del terreno, escarificacion y precompactacion 

- Construccion del terraplen propiamente dicho, compuesta por tres operaciones 
ciclicas, aplicables a cada tongada o capa de terraplen: 

• Extendido de la capa de suelo 

• Humectacion a la humedad optima Proctor 

• Compactacion de la tongada 

- Terminacion del terraplen, que comprende operaciones de perfilado y 
acabado de taludes y de la explanada sobre la que se asentara el firme. 




DESBROCE Y ESCARIFICADO 
I 1 



EXTENDIDO 




WHP 





HUMECTACI ON COMPACTACI ON 

Fig. 16.2 - Principales fases constructivas de un terraplen 



16 



Terraplenes 



2.1. Operac iones previa s 

Dentro de este grupo de tareas previas a la construccion del terraplen 
propiamente de dicho, se incluyen las labores de desbroce, eliminacion de la capa 
vegetal y posterior escarificado del terreno subyacente. 

Desbroce del teireno 

El desbroce consiste en extraer y retirar de la zona afectada por la traza de la 
carretera todos los arboles, tocones, plantas, maleza, broza, maderas cafdas, 
escombros, basura o cualquier otro material indeseable que pueda acarrear perjuicios al 
normal desarrollo de las obras o al futuro comportamiento de la vfa. 

Como regla general, es recomendable extraer todos los tocones y raices, 
especialmente aquellos de diametro superior a 10 cm., que deberan ser eliminados 
hasta una profundidad de al menos 50 cm. por debajo de la superficie natural del 
terreno. De esta forma se evitan heterogeneidades que pueden dar lugar a pequehos 
asientos diferenciales, causantes de baches y alabeos en la capa de rodadura del firme, 
especialmente en terraplenes de poca altura. 

Los huecos causados por la extraccion de este tipo de elementos, asf como los 
pozos y agujeros existentes en la zona de explanacion, deberan rellenarse y 
compactarse adecuadamente para evitar que estas zonas se comporten como puntos 
debiles en la estructura del terreno. 

Debido al elevado coste de las operaciones de extraccion y transporte de este 
tipo de elementos, la tendencia actual es reducirlas en la medida de lo posible. En este 
sentido, el TRB norteamericano sugiere que en terraplenes cuya altura supere los 2 m., 
los arboles pueden cortarse a unos 10 cm. de la superficie natural del terreno, mientras 
que los tocones pueden permanecer en su sitio. 

Eliminacion de la capa de tieira vegetal 

Otro aspecto a tener en cuenta es la eliminacion de la capa mas superficial de 
terreno, generalmente compuesta por un alto porcentaje de materia organica (humus), 
que como sabemos debe ser evitada a toda costa dada la susceptibilidad que presenta a 
procesos de oxidacion y mineralizacion. Por ello, la tierra vegetal que no haya sido 
eliminada durante el desbroce debera removerse de la zona y almacenarse 
adecuadamente para su posterior uso donde sea preciso; generalmente se emplea en la 
revegetacion de terraplenes, dado su extraordinario poder fertilizante. 

No obstante, en terraplenes de gran altura puede considerarse la posibilidad de 
no eliminar esta capa si es de pequeno espesor -ya que los asientos que produzca seran 
pequenos en comparacion con el total-, siempre y cuando no suponga una potencial 
superficie de deslizamiento del talud situado sobre ella. 



16 



Luis Banon Blazquez 



Si el terraplen tuviera que construirse sobre terreno inestable o formado por 
turba, arcillas expansivas, fangos o limos de mala calidad, tambien debera eliminarse 
dicha capa o procederse a su estabilizacion en el caso de tener un espesor considerable. 

Escarfficado 

Posteriormente a la eliminacion de la capa vegetal es conveniente -y a veces 
necesario- escarificar y recompactar el terreno en una profundidad de entre 15 y 25 
cm., dependiendo de las condiciones en que se encuentre dicho suelo, la altura del 
terraplen o el emplazamiento de la obra en zonas que comprometan su estabilidad. 

La escarificacion -tambien denominada ripado- es una tarea que consiste en la 
disgregacion de la capa superficial del terreno, efectuada por medios mecanicos. 
Generalmente se emplean herramientas especiales acopladas a maquinas tractoras 
de gran potencia (bulldozers) que se encargan simultaneamente de la eliminacion del 
terreno vegetal y del proceso de escarificado. 

El objetivo de este proceso es uniformizar la composicion del suelo y facilitar su 
posterior recompactacion, haciendo que este proceso sea mas efectivo. Eventualmente 
puede recurrirse al empleo de conglomerantes -cal y cemento- para mejorar las 
caracterfsticas mecanicas del suelo. 

Por ultimo, debe recordarse que sobre esta capa de terreno se asentara el 
cimiento del terraplen, por lo que es conveniente que quede preparada para una 
correcta recepcion de esta primera capa del relleno. 




Fig. 16.3 - Bulldozer efectuando labores de excavacion y escarificado 



16 



Terraplenes 



2.2. Ejecucion del terra pie n 

Una vez preparado el terreno sobre el que se asentara el terraplen, se procedera 
a la construccion del mismo, empleando materiales que cumplan las condiciones 
exigidas para cada zona, y que ya fueron comentadas anteriormente. 

La ejecucion del terraplen se compone de tres operaciones que se repiten 
ciclicamente para cada tongada, hasta alcanzar la cota asignada en proyecto; estas son: 
extendido, humectacion y compactacion. 

Extend ido 

Primeramente, se procedera al extendido del suelo en tongadas de espesor 
uniforme y sensiblemente paralelas a la explanada. El material que componga cada 
tongada debera ser homogeneo y presentar caracterfsticas uniformes; en caso contrario, 
debera conseguirse esta uniformidad mezclandolos convenientemente. 

El espesor de estas tongadas sera lo suficientemente reducido para que, con los 
medios disponibles en obra, se obtenga en todo su espesor el grado de compactacion 
exigido. Por lo general, dicho espesor oscila entre los 15 a 20 cm. de la tongada delgada 
empleada en suelos finos o secos y los 20 a 40 cm. de la tongada media, empleada en 
suelos granulares o humedos. 

Asimismo, durante la construccion del terraplen debera mantenerse una 
pendiente transversal que asegure una rapida evacuacion de las aguas y reduzca el 
riesgo de erosion de la obra de tierra. 

La maquinaria a emplear en el extendido es muy diversa, y la eleccion de uno u 
otro modelo depende fundamentalmente de la distancia de transporte de las tierras: 

- Para distancias de transporte inferiores a 500 m., se emplea el bulldozer -o el 
angledozer en terraplenes a media ladera- tanto en el transporte como en el 
extendido de cada tongada. 




Fig. 16.4 - Maquinaria empleada en el transporte y extendido de tierras 



16 



Luis Banon Blazquez 



- Si la distancia de transporte se halla entre 1 y 5 km. suele emplearse la 
mototrailla o scrapper para el transporte y posterior extendido. 

- Una distancia superior a los 5 km. requiere el empleo de palas cargadoras, 
camiones o dumpers para el transporte de las tierras y motoniveladoras para 
su extendido. 

Una practica habitual en obra es realizar diagramas de compensacion de 

masas -tambien denominados diagramas de Brudner- para planificar adecuadamente la 
maquinaria necesaria en el movimiento de tierras y coordinar sus movimientos en 
funcion de la distancia de transporte. 



in q 

LLI <s 



§§ 



V 



DISTANCIA MAXIMA BULLDOZER 

< > 

DISTANCIA MEDIA 
BULLDOZER 




VOLUMEN COMPENSADO 

CON EXPLANADORA 

(Bulldozer, angledozer) 



VOLUMEN 

COMPENSADO CON 

TRAi LLA/MOTOTRAi LLA 




DISTANCIA MEDIA CON TRAILLA 

DISTANCIA MAXIMA CON TRAI LLA 

DISTANCIA MEDIA CON DUMPER 

DISTANCIA MAXIMA CON DUMPER 



DISTANCIA ALORIGEN 



Fig. 16.5 - Diagrama de compensacion del movimiento de tierras (Brudner) 

Humectacion o desecacion 

Una vez ha sido extendida la tongada de terreno, se procede a acondicionar la 
humedad del suelo. Este proceso es especialmente importante, ya que cumple una doble 
funcion: 

- Por un lado, asegura una optima compactacion del material, asegurando la 
suficiente resistencia y reduciendo los posteriores asentamientos del terraplen. 

- Por otro, evita que las variaciones de humedad que se produzcan despues de la 
construccion provoquen cambios excesivos de volumen en el suelo, ocasio- 
nando dahos y deformaciones en el firme. 



16 



Terraplenes 



Suele tomarse como humedad de referencia la determinada en el ensayo de 
Proctor Normal o Modificado, denominada humedad optima Proctor. Su valor es 
cercano a la humedad de equilibrio, que es la que alcanzara definitivamente el firme 
pasado un tiempo despues de su construccion. 

No obstante, existen una serie de casos particulares que es necesario tratar de 
forma especial: 

(a) Suelos secos: Un suelo con un bajo nivel de humedad puede ser compactado 
hasta su nivel optimo sin necesidad de humectarlo, empleando para ello una 
mayor energfa de compactacion, ya que la humedad optima disminuye con la 
energfa de compactacion. En este tipo de suelos el efecto de la compactacion 
es reducido en profundidad, por lo que es conveniente emplear tongadas 
delgadas, de entre 15 y 25 cm. 

(b) Suelos sensibles a la humedad: Este grupo de suelos presentan curvas de 
compactacion muy pronunciadas, lo que los hace especialmente sensibles a 
la humedad. Este hecho se traduce en que una pequena variacion en la 
humedad acarrea consigo un cambio sensible de la densidad del suelo. 

(c) Suelos expansivos: Este tipo de suelos -en el que destacan las arcillas- 
deben compactarse con unas condiciones optimas de humedad para evitar 
cambios de volumen importantes durante la vida util de la carretera, lo que 
podrfa ocasionar diversas patologfas en el firme. 

(d) Suelos colapsables: Este tipo de suelos se caracterizan por su baja densidad 
y bajo grado de humedad, presentando un gran numero de huecos en su 
seno. La inundacion de este tipo de suelos ocasiona un fenomeno 
denominado colapso, que se traduce en el asiento brusco del terraplen. Por 
ello, es recomendable forzar esta compactacion durante la fase de 
construccion, saturandolo en agua. 

La maquinaria empleada en esta fase de construccion es generalmente un camion 
provisto de un tanque de agua (camion cuba). La humectacion del terreno debera ser 
progresiva y uniforme hasta alcanzar el grado optimo estipulado. 

Si la humedad del suelo es excesiva, existen diversas formas de reducirla; 
destacan el oreo del material, trabajandolo con gradas una vez extendido, o la adicion 
de materiales secos o sustancias como la cal viva, que ademas mejorara las 
caracterfsticas resistentes del suelo. 

Compactacion 

Conseguido el grado de humedad optimo, se procedera a la ultima fase de 
ejecucion del terraplen: la compactacion. El objetivo de este proceso -aumentar la 
estabilidad y resistencia mecanica del terraplen- se consigue comunicando energfa de 



16 



Luis Banon Blazquez 



vibracion a las partfculas que conforman el suelo, produciendo una reordenacion de 
estas, que adoptaran una configuracion energeticamente mas estable. 

En terminos mas explfcitos, la compactacion trata de forzar el asiento prematuro 
del terraplen para que las deformaciones durante la vida util de la carretera sean 
menores, ya que "cuanto mas compacto este un suelo, mas diffcil sera volverlo a 
compactar". 

La calidad de la compactacion suele referirse a la densidad maxima obtenida 
en el ensayo Proctor. En cimientos y nucleos, se exigen densidades de al menos el 95% 
del Proctor Normal, mientras que en coronacion, la densidad obtenida debe superar el 
100% de la obtenida en dicho ensayo. Posteriormente hablaremos de los diversos 
metodos de control de densidades en obra. 

La compactacion de las tongadas siempre se efectuara desde fuera hacia el 
centro del terraplen; debe llevarse un especial cuidado en los bordes y taludes del 
mismo, debiendo emplearse una de las siguientes tecnicas constructivas: 

- Compactar una franja de por lo menos 2 m. de anchura desde el talud, en 
tongadas mas delgadas y mediante maquinaria ligera apropiada (rodillos 
pequefios, bandejas vibradoras, etc.) 

- Dotar de un ancho suplementario (1 m.) al terraplen sobre los valores 
estipulados en proyecto. Posteriormente se recortara el exceso colocado, 
pudiendo ser reutilizado. 

- El relleno se efectua sobre perfil teorico -de proyecto- y los taludes se 
compactan directamente mediante maquinaria apropiada. 

La maquinaria empleada en la compactacion de terraplenes es muy diversa, 
aunque suelen emplearse compactadores vibratorios de llanta metalica lisa, compac- 
tadores de neumaticos o rodillos de pata de cabra segun el tipo de suelo; en los 
margenes y zonas diffciles se emplean vibroapisonadores o planchas vibrantes. 




Fig. 16.6 - Maquinaria de compactacion de terraplenes 



16 



Terraplenes 



2.3. Terminacion del terra pie n 

Una vez construido el terraplen se realizara el acabado geometrico del mismo, 
reperfilando los taludes y la superficie donde posteriormente se asentara el firme, 
empleandose generalmente la motoniveladora. Tambien se realiza una ultima pasada 
con la compactadora -sin aplicar vibracion- con el fin corregir posibles irregularidades 
producidas por el paso de la maquinaria y sellar la superficie. 

Los taludes podran ser revegetados para aumentar su estabilidad y favorecer su 
integracion ambiental, pudiendose emplear la capa de tierra vegetal anteriormente 
excavada dadas sus excelentes propiedades fertilizantes. 




Fig. 16.7 - Motoniveladora perfilando la explanada mejorada 



3. CONTROL DEC AUDAD 

Para asegurar el correcto comportamiento del terraplen es necesario establecer 
una serie de procedimientos de control y comprobacion de diversas caracterfsticas del 
suelo, y que a la larga van a determinar su comportamiento mecanico. 

Actualmente se emplean dos metodos de control de calidad: el control de 
procedimiento -apenas empleado en nuestro pais- y el control del producto terminado. 



16 



Luis Banon Blazquez 



3.1. Control de procedimiento 

Consiste en establecer la forma en que debera efectuarse la ejecucion del 
terraplen fijando, segun las caracterfsticas del suelo disponible y el tipo de maquinaria a 
emplear, el espesor de la tongada o el numero de pasadas. Ademas, se sometera al 
contratista a una supervision continuada que asegure la correcta ejecucion de la obra. 

Este tipo de control se Neva a cabo en diversos paises, destacando una vez mas 
el modelo trances; en nuestro pafs, el control por procedimiento presenta diversas 
dificultades para su implantacion, unas de tipo tecnico y otras de tipo administrativo: 

- Dificultades tecnicas: El gran abanico climatologico existente en nuestro pafs 
dificulta la elaboracion de metodos especfficos de control suficientemente 
homogeneos. 

- Dificultades administrativas: La escasa disponibilidad de personal especializado 
en realizar controles periodicos y detallados, unido al inconfundible caracter 
iberico hacen mas practico el efectuar "ensayos sorpresa" durante la ejecucion 
de la obra, manteniendo asf un estado permanente de tension y falsa vigilancia 
sobre el contratista. 

3.2. Control del prod uc to terminado 

Este sistema de control fija las caracterfsticas que debe cumplir el material una 
vez colocado en obra. Para ello se miden in situ diversas caracterfsticas y se comparan 
con valores obtenidos sobre muestras patron en laboratorio. 

Generalmente, las magnitudes objeto de control son la densidad y la capacidad 
portante, mediante distintos metodos que a continuacion se enumeran. 

Control de la densidad 

La densidad del suelo, en referenda a la obtenida en el ensayo Proctor, define 
directamente su grado de compactacion. Para realizar la determinacion de la densidad 
en obra, existen diversos artefactos: 

(a) Metodo de la arena (NLT-109): Consiste en la excavacion de un agujero en la 
zona a ensayar, determinando el peso del material extrafdo. Para determinar 
el volumen del agujero, este se rellena de arena empleando un recipiente 
calibrado que permita conocer la cantidad introducida. Conociendo masa y 
volumen, puede hallarse la densidad del suelo. 

(b) Metodo radioactivo: Se basa en la interaccion de la radiacion gamma con las 
electrones existentes en las partfculas del suelo. El aparato nuclear -un 
contador Geiger- mide la diferencia entre la energfa emitida y la recibida, 
que es proporcional a la densidad del suelo. 



16 



Terraplenes 



Recipiente 
graduado 




DE1ERMINACION DE LA DENSIDAD IN STTU 

Metodo de la arena (NLT-109) y aparato nuclear 



Volumen 
ocupado por 
la arena (V) 




Emisor de 
rayos gamma 



METODO DE LA ARENA 



APARATO NUCLEAR 



Fig. 16.8 - Metodos para la determinacion de la densidad in situ 



Medic ion de la capacidad porta nte 

Otra caracterfstica que interesa controlar es la capacidad portante del terreno, 
para ver si va a ser capaz de absorber y distribuir las tensiones transmitidas por el 
trafico a traves del firme. Existen diferentes metodos para controlar la capacidad 
portante del terreno, destacando las siguientes: 

(a) Ensavo CBR: Se trata de un ensayo normalizado de penetracion (NLT-112) 
que mide la presion necesaria para introducir un pison a una cierta 
profuncidad, comparandola con la empleada en una muestra patron. Ya fue 
visto con profundidad en el capftulo anterior. 

(b) Placa de carqa: Consiste esencialmente en la aplicacion escalonada de una 
carga variable sobre una superficie determinada -generalmente circular o 
cuadrada- midiendo los asientos obtenidos a lo largo del tiempo. Este tipo de 
ensayo esta en desuso ya que son bastante caros, no ofrecen una muestra 
representativa del suelo y solo son fiables en terrenos homogeneos. 

(c) Ensavo de la huella: Es muy similar al anterior; se fundamenta en medir el 
asiento producido por el paso de un eje de 10 T. con ruedas gemelas, por lo 
que suele emplearse un camion. Deben tomarse al menos 10 puntos de 



16 



Luis Banon Blazquez 



medida. Se consideran aceptables asientos medios de 3 mm. en la 
coronacion y de 5 mm. en el nucleo del terraplen. 

(d) Compactfmetros: Este tipo de aparatos van incorporados a la llanta de los 
compactadores vibratorios; miden la densidad y el grado de compactacion 
del terreno en funcion de la onda armonica generada sobre el propio terreno 
durante el proceso de vibrocompactacion. 



Control de c alidad de tena plenes en caneteras 



MATERIA 
ACOIM1ROLAR 


ENSAYO 


LOIE 


LU 

< 

Cd 
LU 


En el 

lugar de 

procedencia 


• 1 Proctor normal 


- 1.000m 3 de material 

- 1 vez al dia 


• 1 Granulometrico 

• 1 Lfmites Atterberg 


- 5.000 m 3 de material 

- 1 vez cada 3 dias 


• 1 CBR laboratorio 

• 1 Materia organica 


- 10.000 m 3 de material 

- 1 vez a la semana 


En el tajo 

o lugar de 

empleo 


- Examinar los montones procedentes de la descarga 
de camiones, desechando los que a simple vista 
contengan restos de tierra vegetal, materia 
organica o bolos 

- Senalar aquellos lotes que presenter! alguna 
anomalia en su aspecto 

- Tomar muestras de los lotes senalados para repetir 
los ensayos efectuados en el lugar de procedencia 


EXTENSION 


- Comprobar grosso modo el espesor y 
anchura de las tongadas 

- Vigilar la temperatura ambiente, siempre 
superior a 2 Q C 


COMPAC- 
TACION 


Centro del 
terraplen 


• 5 Det. de Humedad 

• 5 Det. de Densidad 


- 5.000m 2 de tongada 

- 1 vez al dia 


Franjas 
laterales 

(2.00 m) 


• 1 Det. de Humedad 

• 1 Det. de Densidad 


- Cada 100 metros 
lineales a ambos lados 


GEOMETRiA 


- Cotas de replanteo de eje, con mira cada 
20 m. mas los puntos singulares 

- Anchura y pendiente transversal en los 
mismos puntos 

- Existencia de desigualdades de anchura, 
rasante o pendiente transversal aplicando 
la regla de 3 m. en caso de sospecha 



Fuente: Recomendaciones para el control de calidad en carreteras, (MOPU, 1.978) 



16 



Terraplenes 



4. CONSEJOSYRECOMENDACIONES 

Naturalmente, el proyecto y construccion de terraplenes no puede resumirse en 
apenas veinte paginas; son muchos los aspectos y detalles que por motivos de espacio 
nan quedado fuera del ambito de este texto. No obstante, se recogen unas 
recomendaciones genericas, que tratan de ser un compendio de los rasgos mas 
importantes a tener en cuenta a la hora de proyectar y construir terraplenes. 

4,1, Recomendac iones de proyecto 

En este apartado se abordaran distintos casos especificos de terraplenes 
construidos en circunstancias o entornos singulares, tratando de dar un enfoque racional 
a su proyecto. 

Terraplenes de poca aHura 

En este tipo de terraplenes se hace mas patente la influencia del terreno natural, 
dada su proximidad a la coronacion. Por ello, es necesario realizar una excavacion 
adicional o cajeado para ubicar el cimiento; de este modo se dara mayor uniformidad al 
terreno de apoyo. 

Tambien es recomendable fijar una altura minima para evitar molestas 
transiciones terraplen-desmonte en zonas ligeramente onduladas y mejorar las 
condiciones de drenaje, al aislar el firme del agua freatica existente en el terreno. En 
este sentido, es aconsejable disponer espesores minimos de al menos 1 metro. 

Por ultimo, senalar que en este tipo de obras de escasa altura, la calidad del 
material que compone el cimiento adquiere cierta importancia; por ello, serfa bueno 
emplear suelos de mayor calidad -adecuados y seleccionados- o estabilizarlos con cal o 
cemento para mejorar sus cualidades resistentes. 

Terraplenes de gran aHura 

Genericamente, puede afirmarse que la mayorfa de los terraplenes asientan del 
orden de un 1 a un 3% de su altura a lo largo de su vida util, dependiendo de la calidad 
de su ejecucion. En terraplenes de gran altura, estos asientos alcanzan valores 
considerables, lo que supone un problema dadas las escasas tolerancias geometricas 
admisibles por el firme. 

A este hecho se une la posibilidad de que existan superficies de 
deslizamiento, causantes de asientos diferenciales que pueden incluso llegar a colapsar 
totalmente la estructura. Este hecho se ve favorecido por la presencia corrientes 
subalveas, que originan presiones intersticiales en el seno del terraplen; un adecuado 
sistema de drenaje profundo puede contribuir a reducir en gran medida este problema. 



16 



Luis Banon Blazquez 



Para aminorar la magnitud de los asientos existen diversas tecnicas; aquf 
enumeraremos las mas empleadas actualmente: 

(a) Post-compactacion: Se fundamenta en conseguir un mayor empaqueta- 
miento de las partfculas de suelo, empleando para ello grandes pesos 
soltados desde una altura considerable (compactacion dinamica), materiales 
explosivos para zonas profundas de terraplen (compactacion por explosivos) 
o elementos vibrantes introducidos a lo largo de la estructura (vibroflotacion, 
vibrodesplazamiento o vibrosustitucion mediante columnas de grava). 

(b) Precarqa del terreno: Este metodo consiste en aplicar una carga sobre el 
terreno que constituye el terraplen, de forma que asiente prematuramente. 
Posteriormente, se volvera a rellenar hasta volver a alcanzar la cota de 
proyecto. Este tipo de tratamiento es muy efectivo en suelos finos. 

Existen diversas variantes de este sistema: relleno de tierras, empleo de 
grandes bloques de hormigon y escollera, precarga por vacio, reduccion del 
nivel freatico, empleo de columnas de arena o drenes de mecha. 

(c) Invecciones: Se basan en mejorar las cualidades del suelo inyectando en el 
materiales mas resistentes. Se emplean sobre todo en suelos granulares 
constituidos por gravas o arenas de tamaho medio. 

Al igual que en el caso anterior, existen diversos procedimientos, entre los 
que destacan la impregnacion y la hidrofracturacion -inyeccion a baja 
presion- o la compactacion y la mezcla in situ (Jet Grouting) como metodos 
de inyeccion a alta presion. 




Fig. 16.9 - Sistemas de precarga (drenes de mecha) y vibrosustitucion (columnas de grava) 



16 



Terraplenes 



Terra pie nes sobre suelos blandos 

Ocasionalmente, el trazado de la carretera puede atravesar zonas sobre las que 
existen depositos de suelos blandos, tales como arcillas, limos e incluso turbas. Es de 
sobra conocido que este tipo de materiales presentan un nefasto com porta miento 
como soporte de cualquier tipo de obra de tierra. 

Ante esta situacion cabe obrar de dos posibles maneras: si la capa en cuestion 
tiene poca potencia puede ser economicamente viable su eliminacion empleando 
maquinaria de movimiento de tierras; sin embargo, un mayor espesor obligara a 
replantear la estrategia, actuando directamente sobre el terreno existente para intentar 
mejorar sus cualidades resistentes. 

A priori es diffcil establecer que espesor marca la frontera entre ambos metodos, 
ya que existen gran cantidad de variables especfficas para cada caso que inclinaran la 
balanza hacia una u otra solucion. 

Lo que sf que es conveniente realizar siempre en este tipo de suelos es un 
estudio geotecnico que caracterice el terreno, de forma que puedan estimarse de 
forma mas precisa la estabilidad y los asientos admisibles del terraplen. Tambien es 
recomendable hacer un estudio comparativo de las dos soluciones -eliminacion o mejora 
estructural- para determinar cual es la mas idonea. 

Terraplenes sobre laderas 

Las obras asentadas sobre laderas -especialmente las lineales, como es el caso 
de las carreteras- suponen un reto para el ingeniero, ya que plantean una serie de 
problematicas relacionadas con la estabilidad mecanica. 

A lo largo del presente siglo se han ideado diversas teorfas y modelos que 
pretenden explicar el comportamiento mecanico del suelo ante los esfuerzos de 
compresion y cizalla a partir de las caracterfsticas geometricas y ffsicas del terraplen; 
algunos de estos metodos de estabilidad se explican con detalle en el siguiente capftulo. 

Existen diversas tecnicas constructivas que favorecen la estabilidad de este tipo 
de elementos; la mas inmediata -pero tambien la mas cara- es tender los taludes de la 
explanacion. El inconveniente es el notable incremento del volumen de tierras que puede 
llegar a suponer. 

En el caso de laderas en roca, una buena medida es eliminar la capa de material 
erosionado y de origen aluvial que queda almacenada en superficie, en el caso de que 
presente un espesor reducido (del orden de 6 m.) y se dude de sus caracterfsticas 
mecanicas y de estabilidad. Si la potencia es grande, puede optarse por estabilizarlo. 

En laderas con taludes superiores a 2:1 -e incluso a 4:1 6 6:1- es aconsejable 
escalonar la superficie de contacto entre terreno y terraplen; si ademas existe riesgo 
de filtraciones, deben disponerse drenes longitudinales en cada uno de los escalones 



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Luis Banon Blazquez 



Drenaje longitudinal con 
cubierta impermeable 



Zona muy meteorizada 

(Derrubios y fragmentos de roca) 




Dren longitudinal 



Drenes adicionales 



Fig. 16.10 - Terraplenes en laderas 

para evitar presiones intersticiales que desestabilicen la obra. Dichos escalones 
deberan tener una anchura suficientemente holgada para permitir el paso de maquinaria 
sobre ellos. 

Si se presume que la ladera es inestable, puede ser factible salvarla mediante 
viaductos en secciones mixtas o completas, de forma que la via no toca el terreno, 
cimentandose directamente sobre un estrato profundo mas competente. 



4.2. Recomendacionesde construccion 

La correcta ejecucion de cualquier tipo de obra es garantfa de calidad, ya que de 
esta forma se asegura que los materiales van a ser capaces de cumplir la funcion 
asignada en la fase de proyecto. 

Aunque ya se dieron consejos y recomendaciones cuando estudiamos cada una 
de las fases constructivas de un terraplen, no esta de mas recoger otros de caracter 
general, referidos a ciertas medidas a tomar durante su construccion: 

- Los terraplenes deben ejecutarse cuando la temperatura ambiente supere los 
2 Q C a la sombra; una temperatura inferior afectarfa al agua contenida en el 
suelo, pudiendo llegar a congelarla y dificultando la compactacion. 

- Sobre las capas en ejecucion debe evitarse el paso de todo tipo de trafico 
rodado hasta que se haya completado su compactacion. Si esto no es posible, 
el trafico que necesariamente deba pasar debera distribuirse a lo ancho de la 
superficie, para evitar concentraciones de huellas de rodadura. 



16 



Terraplenes 



Durante la ejecucion del terraplen debera asegurarse una pendiente transversal 
suficiente -en torno al 6%- para la rapida evacuacion de las aguas pluviales. En 
caso de una parada prolongada en su construccion, debera acondicionarse la 
superficie de forma que quede lo mas lisa posible para evitar la erosion y el 
arrastre de materiales sobre el terraplen. 

Debera cuidarse que la compactacion sea correcta y uniforme, tanto en los 
flancos como en el centro del terraplen. De no hacerse, podrfan producirse 
grietas laterales y combaduras en la superficie de rodadura. 






LADOS MAL COMPACTADOS 



CENTRO MAL COMPACTADO 



Fig. 16.11 - Consecuencias de una mala compactacion 

Sueloscon nivel freatico alto 

Existen zonas donde el agua freatica se halla muy cerca de la superficie del 
terreno natural, llegando incluso a aflorar en algunos puntos. Este exceso de humedad 
es perjudicial para la estabilidad de las obras de tierra, por lo que es imprescindible 
alejarla o al menos evitar que afecte a las caracterfsticas resistentes del relleno. 

A continuacion describiremos brevemente cuatro metodos usualmente empleados 
para la construccion de terraplenes en terrenos humedos: 

(a) Excavacion de zanjas profundas: La realizacion de pozos o zanjas 
longitudinales a gran profundidad flanqueando la obra favorece el drenaje 
del agua freatica, alejandola de la superficie; ademas, puede emplearse 
como sistema de precarga, ya que favorece la consolidacion del suelo. 

(b) Empleo de qeotextiles: El geotextil es un tejido que impide el paso del agua, 
por lo que puede emplearse para evitar el contacto del agua freatica con el 
terraplen. 

(c) Construccion en sandwich: Bajo este nutritivo nombre se esconde un 
proceso constructive que consiste en colocar capas alternadas de material 



16 



Luis Banon Blazquez 



cohesivo con exceso de humedad y material granular. Puede ser efectivo si 
se impide la mezcla entre ambas capas y la excesiva acumulacion de agua 
en los primeros. 

(d) Estabilizacion del suelo: En determinados casos puede recurrirse a efectuar 
un tratamiento del suelo con cal o cemento, esparciendo uniformemente 
sacos que posteriormente seran rotos, disgregados y mezclados con el suelo 
empleando una grada de discos. Un suelo tfpico de este caso son los limos 
humedos, donde se da el fenomeno del colchoneo -ondulacion del terreno al 
paso de la maquinaria- y que dificulta su puesta en obra. 




GEOTEXTIL 



^^^Sizm^^m? 




DREN LATERAL 




GEOTEXTILES 



ZANJAS PROFUNDAS 




ESTABILIZACION 



Fig. 16.12 - Terraplenes en suelos con nivel freatico alto 



16 




Muchas veces, las caprichosas formas que adopta el relieve obligan al proyectista 
de carreteras a atravesarlo total o parcialmente para adaptar la rasante de la carretera, 
bien para evitar pendientes elevadas, un trazado excesivamente sinuoso y sobre todo, 
un coste inadmisible de la obra. 

Es en este punto donde entra en accion el desmonte; gracias a esta obra de 
tierra puede materializarse el citado recorte del terreno, excavandose a su traves una 
trinchera por donde discurrira la carretera. 

Mecanicamente, el desmonte es un desaffo a la estabilidad de una ladera que ve 
roto el equilibrio forjado a lo largo de cientos de miles de anos. Por ello, y para que su 
proyecto sea lo mas acertado posible, se han elaborado una serie de teorfas que tratan 
de explicar el comportamiento de un terreno sometido a esta situacion extraordinaria. 

Desgraciadamente, este tipo de obras pueden plantear graves problemas, 
dependiendo eso sf de la naturaleza del terreno afectado. No obstante, los avances en 
tecnologfa de materiales y tecnicas de sostenimiento han ido proveyendo al ingeniero de 
remedios que palien este tipo de patologfas. 

En este capftulo se analizara la problematica que puede plantear este tipo de 
obras tanto en terrenos disgregados como en macizos rocosos, facilitando ademas una 
serie de herramientas de calculo para su correcto proyecto. 



Luis Banon Blazquez 



1. ESTABIUDADDETAUUDES 

El principal problema que se plantea a la hora de proyectar cualquier tipo de 
explanacion es asegurar la estabilidad de sus taludes, ya que las caracterfsticas 
resistentes de ese suelo de nada serviran si se producen continuos deslizamientos que 
pongan en peligro la funcionalidad de la carretera a la que sirven de soporte. 

Parece claro que la estabilidad de un talud depende tanto de su geometria 
-pendiente y altura- como de las caracterfsticas intrfnsecas del propio suelo que lo 
forma -angulo de rozamiento interno y cohesion- y que definen su resistencia a cizalla. 

En este sentido, un suelo sin cohesion -por ejemplo, una arena limpia y seca- 
sera estable siempre y cuando su angulo de rozamiento interno (cp) sea superior al 
angulo que forma el talud con la horizontal (p). En suelos cohesivos este valor 
aumenta, dado que a la fuerza de rozamiento interno que se opone al movimiento se 
suma la producida por la cohesion entre las particulas del suelo. 

1.1. Modelos de deslizamiento 

El deslizamiento de un talud se produce por la rotura y posterior desplazamiento 
de una cuna de suelo a lo largo de un piano de debilidad, lo que ocasiona un 
desmoronamiento total o parcial de dicho talud. Las causas que producen este 
deslizamiento son muy diversas -filtraciones de agua, vibraciones, socavaciones...- lo 
que hace diffcil su encuadre analftico. 

El ingeniero sueco Pettersson, tras estudiar con detenimiento este problema, 
concluyo que el deslizamiento de un suelo se produce a lo largo de una superficie de 
curvatura variable, que posteriormente asimilo a un arco de circunferencia dada su 
mayor simplicidad de calculo. En honor a la nacionalidad de su descubridor, estas 
superficies de rotura reciben el nombre de circulos suecos. 

Este modelo general de rotura presenta diversos matices en funcion del tipo de 
suelo y de la geometria del talud, pudiendose distinguir los siguientes casos: 

(a) Cfrculo superficial de pie: La superficie de deslizamiento pasa por el pie del 
talud, siendo este el punto mas bajo de la misma. Este tipo de rotura se 
produce en suelos con alto angulo de rozamiento interno -gravas y arenas 
fundamentalmente- o en taludes muy inclinados (valores de p altos) 

(b) Cfrculo profundo: En este caso, la superficie de rotura pasa por debajo del 
pie del talud. Se da con asiduidad en taludes tendidos -valores de p bajos- o 
formados por suelos de bajo rozamiento interno, como arcillas y limos. 

(c) Cfrculo profundo de pie: Al igual que ocurrfa en el primer caso, la superficie 
de deslizamiento intersecta con el pie del talud, aunque en esta ocasion no 
se trata de su punto mas bajo. Se plantea como una situacion intermedia 
entre las dos anteriores. 



17 



Desmontes 



(d) Cfrculo condicionado: La presencia de estratos mas duros o de diversos 
elementos resistentes -muros, pilotes, edificaciones, rellenos, etc.- en las 
proximidades del talud condiciona la magnitud y profundidad de la superficie 
de rotura. 




CIRCULO SUPERFICIAL DE PIE 
(Suelos granulares o taludes inclinados) 




CIRCULO PROFUNDO 
(Suelos cohesivos o taludes tendidos) 




CIRCULO PROFUNDO DE PIE 
(Caso intermedio) 




ROTURA IRREGULAR 
(Terreno heterogeneo) 




^?^^^^^^^^^^^^^ 




•&###& 



¥MM 




^_ ^ . 



^3 



^^^::^:^- 



CIRCULOS CONDI CI ONADOS 

por la presencia de elementos 



Fig. 17.1 - Formas de rotura de un talud 



17 



Luis Banon Blazquez 



Los anteriores supuestos tienen aplicacion unicamente en el caso de que el terreno sea 
homogeneo. En el caso de que presente heterogeneidades en su seno, sera preciso 
recurrir a otros modelos mas complejos, que emplean metodos discretos de calculo 
basados en elementos finitos. 



1.2. Metodos de c a Ic ulo 

Una vez analizado el proceso de rotura de un talud, el siguiente paso es 
cuantificarlo, de forma que podamos hacernos una idea de como deberan disenarse los 
taludes de desmonte y terraplen para que estos sean estables. 

Para efectuar este analisis cuantitativo existen diversos metodos de calculo -la 
mayorfa de ellos de origen semiempfrico- que tratan de relacionar las caracterfsticas del 
suelo con las solicitaciones a las que este se ve sometido. De entre ellos, destaca por su 
simplicidad, racionalidad y validez didactica el metodo de Fellenius, posteriormente 
tabulado por Taylor. 

Metodo de Fellenius 

Este metodo de calculo se basa en la aplicacion directa de los fundamentos de la 
Mecanica Racional clasica. Para ello, Fellenius divide la supuesta cuna de deslizamiento 
en rebanadas, estudiando el estado de fuerzas en cada una de ellas. La condicion de 
equilibrio de cada rebanada vendra dada por la superioridad de las fuerzas estabiliza- 
doras sobre las desestabilizadoras en la superficie de deslizamiento: 

Fuerzas estabilizadoras (S) > Fuerzas desestabilizadoras (T) 

Las fuerzas estabilizadoras (S) estan compuestas por las fuerzas de cohesion y 
rozamiento interno del terreno: 

Ax 



cos a 



donde P es la carga sobre la superficie de rotura (P = W + q-Ax, siendo W el peso 
de la cuna de tierra y q la sobrecarga de uso) 
a es el angulo que forma la superficie de rotura con la horizontal 
cp es el angulo de rozamiento interno del terreno 
c es la cohesion del mismo 
Ax es el grosor de la rebanada 

Las fuerzas desestabilizadoras (T) se identifican con la componente tangencial 
de las cargas sobre la superficie de rotura: 

T = P • sen a = (W + q • Ax) • sen a = (y • A + q • Ax) • sen a 

donde y es el peso especifico del suelo 

A es la superficie de la cuna de terreno que forma la rebanada 



17 



Desmontes 





q 




Ax 
< -— > 








vvvvvvvvvvvv 


r~ 






r 








, 


/ 




Y 2 






< 

< 

■z. 
< 








/Yi 


T ' G 
V 


4- 

x 2 T 


/ 




LU 






4- 

T x x 


P 


N 




^ ' ! 


— . 


\u 


' 


: V 



Fig. 17.2 - Estado de fuerzas actuantes en una rebanada de terreno 

Este metodo supone que las fuerzas de interaction entre rebanadas (Xj, Y|) no 
influyen de manera significativa en la seccion de calculo, ya que o bien son de pequena 
magnitud o bien se anulan casi totalmente entre ellas; este hecho no es del todo cierto 
en determinados casos donde existen cargas no uniformes sobre el terreno. 

Aunque es muy recomendable, no siempre es posible conocer directamente las 
caracterfsticas ffsicas y mecanicas del suelo (y, c, cp) para comprobar su estabilidad. La 
siguiente tabla recoge estos valores para cada tipo generico de suelo: 



T.50 Caiactensticas ffsicas tpicasde diversossuelos 



UPODESUELD 


Y 

(T/m 3 ) 


9 

(grados) 


C 
(T/m 2 ) 


Bloques y bolos sueltos 

Grava 

Grava arenosa 


1.70 
1.70 
1.90 


35-405 

37.55 

355 


- 


Arena compacta 
Arena semicompacta 
Arena suelta 


1.90 
1.80 
1.70 


32.5-355 
30-32.55 
27.5-305 


- 


Limo firme 

Limo 

Limo blando 


2.00 
1.90 
1.80 


27.55 

255 

22.55 


1-5 

1-5 

1-2.5 


Marga arenosa rfgida 
Arcilla arenosa firme 
Arcilla media 
Arcilla blanda 
Fango blando arcilloso 


2.20 
1.90 
1.80 
1.70 
1.40 


305 
255 
205 
17.5 
155 


20-70 

10-20 

5-10 

2-5 

1-2 


Suelos organicos (turba) 


1.10 


10-155 


- 



17 



Luis Banon Blazquez 



La evaluacion del grado de estabilidad de cada rebanada se realiza aplicando el 
concepto de coeficiente de seguridad al deslizamiento (F), definido como el cociente 
entre las fuerzas a favor y en contra del deslizamiento: 

c P • cos a • tgcp + c 

F _ ^ _ cos a 

T Psena 

Un factor que puede afectar negativamente a la estabilidad de un talud es la 
presion intersticial (u) producida por la presencia de agua infiltrada en el terreno. La 
influencia se hace patente en la disminucion de las fuerzas estabilizadoras, con lo que la 
ecuacion de estabilidad de Fellenius queda del siguiente modo: 

Ax 

(P • cos a + u • Ax) • tg cp + c 

p _ COS a 



P • sen a 

De la anterior expresion, se deduce que la presion intersticial es una fuerza que 
afecta a la superficie de deslizamiento, disminuyendo el efecto de friccion entre la cuna 
de terreno suprayacente y dicha superficie de contacto. Uno de los mayores problemas 
que encuentra el proyectista es dar una estimacion fiable del valor de esta subpresion. 

El metodo de Fellenius radica en hallar el coeficiente de seguridad global, 
correspondiente a la totalidad del terreno supuestamente movilizado. La superficie de 
deslizamiento mas aproximada a la realidad -denominada circulo crftico- sera aquella 
que presente un menor valor de dicho coeficiente: 



L F : 



^ (Pi • cos ctj + U| • AX|) • tg cp + c '' 



cos a; 



2> 



sen a 



Dada la incertidumbre del metodo, es normal adoptar valores mfnimos de F de 
entre 1.25 y 1.80, siendo 1.50 el valor mas habitual. De este modo, cualquier talud cuyo 
cfrculo crftico presente un valor de F inferior al mfnimo exigido sera considerado 
inestable. 

Abac o de Taylor 

El anterior metodo de calculo tiene el gran inconveniente de ser largo y tedioso 
de calcular manualmente, corriendo el riesgo de cometer equivocaciones dado el gran 
numero de calculos iterativos necesarios. 

Basandose en dicho metodo, Taylor (1.937) se armo de paciencia y confecciono 
un abaco que permite determinar la maxima inclinacion posible del talud (a) en funcion 
de su altura (H), cohesion (c), angulo de rozamiento interno (cp), peso especffico (y) y 
del coeficiente de seguridad (F) exigido. 



17 



Desmontes 



NUMERO DE ESTABILIDAD (N=c/yHF) 


0.26 
0.25 
0.24 
0.23 
0.22 
0.21 
0.20 
0.19 
0.18 
0.17 
0.16 
0.15 
0.14 
0.13 
0.12 
0.11 
0.10 
0.09 
0.08 
0.07 
0.06 
0.05 
0.04 
0.03 
0.02 
0.01 
00 


















ABACO DE TAYLOR 


90 




Fd-^hiliHaH Ho 1-^liiHoc on cnolnc 




V 80 












\ 




















\ 




/ / 


\ 1 / 
H / 


\ 


















\ 


K70 / 


D-H 

6 
Z-H 


















\ 70 / 




















\ 


A B 






















\ 






' J N 
























\ 


K 6<~> 




^^ V 




























\ 


\\\\\\\V^<:<^&^\\\\\\\^\\ 






























\ 




































\ 






































\ 





































\50 40 30 20 10 s 


0.19 
0.18 
0.17 
0.16 
0.15 
0.14 
0.13 
0.12 
0.11 
0.10 
0.09 
0.08 
0.07 
0.06 
0.05 
0.04 
0.03 
0.02 
0.01 
0.00 
































2e 
















































































































D>] 







































V 


7" 


— 


















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1 




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13 


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V 








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V V 


3 


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1. 






























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V 






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V X 


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Hi 






































































1 


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1 






































































\ 


* 


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LEYENDA (ver aoartado 1.1) 


































1 


i > 


i 




































V 


>i 








Cfrculos tipo (a) y (c) 




































\ 


1 








































\ 


V 




Circulos tipo (b) 




































\ 










































l 








Circulos tipo (d) 






































\ 












































\ 






i i i i i i i i i i i i i i i 










































90 80 70 60 50 40 30 20 10 0^ 

ANGULO DE TALUD MAXI MO ((3) 



Fig. 17.3 - Abaco de Taylor 



17 



Luis Banon Blazquez 



Para dotar de una mayor sencillez y funcionalidad a esta herramienta de calculo, 
ideo el llamado numero de estabilidad (N), definido por la siguiente expresion 
adimensional: 



N 



c 
y-H-F 



donde c es la cohesion en T/m 2 

g es el peso especifico del terreno en T/m 3 

H es la altura del talud en m 

F es el coeficiente de seguridad al deslizamiento 

Si fijamos ciertos valores en la anterior expresion -lo normal es conocer el peso 
especffico, el angulo de rozamiento interno, la cohesion y el coeficiente de seguridad- 
podemos hallar la altura maxima que puede alcanzar el talud para distintos valores de 
su pendiente. Debe recalcarse que esta altura crftica esta directamente relacionada la 
carga vertical, compuesta no solo por con el volumen de tierras, sino tambien por las 
sobrecargas muertas y de uso que posea dicho talud. 



Estabilidad de taludesen carreteias 



El importante deterioro de la carretera N-323 en un tramo de 12 
km. comprendido entre las localidades de Izbor y Velez (Granada) 
ha alarmado a los tecnicos, que sospechan de la presencia de 
fenomenos de deslizamiento activos en la zona. 



0.5 T/m 2 

▼ ▼ V ▼ V ▼ V 




ROCA SANA 



50 m 



20 m 



DATOS DEL TERRENO 



c 


Cohesion 


0.74 kg/cm 2 


9 


Rozam. Interno 


192 


y 


Peso especifico 


1.83 T/m 3 


TIPO DE TERRENO: De oriaen 


metamorfico, formado por filitas y 
metapelitas (arcillas) , carbonatos, 
gneises, micaesquistos y cuarcitas. 



Teniendo en cuenta la seccion del desmonte que conforma la 
explanacion de la via y las caracterfsticas fisicas y mecanicas del 
suelo que lo com pone, se pide: 

(a) Comprobar su estabilidad suponiendo una superficie de desli- 
zamiento recta 

Para efectuar esta comprobacion bastara con aplicar la formula de 
Fellenius reducida a una unica cuna triangular de suelo. 



17 



Desmontes 



Las fuerzas actuantes sobre dicha cuna se muestran en la siguiente figura: 

0.50 T/m 2 



VVVVVVVVVVVVV 




40 

S = N-tgcp+ c-L 



N = P-cos5 
P = A-y + q-b 



Donde las magnitudes geometricas auxiliares son: 
b = H-(cotg8-cotg60Q) ; L = 
El peso de la cuna se calculara como: 



H 



sen 5 



H = 50 m 



P = W + qb = -yH 2 (cote 



cot g60 Q ) + q • H • (cot g5 - cot g60 Q ) 



Establecemos el balance de fuerzas (al no haber presion intersticial, u=0): 

- Fuerzas en contra del deslizamiento -> S = (P • cos 5) • tgcp + c • L 

- Fuerzas a favor del deslizamiento -> T = P • sen 8 

Al ser el angulo que forma el piano de deslizamiento con la horizontal (8) la 
incognita, la ecuacion de Fellenius dependera de funciones trigonometricas 
de compleja resolucion, por lo que el valor de 8 se obtendra por tanteos 
sucesivos: 



F = 



0^ + q) -H-(cotg8-cotg602) cos 8 



tg cp + c • 



H 



sens 



0^ + q) • H • (cot gS - cot g60^ ) • sen 8 



Sustituyendo en la formula los datos del enunciado del problema: 
[(0.5 • 1.83 • 50 + 0.5) • 50 • (cot gS - cot g60^ ) . cos s] • tgl9^+7.4 • 



50 
sen8 



(0.5 • 1.83 • 50 + 0.5) • 50 • (cot gS - cot g60^ ) • sen 5 

Mediante sucesivos tanteos hallamos la inclinacion del piano crftico de 

deslizamiento, al que corresponded el mfnimo valor de F: 

5 = 39^ -> F = 1.04 

Este valor es superior a la unidad, por lo que teoricamente el talud serfa 
estable. A pesar de ello, la incertidumbre del resultado no asegura con 
suficiente margen de seguridad la estabilidad del talud. 



17 



Luis Banon Blazquez 



(b) Contrastar el resultado empleando el abaco de Taylor 

Aun empleando una unica cuna de deslizamiento, el anterior metodo de 
calculo es complejo, tedioso e inexacto; por ello, resulta mucho mas 
practico emplear el abaco de Taylor. 

Para comprobar la estabilidad del talud, entraremos en el abaco con el 
valor de su inclinacion ((3=60 Q ) y el angulo de talud natural (cp=19 Q ), para 
obtener el numero de estabilidad (N): 

p N = 0.10 

cp = 192 J 

Conocidas las caracterfsticas del terreno -cohesion, peso especifico y altu- 
ra del terraplen- puede despejarse facilmente el valor del coeficiente de 
seguridad al deslizamiento F: 

N = ^^^F = ^^= M =0 .81 

y-HF y-HN 1.83 • (50 + 0.5/ 1.83) • 0.10 

Este valor pone de manifiesto la inestabilidad del terraplen, lo que implica 
la existencia de deslizamientos activos, tal y como temfan los tecnicos. 

Comparando este valor (0.81) con el obtenido en el apartado anterior 
(1.04), observamos una gran desviacion de resultados; la conclusion 
practica es que debe emplearse este ultimo valor, al haber sido hallado por 
un metodo menos impreciso y mas fiable. 

(c) Proponer soluciones viables al problema existente 

Dar soluciones economicamente ajustadas a este tipo de problemas no es 
facil. La solucion mas inmediata consistirfa en disminuir el angulo del talud 
efectuando una excavacion. Aplicando el abaco de Taylor (F=1.50): 

N = — = 0.53 -> (3 = 40^ (cp = 19^ ) 

1.83(50 + 0. 5/1. 83)1. 40 

Haciendo un calculo rapido, esta solucion supondria la excavacion de 
768 m 3 de tierra por cada metro lineal de vfa, lo que harfa un total de casi 
10 millones de m 3 a lo largo del tramo de 12 km. No es de extranar que se 
descarte esta solucion, al ser inviable economicamente y aberrante desde 
el punto de vista tecnico. 

Una solucion mas racional consistirfa en reducir la altura de la cuna de 
deslizamiento mediante pilotes inyecciones. La altura crftica vendra dada 
tambien por el abaco de Taylor: 

c 7 4 

28.88 m. 



y F N 1.831.400. 10 



17 



Desmontes 



Realizando un pilotaje o una pantalla de inyecciones a una cota de unos 
20 m. sobre el pie del terraplen puede reducirse el circulo de deslizamiento 
hasta un valor que asegure la estabilidad del talud. 



V V V V V V V 




PANTALLA DE INYECCIONES 



▼ V V V V V V 



*ttttttttttttM^ 



SSSS5555555SSSSSSS^~ 



PI LOTAJ E 



1.3. Consolidation de laderas ine stables 

La solucion mas evidente de consolidar una ladera pasa por realizar un talud mas 
tendido. Esto no siempre es posible, ya que pueden existir problemas de 
incompatibilidad de espacio con asentamientos o infraestructuras existentes. Ademas, 
esta solucion acarrea un gran movimiento de tierras, resultando antieconomica. 

Aparte de este, existen diversos metodos -muchos de ellos protegidos por 
patentes comerciales- empleados para conseguir una mejor respuesta del terreno a la 
accion de fuerzas desestabilizadoras, algunos de los cuales ya han sido introducidos en 
el ejercicio anterior. Los metodos clasicos de estabilizacion de laderas son: 

(a) Armado del terreno: Esta tecnica consiste en proporcionar resistencia al 
terreno empleando elementos ajenos al mismo. Dos claros ejemplos son el 
micropilotaje, que consiste en hincar pilotes de hormigon para recompactar 
y fijar el terreno, o la ejecucion de pantallas ancladas al terreno mediante 
bulones metalicos, sujetos al mismo mediante inyecciones de cemento. 

(b) Muros v revestimientos: Un muro puede ser la solucion ideal para taludes 
que necesitan una pendiente suave, ya que evita el desmonte de gran 
cantidad de terreno. Por su parte, un revestimiento superficial con gunita 
-hormigon proyectado- creara una pantalla impermeable al agua y ayudara a 
evitar pequenos desprendimientos. Ambas tecnicas pueden combinarse con 
un sistema de anclaje al terreno, aumentando en mucho su efectividad. 

(c) Sistemas de drenaie: El agua es un gran enemigo para todo suelo sometido 
tensionalmente, ya que debilita su estructura y favorece su colapso. Por ello, 
un adecuado sistema de drenaje que afsle al terreno del agua infiltrada 
contribuira a mejorar la estabilidad del talud. 



17 



Luis Banon Blazquez 



2. TALUDESENROCA 

A diferencia de los suelos, la estructura que presentan las rocas es complicada, 
ya que bajo su apariencia solida y homogenea se esconden anisotropics originadas por 
grietas, pianos de fractura o estratificacion, diaclasas y plegamientos que hacen que su 
comportamiento mecanico no sea el esperado a primera vista. 

Los taludes naturales o los excavados en roca estan sujetos de forma perma- 
nente a procesos de inestabilidad, provocados por la accion de agentes erosivos -el 
agua en sus diversos estados es el principal- en el caso de los primeros, a los que se 
une la propia geometrfa del talud artificial en el segundo caso. Otro factor que tambien 
influye en la estabilidad es la sismicidad natural o provocada por las voladuras realizadas 
para excavar dicho talud. 

Este tipo de taludes es caracterfstico de las zonas de desmonte, donde muchas 
veces es necesario morder el relieve para ajustar la traza de la carretera, con la 
consiguiente ruptura del equilibrio natural existente en sus taludes. 

2. 1. Mec a nismos de return 

Los tres principales mecanismos de rotura de un talud rocoso son los que a 
continuacion se citan, y que pueden observarse en la figura de la pagina siguiente: 

(a) Rotura plana: Se produce a favor de una unica familia de pianos de rotura 
que buzan en el mismo sentido que el talud, y cuya direccion es 
sensiblemente paralela a la del frente del talud. Se producen 
fundamentalmente debido a que el buzamiento de los pianos es menor que el 
del talud -llegando a diferencias de hasta 20 Q -, con lo que el rozamiento 
movilizado no es suficiente para asegurar la estabilidad. 

(b) Curia: Este tipo de roturas se dan en la interseccion de dos familias de pianos 
de discontinuidad de diferente orientacion, formandose una Ifnea de 
inmersion a favor del talud, aunque con una inclinacion inferior al 
buzamiento de este. 

(c) Vuelco: En este ultimo caso el buzamiento de los pianos de fracturacion es 
contrario al del propio talud, lo que provoca una division del macizo rocoso 
en bloques independientes que van cayendo por accion de la gravedad. 

2.2. Clasificacionesgeomecanicas 

Para abordar el estudio de la estabilidad de taludes en roca es ineludible acudir a 
los estudios que los profesores Richard Beniawski y Manuel Romana -este ultimo 
Catedratico de Geotecnia y Cimientos en la Universidad Politecnica de Valencia- han 



17 



Desmontes 



realizado sobre la influencia de los diferentes parametros geomecanicos en la estabilidad 
de macizos rocosos. 

Fruto de estos estudios son los indices RMR (Rock Mass Rating) y SMR (Slope 
Mass Rating), que tratan de definir respectivamente la calidad de la roca y la de los 
taludes existentes. 



PRINC IPALES MEC ANISMOS DE ROTURA EN ROC AS 



Aplicacion a taludes excavados en obras de carreteras 



Piano de 
deslizamiento 




Cuna de 
deslizamiento ^ 



Discontinuidad 




ROTURA RAIMA 



Bloque 
inestable 




ROTURA EN CUNA 



Fractura 
abierta 



ROTURA PORVUELCO 



Fig. 17.4 - Mecanismos de rotura de un talud rocoso 



17 



Luis Banon Blazquez 



Determination del fndice RMR 

El fndice RMR (Bieniawski, 1979) define la calidad de un macizo rocoso valorando 
cuantitativa y cualitativamente una serie de parametros: 

- Resistencia de la roca sana, determinada mediante ensayos de carga puntual y 
compresion uniaxial. 

- RQD (Rock Quality Designation), medido en sondeos o estimado. El RQD mide 
el grado de fisuracion de una roca, y su expresion matematica es: 

Sumade tramos sinfisuras mayores de 10 cm 

KQU — • 1UU 

Longitud total de la columna de roca 

- Separacion entre dos pianos de discontinuidad -juntas, fisuras o diaclasas- 
consecutivos. 

- Estado de las diaclasas, atendiendo especialmente a su abertura, bordes y 
rugosidad de la superficie. 

- Existencia de flujo de agua intersticial a traves de las juntas; el agua disminuye 
la resistencia mecanica de la roca. 

Todos estos parametros estan tabulados, correspondiendo a cada rango de 
valores una puntuacion o rating; la suma de todas las puntuaciones obtenidas en cada 
apartado determinara el fndice RMR: 

RMR = R c + Rrqd + R d + Rs + R u 

Obtencion del fndice SMR 

Este nuevo fndice (Romana, 1985) introduce una serie de modificaciones en 
funcion de las caracterfsticas del talud, de forma que es posible determinar el grado de 
calidad y fiabilidad que ofrece un talud rocoso. 

Su valor se calcula partiendo del fndice RMR, al que se le resta un factor de 
ajuste -funcion de la orientacion de las juntas- y se le suma otro coeficiente en funcion 
del metodo de excavacion aplicado: 

SMR = RMR- (Fi ■ F 2 ■ F 3 ) + F 4 

Debe hacerse una distincion entre valores del SMR y sus correspondientes 
factores (F|) para rotura plana (P) o rotura con vuelco (T). 

El parametro Fi depende del paralelismo entre el rumbo de las juntas y de la cara 
del talud; varfa entre 1.00 (rumbos paralelos) y 0.15 (angulo interrumbo mayor de 30 Q , 
donde la probabilidad de rotura es muy baja). Empfricamente se ajustan a la siguiente 
expresion, en la que aj y a s los rumbos de junta y talud respectivamente: 



F-L = (l - sen(aj - a s )f 



17 



Desmontes 



Por otro lado, el valor de F 2 depende del buzamiento de las juntas (ft) en la 
rotura plana (P), midiendo de alguna forma la probabilidad de la resistencia al esfuerzo 
cortante de dichas juntas; oscila entre 1.00 (buzamiento superior a 45 Q ) y 0.15 
(buzamiento inferior a 20 Q ). En el caso de rotura con vuelco (T), el valor de F 2 es 1.00. 
Aunque fue determinado empfricamente, existe una expresion matematica que permite 
su determinacion: 

F 2 = tg 2 Pj 

El coeficiente F 3 refleja la relacion existente entre los buzamientos de los pianos 
de discontinuidad (ft) y del talud (p s ): 

F 3 = Pj -P s (rotura plana) 

F 3 = Pj + p s (rotura con vuelco) 

Por ultimo, F 4 hace referenda a la influencia del metodo de excavacion utilizado 
en la estabilidad del talud. Aquellos metodos que originen un mayor residuo o fisuren las 
capas superficiales del talud favoreceran el desprendimiento de fragmentos y bloques 
rocosos, precipitandose ladera abajo hacia la zona de explanation. 



T.51 Fa c tores de ajuste para el calculo del indice SMR 




F 


VAUORES 


EVALUAC ION GLOBAL 


Muy 
Favorable 


Favorable 


Normal 


Adverso 


Muy Adverso 


Fi 


P 


a j ~ a s 


> 30^ 


302 a 202 


202 a 102 


102 a 52 


< 52 


T 


[otj -a s -180 Q 






0.15 


0.40 


0.70 


0.85 


1.00 


Ez 


P 


N 


< 20^ 


202 a 302 


302 a 350 


352 a 452 


> 452 


VALOR F 2 


0.15 


0.40 


0.70 


0.85 


1.00 


T 


1.00 


1.00 


1.00 


1.00 


1.00 


F3 


P 


Pj "Ps 


> 102 


102 a 02 


02 


02 a -102 


< -102 


T 


Pj +Ps 


< 1102 


1102 a 1202 


> 1202 


- 


- 









6 


25 


50 


60 


F 4 


METODO DE EXCAVACION DEL TALUD 


Talud natural 


Precorte 


Voladura suave 


Voladura 
Mecanico 


Voladura 
deficiente 


+ 15 


+ 10 


+ 8 





-8 


LEYENDA: P corresponde al caso Rotura plana; T corresponde a Rotura por vuelco 

otj es el rurnbo o direccion de las juntas; ot s es la direccion del talud (slope) 
Pj es el buzamiento de las juntas; p s es el buzamiento del talud 



Fuente: Manuel Romana (1.985) 



17 



Luis Banon Blazquez 



T.52 Determinacion del indice RMR 




PARAME1RO 


RANGO DE VALORES 


1 


Resistencia 
de la roca 
sana (MPa) 


Carga 
puntual 


> 10 


4 a 10 


2 a 4 


1 a 2 


Preferible ver 
compr. Uniaxial 


Compresion 
simple 


> 250 


100 

a 
250 


50 

a 

100 


25 

a 
50 


5 
a 
25 


1 

a 
5 


<1 


VALORACION (R c ) 


15 


12 


7 


4 


2 


1 


O 


2 


RQD (%) 

Rock Quality Designation 


90 

a 

100 


75 
a 
90 


50 
a 
75 


25 

a 
50 


< 25 


VALORACION (R RQD ) 


20 


17 


13 


8 


3 


3 


Separacion entre 
diaclasas (m) 


> 2.00 


0.60 

a 
2.00 


0.20 

a 
0.60 


0.06 

a 
0.20 


< 0.06 


VALORACION (R d ) 


20 


15 


10 


8 


5 


4 


Estado de las diaclasas 


Muy rugosas 
Discontinuas 
Sin espacios 
Bordes sanos 
y duros 


Ligeramente 
rugosas 
Aberturas de 
mas de 1mm 
Bordes duros 


Ligeramente 
rugosas 
Aberturas de 
mas de 1mm 
Bordes 
blandos 


Espejos de 
falla 



Relleno<5mm 

O 

Separacion 
entre l-5mm 
(Diaclasas con- 
tinuas) 


Relleno blando 
superior a 5mm 



Abertura>5mm 
(Diaclasas contf- 
nuas) 


VALORACION (R s ) 


30 


25 


20 


10 





5 


Agua freatica en juntas 


Seco 


Algo 
humedo 


Humedo 


Goteando 


Fluyendo 


VALORACION (R u ) 


15 


10 


7 


4 


O 



Fuente: Z.T. Bieniawski (1.979) 



C alidad de la roca en tunc ion de indice RMR 



CLASE 


1 


II 


III 


IV 


V 


RMR 


100 «- 81 


80 «- 61 


60 <- 41 


40 <r 21 


< 20 


Description 


Muy buena 


Buena 


Normal 


Mala 


Muy mala 


Cohesion (kPa) 


> 400 


300 - 400 


200 - 300 


100 - 200 


< 100 


Rozamiento 
interno 


> 45^ 


35 - 455 


25 - 355 


15 - 25^ 


< 15^ 


Estabilidad 


Desliza 15 m. 
en 20 anos 


Desliza 10 m. 
en 1 anos 


Desliza 5 m. 
en 1 semana 


Desliza 2.5 m. 
en 10 horas 


Desliza 1 m. 
en 15 minutos 



Fuente: Z.T. Bieniawski (1.979) 



17 



Desmontes 



C alidad del talud rocoso segun el indice SMR 



CLASE 


1 


II 


III 


IV 


V 


SMR 


81 - 100 


61 - 80 


41 - 60 


21 - 40 


- 20 


Descripcion 


Muy buena 


Buena 


Normal 


Mala 


Muy mala 


Estabilidad 


Totalmente 
estable 


Estable 


Parcialmente 
estable 


1 nestable 


Totalmente 
inestable 


Roturas 


Grandes 
por pianos 
continuos 


Juntas o 

grandes 

cunas 


Sistematicas 


Ocasionales 


Escasas o 
ninguna 



Fuente: Manuel Romana (1.985) 

2.3. Dispositivos de protec c ion y seguridad 

En cualquier tipo de ladera -especialmente en aquellas excavadas artificialmente- 
se corre el riesgo de que se produzcan desprendimientos superficiales de fragmentos 
rocosos que se hallan en equilibrio inestable. El detonante de estos desprendimientos 
tiene un origen muy variado, y va desde la propia erosion del material rocoso hasta 
pequehas perturbaciones sfsmicas, pasando por fenomenos de reptacion del terreno 
provocados por la presencia de agua. 

Existen diversas medidas de protection de carreteras contra este tipo de 
fenomenos gravitacionales; la implantacion del sistema adecuado dependera de las 
condiciones de entorno y de la calidad del propio talud. Destacamos las siguientes: 

(a) Bermas v cunetones: Los taludes de gran altura con desprendimientos 
ocasionales pueden escalonarse, construyendo para ello diversas bermas 
cuya mision es amortiguar la cafda de las rocas procedentes de la 
coronacion, reduciendo de esta forma su energfa y velocidad, e impidiendo 
su penetracion en la calzada. El dispositivo se completa con una amplia 
cuneta de recepcion y almacenamiento en el pie del desmonte y una barrera 
de proteccion situada entre dicha cuneta y la carretera. 

(b) Muros de contencion: Se construyen en el pie del desmonte siguiendo el eje 
de la vfa a la que protegen. Suelen ser de hormigon armado, lo que los hace 
resistentes a cualquier impacto y permiten la acumulacion de rocas en la 
cuneta de almacenamiento existente en su intrados. 

(c) Mallas de triple torsion: Este tipo de elementos cubren la totalidad de la 
superficie sospechosa de desprendimiento, impidiendo la salida de cualquier 
fragmento rocoso al exterior. La malla se sujeta firmemente en la coronacion 
del terraplen mediante correas de anclaje, lastrandose en el pie del mismo 



17 



Luis Banon Blazquez 



empleando barras de acero o gaviones, jaulas metalicas de forma cubica 
rellenas de material petreo. Asimismo es conveniente disponer puntos de 
anclaje cada 2 6 3 m. a lo largo del talud para cenir la malla al terreno, 
aunque no excesivamente para evitar bolsas de acumulacion de fragmentos. 

(d) Barreras dinamicas: Surgen como evolucion de las anteriores, y suponen un 
complemento de aquellas a la hora de detener bloques de gran tamano. El 
sistema se fundamenta en la absorcion de impactos mediante la progresiva 
disipacion de su energfa cinetica, convirtiendola en trabajo de frenado. Para 
ello, se dispone una malla de cables de acero montada sobre postes 
metalicos articulados en su base, a los que van unidos cables de disipacion 
de energfa, que son los que efectuan la detencion. 



T-r-^L 



MURODE 
CON1ENCION 




MALLA DE 
TRIPLE TO R90N 




BARRERA DINAMICA 



Cable de disipacion 
de energfa 




Fig. 17.5 - Sistemas de contencion en laderas 



17 



Desmontes 




Fig. 17.6 - Talud desnudo y detalle de una malla de triple torsion 




. *m rfrr/vik 



Fig. 17.7 - Barrera dinamica para la contencion de fragmentos rocosos 



17 



Luis Banon Blazquez 



3. RECOMENDACIONESDEPROYEC1DYCONS1RUCCION 

En este apartado, al igual que hicimos en el capftulo dedicado a los terraplenes, 
vamos a dar una serie de consejos basicos a seguir en el proyecto y construction de 
cualquier desmonte. 

3.1. Elecc ion de la inc linac ion del talud 

En terrenos no rocosos, el talud maximo generalmente viene determinado por el 
angulo de rozamiento interno del suelo. Son habituales en obras de carreteras taludes 
de 1:1 para suelos granulares, 3:2 para los intermedios y 2:1 o incluso mas para suelos 
arcillosos, limosos o con caracterfsticas especiales. 

Si el desmonte se efectua en un macizo rocoso de buena calidad -poco fracturado 
y meteorizado- y los pianos de discontinuidad tienen una orientacion que favorezca su 
estabilidad, podrfa excavarse con talud vertical, aunque para evitar la molesta sensacion 
de inestabilidad que causa a los conductores suelen emplearse taludes desde 1:4 hasta 
1:10. No obstante, es recomendable proteger el talud para evitar desprendimientos 
fortuitos. 



1:1 



3:2 



2:1 



1:4 Vertical 



mcA 




Fig. 17.8 - Taludes recomendables en zonas de desmonte 



3.2. Metodos de excavac ion 

Existen diversos metodos para realizar la excavacion de desmonte, dependiendo 
sobre todo de la naturaleza del terreno a excavar. Los terrenos sueltos y con 
granulometrfa fina tienen una mejor excavabilidad que aquellos formados por 
materiales conglomerados o rocas. 



17 



Desmontes 



Por lo general, un suelo puede ser excavado con relativa facilidad empleando 
medios mecanicos convencionales: excavadoras frontales, retroexcavadoras, bulldozers, 
trafllas o palas cargadoras; el tipo de maquinaria suele elegirse en funcion de la 
distancia de transporte para obtener rendimientos optimos. (Ver Figura 16.5) 

En el caso de terrenos duros y macizos rocosos, suele ser necesario el uso de 
explosivos, aunque en ciertos casos puede emplearse el ripper o escarifiacdor para 
fracturar el terreno y posteriormente recoger los fragmentos con una pala cargadora. 

Existen diferentes procedimientos de voladura, aunque lo normal es disponer una 
matriz de barrenos paralela a la traza de la carretera. Los fragmentos resultantes de la 
deflagracion se retiran con maquinaria apropiada, y los mas grandes pueden volarse con 
pequenas cargas de explosivo -tecnica de retacado- o desmenuzarse con un martillo 
rompedor. 

Los materiales sobrantes pueden (y deben) ser empleados en las zonas donde 
sea necesario efectuar rellenos de tierras, aunque deben cumplir los requisitos mfnimos 
exigidos por el PG-3 para este tipo de obras, ya vistos en el capftulo anterior. 




Fig. 17.9 - Diferentes fases de una voladura 



17 



Luis Banon Blazquez 



3.3. Aseguramiento de la estabilidad en taludes rocosos 

Un aspecto importante en el proyecto de desmontes es la eleccion del sistema de 
proteccion contra deslizamientos y desprendimientos mas adecuado. Como siempre 
sucede, la mision del ingeniero es ajustarse a la solucion mas economica sin poner en 
juego la integridad de los usuarios, aunque es recomendable inclinarse a favor del lado 
de la seguridad y sobreproteger la zona contra este tipo de fenomenos gravitacionales. 

Una de las aplicaciones practicas de la clasificacion SMR es la orientacion sobre el 
tipo de tratamiento que debe darse al talud para asegurar su estabilidad y seguridad. 
A estos efectos, el profesor Romana elaboro una tabla que relaciona rangos de valores 
del SMR con la proteccion mas idonea a emplear: 



Tipo de tratamiento a emplear 



C LASE DE TRATAMIENTO 


SMR 


SIN PROTECCION 

■ Ninguna 

■ Saneo del talud 


>65 


PROTECCION 

■ Zanjas en el pie del talud 

■ Redes sobre la superficie del 
talud 

■ Pantallas dinamicas de 
contencion 


45 a 70 


REFUERZO DELTERRENO 

■ Bulones 

■ Anclajes 

■ Micropilotaje 


30 a 75 


ESTRUCTURAS DE HORMIGON 

■ Gunitado superficial 

■ Hormigon dental 

■ Contrafuertes y/o vigas 

■ Muros en el pie del talud 


20 a 60 


DRENAJE 

■ Superficial 

■ Profundo 


10 a 40 


REEXCAVACION 

■ Tendido 

■ Muros de contencion 


10 a 30 



Fuente: Manuel Romana (1.985) 



17 




Una curiosa forma de introducir este capftulo es hablar de la tormentosa relacion 
amor-odio que el agua y la carretera nan mantenido a lo largo de los tiempos; por un 
lado, el agua es un componente imprescindible en los procesos de compactacion e 
incluso forma parte del hormigon empleado en pavimentos rfgidos y obras de fabrica, asf 
como en determinados compuestos bituminosos. 

Pero por otro lado, el agua "incontrolada" procedente de las precipitaciones o del 
subsuelo puede llegar a ser muy perjudicial para la propia estructura del firme, 
mermando su resistencia, plastificando los suelos, erosionando taludes o disolviendo en 
su seno aquellas partfculas mas susceptibles. Ademas, su presencia en la superficie 
modifica drasticamente las condiciones de rodadura de los vehiculos, restandoles 
adherencia con el firme y haciendo mas propensos los accidentes al favorecer el 
fenomeno del aquaplanning o hidroplaneo. 

Todo ello Neva al ingeniero de carreteras a tratar de disenar sistemas de 
drenaje efectivos que evacuen y canalicen adecuadamente el agua, manteniendola 
alejada de la zona de afeccion de la vfa. Para ello se emplean diversos metodos 
hidrologicos de prevision de avenidas y calculo de caudales maximos, sobre los cuales 
disenar elementos que, en superficie o en profundidad, logren el objetivo deseado. La 
aparicion de nuevas tecnicas y materiales contribuye sin duda a mejorar este aspecto 
que redunda en la comodidad y seguridad de los usuarios de la carretera. 



Luis Banon Blazquez 



1. SIS1EMAS DE DRENAJ E 

Se define sistema de drenaje de una vfa como el dispositivo especfficamente 
disenado para la recepcion, canalizacion y evacuacion de las aguas que puedan afectar 
directamente a las caracterfsticas funcionales de cualquier elemento integrante de la 
carretera. 

Dentro de esta amplia definition se distinguen diversos tipos de instalaciones 
encaminadas a cumplir tales fines, agrupadas en funcion del tipo de aguas que 
pretenden alejar o evacuar, o de la disposition geometrica con respecto al eje de la vfa: 

■ DRENAI E SUPERFICIAL: Conjunto de obras destinadas a la recogida de las 
aguas pluviales o de deshielo, su canalizacion y evacuacion a los cauces 
naturales, sistemas de alcantarillado o a la capa freatica del terreno. Se divide 
en dos grupos: 

- Drenaje longitudinal: Canaliza las aguas cafdas sobre la plataforma y 
taludes de la explanacion de forma paralela a la calzada, restituyendolas a 
sus cauces naturales. Para ello se emplean elementos como las cunetas, 
caces, colectores, sumideros, arquetas y bajantes. 

- Drenaje transversal: Permite el paso del agua a traves de los cauces 
naturales bloqueados por la infraestructura viaria, de forma que no se 
produzcan destrozos en esta ultima. Comprende pequenas y grandes obras 
de paso, como puentes o viaductos. 




Fig. 18.1 - La cuneta es el elemento de drenaje longitudinal por excelencia 



is 



El aqua v la carretera 



■ DRENAI E PROFUNDO: Su mision es impedir el acceso del agua a capas 
superiores de la carretera -especialmente al firme-, por lo que debe controlar el 
nivel freatico del terreno y los posibles acufferos y corrientes subterraneas 
existentes. Emplea diversos tipos de drenes subterraneos, arquetas y tuberfas 
de desague. 

Es practica habitual combinar ambos sistemas para conseguir una total y eficiente 
evacuacion de las aguas, aunque en ocasiones -zonas muy secas o con suelos 
impermeables- solo es necesario emplear dispositivos de drenaje superficial. 

1.1. C rrterios de diseno 

A la hora de proyectar el drenaje de una carretera deben tenerse presentes una 
serie de factores que influyen directamente en el tipo de sistema mas adecuado, asf 
como en su posterior funcionalidad. Los mas destacables son: 

(a) Factores topoqraficos: Dentro de este grupo se engloban circunstancias de 
tipo ffsico, tales como la ubicacion de la carretera respecto del terreno 
natural contiguo -en desmonte, terraplen o a media ladera-, la tipologfa del 
relieve existente -llano, ondulado, accidentado- o la disposicion de sus 
pendientes en referenda a la vfa. 

(b) Factores hidroloqicos: Hacen referenda al area de la cuenca de recepcion y 
aporte de aguas superficiales que afecta directamente a la carretera, asf 
como a la presencia, nivel y caudal de las aguas subterraneas que puedan 
infiltrarse en las capas inferiores del firme. 

(c) Factores qeotecnicos: La naturaleza y caracterfsticas de los suelos existentes 
en la zona condiciona la facilidad con la que el agua puede llegar a la via 
desde su punto de origen, asf como la posibilidad de que ocasione corri- 
mientos o una erosion excesiva del terreno. Las propiedades a considerar son 
aquellas que afectan a su permeabilidad, homogeneidad, estratificacion o 
compacidad, influyendo tambien la existencia de vegetacion. 

Una vez sopesados estos factores se procede al diseno de la red de drenaje, que 
debera cumplir los siguientes objetivos: 

- Evacuar de manera eficaz y lo mas rapidamente posible el agua cafda sobre la 
superficie de rodadura y los taludes de la explanacion contiguos a ella. Por 
supuesto, deberan evitar la inundacion de los tramos mas deprimidos de la vfa. 

- Alejar del firme el agua freatica, asf como los posibles acufferos existentes, 
empleando para ello sistemas de drenaje profundo. 

- Prestar especial atencion a los cauces naturales, tales como barrancos o 
ramblas, disponiendo obras de fabrica que no disminuyan su seccion crftica 



18 



Luis Banon Blazquez 



para periodos de retorno razonables. Debe recordarse que las avenidas son la 
principal causa mundial de destruccion de puentes. 

- No suponer un peligro anadido para la seguridad del conductor, empleando para 
ello taludes suaves y redondeando las aristas mediante acuerdos curvos, 
evitando asi posibles accidentes adicionales. 

- Tambien debe cuidarse el aspecto ambiental, procurando que produzca el 
menor dano posible al entorno. 

Todos los anteriores puntos estan como siempre supeditados a la economfa de 
la obra, por lo que la solucion adoptada debe tener en cuenta dos condicionantes 
adicionales: 

- El coste inicial de construccion e implantacion del sistema de drenaje. 

- Los costes de reparacion y mantenimiento de la infraestructura de drenaje a lo 
largo de la vida util de la carretera. 

2. NOCIONESDEHIDROLOGIA 

La Hidrologia es la ciencia que estudia el agua en general, sus propiedades 
mecanicas, ffsicas y quimicas, asi como las formas y regimenes que esta presenta en la 
naturaleza. Sus principales aplicaciones en Ingenierfa de Carreteras son las siguientes: 

- Estimar el caudal maximo de agua -caudal de referenda- que debera canalizar 
superficialmente la carretera, empleando para ello metodos de calculo 
semiempfricos basados en la historia pluviometrica de la zona y las 
caracterfsticas hidricas del terreno. 

- Dimensionar adecuadamente las estructuras de paso que restringen o dificultan 
el paso del agua por sus cauces habituales. 

- Analizar la presencia y el regimen de circulacion de las aguas subterraneas y 
disponer los medios para evitar su penetracion en el firme. 

2.1. Periodo de retorno 

Se define el periodo de retorno (T) de un caudal como el intervalo medio de 
tiempo durante el cual existe la probabilidad de que se produzca una avenida con un 
caudal superior al prefijado. Por ejemplo, un caudal con un periodo de retorno de 30 
tiene una probabilidad del 50% de que aparezca un caudal superior durante la vida util 
de la carretera (20 anos), mientras que otro con un periodo de 100 anos presenta una 
probabilidad 3 veces inferior, y en general: 



100 



100 l 1 ^) 



18 



El aqua v la carretera 



siendo P la probabilidad de que se produzca un caudal superior al de referenda 
T el periodo de retorno del caudal de referenda, expresado en anos 
C el periodo de servicio de la carretera, normalmente 20 anos 

La seleccion del caudal de referenda para el que debe proyectarse el sistema 
de drenaje superficial esta relacionada directamente con la frecuencia de su aparicion, 
que se puede definir por su periodo de retorno, ya que cuanto mayor sea este, mayor 
sera el caudal. En este sentido la Instruccion de Carreteras, en su norma 5.2-1 C 
dedicada al drenaje, especifica los periodos de retorno mfnimos en funcion de la IMD: 



Periodosde retorno mfnimos 



ELEMENIO DE DRENAJ E 


IMD de la via afectada 


Ate 

(> 2000) 


Media 

(500 a 2000) 


Baja 

(< 500) 


Pasos inferiores con dificultades para 
desaguar por gravedad 


50 


25 


* 


Elementos de drenaje superficial de la 
plataforma y margenes 


25 


10 


* 


Obras de drenaje transversal 

Puentes y viaductos 
Obras pequenas de paso 


100 
25 


100 
10 


50 

* 


Vias urbanas 

Imbornales, caces y sumideros 


10 
2 a 5 


10 
2 a 5 


10 
2 a 5 



Fuente: Instruccion de Carreteras (5.1 y 5.2-1 C) 

En cualquier caso es recomendable emplear periodos de retorno mas largos, ya 
que asf pueden englobarse la reduccion de la seccion provocado por los escombros y 
aterramientos, e incluso el posible riesgo de obstruccion que corren los diferentes tipos 
de elementos de drenaje superficial. 

En el caso de que existan serias probabilidades de que el efecto barrera 
ocasionado por la presencia via ocasione dahos catastroficos, tales como afeccion a 
estructuras portantes, anegacion de terrenos de cultivo, nucleos de poblacion o perdida 
de vidas humanas, deberan considerarse periodos de retorno de hasta 500 anos en el 
proyecto de los elementos de drenaje transversal. 



2.2. Determination del caudal de referenda 

El primer paso que debe darse para proyectar un sistema de drenaje es estimar 
el maximo caudal que va a tener que desaguar. Para ello existen diversos 
procedimientos de calculo que en funcion del periodo de retorno y de otras variables 



18 



Luis Banon Blazquez 



estiman de manera suficientemente precisa el caudal de referenda para el 
dimensionamiento de los diferentes elementos de drenaje. 

El metodo de estimacion de caudales empleado va a depender principalmente de 
dos factores: el tamano de la cuenca de aporte y la naturaleza topografica y geologica 
del terreno. Entendemos por cuenca la zona cuyas aguas afluyen todas hacia un mismo 
lugar. Los mas empleados son: 

(a) Realizacion de aforos: Con ellos se obtiene informacion directa acerca de los 
maximos caudales y avenidas registradas en la zona, por lo que suponen una 
base mas que fiable para acometer el diseno del drenaje. Suelen emplearse 
en grandes cuencas, donde suelen existir rios, presas y obras hidraulicas de 
importancia. 

(b) Metodo hidrometeoroloqico: Es un metodo racional basado en la aplicacion 
de una intensidad media de precipitacion -obtenida de los mapas pluvio- 
metricos- en toda la superficie de la cuenca, realizando una estimacion de la 
escorrentia superficial. Da buenos resultados en cuencas pequenas, es 
decir, en aquellas con un tiempo de concentracion igual o inferior a 6 horas. 

(c) Modelos matematicos: Relacionan el caudal maximo con el area de la 
cuenca, la intensidad de la precipitacion, el coeficiente de escorrentfa, la 
pendiente media, la existencia de vegetacion o la permeabilidad del suelo. 
Destacan las formulas de Burkli-Ziegler y la de Talbot, contempladas por la 
antigua Instruccion 5.1-1 C. 



2.3. El metodo hidiometeoiologico 

Este metodo, empleado actualmente por la Instruccion de Carreteras en cuencas 
de aporte pequenas, determina el caudal de referenda Q en el punto en el que desagua 
una cuenca mediante la aplicacion de una sencilla formula: 

~ I CA 



K 

donde Q es el caudal de referenda en unidades homogeneas 

I es la intensidad media de precipitacion correspondiente al periodo de 

retorno estipulado y a un intervalo igual al tiempo de concentracion 
C es el coeficiente de escorrentia de la cuenca o superficie drenada 
A es la superficie de dicha cuenca receptora 
K es un coeficiente de correccion que tiene en cuenta las puntas de 

precipitacion, lo que supone un aumento del 20% en el valor de Q 

Debe significarse que en caso de aportes o perdidas importantes de agua en la 
cuenca, tales como surgencias o sumideros, el caudal de referenda debe calcularse 



18 



El aqua v la carretera 



justificadamente, ya que la formula no se adapta a la realidad hidrologica de dicha 
cuenca. La siguiente tabla muestra los valores del coeficiente K en funcion de las 
unidades en que se expresen el caudal de referenda (Q) y la superficie de la cuenca (A): 



Va lores del coeficiente K 



Unidades 
deQ 


Unidades de A 


Km 2 


Ha 


m 2 


m3/s 


3 


300 


3.000.000 


Vs 


0,003 


0,3 


3.000 



Fuente: I nstruccion de Carreteras (5.2-1 C) 



Intensidad media de precipitation 

La intensidad media de precipitacion (I) a emplear en la estimacion de caudales 
de referenda se obtiene aplicando la mediante expresion: 



siendo l d la intensidad media diaria de la precipitacion, correspondiente al periodo 

de retorno considerado, expresada en mm/h. 
Ii el valor de la intensidad horaria de precipitacion correspondiente a dicho 

periodo de retorno, en mm/h. 
t es la duracion del aguacero en horas. Se tomara el valor del tiempo de 

concentration (T), explicado en un apartado posterior 







50 
40 

30 

20 

- 10 

-z. 
o 
u 

1 




























































































































































































































































13 
12 
11 
10 

9 

R 

7 


































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































































28 o.i_ t o.i 

MP* 




































































































) 10 20 30 40 60min 2h 5h 

DURACION DEL AGUACERO (t) -* Tiempo de concent 


10h 2 

racion (T) 


0h 


30h 



Fig. 18.2 - Determinacion grafica de la intensidad media de precipitacion (5.2-1 C) 



18 



Luis Banon Blazquez 



El valor de l d puede obtenerse facilmente de los mapas contenidos en la publi- 
cacion "Isolfneas de precipitaciones maximas previsibles en un dfa" de la Direccion 
General de Carreteras, o a partir de datos procedentes del Instituto Nacional de 
Meteorologfa. En este manual se facilitan tres de estos mapas a modo de orientacion. 

Por su parte, el valor conjunto de (li/l d ) se extrae del mapa de isolfneas 

adjunto, en funcion de la zona pluviometrica del pafs donde se encuentre emplazada la 
carretera en cuestion. 




8 9 

Ceuta y Melilla - entre 10 y 11 



08 



vertiente Norte Cr 
eisjasabruptasQ 

dWtiente Sur Jr 
e islas3uaves 



Fig. 18.3 - Mapa de isolineas (li/ld) en Espana (Norma 5.2-IC) 

liempo de concentration 

Otro concepto importante es el de tiempo de concentration (T), definido como 
el necesario para que el agua precipitada en el punto mas alejado de la seccion de 
desague de una cuenca -en nuestro caso, el sistema de drenaje- llegue a dicha seccion. 
Existen dos metodos de calculo, dependiendo de si la cuenca presenta una canalizacion 
por cauces definidos o, por el contrario, el flujo de agua es difuso. 

En el caso de flujo canalizado -el mas habitual- puede aplicarse directamente la 
siguiente expresion sancionada por la experiencia: 



is 



El aqua v la carretera 



0.3 



L 

0.25 



donde T es el tiempo de concentracion en horas 
L es la longitud del cauce principal en km. 
J es la pendiente media de dicho cauce en m/m 

En el caso de que el flujo sea difuso y su tiempo de recorrido apreciable -como es 
el caso de los margenes de la plataforma y las laderas que vierten a la carretera- debe 
aplicarse el siguiente abaco: 













-3O0 


















ts- 






Isio 
























■ too 






3 - 


















-J»0 


















St - 






"00 Powimdntodo 












*0 


| 










- to 










■ fo 


| 






*3 




.«o Ommtdtt ■ 


"5 


1 


20- 


2 

a 






o 


H 




c 




*!■ Pobrttti 


3 


3 

9 




1 




.« V ^Wtocion 


1 

5 
u 




* 


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5 


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5 






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i 








10 - 


1- 




>M 










• 




t - 






- • 


" 






» T 


a - 






>» TIEMPO DE CONCENTRACION PARA 








■ 3 M ARGENESDE LA PLATAFORMA LADERAS 








■ a Flujo Difuso 


T -■ 






(Norma 5.2-IC) 








-a 


c— 













Fig. 18.4 - Tiempos de concentracion para flujo difuso de largo recorrido 

Si el tiempo de recorrido del agua (cuidado, no el tiempo de concentracion) sobre 
la superficie fuera menor de 30 minutos, podra considerarse que el tiempo de 
concentracion es de 5 minutos. Este valor podra aumentar a 10 minutos en el caso de 
aumentar el recorrido del agua por la plataforma a 150 minutos. 



18 



Luis Banon Blazquez 




Fig. 18.5 - Mapa de precipitaciones para un periodo de retorno de 10 anos 



is 



El aqua v la carretera 




Fig. 18.6 - Mapa de precipitaciones para un periodo de retorno de 5 anos 



18 



Luis Banon Blazquez 



Determination del coeficiente de esc omenta 

El coeficiente de escorrentia se define como la parte de lluvia precipitada que 
ni se evapora ni se infiltra en el terreno, es decir, corre por la superficie siguiendo la 
Ifnea de maxima pendiente. Para su calculo se emplea la siguiente expresion: 

c ^ [(P d /P )-l][(P d /P ) + 23] 
[(P d /P ) + ll] 2 

donde P d es la precipitacion diaria correspondiente al periodo de retorno 
P es el valor de intensidad que marca el umbral de escorrentfa 

En el caso de tratarse de una cuenca heterogenea con diferentes tipos de 
terreno, pendientes muy diferenciadas o diversos usos del suelo se calcularan por 
separado los coeficientes de escorrentfa de las subzonas homogeneas (q); el valor 
global se determinara ponderandolas segun el area de cada una de ellas (A): 



1.0 

0.9 
2 0.8 



O 
U 
in 



u 



O 
u 



0.7 
0.6 
0.5 
0.4 
0.3 
0.2 
0.1 




















































































































































































































































































































































































































c _ [(P d /P )-l]-[(P d /P ) + 23] 
[(P d /P ) + ll] 2 















































































2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 

RELACION P d /Po 



Fig. 18.7 - Determinacion grafica del coeficiente de escorrentia 



is 



El aqua v la carretera 



La obtencion del valor de P d se realiza analogamente al de la intensidad media 
diaria (l d ), recurriendo al empleo de mapas pluviometricos de la zona. Existe una 
relacion, logica por otra parte, entre ambos parametros (l d = Pd/24). 

En cuanto al valor de la precipitacion a partir del cual comienza a producirse el 
fenomeno de escorrentia superficial, denominado umbral de escorrentia (P ), la 
Instruccion dispone una serie de tablas que determinan su valor en funcion del uso del 
suelo, la pendiente media, las caracterfsticas hidrologicas de la zona o el tipo de suelo. 

Los valores obtenidos en dicha tabla deberan ser multiplicados por un 
coeficiente corrector que pretende reflejar la variacion regional de la humedad 
habitual en el suelo al comienzo de aguaceros significativos, incluyendo ademas una 
mayoracion -del orden del 100%- para evitar sobrevaloraciones del caudal ocasionadas 
por el caracter estadfstico del metodo. Dicho coeficiente puede obtenerse en este mapa: 



s^^V^™^— -s^v-k. y 20 




yJ \. \^^ ' i^ 6 "* 


f <5 R 


V • J \ , — * 


"^ % 2.5 - 3.0 


ik \~S [*-^~^ / *% ^ veitienite Norte $ 


^B-O 


\^"3eJslas abiuptaS 
^Qp^/ertiente Su&/ 
<r**\J e islcTS-suaves 


Ceuta y Melilla - 3 



Fig. 18.8 - Coeficiente corrector del umbral de escorrentia (P ) 

De todas formas, si no se requiere una gran precision podra evitarse el empleo 
de este coeficiente mayorador y tomarse simplificadamente un valor de P mas 
conservador e igual a 20 mm., salvo en cuencas con rocas o suelos arcillosos, en las que 
se puede reducir a 10 mm. 



18 



Luis Banon Blazquez 



T.58 Estimacion del umbra 1 de esc omenta en suelos (R>) 


i 




Uso deb terra (%) HMrologicas 


GRUPO DESUELO 


A 


B 


c 


D 


>3 R 

Barbecho N 


15 
17 


8 
11 


6 
8 


4 
6 


< 3 R/N 


20 


14 


8 


6 


>3 R 

Cultivos en hilera N 


23 
25 


13 
16 


8 
11 


6 
8 


< 3 R/N 


28 


19 


14 


11 


>3 R 

Cereales de invierno N 


29 
32 


17 
19 


10 
12 


8 
10 


< 3 R/N 


34 


21 


14 


14 


R 
Rotacion de cultivos > 3 


26 
28 


15 
17 


9 
11 


6 
8 


< 3 R/N 


30 


19 


13 


10 


R 
Rotacion de cultivos > 3 


37 
42 


20 
23 


12 
14 


9 
11 


< 3 R/N 


47 


25 


16 


13 


Pobre 

Media 
> 3 

Buena 

n , Muy buena 


24 
53 

* 
* 


14 
23 
33 
41 


8 

14 
18 
22 


6 
9 

13 
15 


Praderas 

Pobre 

Media 
< 3 

Buena 

Muy buena 


58 

* 
* 
* 


25 
35 

* 
* 


12 
17 
22 
25 


7 

10 
14 
16 


Pobre 

> 3 Media 
Plantaciones regulares o,™ a 

Hn nnrnunrhnminntn t>Uena 


62 

* 
* 


26 
34 
42 


15 
19 
22 


10 
14 
15 


ue aprovecnamiento 

forestal Pobre 

< 3 Media 

Buena 


* 
* 
* 


34 
42 
50 


19 
22 
25 


14 
15 
16 


Muy clara 

Clara 
Masas forestales .. ,. 
/u a. u ■ x - Media 
(bosques, monte bajo) 

Espesa 

Muy espesa 


40 
60 

* 
* 
* 


17 
24 
34 
47 
65 


8 

14 
22 
31 
43 


5 

10 
16 
23 
33 


NOTAS: N denota cultivo segun las curvas de nivel 

R denota cultivo segun la linea de maxima pendiente 

* significa que esa parte de la cuenca debe considerarse inexistente a efectos de calculo de caudales de 

avenida 
Las zonas abancaladas se incluiran entre las de pendiente menor que el 3% 



Fuente: Instruccion de Carreteras (5.2-1 C) 



18 



El aqua v la carretera 



El grupo en el que se engloba el suelo se obtiene a partir de su composicion 
porcentual en peso, aplicando el siguiente diagrama triangular: 



TUUUIO 0€ LAS 

a.O©*~DO»L«r» 




Fig. 18.9 - Diagrama triangular para la determinacion del grupo de suelo 

Ademas de calcular la escorrentfa del terreno existente en la cuenca, tambien 
debe hallarse la correspondiente a los taludes y elementos superficiales del firme que 
vierten aguas sobre el sistema de drenaje, empleando los siguientes valores: 



T.59 Estimacion del umbra I de esc omenta en firmes (R>) 



Material 



Pfendiente Unbial de 

(%) esc omenta (mm) 



Rocas permeables 



> 3 



< 3 



Rocas impermeables 



> 3 



< 3 



Firmes granulares sin pavimento 

Adoquinados 

Pavimentos bituminosos o de hormigon 



2 
1.5 

1 



Fuente: Instruccion de Carreteras (5.2-1 C) 



18 



Luis Banon Blazquez 



Los nucleos urbanos, edificaciones rurales y demas construcciones antropicas no 
tienen por que tenerse en cuenta en caso de representar un porcentaje mfnimo del area 
total de la cuenca. En caso de tener que considerarlos se deberan diferenciar las 
proporciones de los distintos tipos de suelo , atribuyendo a cada uno el correspondiente 
valor de P . 

Tambien deberan preverse las modificaciones futuras previsibles en la cuenca, 
tales como nuevas urbanizaciones, repoblaciones, cambios de cultivos o supresion de 
barbechos, al menos durante el periodo de proyecto de la carretera. 

Otro procedimiento especialmente interesante para hallar P consiste en 
recopilar informacion en la propia zona afectada, averiguando los niveles de agua en 
el cauce al paso de las avenidas habituales y el numero de anos que este permanece 
seco; estos datos suelen ser conocidos por los lugarenos, al menos de forma 
aproximada. Con ellos no resulta complicado obtener un resultado suficientemente 
satisfactorio del valor del umbral de escorrentia (P ). 

Medida del area de la cuenca de aporte 

Para hallar el area de la cuenca receptora debera realizarse previamente en un 
piano o mapa de la zona a la escala adecuada una division clinometrica del terreno 
circundante a la via, localizando tanto las divisorias, Ifneas que separan las vertientes 
de agua y definen el perfmetro de la cuenca, como las vaguadas o zonas que recogen 
el agua procedente de dos laderas vertientes y constituyen los cauces definidos por los 
que esta discurre. 

Una vez definida el area de la cuenca se procede a su medicion. Para ello existen 
multiples tecnicas e instrumentos, entre los que destacan la triangulacion, el reticulado, 
el planfmetro o el omnipresente tratamiento digital mediante soporte informatico. 

DIVISO RIA VAGUADA 

Divide las vertientes de agua Canaliza las aguas precipitadas 

Traza los limites de la cuenca Conforma los cauces definidos 



Fig. 18.10 - Representacion esquematica de divisorias y vaguadas 



is 



El aqua v la carretera 



Determination de caudalesde referenda 



Como parte de los estudios previos de la nueva carretera que 
enlazara el municipio de Piedrahita con la ciudad de Avila se ha 
realizado un estudio hidrologico con el objeto de determinar el 
caudal de referenda para las cunetas. Se dispone de los siguientes 
datos: 

- I MD estimada: 750 veh/ h 

- Superficie de la cuenca de aporte: 3.505 Ha. 

- Tipo de suelo: Areno-arcilloso, pradera de mediana calidad 
drenante. 

- Pendiente media del terreno: 2.81% 

- Existencia de vaguadas en un radio de 300 m. 

En funcion de los datos suministrados, se pide: 

(a) Determinar el periodo de retorno 

Al tener la carretera una IMD estimada de 750 v/h, entraremos en la 
Tabla T.56 donde encontramos que para elementos de drenaje superficial 
de la plataforma y margenes y la IMD correspondiente, el periodo mfnimo 
de retorno a considerar son 10 anos. 

(b) Hallar la intensidad media de precipitacion 

En este caso debemos calcular previamente el tiempo de concentracion, 

para lo cual consideramos que el fluio sera canalizado al definir el 
enunciado un cauce especffico, por lo que emplearemos la expresion: 



T = 0.3 



L 

0.25 



0.3 



0.300 
0.0281 o: 



0.236 h. = 14.2min. 



Para determinar la precipitacion media horaria empleamos el mapa 
pluviometrico para un periodo de retorno de 10 anos (Fig. 18.5), obtenien- 
do una intensidad aproximada de 90 mm/dfa, equivalentes a 3.75 mm/h. 

Debemos tambien hallar la relacion (li/l d ) consultando para ello el mapa 
de isolfneas (Fig. 18.3), hallando un valor aproximado de 10. Con todos 
estos datos, solo falta sustituir los valores en la siguiente formula o entrar 
con ellos en su correspondiente diagrama adjunto: 



I =\ r 



28 U1 -0.236 U - 

: 3.75 10 28 ° 1 - 1 



65.63 mm/h 



La intensidad media de precipitacion es por tanto de 65.63 mm/h. 



18 



Luis Banon Blazquez 



(c) Determinar el coeficiente de escorrentfa 

Para determinar el coeficiente de escorrentfa necesitamos obtener el 
umbral de precipitacion (P ) a partir del cual esta se produce. En este caso. 
Para ello recurrimos a la Tabla T.58 con los datos del terreno: 

■ Suelo arenoarcilloso -> Tipo B 

■ Pradera (i<3%) de mediana calidad -> P =35 mm. 

A este valor de P debe aplicarsele el coeficiente de mayoracion por 
localizacion geografica, que en el caso de Avila viene a ser de 2.35, por lo 
que el valor definitivo de P sera de: 

Po = 35 ■ 2.35 = 82.25 mm. 

Si recordamos, el valor medio diario de la precipitacion ya lo habfamos 
hallado, resultando ser de P d = 90 mm. 

El coeficiente de escorrentfa sera, por consiguiente: 

c = [(90/82.25)-l][(90/82.25) + 23] = Q Q±6 
[(90/ 82.25) + ll] 2 

(d) Determinar el caudal de referenda 

Una vez conocidos la intensidad media (I) y el coeficiente de escorrentfa 
(C), unicamente resta aplicar la expresion del Metodo Hidrometeorologico 
aplicando el area de la cuenca (A) y el coeficiente K: 

. ICA 65.63 0.016 -3505 -„ co 3/ 

Q = = = 12,268 rrr/s 

K 300 

Dicho caudal serfa el recogido por la ultima seccion de la cuneta si no de 
dispusieran puntos de desague intermedios. 

3. DRENAJE LONGITUDINAL 

Como hemos comentado en la introduccion, el drenaje longitudinal debera 
proyectarse como una red o conjunto de redes que recoja el agua de escorrentfa 
superficial procedente de la plataforma de la carretera y de los margenes que viertan 
hacia ella y la conduzca hasta un punto de desague, restituyendolas a su cauce natural. 
Es decir, actua a modo de by-pass, ofreciendo al agua un camino alternativo para que 
no interfiera con la carretera. El sistema de drenaje longitudinal lo integran 3 tipos de 
dispositivos funcionales: 

■ Elementos de canalizacion: recogen las aguas pluviales. 

■ Elementos de desague: alivian el caudal de los anteriores, facilitando la salida 
de las aguas. 

■ Elementos de evacuacion: conducen las aguas hasta su evacuacion en un cauce 
natural. 



is 



El aqua v la carretera 



3.1. Elementosde canalizacion 

En este apartado se describe la tipologfa y dimensionamiento de los diferentes 
elementos que se encargan de la canalizacion de las aguas en un drenaje longitudinal. 

Cunetas 

La cuneta se define como el elemento longitudinal situado en el extremo de la 
calzada y que discurre paralelo a la misma, cuyas principales misiones son: 

- Recibir y canalizar las aguas pluviales procedentes de la propia calzada y de la 
escorrentfa superficial de los desmontes adyacentes. 

- En determinados casos, recoger las aguas infiltradas en el firme y terreno 
adyacente. 

- Servir como zona de almacenaje de nieve, caso de estar en zona frfa. 

- Ayudar a controlar el nivel freatico del terreno. 

Tambien es importante que la geometrfa de las cunetas no suponga un peligro 
anadido para los vehfculos que eventualmente se salgan de la calzada. En este sentido, 
la Instruccion recomienda adoptar taludes inferiores a 1/6, redondeando las aristas 
mediante acuerdos curvos de 10 m. de radio mfnimo. Como economicamente este tipo 
de cunetas no es siempre justifiable podran emplearse otras mas estrictas, aunque 
deberan estar separadas de la calzada mediante barreras de seguridad. 



3 
U 



Q 
CC 

O 

CL 
LU 
h- 

X 

LU 

Q 

Z> 



0.5 


/io 


/9 


V 


1 

7 


/e 


V 


V 


4 




l l 














CUNETAS TRAPEZIODALES 

de mas de 1.5 m. de anchura de fondo 


n a 






1 1 1 














^ 


/ 


"^^g. 


i 
I 


f P^ 


















0.3 










































0.2 












































TRIANf 


U LARES 

1 1 








































. 
















0.1 


\ T.KT 


3 
















^» 




I 


9 















v 2 



V 4 

Vs 
Ve 

V 7 

V 8 
Vs 



0.1 0.2 0.3 

TALUD INTERIOR DE LA CUNETA (T, NT ) 

Fig. 18. 11 - Taludes maximos en cunetas 



18 



Luis Banon Blazquez 



Las cunetas pueden construirse de diferentes materiales en funcion de la 
velocidad de circulacion del agua en su seno, magnitud que depende directamente de la 
inclinacion longitudinal de la cuneta, que suele coincidir con la adoptada para la vfa. Una 
velocidad superior a la tolerable por el material causarfa arrastres y erosiones del 
mismo, reduciendo la funcionalidad de la cuneta. Si fuera necesario, esta puede 
revestirse con un material hidraulicamente mas competente -generalmente hormigon-, 
especialmente en las siguientes situaciones: 

- En zonas de elevada pendiente , donde la velocidad de agua que circula por 
gravedad es alta. En zonas humedas y de lluvias suaves, se considera que una 
cuneta no se erosiona si su pendiente no supera el 4%. En lugares secos, con 
lluvias fuertes y esporadicas, este valor se reduce al 3%. 

- Donde la velocidad del aqua sea muv baja y se produzca sedimentacion de 
materiales. Este fenomeno ocurre en pendientes inferiores al 1%. 

- En zonas donde se desee evitar infiltraciones , tales como explanadas 
susceptibles al agua, cunetas de guarda, proteccion de acufferos, etc. 

- Donde la conservacion resulte diffcil o costosa, como ocurre en las vfas urbanas. 

Si la pendiente longitudinal supera el 7% sera necesario adoptar precauciones 
especiales contra la erosion, como la disposicion de escalones de disipacion de energfa o 
el revestimiento de la cuneta con paramentos irregulares, evitando los posibles 
fenomenos de resalto. 

El dimensionamiento de este tipo de elementos se realiza mediante la formula 
de Manning-Strickler, cuya expresion matematica es: 

Q = VS = K-S-R 2 ' 3 J 1/2 

donde Q es el caudal desaguado por la cuneta en m 3 /s 
V es la velocidad media de la corriente en m/s 
K es el coeficiente de rugosidad de Manning (ver Tabla T.60) 
S es la seccion mojada en m 2 , variable con el calado (h) 
R es el radio hidraulico en m. [seccion mojada (S)/perfmetro mojado (P)] 
J es la pendiente de la Ifnea de energfa, que en regimen uniforme coincide 
con la pendiente longitudinal de la cuneta, en m/m 

Para pendientes longitudinales (J) superiores al 0.5%, podra admitirse que la 
seccion mas desfavorable de la cuneta -aquella con mayor calado- es la de aguas abajo. 
Para pendientes inferiores a dicho valor se admite que la altura de la lamina de agua va 
incrementandose aguas arriba, con un crecimiento suave atenuado por una eventual 
reduccion progresiva del caudal aportado. 

En estas ultimas condiciones (J < 0.005) , los mayores calados se daran en la 
seccion inicial (aguas arriba) y su estimacion se hara sumando al calado (h) en la 



is 



El aqua v la carretera 



seccion final (aguas abajo) calculado mediante la formula anterior con un valor de 
J =0.005 (pendiente del 0.5%) un incremento (Ah) igual a: 

Ah = al_(J -0.005) 

donde L es la longitud del tramo de cuneta en m 
a es un coeficiente cuyo valor es: 

0.5 en los casos ordinarios de incorporation progresiva del caudal 
1.0 si la totalidad del caudal entra por el extremo de aguas arriba 



wpnofwpiy* y^ tWItttIW 




PENDIENTE APREC IABLE 

J > 0.005 (0.5%) 



conomooa re conducto 




H«Y~tt 



'%^Z?zmmmmmmmmmmm J 



PENDIENTE REDUC IDA 



T" 



fr 



J < 0.005 (0.5%) 



Fig. 18.12 - Secciones criticas de calculo en elementos lineales de desague 

Es importante que la cuneta se halle lo suficientemente alejada del firme como 
para que su seccion llena no produzca su inundacion superficial o produzca infiltraciones 
en las capas del firme. En este sentido, es recomendable dejar un resguardo de al 
menos 50 cm. entre la superficie de rodadura y el maximo nivel de la lamina libre, asf 
como impermeabilizar la cuneta para evitar filtraciones, o distanciarla de las capas 
resistentes del firme si estas no estan protegidas. 

Caces 

Un caz es una franja estrecha situada longitudinalmente en los bordes de la calzada y 
cuyo cometido es recoger conducir las aguas superficiales y de escorrentia hasta un 
elemento de desague. Dado su reducido tamano, se emplean unicamente para evacuar 



18 



Luis Banon Blazquez 



pequenos caudales, como los recogidos unicamente en la superficie de la calzada, o en 
zonas donde el espacio es limitado, como travesfas y nucleos urbanos. 

Al ser un elemento de drenaje longitudinal, su dimensionamiento se realiza de 
manera analoga al ya descrito para cunetas. Existen diversas publicaciones -entre ellas 
la propia Instruccion- que incluyen abacos que facilitan y simplifican su calculo. La 
tipologfa de caces existentes se recoge en la Fig. 18.12. 

Dada su reducida seccion hidraulica, los caces desaguan con cierta frecuencia a 
un colector mediante unos elementos de conexion denominados sumideros o 
bajantes. Estos suelen disponerse en general cada 25 6 50 m., presentando diversas 
tipologfas que veremos seguidamente. 



Coeficiente de rugosidad K 



Material 


Caracteristicas 


K 

(m 1/3 /s) 


Tierra desnuda 


Superficie uniforme 


40-50 


Superficie irregular 


30-50 


Tierra generica 


Ligera vegetacion 


25-30 


Vegetacion espesa 


20-25 


Roca 


Superficie uniforme 


30-35 


Superficie irregular 


20-30 


Encachado 


35-50 


Revestimiento bituminoso 


65-75 


Hormigon proyectado 


45-60 


Tubo corrugado 


Sin revestir 


30-40 


Revestido 


35-50 


Tubo de fibrocemento 


Sin juntas 


100 


Con juntas 


85 


Tubo o cuneta de horm 


gon 


60-75 



Fuente: Instruccion de Carreteras (5.2-1 C) 

3.2. Elementos de desague 

A fin de disminuir en la medida de lo posible los caudales a evacuar, se disponen 
una serie de puntos de desague a lo largo del elemento de drenaje longitudinal 
-normalmente cunetas- de forma que las aguas se reintegren paulatinamente al medio 
natural causando el menor dano posible. 



is 



El aqua v la carretera 







030 , 








■ 1 




1 


r 


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ZW//////JW/, 


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DE BORDILLO 



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CENTRAL 



mmmmm. 



* "- % * ■ 



^ 0.50 ^ 




» 




"PE.SU'MIDERO 
, *C0NTINU0 



Fig. 18.12 - Tipologia de caces (5.1-IC) 



18 



Luis Banon Blazquez 



Las zonas idoneas para efectuar el proceso de evacuacion son, en funcion de la 
zona donde este emplazada la via, las detalladas en el siguiente esquema: 



Zbnasadecua das para el desague superficial 



Entomo 


Elementos 


ZONA URBANA 

NUCLEOS DE POBLACiON 


- Empleo de sumideros e imbornales en los margenes 
de las aceras, conectados con el alcantarillado de la 
propia calle 

- En grandes ciudades, colectores que desaguen a la 
red local de alcantarillado 

- Sistemas separativos de aguas blancas y negras 


ZONA 
SEMIURBANA 

ACCESOS ACIUDADES 


- Empleo del alcantarillado, si este existe 

- Caso de no existir, puede desaguarse en cauces 
naturales cercanos, comprobando previamente su 
capacidad 

- Cauces naturales acondicionados artificialmente con 
colectores de gran diametro 


ZONA RURAL 

VI AS INTERURBANAS 
FUERA DE POBLADO 


- Empleo de los cauces naturales por los que irfa el 
agua si no existiera la carretera 

- Cauces acondicionados para evitar fenomenos de 
erosion excesiva o soterramientos, disponiendo 
dispositivos disipadores de energfa 

- Tambien suelen emplearse las obras de fabrica que 
cruzan la carretera: canos, pontones, tajeas... 

- Si existen, puede desaguarse en corrientes 
cercanas de agua: rfos, lagos, acuiferos, etc. 



La distancia a la que deben situarse estos puntos de desague depende de varios 
factores, entre ellos el caudal transportado o el la seccion del elemento de canalizacion 
longitudinal empleado. Lo normal es disponer puntos de desague cada 100 o 150 m., 
aunque debe estudiarse cada caso. 

Los principales elementos de desague superficial empleados en carreteras son los 
sumideros e imbornales. Estos elementos permiten el desague de los dispositivos 
superficiales de drenaje -caces o cunetas-, bien directamente al exterior (imbornales) o 
por medio de un colector (sumideros). De esta forma, las aguas vuelven a reintegrarse 
al cauce natural, o son desviadas a sistemas subterraneos de recogida, como la red de 
alcantarillado en los nucleos de poblacion. 

En la eleccion del tipo y diseno de estos elementos deberan tenerse en cuenta, 
aun por encima de las consideraciones hidraulicas, factores de seguridad en la 
circulacion y el posible peligro de su obstruccion por acumulacion de sedimentos terreos 



18 



El aqua v la carretera 



o escombros procedentes de la plataforma y margenes, lo que harfa totalmente inutil su 
presencia. 

Tipologfa 

Los sumideros presentan diferentes tipologfas, a saber: 

- Continuos: El desague se realiza de forma ininterrumpida a lo largo de toda la 
longitud de la vfa. 

- Aislados: La evacuacion de las aguas se localiza en determinados puntos, 
distinguiendose tres clases de sumideros, en funcion de su orientacion: 

■ Horizontales: El desague se realiza por su fondo. 

■ Laterales: El desague se realiza por su pared lateral vertical o cajero. 

■ Mixtos: Combina los dos tipos anteriores. 

Los sumideros aislados situados en puntos bajos seran generalmente de tipo 
horizontal, a que poseen mayor capacidad de desague que los laterales, aunque pueden 
obstruirse mas facilmente. Por ello, para evitar la formacion de balsas debe disponerse 
otro sumidero a 5 cm. de altura de aquel o reemplazarse el conjunto por un sumidero 
mixto. 

Asimismo, los emplazados en rasantes inclinadas tambien suelen ser de tipo 
horizontal, interceptando en el fondo a la cuneta o caz, y con sus barras 
preferentemente orientadas en la direccion de la corriente. Su capacidad de desague 
aumenta con su longitud y con el calado de la corriente aunque disminuye con la 
velocidad de la misma, que depende directamente de la pendiente longitudinal. 

Cada sumidero aislado debera estar conectado a una arqueta, para asf enlazar 
con el sistema de evacuacion formado por los colectores. 





ZONAS URBANAS 



EN MEDIANAS 



Fig. 18.13 - Tipos de sumideros horizontales empleados en carreteras (5.1-IC) 



18 



Luis Banon Blazquez 



Dimensiona miento 

Para su dimensionamiento, debe hacerse una distincion entre los sumideros 
horizontales y los laterales, empleandose distintos metodos de calculo para determinar 
su seccion: 

(a) Sumideros laterales: En este tipo de sumideros se puede aumentar su 
capacidad de desague aumentando su profundidad o su longitud (L), que en 
ningun caso debera ser inferior a: 

L^T-VpTI 

siendo T la anchura del elemento de recogida de aguas (caz o cuneta) en m 
p la pendiente longitudinal del sumidero en tanto por cien (%) 

El maximo caudal que es capaz de desaguar se calcula aplicando dos 
formulas diferentes, segun sea la relacion entre el calado de la corriente (H) 
y la altura de la abertura (D): 

L • a/h 3 ^ 
■ Si H < 1.4-D -> Formula del vertedero -> Q = 



60 

■ Si H > 1.4-D ^ Formula del orificio -^ Q = 300 • S • /H-(D/2) 

donde Q es el caudal desaguado en l/s 

H es la profundidad o calado del agua en cm 

L es la anchura libre del sumidero en cm 

D es la altura de la abertura medida en su centro, en cm 

S es el area del sumidero en m 2 

(b) Sumideros horizontales: Para que sean capaces de interceptar todo el caudal 
que pase sobre el, sera necesario que la longitud libre (L) de las barras no 
sea inferior a la indicada por la siguiente formula: 

■ Barras paralelas a la corriente -> L = 9 • V • /H + d < 30 cm. 



■ Barras paralelas a la corriente -> L = 15 • V • -,/H + d 

siendo h el calado del agua sobre las barras en cm 
d el diametro o canto de una barra en cm 
V la velocidad del agua circulante por la seccion de desague en m/s 

Para calcular su capacidad de desague se emplean las mismas formulas 
empleadas para sumideros laterales, en funcion de la profundidad del agua: 

L • a/h 3 

■ Si h < 12 cm. -> Formula del vertedero -> Q 



60 
(se tomara la el perfmetro exterior de la rej ilia como anchura libre) 

■ Si h > 40 cm. -> Formula del orificio -> Q = 300 • S • H - (D/ 2) 



18 



El aqua v la carretera 



■ Si 12 > h < 40 cm. -> Interpolation lineal entre ambas formulas 

(c) Sumideros mixtos: Este tipo de elementos computaran a efectos hidraulicos 
unicamente su parte horizontal, calculandose de igual forma que los 
sumideros horizontals. 

La eficacia de un sumidero se ve mermada con la pendiente longitudinal (J) del 
caz o cuneta, por lo que debe aplicarse un coeficiente de reduccion (y) de valor: 

1 

Y = 

1 + 15 -J 

La capacidad de desague de cada sumidero debera ser tal que pueda absorber al 
menos el 70% del caudal de referenda que circule por la cuneta o el caz, sin que la 
profundidad o anchura de la corriente rebase su Ifmite admisible (considerando un 
resguardo del 15%), a fin de permitir que, cuando un sumidero este obstruido, el agua 
que no penetre en el pueda absorberse sin problemas en los siguientes aguas abajo. 



PLANTA 




SECCION 



Fig. 18.14 - Elementos de un sumidero lateral 

3.3. Elementos de evac uac ion 

Este grupo lo componen aquellos elementos destinados a conducir las aguas 
desde el punto de desague hasta la zona donde seran definitivamente evacuados, bien 
sea reintegrandose en cauce natural o penetrando en un cauce artificial o en una red de 
alcantarillado. 

Basicamente se diferencian tres tipos de elementos, cuyas funciones son 
consecutivas y complementarias: bajantes, arquetas y colectores. 

Las bajantes son elementos encargados de canalizar las aguas desde el 
correspondiente elemento de desague -sumidero o imbornal- hasta el sistema de 
canalizacion definitive Suelen construirse con piezas prefabricadas ceramicas o de 
hormigon en forma de artesa, solapandose unas con otras. Tambien se emplean tubos 
de pequenos diametros o, si el terreno lo permite, se excavan en el pequenos canales. 



18 



Luis Banon Blazquez 



Las arquetas, por su parte, son obras de fabrica que se encargan de recibir a las 
bajantes y enlazarlas con el colector general. Ademas, facilitan la inspection y 
conservacion de los dispositivos enterrados de desague, permitiendo su facil limpieza y 
mantenimiento. Suelen colocarse regularmente a distancias no superiores a 50 m., asf 
como en puntos criticos tales como confluencias de tubos, sumideros, drenes 
subterraneos, etc. No se permitira el uso de arquetas ciegas o no registrables. 

Los colectores suelen ser grandes tubos a donde van a parar las aguas 
recogidas por todos los sumideros y canalizadas por las bajantes. Suelen estar hechos 
de materiales resistentes y durables -hormigon, fibrocemento o acero- y se les exigen 
ciertas caracterfsticas que aseguren su resistencia a las presiones de trabajo y a las 
cargas exteriores, asf como una relativa estanqueidad. Su calculo se efectuara aplicando 
las expresiones para tuberfas en carga, facilmente encontrables en cualquier manual de 
hidraulica. 



Dimensionamiento de elementosde drenaje 



Un tramo periurbano de la carretera CN-332 dispone de unas 
cunetas triangulares, con las siguientes caracterfsticas: 

- Taludes interior y exterior iguales a 1/ 3 

- Pendiente longitudinal del 2.5% 

- Fabricadas de hormigon en masa 

(a) Sabiendo que el caudal de referencia es de 180 1/ s, se pide 
determinar sus dimensiones, tomando un resguardo del 15% . 

Para ello, emplearemos la formula de Manning-Strickler, obteniendo el 
coeficiente K (elegiremos el mas desfavorable) de la Tabla T.60: 

Q = 0.180 m 3 /s = KSR 2/3 J 1/2 = 60 0.025 172 SR 2/3 (1) 

Tanto la seccion (S) como el perfmetro mojado (P) -que define el radio 
hidraulico- pueden ponerse en funcion del calado (H) de la corriente: 



S = 3 • H 2 
P = 4H 



R 



3H 



-> Sustituyendo en (1) y despejando H -> H = 16.1 cm 



Al tener una pendiente superior al 0.5%, no hace falta efectuar correccion 
alguna. Como debe tener un resguardo del 15% sobre la cota de rasante 
de la via, la altura y anchura finales seran de: 

H R = (1+0.15) ■ H = 18.5 cm 
A = 2 ■ 3H = 2 ■ 55.5 = 111 cm 



18 



El aqua v la carretera 



(b) Dimensionar el correspondiente sumidero horizontal que 
evacue dicho caudal 

De los dos tipos de sumideros horizontals, escogeremos el de barras 
paralelas a la corriente, por ser el de uso mas extendido. Por tanto, su 
longitud minima, suponiendo barras de 2 cm. sera de: 



L = 9 • V • /H + d = 9 • 2.31 • /16.1 + 2 = 88.4 > 30 -+ 30 cm. 

La velocidad (V) se obtiene dividiendo el caudal de referenda (Q) por la 
seccion mojada (S), dando un valor de 2.31 m/s. 

El caudal debe modificarse por doble motivo: 



Debido a que solo debe desaguar el 70% del caudal de referenda 

1 _ 1 

1 + 15 -J ~ 1 + 15 0.025 
Por ello, el caudal de referenda sera el siguiente: 



Debido a la pendiente longitudinal -> y 



0.73 



0.70 -Q _ 0.70-180 
Y 0.73 



172.6 l/s 



Como el calado supera los 12 cm., emplearemos la formula del vertedero 
para calcular su seccion, teniendo en cuenta 

. 0.7-Q-60 172.6-60 ncn 
L = ^= = , = 160 cm 



Vh 3 



yl6.1 d 



Como en este caso L es el perfmetro de la seccion, las dimensiones del 
sumidero seran: 

L = 30 cm. 

W = [160-(2-30)] / 2 = 50 cm. 

Por tanto dispondremos sumideros horizontales de seccion rectangular de 
50 x 30 cm. con barras de 2 cm. de canto . 



Ill cm 




SUMIDERO 

50 cm 



y/ ^/////////////////////////////////// /A 



#m 



18 



Luis Banon Blazquez 



4. DRENAJE TRANSVERSAL 

La presencia de una carretera interrumpe la continuidad de la red de drenaje 
natural del terreno -laderas, vaguadas, cauces, arroyos, ribs-, por lo que debe procu- 
rarse un sistema que restituya dicha continuidad, permitiendo su paso bajo la carretera 
en condiciones tales que perturben lo menos posible la circulacion de agua a traves de la 
citada red. 

Ademas, las obras de drenaje transversal tambien se aprovechan para desaguar 
el caudal recogido por la plataforma y sus margenes, y canalizado a traves de las 
cunetas. 

En cuanto hace referenda a su tipologia, pueden distinguirse dos grandes 
grupos de obras de drenaje transversal: 

(a) Pequenas obras de paso: Este tipo de obras son de reducido tamano, no 
superando luces de mas de 10 m. Algunas de ellas se recogen en la 
"Coleccion de pequenas obras de paso", Norma 4.2-1 C. Se dividen en: 

■ Canos: Tubos de seccion circular construidos para desaguar pequenos 
caudales de agua. 

■ Taieas : Aquellas obras que, sin ser canos, tienen luces que no exceden 
de un metro. 

■ Alcantarillas : Obras de luces superiores a 1 m. e inferiores a 3 m. 

■ Pontones : Comprenden luces de entre 3 y 10 metros. 

■ Pozos: Arquetas de fabrica, adosadas a los canos o tajeas situadas en 
perfiles a media ladera, que recogen las aguas de las cunetas que han 
de desaguar por ellos. 

(b) Grandes obras de paso: Se trata de aquellas realizadas para salvar grandes 
luces y desniveles, principalmente puentes y viaductos. Este tipo de obras 
estan relacionadas con cauces y caudales mas importantes, por lo que su 
seccion no resulta determinante para el desague del cauce. Sin embargo, 
plantea problemas de elevacion de la lamina de agua sobre la via o de 
erosiones en los apoyos de las pilas. 

4.1. C riterios de proyecto 

Al proyectar obras de drenaje transversal deberan tenerse en cuenta los criterios 
de diseno ya expuestos al principio del tema, asf como los siguientes puntos, muchos de 
ellos referidos a pequenas obras de paso: 

- Deben perturbar lo menos posible la circulacion del agua por el cauce natural, 
sin provocar excesivas sobreelevaciones del nivel de agua -que pueden 



18 



El aqua v la carretera 



provocar aterramientos aguas arriba- ni aumentos de velocidad, causantes de 
erosiones aguas abajo. 

Debe considerarse la posibilidad de distribuir la anchura del cauce entre varios 
vanos o conductos. En este sentido, suele ser preferible una unica obra antes 
que varias mas pequenas, ya que existe un mayor riesgo de obstruction, al ser 
las luces mas pequenas. 

Las obras pequenas de paso deben proyectarse tratando de seguir el cauce 
natural del agua, salvo que la longitud del conducto resultase excesiva, en cuyo 
caso podra modificarse ligeramente, sin producir cambios bruscos que 
afectarfan al rendimiento de la propia obra de desague. 

Las embocaduras deben dimensionarse de forma que no favorezcan la 
formacion de turbulencias o provoquen aterramientos, permitiendo que el agua 
entre en el conducto de la forma mas limpia posible. En la siguiente figura se 
recogen diversos tipos de embocaduras empleadas en drenaje transversal. 




^f-^fftTfl 






- v " * ■ ■ ■■ ■ -'■■ aa j 



> 










RECTA CON ALE1AS 



ATAWZADA 



Fig. 18.15 - Embocaduras empleadas en terraplenes 

La minima dimension de la seccion de una pequefia obra de drenaje 
transversal no debera ser inferior a la recogida en la siguiente tabla, en funcion 
de su longitud: 



Dimensiones minima s de las obras de paso 



Longitud (m) 



Minima dimension (m) 



0.6 0.8 



10 



1.0 1.2 



15 



1.5 



1.8 



Fuente: Instruccion de Carreteras (5.2-1 C) 



18 



Luis Banon Blazquez 



Tampoco conviene dimensionar estrictamente los diametros de los tubos; es 
preferible sobredimensionarlos para asi prever posibles reducciones de 
seccion ocasionadas por aterramientos o acumulacion de escombros. En este 
sentido, se considera que la anchura efectiva de un conducto circular es igual al 
60% de su diametro nominal. 





CJEDEL4VI4 



SENSI BLEMENTE COI NCI DENTE 
CON EL CAUCE NATURAL 




SIMPLIFICACIONES RECOMENDABLES 
DE TRAZADO 





HO RECOMENCUSLC 



EJEOCLAVIA 



CAMBIOS BRUSCOS (No recomendable) 



Fig. 18.16 - Plantas de pequehas obras de drenaje transversal (5.2-IC) 



is 



El aqua v la carretera 



5. DRENAJ E PRO FUN DO 

El drenaje subterraneo tiene como principal mision controlar y limitar la humedad 
de la explanada, asf como de las diversas capas que integran el firme de una carretera. 
Para ello debera cumplir las siguientes funciones: 

- Interceptar y desviar corrientes subterraneas antes de que lleguen al lecho de 
la carretera. 

- En caso de que el nivel freatico sea alto, debe mantenerlo a una distancia 
considerable del firme. 

- Sanear las capas de firme, evacuando el agua que pudiera infiltrarse en ellas. 



5.1. Drenes subterra neos 

Un dren subterraneo esta formado por una zanja de profundidad variable, en el 
fondo de la cual la que se ubicara un tubo con orificios perforados, juntas abiertas o 
material poroso para permitir el paso del agua a su traves; dicho tubo se rodeara de 
material permeable con propiedades filtrantes, compactado adecuadamente. El dren se 
aislara de las aguas superficiales cubriendolo en su parte superior con una capa de 
material impermeable. 

Tubos 

Los tubos pueden proyectarse de cualquier material, siempre y cuando reuna las 
condiciones hidraulicas y mecanicas especificadas en proyecto. De cara a hacerlos 
permeables al agua es recomendable emplear los fabricados con materiales porosos, o 
disponer juntas abiertas de 1 6 2 cm. Si se le practican orificios, estos tendran un 
diametro de entre 8 y 10 cm. e iran preferentemente en la mitad inferior del tubo. 

Los d ia metro s empleados en los tubos oscilan desde los 10 hasta los 30 cm., 
aunque en casos extremos pueden emplearse de hasta 50 cm. en funcion del caudal de 
referenda. La velocidad del agua en este tipo de conducciones fluctua entre los 0.7 y los 
4 m/s, debiendose disponer pendientes longitudinales no inferiores al 0.5%, siendo en 
cualquier caso justificables pendientes menores, aunque nunca por debajo del 0.2%. 

Material filtiD 

El material filtro tiene la mision de canalizar adecuadamente las aguas hacia el 
tubo, impidiendo su posible contaminacion, producida por las partfculas de suelo 
adyacentes al dren. Para cumplir estas funciones, el material filtro debe cumplir unas 
condiciones granulometricas muy estrictas, ya que de ellas depende su buen 
funcionamiento. 



18 



Luis Banon Blazquez 



Aiquetasy registros 

Este tipo de elementos permiten controlar el buen funcionamiento del drenaje, y 
sirven ademas para evacuar el agua recogida por este a un colector principal, a una 
cuneta o a un cauce natural. 

Las arquetas se colocan a intervalos regulares de entre 30 y 100 m., 
dependiendo de la pendiente longitudinal del terreno, la capacidad de desague del 
sistema y el maximo caudal de referenda. Con independencia de lo anterior, tambien 
deberan colocarse arquetas o registros en todos los cambios de alineacion de la tuberfa 
de drenaje. 

5.2. Obras de drenaje 

Dentro de las obras de drenaje transversal pueden destacarse dos tipos en 
funcion del cometido que desempenan: drenes de intercepcion y drenes de control 
del nivel freatico. 




Qtin df i nrirctpcldn. 



DE INTERCEPCION 



DE CONTROL DEL NIVEL FREATICO 



Fig. 18.17 - Drenes subterraneos 

Drenes de intercepcion 

Su objetivo es impedir que las corrientes suberraneas alcancen las inmediaciones 
de la carretera, desviando su trayectoria. Existen dos tipos de drenes de intercepcion: 

(a) Lonqitudinales: Interceptan la corriente de forma oblfcua y la conducen de 
forma paralela a la vfa. Se emplean en zonas de escasa pendiente 
longitudinal, especialmente en los valles en trinchera o secciones a media 
ladera. El caudal a desaguar puede determinarse aforando la corriente 
subterranea. 

(b) Transversales: Este tipo de drenes cruza transversalmente la vfa, 
proporcionando una via definida de escape a la corriente subterranea. Se 



18 



El aqua v la carretera 



emplean en carreteras con pendientes elevadas, donde los anteriores no son 
capaces de interceptar todo el agua de filtracion. 

La distancia de separacion entre drenes oscila entre 20 y 25 m., siendo muy 
utilizada la variedad en espina de pez, donde los drenes forman un angulo 
de 60 Q con la calzada. Este tipo de drenes se recomienda en zonas de paso 
de desmonta a terraplen, con independencia de la pendiente longitudinal. 

Drenes de control del nivel freatico 

Este tipo de drenes longitudinales no tienen otro cometido mas que mantener a 
suficiente profundidad el nivel freatico del terreno, de manera que no afecte a las 
caracterfsticas de la explanada y las capas que conforman el firme. 

El nivel freatico debe mantenerse entre 1 y 1.50 m. por debajo del nivel de la 
explanada, segun la naturaleza del suelo. Para ello, el fondo de las zanjas drenantes 
debera situarse a una profundidad comprendida entre los 1.20 y 1.80 m. bajo el nivel de 
la calzada. 

Los drenes se dispondran como mfnimo a una distancia de 0.50 m. del borde 
exterior de la calzada, y en secciones en desmonte lo haran entre dicho Ifmite y la 
cuneta de pie de desmonte. 

6. SECCIONES TIPO DEO BRAS DEDRENAJE 

A continuacion se muestran una serie de secciones tipo que hacen referenda a 
distintos elementos de la vfa, asf como a distintas situaciones de drenaje. 




Fig. 18.18 - Drenes empleados en desmontes (izquierda) y en terraplenes y medianas (derecha) 



18 



Luis Banon Blazquez 



No verter a la ptataforma ^ 
de la via inferior 



Sumidtro al final 
de la wtructura 



Salientt para que ei 
agua no moje la part* 
inferior dt la structure 




? 



DETALLE A-A' 




Junto ImparmeoM a 



'J2L. 



0ESA6UE EN ZONA 
OE APOYOS. 




Satttnft para qut tl aqua nomojt 
la partt lateral d« la tttructura 



Fig. 18.19 - Drenaje en obras de paso 



is 




Comunmente se define el firme de cualquier tipo de infraestructura viaria 
-caminos, carreteras, aeropuertos, etc.- como un conjunto de capas superpuestas 
horizontalmente, formadas por diversos materiales sueltos o tratados con una sustancia 
aglomerante, cuya mision es transmitir adecuadamente las cargas generadas por el 
trafico, de forma que las capas subyacentes no se deformen de forma inadmisible, al 
menos durante cierto perfodo de tiempo -perfodo de proyecto- y bajo cualquier 
condicion meteorologica. 

Aparte de poseer unas notables caracterfsticas resistentes, el firme debe ser 
capaz de aportar otra serie de propiedades que garanticen la seguridad y comodidad de 
los usuarios de forma duradera. En este sentido, la terminacion superficial del firme 
-materializada en la capa de rodadura- juega un papel fundamental. 

La actual concepcion del firme como estructura multicapa unida al desarrollo de 
nuevos materiales, deriva en la generacion de infinidad de secciones disenadas especf- 
ficamente para determinadas situaciones de carga. No obstante, puede hacerse una 
sfntesis de todas ellas en dos grandes grupos atendiendo a la forma de resistir los 
esfuerzos, asi como por los materiales y capas que las componen; estos son los firmes 
flexibles, formados por capas bituminosas y granulares, y los firmes rfgidos, 
compuestos por pavimentos de hormigon. Otros subgrupos especialmente importantes 
son los firmes semirrfgidos, los drenantes y los mixtos. 



Luis Banon Blazquez 



1. FUNCIONESDELHRME 

La aparicion del firme como elemento basico de una carretera se justifica 
plenamente con la evolucion que el transporte terrestre ha tenido a lo largo de la 
historia, especialmente en este ultimo siglo, donde el automovil ha sufrido grandes 
cambios que han supuesto un considerable aumento en sus prestaciones. 

El incremento en la velocidad de circulacion, sumado a la cada vez mayor 
proliferacion de vehiculos pesados deja obsoletas a las explanadas, incapaces de resistir 
la accion directa de fuertes cargas verticales y tangenciales y muy susceptibles a la 
accion de los agentes meteorlogicos. Este hecho ha obligado a idear nuevos materiales 
acordes con la situacion, dispuestos de forma que soporten y repartan las solicitaciones 
generadas por el trafico sin degradarse en exceso. 

Todo ello Neva a concluir que las principales funciones de los firmes que 
actualmente se emplean en la construccion de carreteras son las siguientes: 

(a) Resistir las solicitaciones del trafico previsto durante el perfodo de proyecto 
del firme, asf como servir de colchon de amortiguamiento de las cargas 
verticales para las capas inferiores, de forma que a la explanada llegue una 
pequena parte de aquellas, compatible con su capacidad portante. 

(b) Proporcionar una superficie de rodadura sequra v comoda , cuyas 
caracterfsticas se mantengan uniformes durante el periodo de funciona- 
miento de la via, produciendose a lo largo de este deformaciones admisibles 
y deterioros que puedan ser objeto de actuaciones eventuales de 
conservacion y mantenimiento, por otra parte logicas en cualquier tipo de 
infraestructura. 

(c) Resquardar la explanada de la intemperie , especialmente de las 
precipitaciones y del agua en cualquiera de sus formas, ya que en 
determinados suelos produce una merma considerable en sus caracterfsticas 
resistentes, pudiendo ademas provocar lavados de parte del material e 
incluso fenomenos de deslizamiento. 

Como conclusion, puede decirse que la funcion final de un firme no es otra que la 
de soportar la accion de los vehiculos que circulan sobre el, proporcionando en todo 
instante una superficie de rodadura comoda, segura y duradera. La calidad del 
firme es parte importante aunque no unica para que estas funciones se lleven a cabo 
felizmente; su infraestructura -obras de tierra y drenaje- tambien debe ser la apropiada. 

2. CARACTERISnCASFUNCIONAlES 

Las anteriores funciones exigidas al firme hacen que este deba cumplir una serie 
de requisitos para realizar adecuadamente su cometido. 



19 



Firmes 



Las caracterfsticas funcionales de un firme se dividen en dos grandes grupos: 
superficiales y estructurales, que a continuacion se analizan con mayor profundidad. 

2.1. Caracteristic as superficiales 

Hacen referenda a diversas propiedades que debe presentar la superficie del 
firme -tambien conocida como capa de rodadura- y que estan relacionadas con la 
seguridad y la comodidad experimentada por el usuario. Las mas importantes son: 

(a) Resistencia al deslizamiento: Muy importante para asegurar el contacto en 
todo momento entre vehfculo y carretera, sobre todo en los tramos 
complicados. Esta propiedad esta fntimamente ligada con la textura 
superficial del firme y el tipo de arido empleado en su construccion. 

(b) Reqularidad superficial: Afecta sobre todo a la comodidad del usuario, y 
viene determinada por el grado de alabeo tanto longitudinal como 
transversal del pavimento. En este sentido, las deformaciones con pequenas 
longitudes de onda son las que mayor sensacion de incomodidad producen, 
conllevando en ocasiones cierto peligro. 

(c) Drenaie superficial: La rapida evacuacion de las aguas pluviales cafdas 
directamente sobre el firme hacia los laterales es otro factor a considerar de 
cara a la seguridad de los usuarios; un correcto drenaje superficial evita 
salpicaduras, perdidas de agarre, fenomenos de aquaplanning. En este 
sentido influyen tanto la disposicion de una pendiente transversal suficiente 
como un correcto acabado superficial que proporcione una textura adecuada 
para el drenaje. 

(d) Reflexion lumfnica: El brillo del firme, producido por la reflexion de fuentes 
luminosas -el sol durante el dfa o los faros y luminarias por la noche- es otra 
propiedad a considerar, para evitar molestos y peligrosos fenomenos de 
reduccion de visibilidad y deslumbramiento, especialmente durante la noche. 

(e) Ruido de rodadura: La generacion de ruido ocasionada por el contacto entre 
neumatico y pavimento es una de las principales fuentes de contaminacion (/) 
acustica en nucleos de poblacion. Ademas, los ocupantes del vehfculo Q 



tambien sufren de forma continuada sus efectos nocivos. 



i 



2.2. Caracteristic as estructurales < 

Se hallan relacionadas directamente con las propiedades resistentes -ffsicas y 
mecanicas- de los materiales que constituyen el firme y con el espesor de las capas que 
lo conforman. 



19 



Luis Banon Blazquez 



Los materiales petreos que componen cada capa deben ser cuidadosamente 
seleccionados, de forma que se garantice una calidad suficiente para que el firme sea 
resistente y durable. En este sentido, es importante que los aridos presenten una 
adecuada composicion granulometrica, una forma regular con bordes angulosos y un 
bajo contenido en finos. La normativa espanola, mas concretamente el PG-3, especifica 
con mayor detalle los requisitos que debe cumplir cada material en funcion de la capa 
donde se emplee. 

El espesor de las capas tambien define la forma de transmision y el grado de 
amortiguamiento de las tensiones transmitidas por los vehfculos; logicamente, una 
mayor grosor contribuira a mejorar las propiedades resistentes de una determinada 
capa. Ademas, la diferente deformabilidad de las estas da lugar a discontinuidades 
tensionales en sus Ifmites, originando esfuerzos rasantes en dichas zonas de contacto. 
Por ello, el diseno de cada capa debe ser armonico con el de las limftrofes, de forma 
que las tensiones se disipen gradualmente, consiguiendo un buen comportamiento 
estructural del conjunto. 

DimensionamientD del fiime 

Para determinar el numero, composicion y espesor de las capas que constituiran 
un determinado afirmado existen diversos metodos de analisis tensional que dan una 
idea de los efectos producidos por las cargas de trafico. Si se conocen las leyes de fatiga 
de los materiales, puede estimarse el numero de procesos de carga/descarga que es 
capaz de soportar cada capa y por tanto, su durabilidad y la del firme en su conjunto. 
Estimada la intensidad de trafico prevista en dicha via, puede calcularse su vida util 
aplicando el resultado anterior. 

Puede decirse que un firme bien proyectado es aquel en el que todas sus capas 
trabajan a la maxima tension admisible y presentan un coeficiente de seguridad a la 
rotura similar, de forma que teoricamente todas ellas colapsarfan a la vez ante una 
solicitacion excesiva. 

Una afirmacion que puede extraerse del anterior parrafo es que la calidad de un 
firme no depende de su espesor, tal y como se crefa antiguamente, sino de la 
homogeneidad tensional, es decir, de unas condiciones de trabajo similares en cada 
capa del firme. 

3. MATERIALES EMPLEADOS EN LA CONSTRUCC ION DEHRMES 

La continua evolucion de la ciencia y la tecnica de los materiales ha hecho que 
en la actualidad dispongamos de un amplio abanico de materiales especificos para la 
construccion de firmes. 



19 



Firmes 



Propiedades generates y tipologia de firmes 





ROZAMIENTO 




"S 


Sujecion al vehiculo 
en todo momento 




s 




REGULARIDAD 






X 


Geometna uniforme, 
sin ondulaciones 










S 




Caractensticas 
superficiales 




DRENAJE 




\ 


"V 


Rapida evacuacion 
del agua superficial 




y 
















REFLEXION 






Bajo deslumbra- 
miento indirecto 








S 


Propiedades 

del firme 




N 


RUIDO 








Escasa generacion de 
ruido de rodadura 






S 














RESISTENCIA 






>> 


Adecuada transmi- 
sion de las cargas 










s 




\ 


Caracterfsticas 
estructu rales 




AMORTIGUAMIENTO 

Absorcion progresiva 
de los esfuerzos 




y 












ARMONJA 




Trabajo conjunto y 
solidario de las capas 




s 





FLEXIBLES 


^ 


DRENANTES 




N 


Formados por capas 
bituminosas 


Mezcla porosa 
resistente y drenante 






y 




^ 


Tipologia 

de firmes 




MIXTOS 




SEMI RRJGI DOS 

Bituminosos con 
capas rigidas 




\ 


Capa bituminosa 
sobre hormigon 








y 






\ 








? 






RiGIDOS 








Emplean pavimentos 
de hormigon 






y 







19 



Luis Banon Blazquez 



Las materias primas empleadas en la confeccion de las diferentes capas de un 
afirmado sin las que se citan a continuacion: 

- Suelos qranulares seleccionados: Empleados para confeccionar la explanada 
mejorada e incluso ciertas capas del firme, ayudados por algun tipo de 
conglomerante. 

- Materiales petreos: Los aridos -tanto naturales como de machaqueo- son parte 
indispensable del firme, ya que forman su esqueleto resistente y confieren al 
mismo sus caracterfsticas superficiales y estructurales mas importantes. 

- Liqantes bituminosos: Este grupo lo conforman aquellos materiales obtenidos 
de la destilacion del petroleo y que desempenan un papel aglomerante. De 
entre ellos cabe destacar los betunes asfalticos, emulsiones bituminosas, 
betunes fluidificados o las emulsiones. 

- Conqlomerantes hidraulicos: Empleados en la confeccion de capas granulares 
estabilizadas o de capas de rodadura en pavimentos rfgidos (de hormigon). Los 
mas empleados en carreteras son el cemento y la cal aerea, aunque tambien se 
usan otros de origen industrial: escorias granuladas, cenizas volantes, etc. 

- Aqua: I mprescindible para la humectacion y compactacion de las capas 
granulares, confeccion de riegos y mezclas bituminosas o la fabricacion del 
hormigon empleado en los pavimentos y bases de los firmes rfgidos. 

- Materiales auxiliares: Dentro de este grupo se incluyen las armaduras de acero 
empleadas en el armado de firmes rfgidos, aireantes, colorantes y plastificantes 
para hormigones, activantes para las mezclas bituminosas, geotextiles, etc. 

Todos estos materiales se combinan entre s\ para formar diferentes mezclas y 
compuestos, que son los que realmente configuran el firme. Los mas empleados son: 

- Capas qranulares: Formadas unicamente por aridos de granulometrfa continua 
-zahorras naturales y artificiales- o de granulometrfa discontinua y uniforme, 
como es el caso del macadam. 

- Estabilizaciones: En este grupo de compuestos se engloban los suelos 
estabilizados con conglomerantes -cemento o cal- o productos bituminosos. 
Algunos de los mas populares son la gravacemento, gravaescoria, 
gravaemulsion, etc. 

- Mezclas bituminosas: Compuestas por aridos embebidos en un ligante 
bituminoso. Reciben diferentes denominaciones en funcion de su apariencia, 
constitucion y puesta en obra. Se emplean en las capas superficiales de los 
firmes flexibles. 

- Hormigones: Forman el pavimento de los firmes rfgidos, adoptando diversas 
configuraciones -en masa, armado, compactado, pretensado- y las bases de 



19 



Firmes 



dichos firmes, donde se emplea hormigon magro, que es mas economico 
aunque de peor calidad. 

- Tratamientos superficiales v rieqos: En este grupo se engloban diferentes 
compuestos cuya mision es mejorar determinadas caracterfsticas del firme o 
restaurar aquellas que se nan perdido con el paso del tiempo. Destacan los 
slurrys, los riegos de imprimacion, adherencia y curado y las lechadas 
bituminosas. 

Las especificaciones relativas a la composicion, medicion, puesta en obra y 
control de calidad de estos compuestos se hallan recogidas en las distintas unidades de 
obra contempladas por el Pliego de Prescripciones Tecnicas Generales para Obras de 
Carreteras y Puentes (PG-3), denominado oficialmente PG-4 desde 1.988, ano en que 
fue parcialmente modificado. 

4. CONS1I1UC ION DEL FIRME 

Como ya se ha dicho, el firme es una estructura multicapa constituida por un 
conjunto estratificado de capas sensiblemente horizontales que reposan una sobre otra, 
pudiendo existir entre ellas distintos tipos de tratamientos que mejoren su adherencia. 

Tradicionalmente se distinguen cuatro zonas dentro del firme, en funcion del 
cometido que desempenan. Cada una de estas zonas puede estar compuesta por una o 
mas capas: 

(a) Pavimento: Es la parte superior del firme, encargada de resistir directamente 
las solicitaciones originadas por el trafico. Ademas, actua como medio de 
contacto con el vehfculo, por lo que es el responsable de las caracterfsticas 
superficiales del firme. Estructuralmente, absorbe los esfuerzos horizontales 
y parte de los verticales. 

(b) Capas de base v sub-base: Situada justo debajo del pavimento, tiene una 
funcion eminentemente resistente, amortiguando gran parte de las cargas 
verticales. Pueden estar formadas por zahorras naturales o artificiales, o por 
materiales granulares tratados con algun tipo de conglomerante. 

(c) Capas especiales: Se emplean en circunstancias especiales, como en 
terrenos heladizos (capa anti-hielo) o en suelos de mala calidad (capa 
anticontaminante). 

(d) Explanada mejorada: Es la capa mas superficial de la obra de tierra que 
soporta el firme, estando convenientemente preparada para su recepcion. 

En el caso de firmes con mezclas bituminosas, existen ademas una serie de 
"capas de espesor cero", constituidas por riegos asfalticos aplicados durante la 
construccion del firme en la superficie de determinadas capas para mejorar sus 
caracterfsticas de adherencia con la capa superior. 



E 
< 



19 



Luis Banon Blazquez 



HRME FLEXIBLE 








HRME RIG IDO 




3-5 
5-8 




hormigon 




20-40 


Capa de base 

(Hormigon magro) 




15-25 


Capa sub-base 

(opcional) 




0-50 


Capas especiales 

- Anticontaminante 

- Anti-hielo 






vtititt&xmmmttmm^ 



Explanada mejorada 



Explanada mejorada 

Espesores en cm. 



Fig. 19.1 - Capas genericas de un firme 

A continuacion estudiaremos con mas detalle las capas que conforman un firme 
convencional por orden creciente de profundidad, definiendo la funcion tfpica de cada 
una de ellas. 

4.1. Capa de nod a dura 

Esta capa conforma la parte mas superficial del pavimento, por lo que esta 
sometida a la intemperie y en contacto directo con los neumaticos; por ello, es la que 
esta sometida a un mayor numero de exigencias, debiendo ser resistente, impermeable, 
antideslizante y duradera: 

- Debe ser resistente, ya que debe resistir fuertes presiones verticales de 
contacto ejercidas por los neumaticos (hasta 15 kg/cm 2 , considerando 
impactos) y absorber la practica totalidad de los esfuerzos tangenciales 
provocados por el frenado, la aceleracion centrffuga o la propia rodadura de los 
vehfculos. 

- Tambien debe ser impermeable, evitando el paso del agua a capas mas 
profundas y susceptibles a la presencia del liquido elemento. Ademas, debe 
poseer una textura superficial que facilite la evacuacion de las aguas pluviales. 

- Otro requisito que debe cumplir es el de ser antideslizante, ofreciendo un 
coeficiente de resistencia al deslizamiento entre neumatico y carretera -tanto 
longitudinal como transversal- suficiente para garantizar la seguridad de los 
usuarios, especialmente en condiciones meteorologicas adversas. Una textura 
superficial aspera con aridos angulosos favorecera este aspecto. 



19 



Firmes 



- Por ultimo, debe ser duradera, es decir, que sus propiedades perduren a lo 
largo del tiempo, degradandose lo menos posible. Suele exigirse al firme una 
durabilidad correspondiente al periodo de proyecto estipulado, normalmente 
entre 15 y 25 anos. 

Para mejorar las cualidades adherentes de esta capa, puede aplicarse sobre ellas 
un riego de slurry de varios milfmetros de espesor, compuesto por un mortero de arena 
silfcea y betun asfaltico que aumenta el rozamiento, sobre todo en carreteras 
deterioradas por el uso, con aridos excesivamente pulidos. 




Fig. 19.2 - Extension de una capa de slurry sobre un firme en servicio 



4,2, Capa intermedia o binder 

Se halla inmediatamente debajo de la capa de rodadura, sirviendo de 
intermediaria entre dicha capa y las situadas a mayor profundidad. Su funcion principal 
es constituir una superficie de apoyo bien nivelada y uniforme sobre la que se pueda 
extender la capa de rodadura con un espesor constante; tambien colabora con esta en la 
transmision de los esfuerzos verticales del trafico convenientemente atenuados a capas 
inferiores, y acabando de absorber los horizontals, de forma que no alcancen las capas 
granulares. 

Todo ello permite reducir la calidad de los materiales empleados en esta capa, 
reduciendo la cantidad de conglomerante y la calidad superficial del arido, lo que abarata 



E 
< 



19 



Luis Banon Blazquez 



su coste. Funcionalmente, la capa intermedia debe ser unicamente resistente y 
duradera, y de caracterfsticas similares a la de rodadura para evitar saltos tensionales 
excesivos. 

Para mejorar la adherencia entre las capas bituminosas -binder y de rodadura- 
es practica habitual el efectuar un riego de adherencia constituido por betunes 
fluidificados para mejorar la trabazon entre las partfculas y tratar de reducir la superficie 
de discontinuidad creada entre ambas capas. 

La capa intermedia es tfpica de firmes flexibles o bituminosos; de hecho, en 
firmes rfgidos no existe esta distincion entre capas de rodadura e intermedia, 
disponiendose un unico pavimento de hormigon, de entre 20 y 25 cm. de espesor. 

4,3. Capa de base 

Constituye el principal elemento portante de la estructura del firme, debiendo 
repartir y absorber la practica totalidad de las cargas verticales que -aunque atenuadas- 
penetren a su seno. En firmes rfgidos y semirrfgidos, esta funcion de reparto de cargas 
esta distribuida entre el pavimento y la propia capa de base, al tener caracterfsticas 
resistentes similares. La capa base presenta, por tanto, una funcion eminentemente 
resistente, debiendo ser ademas compacta y duradera para que sus caracterfsticas 
mecanicas sean lo mas homogeneas posibles durante todo el periodo de proyecto. 

Existen diferentes tipos de bases, que emplean uno u otro tipo de material en 
funcion de la calidad exigida por las solicitaciones del trafico: 

- Bases qranulares: Formadas por materiales granulares sin ningun tipo de 
aglomerante. En funcion de su granulometrfa, pueden ser continuas (zahorras) 
o discontinuas (macadam). 

- Bases qranulares estabilizadas: Al material petreo se le anade una sustancia 
aglomerante -normalmente cal o cemento- para mejorar sus cualidades 
resistentes y aumentar su rigidez. Las mas empleadas son las bases de 
gravacemento, aunque tambien existen otras, como el suelocemento, 
gravaemulsion, gravaescoria, gravaceniza, etc. 

- Bases bituminosas: Compuestas a base de mezclas bituminosas en caliente o 
en frfo, con dosificaciones mas pobres que las empleadas en las capas que 
conforman pavimento. Aun asf, son bases de muy buena calidad. 

- Bases especiales: Integradas por materiales obtenidos de procesos industriales, 
tales como escorias de alto horno, aridos mejorados, bauxitas calcinadas, 
detritus industriales, etc. 

En firmes bituminosos suele darse un riego de imprimacion entre esta capa y 
el pavimento, con el fin de procurar un mayor agarre entre las capas granulares y las 
bituminosas, mejorando asf la transmision de cargas. 



19 



Firmes 




Fig. 19.3 - Aspecto de la capa de base puesta en obra 



4.4. Capa sub- base 

Realmente se trata de una base de peor calidad, dado que no tiene que resistir 
cargas excesivas del trafico, al llegarle muy atenuadas por efecto de las capas 
superiores; se limita a proporcionar una buena capa de asiento a la base, de forma que 
se facilite su puesta en obra y compactacion. 

En cambio, si que posee una importante funcion drenante, alejando el agua de 
las capas superiores del firme, para lo cual es imprescindible que los materiales 
empleados -generalmente zahorras naturales- carezcan de finos de origen arcilloso, 
dado su caracter impermeable. Ademas, debe de hallarse en contacto con el sistema de 
drenaje de la vfa, para evacuar el agua infiltrada en su interior; para facilitar la rapida 
evacuacion del agua, se dota a la sub-base de una pendiente del 4%. 

En cuanto a los materiales que conforman esta capa, deben poseer una buena 
granulometrfa, escasa plasticidad y suficiente dureza para asegurar su durabilidad. 



V) 

s 



4.5. Explanada mejoiada 

En muchos casos, esta capa no se considera como perteneciente al firme, sino a 
la explanacion u obra de tierra. Sin embargo, su funcion es muy importante respecto de 
aquel, ya que le dota de una base uniforme y de buena capacidad portante. Los 



19 



Luis Banon Blazquez 



materiales que se emplean en su confeccion son suelos seleccionados, a ser posible 
procedentes de la propia excavacion o de los alrededores de la obra. 

Al conseguir un cimiento de caracterfsticas uniformes, los espesores de las capas 
superiores pueden ser constantes, lo que es muy conveniente desde el punto de vista 
constructive economico y de proyecto. La situacion contraria implicarfa constantes 
cambios en los espesores del firme, segun las caracterfsticas locales de la explanada 
natural. 

Actualmente se tiende a cuidar la terminacion de la explanada natural, por lo que 
esta capa se halla en desuso. 

4.6. Capasespeciales 

Dentro de este grupo de capas se engloban aquellas que, aunque no son 
imprescindibles en la constitucion del firme, pueden ser necesarias en determinadas 
circunstancias climaticas o geologicas. Destacan las siguientes: 

(a) Capas anticontaminantes: Cuando la explanada natural esta formada por 
suelos de mala calidad, con un alto componente arcilloso u organico, se 
recurre al empleo de este tipo de capas que actuan a modo de filtro, 
impidiendo el paso de estos materiales a capas superiores. Se componen de 
materiales granulares, arenas sobre todo, capaces de retener los finos y 
permitir el paso del agua a la sub-base. 

(b) Membranas v qeotextiles: Este tipo de elementos han ido sustituyendo a las 
capas anticontaminantes ya que son mas ligeros y efectivos, consiguiendo 
aislar rigurosamente la explanada de las capas del firme. 

(c) Capas anti-hielo: Se emplean en zonas de bajas temperaturas, donde el 
suelo esta sujeto a un continuo proceso de congelacion y descongelacion. 
Estas capas suelen tener un espesor considerable -entre 40 y 60 cm-, em- 
pleandose para su construccion materiales granulares insensibles a la helada. 

(d) Capas estabilizadas: En zonas de frecuentes lluvias puede ser necesario 
estabilizar con betun o cemento los ultimos centfmetros de la coronacion de 
la explanacion, para protegerla del agua y permitir el paso de la maquinaria 
de obra. 



5. UPOSDEHRMES 

Actualmente, la tecnica de construccion de carreteras cuenta con una gran 
variedad de firmes que se adaptan a las diferentes exigencias del entorno. No obstante, 
y atendiendo la composicion de sus capas y, por tanto, a la forma que tienen de resistir 



19 



Firmes 



y transmitir los esfuerzos, pueden distinguirse dos tipos de firmes: los flexibles o 
bituminosos y los rigidos o de hormigon. Tambien merecen una mencion especial los 
firmes semirrfgidos, los drenantes y los mixtos. 

5. 1. Rimes flexibles 

Este tipo de firmes se caracterizan por estar constituidos por una serie de capas 
cuyos materiales presentan una resistencia a la deformacion decreciente con la 
profundidad; este hecho obedece al mantenimiento de la proporcionalidad entre tension 
y deformacion en cada punto del firme, intentando conseguir un trabajo conjunto de la 
totalidad de las capas. 

Las capas mas superficiales estan formadas por mezclas bituminosas, 
compuestas por aridos y ligantes hidrocarbonados convenientemente dosificados, lo que 
otorga al firme el caracter flexible que le da nombre. Estas capas se apoyan sobre capas 
granulares formadas por zahorras de origen natural o artificial, de menor capacidad 
portante, encargadas de repartir adecuadamente las tensiones verticales. 

Firmes semimgidos 

El aumento de las intensidades y las cargas de trafico dio lugar a los firmes 
semirrfgidos, que presentan sus capas inferiores estabilizadas con cemento o mayores 
espesores de las capas bituminosas. Este hecho dota al firme de una mayor rigidez y de 
un comportamiento estructural muy distinto, ya que la capacidad portante de las capas 
aumenta con la profundidad. 

A pesar de esta notable diferencia, los firmes semirrfgidos suelen incluirse dentro 
del grupo de los firmes flexibles debido a la analoga composicion de sus capas 
superiores, formadas por mezclas bituminosas. 

Firmes drena rites 

Este tipo de firmes ha surgido con la aparicion de los nuevos betunes modificados 
con polfmeros (BMP), de los que hablaremos en un capftulo posterior. La innovacion que 
presentan con respecto a los firmes tradicionales es la doble funcion drenante y 
resistente de la capa de rodadura; de este modo, el agua caida sobre el firme se filtra 
directamente, evacuandose por gravedad a traves de la red porosa. 

IE 

Ademas de mejorar las condiciones de resistencia al deslizamiento en firme ^ 

mojado se potencian otras caracterfsticas secundarias, tales como la produccion de ruido 
o la generacion de charcos y salpicaduras. 

En zonas secas, presentan el inconveniente de que la red porosa puede llegar a 
obturarse por falta de precipitaciones que vayan lavando las partfculas en suspension. 



19 



Luis Banon Blazquez 



5.2. Rimes rigidos 

Los firmes rigidos constan de un pavimento formado por una losa de hormigon, 
apoyada sobre diversas capas, algunas de ellas estabilizadas. Se distinguen diversos 
tipos en funcion de la clase de pavimento empleado: 

(a) Pavimento de hormigon en masa vibrado: Es el mas empleado, dada su gran 
versatilidad. Esta dividido en losas mediante juntas para evitar la aparicion 
de fisuras debido a la retraccion del hormigon. Las juntas transversales se 
disponen a distancias aleatorias comprendidas dentro de un rango de valores 
(4-7 m) para evitar fenomenos de resonancia. 

Tambien pueden emplearse pasadores de acero para asegurar la transmision 
de cargas entre losas. En el caso de no hacerlo, deben inclinarse las juntas. 




Fig. 19.4 - Pavimento de hormigon en masa con juntas transversales inclinadas 

(b) Pavimento continuo de hormigon armado: Muy resistente, aunque tambien 
excesivamente caro, por lo que solo es idoneo para trafico pesado. Emplea 
una cuantfa geometrica longitudinal del 0.6%, suprimiendose las juntas 
transversales e incluyendo en ocasiones fibras de acero distribuidas 
aleatoriamente para reforzar su estructura. Plantea pocos problemas de 
conservation y mantenimiento; este tipo de pavimentos se emplea sobre 
todo en Estados Unidos, y no tanto en nuestro pafs. 

(c) Pavimento de hormigon compactado: Su puesta en obra se realiza mediante 
extendedoras y compactadoras dada su baja relacion agua/cemento -entre 
0.35 y 0.40-, por lo que el cemento suele contener un alto porcentaje de 
cenizas volantes para facilitar su trabajabilidad. Suelen acabarse con una 
capa de rodadura bituminosa, por lo que se les considera firmes mixtos. 
Tienen la ventaja de poder abrirse al trafico rapidamente. 

(d) Pavimentos de hormigon pretensado: La introduccion de tendones de acero 
que sometan a compresion a la losa permite reducir considerablemente su 
espesor y aumentar su longitud. Este tipo de firmes son capaces de soportar 



19 



Firmes 



grandes solicitaciones, aunque de momento su empleo se restringe a pistas 
de aeropuertos casi exclusivamente. 

(e) Pavimentos prefabricados de hormigon: Dentro de este grupo se incluyen las 
placas de hormigon armado, de 1.50 a 3 m. de lado y de 12 a 16 cm. de 
espesor, empleadas en pavimentos industriales. 

Tambien se engloban los adoquines de hormigon, empleados sobre todo en 
zonas urbanas, portuarias e industriales, dada su facilidad de puesta en obra 
y su alta resistencia al trafico pesado. Estos se apoyan sobre una capa de 
nivelacion de arena, que ademas cumple una funcion drenante, asentada 
sobre una capa base de hormigon magro o zahorra en funcion del tipo de 
trafico previsto. 



"V 



3-7m 



in 



HORMIGON VIBRADO O COMPACTADO 






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fg. - gtf-' 1 :^- ^V if frJ 



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PAVIMENTO CONTINUO HORMIGON ARMADO 



8-30 tn 






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^ 



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£** 



PAVIMENTO DE HORMIGON ARMADO CON JUNTAS 






3C 



^ 



-.£&.*£>,* *&..*+;* .■■■3 



PAVIMENTO DE 
HORMIGON PRETENSADO 



PAVIMENTO DE 
ADOQUINES 



i 



Fig. 19.5 - Pavimentos empleados en firmes rigidos 



19 



Luis Banon Blazquez 



La nomenclatura de los hormigones empleados en la confeccion del pavimento 
hace referenda a su resistencia a flexotraccion a los 28 dfas. Asf, en firmes para trafico 
pesado se emplean hormigones HP-45 6 HP-40, mientras que para trafico ligero se usan 
los HP-40 6 HP-35. El espesor de la losa oscila entre los 20 y 28 cm. en los pavimentos 
de hormigon en masa. 

Capasinferiores 

Debido a su gran rigidez, el pavimento de hormigon no requiere capas con una 
elevada capacidad de soporte. Ahora bien, es necesario disponer diversas capas entre la 
explanada y el pavimento para evitar el descalce de este ultimo y asegurar un apoyo 
continue siendo estable ante los agentes atmosfericos. 

En este tipo de firmes suelen emplearse capas de base formadas por hormigon 
magro o gravacemento, de un espesor mfnimo constructive (15-20 cm). Eventualmente, 
puede ser necesaria una capa subbase de zahorra natural o suelocemento en 
explanadas plasticas (IP>10), para evitar fenomenos de entumecimiento y facilitar la 
compactacion de la base en tiempo lluvioso. 

Otro fenomeno resenable es el pumping o bombeo de finos, caracterizado por 
un proceso continuado de disolucion, erosion y expulsion de las partfculas finas de las 
capas inferiores al paso de los vehiculos, provocando un descalce de la losa y su 
correspondiente colapso. Para evitarlo, deben construirse bases de hormigon magro o 
gravacemento, insensibles al agua. 



ESCAUONAMIENTO 




C AVI DAD 



Fig. 19.6 - Fenomeno del pumping o bombeo de finos 

5.3. Rimes mixtos 

Este tipo de firmes viene a ser un hibrido entre los dos grandes grupos ya 
comentados anteriormente. Su pavimento esta formado por una capa de hormigon de 
baja calidad recubierta por un pavimento bituminoso, que es el que asumira las 
caracterfsticas de rodadura. 

Se emplean sobre todo en zonas urbanas, y se justifican por la presencia de 
redes de servicios bajo la calzada, que deben protegerse de la accion del trafico pero 
que con frecuencia deben ser objeto de operaciones de reparacion y mantenimiento. 



19 



Firmes 



6. SECCIONESHPO 

A continuacion se muestran una serie de secciones-tipo de diversos tipos de 
firmes flexibles y bituminosos, en funcion de la categorfa de la vfa y del tipo de trafico 
soportado: 



Sec ciones tipo de firmes flexibles 



3 m 



L I m 
JARCE 



CALZADA ] ARCEN | 

- DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL 
2% -* 

EXPLANADA E2 
- BASE DE MACADAM 
-ZAHORRA NATURAL 

FIRME PARATRAFICO LIGERO O ESPORADICO 



AA 



L 2.50m L 

~T ARCEN r 



6cmL 

-; 1 2 cm lj 

_,£5cm j; 

,25 cm I 



r— CAPA DE RODADURAl PAVIMENTO DE 
j-CAPA INTERMEDIA /MEZCLA BIT. 



£aa? *--\ ?&&%&&&*&& 



DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL 

^S^S^ BASE DE ZAHORRA ARTIFICIAL 

CUNETA REVESTIDA 




J— BASE DE ZAHORRA ARTIFICIAL 
SUBBASEDE ZAHORRA NATURAL 



FIRME PARATRAFICO MEDIO 



1 "" i 

1 ARCEN j 
INT. 1 



2.50 m 



■^± 



20 cm BASE DE SUELOCEMENTO -[ 
i ~ " EXPLANADA E*2 4% — " " ' ' ~ '" ''" ' ' "' ; ^-^- 



— 6 cm MEZCLA B1TUMIN0SA.CAPA DE RODADURA 
9 cm „ ,. CAPA INTERMEDIA 

22cm BASE DE GRAVACEMENTO 
20cmSUBBASE DE SUELOCEMENTO 



SUBBASE DE . 

ZAHORRA NATURAL 



FIRME PARATRAFICO PESADO EN AUTOPISTA/AUTOVI A 



V) 

s 

< 






E 
< 



Fuente: Norma 6.1 y 6.2-IC 



19 



Luis Banon Blazquez 



Secciones tipo de fiimes ngidos 



iocr 



1 Lm J. Im | 

T CALZADA 1 ARCENl 

1 i — PAVIMENTO DE HORMIGON (HP-40) 
1 2 %- , 



EXPLANADA E2 



r^v 



-ZAHORRA NATURAL 



FIRME PARATRAFICO LIGERO O ESPORADICO 



x 



* 



!3cm j_ 
15cm: 



£ 



PAVIMENTO DE HORMIGON (HP-40) 
2%- 



S^^H 



-DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL 
ZAHORRA ARTIFICIAL 
DRENANTE 



US 



EXPLANADA El 4%—'' 
J-GRAVACEMENTO 




CUNETA REVESTIDA 
4-ZAHORRA NATURAL 



FIRME PARATRAFICO MEDIO 



T ARCENl 



%\ j.Z3cm , 



.'gmzi 



2%- 



ARCEN EXT. 



GRAVACEMENTO POROSA U 

HORMIGON MAG RO POROSO 

6cm MEZCLA BITUMINOSA 
27 cm 



^gSv 



EXPLANADA E2 4% — 



23-27 cm PAVIMENTO DE HORMIGON (HP-45) 

— 15 cm GRAVACEMENTO U HORMIGON MAGRO 
20 cm ZAHORRA NATURAL 



FIRME PARATRAFICO PESADO EN AUTOPISTA/AUTOVI A 



Fuente: Norma 6.1 y 6.2-IC 



19 



MATERIALES PETREOS 



Los materiales petreos o aridos se definen como un conjunto de partfculas 
minerales de distintos tamanos y formas y que proceden de la fragmentacion natural o 
artificial de las rocas. Este tipo de materiales constituyen un elevado porcentaje en la 
constitucion de las distintas capas de un firme, normalmente superior al 90% en peso; 
puede decirse, por tanto, que forman el esqueleto resistente del firme. 

Aunque los aridos suelen considerarse como partfculas discretas y de naturaleza 
inerte, hay que tener en cuenta que pueden reaccionar en contacto con el agua y sus 
productos en disolucion, o con los ligantes hidrocarbonados y conglomerantes 
empleados para solidarizar y homogeneizar cada una de las capas del firme. 

Un aspecto importante a la hora de seleccionar aridos para su uso en carreteras 
es procurar que estos procedan de zonas cercanas a la obra ya que, dado el gran 
volumen que suele emplearse, una distancia de transporte relativamente grande puede 
disparar notablemente su precio. En obras de cierta envergadura suelen instalarse 
canteras y plantas de tratamiento de aridos para su empleo exclusivo en firmes. 

Asimismo, para determinar la validez de este tipo de elementos se establecen 
diferentes procedimientos normalizados de ensayo, cuyo fin es cuantificar cada una de 
las propiedades exigibles a un arido, dependiendo de la capa del firme de la que forme 
parte. Estos ensayos deben realizarse sobre muestras representativas para 
garantizar su calidad. 



Luis Banon Blazquez 



1. ClASIHCACIONDELOSMATERIAl£SPETREOS 

Pueden establecerse diferentes criterios de clasificacion de los materiales petreos 
atendiendo a distintos aspectos, como son su composicion mineralogica, su procedencia 
o el tamano de sus particulas. El siguiente esquema resume dichos criterios: 



Criterios de clasificacion de losaridos 



Atendiendo a 
su naturaleza 



■> 



-> 



-> 



IGNEOS 



Compactos, duros y 
muy resistentes 



SEDIMENTARIOS 

Abundantes, baratos 
y facilmente pulibles 



METAMORFICOS 

Lajosos, alterados y 
poco utilizables 



Atendiendo 
a su origen 



-> 



-> 



■> 



Atendiendo a 
su adhesividad 

con los ligantes 



NATURALES 

Procedentes de yaci- 
mientos naturales 



ARTIFICIALES 

Sometidos a un pro- 
ceso de machaqueo 



SINTETICOS 

Obtenidos mediante 
medios industriales 



~W 



Atendiendo 
a su tamano 



■> 



-> 



-> 



ARIDO GRUESO 

Gravas de tamano 
superior a 5 mm. 



ARIDO FINO 

Arenas comprendidas 
entre 5 y 0.02 mm. 



FILLER 



Polvo ultrafino 
inferior a 0.02 mm 



1/ 



ACIDOS 


bAsicos 


Siliceos, hidrofilos, 
mala adhesividad 


Alcalinos, hidrofobos, 
buena adhesividad 



1.1. Crrterio de naturaleza mineral 

Es de sobra conocida la gran variedad de rocas existentes, divididas en tres 
grandes grupos geneticos: rocas fgneas, sedimentarias y metamorficas. A su vez, 
dentro de estos existen subgrupos, familias y series minerales que agrupan materiales 
de composicion affn. 

La idoneidad de un determinado arido depende principalmente de una serie de 
factores relacionados con las caracterfsticas intrmsecas de la propia roca, aunque 
pueden influir de manera notable aspectos como su correcta fabricacion, transporte y 
puesta en obra. 

De cara al analisis para su empleo en carreteras, resulta practico establecer 
grupos que reunan materiales de parecida composicion mineralogica y estructura 



20 



Materiales petreos 



interna, lo que asegura una cierta homogeneidad en el comportamiento de los aridos 
dentro de un mismo grupo. 

El siguiente esquema resume los principales grupos de aridos empleados en 
carreteras, sus caracterfsticas genericas y las rocas mas representativas de cada grupo: 



Grupos de aridos empleados en carreteras 



C LA SE^ Grupo 


Pnopiedades 


Ejemplos 


10 

E2 

Z 


I/) 
03 
U 

^03 
GQ 


BASALTOS 


- Rocas maficas (oscuras) 

- Alta resistencia mecanica 

- Bajo desgaste al pulido 

- Buena adhesividad 


Basalto, andesita, 

diabasa, ofita, 

lamprofido y 

traquita 


GABROS 


- Buen comportamiento mecanico 
en carreteras 

- Durables y resistentes 

- Relativa escasez, zonificadas 


Gabro, diorita, 

gneis basico, 

peridotita 

y sienita 


in 

CD 

;o 

u 

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GRANITOS 


- Abundantes en la Peninsula 

- Pueden presentarse alteradas 

- Rocas abrasivas, poco pulibles 

- Escasa adhesividad a los ligantes 

- Presentan cierta fragilidad 


Granito, 
cuarzodiorita, 
gneis, aplita 
granodiorita 
y pegmatita 


PORFIDOS 


- Textura adecuada para firmes 

- Bajo desgaste al pulimento 

- Problemas de adhesividad 


Porfidos, dacita 
y riolita 


10 

I 

i 


m 

03 
U 

^03 
GQ 


CALIZAS 


- Muy abundantes en Espana 

- Muy susceptibles al pulido 

- Buena adhesividad 

- Facil extraccion y tratamiento 


Caliza, dolomia y 
marmoles 


in 
03 

;o 

u 

< 


ARENISCAS 


- Muy resistentes al pulimento 

- Presentan un elevado desgaste 

- Buena adherencia a ligantes 

- Muy escasos en la Peninsula 


Arenisca, 
arcosa, molasa, 
grauvaca, tobas 
y conglomerados 


PEDERNAL 


- Muy duras y quebradizas 

- Buena resistencia al desgaste 

- Dan aridos lajosos y cortantes 

- Muy susceptibles al pulimento 


Pedernal, silex, 

cornubianita y 

ftanita 


CUARCITAS 


- Muy duras y resistentes 

- Dificil extraccion y machaqueo 

- Pueden presentar alteraciones 

- Escasisima adhesividad 


Cuarcita, 

cuarzoarenita y 

cuarzo 


METAM 


ESQUISTOS 


- Formas lajosas y alteradas 

- Elevado peso especifico 

- Validos si no contienen mica 


Esquistos, 
filitas y pizarras 


INDUST 


MATERIALES 
ARTIFICIALES 


- Tratados industrialmente 

- Caracterfsticas especificas que 
complementan al arido natural 

- Potencian ciertas propiedades 


Escorias de alto 
horno, firmes 
reciclados y 

cenizas volantes 



V) 

s 

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20 



Luis Banon Blazquez 



1.2. C riterio de piDcedenc ia 

Existen diferentes formas de obtener materias primas para la construccion de 
carreteras, pudiendo establecerse una clasificacion de los aridos en funcion de su lugar 
de procedencia: 

(a) Aridos naturales: Dentro de este grupo se engloban aquellos aridos que se 
encuentran ya machacados, pudiendo ser directamente empleados tal y 
como se encuentran en la naturaleza; unicamente es necesario someterlos a 
un proceso de seleccion, refinado y clasificacion por tamanos. Se hallan en 
graveras, canteras y otro tipo de yacimientos al aire libre, por lo que su 
extraccion es relativamente sencilla. 

(b) Aridos artificiales o de machaqueo: Obtenidos a partir de la disgregacion de 
un macizo rocoso, empleando generalmente procedimientos de voladura con 
explosivos. Necesitan un mayor tratamiento que los anteriores, por lo que es 
necesario procesarlos en plantas de machaqueo; en ellas, el material es 
limpiado, machacado, clasificado y almacenado en acopios. 

(c) Productos sinteticos industriales: Este grupo lo componen materiales de 
diversa indole, como productos de desecho o subproductos de procesos 
industriales, materiales calcinados, procedentes de la demolicion y reciclado 
de firmes existentes o aridos manufacturados con caracterfsticas mejoradas. 

1.3. C rrterio de gra nulometria 

Los productos obtenidos a lo largo del proceso de extraccion y tratamiento de 
aridos son separados y clasificados por tamanos para su posterior dosificacion, 
mezcla y empleo en las diferentes capas del firme. Se distinguen tres grandes grupos de 
aridos en funcion de su granulometrfa y propiedades generales: 

(a) Aridos qruesos: Estan compuestos fundamentalmente por gravas. Este tipo 
de aridos presentan tamanos comprendidos entre 60 y 5 mm. y conforman el 
esqueleto mineral en cualquier tipo de zahorra o mezcla bituminosa. 

(b) Aridos finos: Se corresponden con las arenas, por lo que se excluyen 
aquellas partfculas que no atraviesen el tamiz de 5 mm. de la serie UNE. 
Generalmente se emplean como recebo del arido grueso, de forma que 
ocupen los huecos existentes, para hacer la mezcla mas compacta. 

(c) Filler o rellenador: Se define como la fraccion mineral que pasa por el tamiz 
0.080 UNE; esta especie de polvillo fino se obtiene como un producto 
residual procedente del lavado de los aridos machacados. Dada su gran 
superficie especffica, desempena un papel fundamental en las mezclas 
bituminosas, mejorando en ciertos casos sus propiedades reologicas. 



20 



Materiales petreos 



Pmceso de extraccion y clasificacion de aridos 



EXTRACCION 
Y1RANSPORIE 




MACHAQUEOY 
CLASHCACION 



V9 



MACHAQUEO 
PRIMARIO 



O MANIPULACION ®P* 

O i j£^fl'"V CR1BAS 
^ O O/ PRIMARIAS 




ACOPIOS FINALES 



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Luis Banon Blazquez 



2. PROPIEDADESYCARAC1ERI2ACIONDELDSARIDOS 



La aptitud de un arido como material de construccion depende de las 
propiedades ffsicas y qufmicas de sus partfculas, por lo que es necesario establecer 
procedimientos normalizados de ensayo para su determinacion. Ademas, segun sea la 
capa del firme a la que vaya destinado, se le exigiran ciertas propiedades y 
caracterfsticas que aseguren su correcto comportamiento. 

Para asegurar que las muestras ensayadas sean 
representativas del conjunto del lote, es necesario 
establecer un procedimiento de toma de muestras, 
recogido en la Norma NLT-148. El numero y la forma de 
seleccion de las muestras varfa en funcion del tipo de 
material tratado, empleandose generalmente cuartea- 
dores para erradicar las posibles heterogeneidades; de 
esta forma se asegura cierta fiabilidad en los resultados 
obtenidos. 

A continuacion estudiaremos las propiedades 
mas resenables de los aridos desde el punto de vista de 
su empleo en afirmados, asf como los procedimientos 
de ensayo requeridos para su determinacion. Casi todos 
ellos estan referidos al arido grueso, por lo que se 
dedica un apartado especial a los finos y el filler. 




Fig. 20.1 - Cuarteador 



2.1. Propiedades de conjunto: gianulometna 

El analisis granulometrico (NLT-150) tiene por objeto determinar la 
distribucion de tamanos de las partfculas existente en una muestra seca de arido. Para 
ello se emplea una serie normalizada de tamices, ordenados de mayor a menor luz de 
malla, a traves de los cuales se hace pasar el material. Para determinar la fraccion 
ultrafina (filler) se emplea un procedimiento especffico (NLT-151) y un tamiz 0.080 UNE. 

Es importante conocer esta distribucion, ya que influye de forma decisiva en la 
resistencia mecanica de la capa del firme que contenga dicho arido. La normativa 
espanola, en base a la experiencia adquirida a lo largo de los anos, recoge diversos 
husos granulometricos para los diversos tipos de zahorras que pueden emplearse en 
carreteras, debiendo ajustarse a ellos la curva granulometrica del arido ensayado. 

Al igual que ocurria con los suelos, pueden distinguirse dos tipos de curvas 
granulometricas: 

(a) Granulometrfa discontfnua: La curva presenta picos y tramos pianos, que 
indican que varios tamices sucesivos no retienen material, lo que indica que 



20 



Materiales petreos 



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A 








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Huso 
lometrico 
















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GRANULOMETRi A CONTI NUA GRANULOMETRJ A Dl SCONTI NUA 



Fig. 20.2 - Curvas granulometricas 

la variacion de tamahos es escasa. Dentro de este caso destaca el Macadam, 
formado por aridos de machaqueo de tamano uniforme. 

(b) Granulometrfa contfnua: La practica totalidad de los tamices retienen 
materia, por lo que existe una variacion escalonada de tamanos de grano y 
la curva adopta una disposicion suave y continua. Las zahorras naturales y 
artificiales se engloban dentro de este grupo. 



2.2. Forma y ta ma no de los a lidos 

La forma de un arido da una idea de la aptitud de su esqueleto mineral y, por 
tanto, de su resistencia mecanica. Para determinar la geometrfa de un arido son 
necesarias una serie de definiciones previas: 

- El tamano medio de una fraccion de arido es la semisuma de las aperturas de 
los tamices que definen dicha fraccion mineral, es decir, por los que pasa y no 
pasa el arido: 

D PASA + D 
-p ivyi _ HAbA NOPASA 



- La lonqitud (L) de un arido es la mayor de sus dimensiones. 

- El espesor (e) o grosor de un arido coincide con la menor dimension del mismo. 

Segun su forma, pueden distinguirse principalmente cuatro tipos de aridos: 
redondeados, cubicos, lajas y agujas. Generalmente los primeros son de origen 
puramente natural, procedentes de depositos fluviales o eolicos, mientras que los 
segundos se obtienen mediante procesos de machaqueo. Los dos ultimos -lajas y 
agujas- son los que presentan un mayor riesgo de rotura en presencia de carga, por lo 
que debe limitarse su proporcion en el arido. 



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Luis Banon Blazquez 



MORPOLDGIA DE LPS AR1DOS 

Atendiendo a sus dimensiones principales 







Cubico 



Redondeado 



Laja 



Aguja 



Fig. 20.3 - Formas caracteristicas de los aridos 

Se define como laja a todo aquel arido cuyo espesor sea inferior a 3/5 del 
tamano medio de la fraccion mineral correspondiente. De igual modo, aguja es 
cualquier arido cuya longitud sea superior en 9/5 al tamano medio del arido. 



LAJA 



•T.M. ; AGUJA 



L > 



T.M. 



Iridic e de lajasy agujas 

Para determinar la proporcion de estos elementos en la totalidad de la muestra 
de arido, se definen los indices de lajosidad (lajas) y apuntamiento (agujas) como el 
porcentaje en peso de lajas o agujas respectivamente, sobre el total de la muestra: 



Peso de las lajas 
Peso de la muestra total 



100 



Peso de las agujas 
Peso de la muestra total 



•100 



Ambos fndices se obtienen como medida directa de las dimensiones de las 
partfculas que componen la muestra; en el procedimiento normalizado (NLT-354), cada 
fraccion tamizada se hace pasar por dos calibres: uno formado por barras metalicas que 
retendra las agujas, y otro que dejara pasar por la ranura unicamente aquellas 
partfculas que sean lajas. 

Angulosidad 

Otro aspecto morfologico que tambien influye en la resistencia de un arido es su 
angulosidad: si posee caras fracturadas con aristas vivas y una superficie rugosa 
presentara un mayor rozamiento interno, lo que hara al material mas resistente 
mecanicamente. La angulosidad se evalua midiendo el porcentaje de partfculas con dos 
o mas caras de fractura. (NLT-358) 



20 



Materiales petreos 



INDIC E DE LAI AS Y AG Ul AS 

NLT-354 








CALIBRE DE LAJAS 




CALIBRE DE AGUJAS 



Fig. 20.4 - Determinacion del indice de lajas y agujas 

En este sentido, los aridos cubicos obtenidos mediante machaqueo son los mas 
apropiados, ya que unen a su forma regular una alta angulosidad y rugosidad textural. 

Tama no maximo 

En cuanto al tamaho maximo de los aridos, hay que apuntar que generalmente 
viene limitado por factores relativos al espesor de la capa extendida, trabajabilidad del 
material, segregation, etc. Tambien es importante restringir el contenido en partfculas 
finas, dada la influencia que tienen en la plasticidad. 



2.3. Resistencia mecanica a I desgaste 

Un aspecto fundamental a la hora de evaluar la validez de un arido para su 
empleo en firmes es determinar su comportamiento mecanico en las condiciones reales 
de funcionamiento de la vfa. Para evaluar dicho comportamiento, asf como la 
degradacion de sus propiedades mecanicas a lo largo del tiempo, existen una serie de 
ensayos que, si bien logran determinar las propiedades mecanicas de dicho arido de 
forma aislada, no consiguen caracterizar el estado tensional del arido en el conjunto del 
firme. 

Los ensayos mas empleados en carreteras son el de desgaste de Los Angeles 

-llamado asf porque fue en esta ciudad Californiana donde empezo a utilizarse- y el 
ensayo de friabilidad, aunque existen otros, tales como el Deval frances, que apenas 
son empleados en nuestro pais. 



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Luis Banon Blazquez 



Ensayo de desgaste de Los Angeles 

Este ensayo (NLT-149) trata de medir la perdida de masa que sufre un arido al 
someterlo a un proceso continuado de desgaste. Se fundamenta en someter una 
determinada cantidad de muestra -previamente lavada y convenientemente separada 
en siete granulometrfas distintas- a la accion de la maquina de Los Angeles, compuesta 
por un cilindro hueco de acero (tambor) atravesado longitudinalmente por un eje en su 
parte central que posibilita su giro. 

En ella se introduce tanto la muestra de arido como una carga abrasiva, 
compuesta por un numero variable de esferas de acero macizo en funcion de la 
granulometrfa ensayada. Una vez dentro, se hace girar el tambor con una velocidad 
angular constante, dando entre 500 y 1000 vueltas, segun la granulometrfa del arido. 




Fig. 20.5 - Maquina de Los Angeles 

Una vez acabado este proceso, se separa la fraccion retenida por el tamiz 1,6 
UNE para lavarla y desecarla en estufa antes de efectuar su pesada. El coeficiente de 
desgaste de Los Angeles vendra dado por la relacion entre la masa perdida -diferencia 
entre inicial y final- y el peso inicial de la muestra de arido, expresada en tanto por cien: 



LA. 



Peso inicial - Peso final 
Peso inicial 



100 



Un indice superior a 50 indica la mala calidad y escasa resistencia al desgaste de 
un arido, lo que le hace inservible para su uso en carreteras. En cambio, un valor inferior 
a 20 da idea de la excelente calidad y bajo desgaste del arido, pudiendo emplearse en 
firmes, especialmente en la capa de rodadura. 



20 



Materiales petreos 



Ensayo de friabilidad 

La friabilidad es la resistencia que presenta un arido a su degradacion y rotura 
de sus vertices y aristas por efecto de una presion exterior. 

El ensayo de friabilidad (NLT-351) se basa en la simulacion de las condiciones 
tensionales a las que se halla sometido un arido en el firme. Para ello, se introduce una 
muestra de arido previamente tratada y compactada en un molde metalico y es 
apisonada gradualmente aplicando una carga mediante un piston al que se acopla un 
plato rfgido para distribuirla uniformemente. 

La velocidad de aplicacion de la carga debera ser tal que esta alcance su valor 
maximo en un tiempo inferior a 10 minutos, manteniendo dicho valor durante 2 minutos 
mas. Tanto la carga aplicada como el tamaho del molde varfan en funcion de la 
granulometrfa empleada en el ensayo. 

Una vez concluida esta fase, se procede a tamizar los finos producidos durante el 
apisonado, empleando tamices de 5, 2.5 6 1.6 mm. en funcion de la granulometrfa 
ensayada. El coeficiente de friabilidad se calcula como la relacion entre el peso de los 
finos obtenidos y el peso inicial de la muestra: 

Peso del material fino 
Peso inicial 

El inconveniente de emplear este fndice es la alta dispersion de resultados que da 
para una misma muestra de arido, por lo que son necesarias muchas determinaciones 
para hallar un valor suficientemente representative Todo ello hace que no se emplee 
actualmente, por lo que el ensayo de Los Angeles se ha impuesto como estandar. 



2.4. Resistenc ia a I pulido 

La resistencia al pulimento de las partfculas de un arido, o lo que es lo mismo, su 
resistencia a perder aspereza en su textura superficial, influye notablemente en la 
resistencia al deslizamiento cuando dicho arido se emplea en la capa de rodadura. 



Para medir la degradacion de los aridos como consecuencia de la continuada 
friccion ocasionada por el paso de vehfculos se han ideado diversos procedimientos de 
ensayo, entre los que destacan el pendulo de friccion y el ensayo de pulimento § 

acelerado. 



Pendulo de friccion 

Mediante este ensayo (NLT-175) se determina el coeficiente de rozamiento inicial 
que presenta un arido. Para ello se emplea el pendulo de friccion del TRRL britanico 
(Skid Resistance Tester), que es el mismo que se utiliza para medir el CRD en 



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20 



Luis Banon Blazquez 



pavimentos (ver Capftulo 3); este se deja caer desde cierta altura, rozando la muestra 
de arido previamente tratada y recorriendo una cierta distancia 5 de frenado. En funcion 
de dicha distancia se obtiene el coeficiente de rozamiento inicial del arido. 

Ensayo de pulimento aceleiado 

Este ensayo (NLT-174) trata de reflejar el proceso de pulido progresivo al que 
se ve sometido un arido en la capa de rodadura del firme. Para ello, se confeccionan 
cuatro probetas rectangulares constituidas por entre 40 y 60 partfculas de arido 
embebidas en mortero hidraulico y colocadas una a una por su cara mas adecuada, de 
forma que la superficie a pulimentar sea lo mas plana posible. 

Las probetas se colocan radialmente en la rueda de ensayo, que posteriormente 
se acoplara a la maquina de pulimento acelerado. En dicha maquina tambien se halla 
montada una rueda neumatica, que pretende simular el efecto del paso de vehfculos. 

Para conseguir el efecto de degradacion a largo plazo, se emplean productos 
abrasivos combinados con agua. Asi, se somete a las muestras a dos ciclos 
consecutivos de 3 horas de duracion: en el primer ciclo la muestra se somete a un 
regimen de arena silfcea normalizada y agua, mientras que en el segundo se introduce 
una mezcla de polvo de esmeril y agua. 

Una vez concluido el proceso de pulimento, se determina el coeficiente de 
pulimento acelerado con el pendulo de friccion del TRRL. Los estudios realizados dan 
validez a este ensayo, comprobandose que el coeficiente de rozamiento del arido se 
estabiliza en un periodo comprendido entre 3 y 6 meses despues de la puesta en 
funcionamiento de la carretera. 



ENSAYO DE PULIMENTO ACELERADO 



Abrasivo 



Neumatico 
de goma 




NLT-174/175 




Fig. 20.6 - Ensayo de pulimento acelerado 



20 



Materiales petreos 




Fig. 20.7 - Pendulo de friccion del TRRL (NLT-175) 



20 



Luis Banon Blazquez 



2.5. Duiabilidad 

La vida media de una carretera ronda los 20 anos, por lo que es necesario que los 
materiales que integran cada una de sus capas resistan la accion erosiva de elementos 
como el agua o los agentes atmosfericos. 

En este sentido, son importantes los ensayos que determinan la porosidad y 
absorcion de agua de un arido; un mayor numero de huecos favorece la penetracion 
del agua, que deposita en los poros las sales disueltas en su seno, provocando la rotura 
del arido por un proceso de crecimiento cristalino (hialoclastia). 

La crioclastia es otro fenomeno similar, aunque mas propio de climas frfos, donde 
el firme esta sometido constantemente a procesos de hielo/deshielo, lo que provoca un 
cambio de volumen en el agua intersticial, que acaba debilitando y rompiendo los aridos. 

Los ensayos mas comunmente empleados para determinar la durabilidad de un 
arido son los mencionados a continuacion: 

(a) Densidad relativa v absorcion: Encaminado a determinar la densidad del 
arido, su porosidad -tanto cuantitativa como cualitativamente- y su 
capacidad de absorcion de agua. (NLT-153 a 157) 

(b) Ensavo de heladicidad: En este ensayo, el arido se lava, se seca y se pesa, 
para posteriormente introducirse durante 48 h. en agua, de forma que quede 
totalmente saturado. Posteriormente, se somete a 10 6 12 ciclos de 
congelacion/descongelacion, que haran que parte de la masa se disgregue. 
La relacion hielo/deshielo se halla pesando secando la muestra final desecada 
y determinando la diferencia entre sus pesos inicial (Pi) y final (P f ): 

H/D = P ^ P ^100 
Pi 

(c) Accion de sulfatos: Sustituye al ensayo de heladicidad por ser mas rapido y 
sencillo de realizar; esto es debido a que los sulfatos cristalizan mas rapida- 
mente, produciendo el mismo efecto en menos tiempo. Este ensayo mide la 
resistencia a la desintegracion de los aridos bajo la accion de una solucion 
saturada en sulfato sodico o magnesico durante un tiempo de 16 a 18 horas. 
El fndice final se calcula de manera analoga al anterior ensayo: 

h/d = J5ji!jl.ioo 

P 



2.6. Afinidad entre arido y betun 

Entre los fenomenos fisicoqufmicos que se dan en la superficie de los aridos, el 
que mas interes tiene desde nuestro punto de vista es la adhesividad entre el ligante 
bituminoso y el arido en cuestion. 



20 



Materiales petreos 



La afinidad de los ligantes con la superficie de los aridos es un complejo 
fenomeno en el que intervienen gran cantidad de factores ffsicos y qufmicos, destacando 
la presencia de agua, ya que polariza la superficie de los aridos, dividiendolos en dos 
grupos: acidos y basicos. 

La acidez de un arido este directamente relacionada con su contenido en sflice y 
determina la afinidad de este por el agua (hidrofilia), lo que hace que su adhesividad 
natural sea deficiente y se recurra al empleo de productos tensoactivos para mejorarla. 
Por el contrario, los aridos basicos -entre ellos los calizos- son poco hidrofilos y 
presentan una excelente afinidad con los ligantes hidrocarbonados. 

Para determinar estas caracterfsticas existen diversos ensayos, de entre los 
cuales abordaremos los mas empleados en este pais: 

(a) Ensavo de inmersion-compresion (NLT-162): Es uno de los mas empleados 
en Espana, y mide el efecto del agua sobre la cohesion de mezclas 
bituminosas compactadas. Para llevarlo a cabo se confeccionan dos probetas 
de arido seco y betun, una de las cuales se deja fraguar sumergida en agua. 
Posteriormente se rompen a compresion ambas probetas, comparandose las 
resistencias en cada una de ellas. 

(b) Ensavo de la envuelta (NLT-145): Se introducen en un cazo una muestra del 
arido y la correspondiente emulsion bituminosa, removiendose vigorosa- 
mente para conseguir una mezcla fntima. Posteriormente se observa 
visualmente la impregnacion, comprobandose que al menos el 95% de los 
aridos estan totalmente recubiertos de betun. Es un ensayo muy subjetivo. 




Fig. 20.8 - Buena y mala adhesividad en un arido 



20 



Luis Banon Blazquez 



2.7. Pnopiedades de las parte ulasfinas 

La mayorfa de las propiedades y ensayos vistos anteriormente hacen referencia a 
aridos gruesos, por lo que en este apartado vamos a centrar nuestra atencion en 
estudiar las particularidades que presentan los elementos finos y ultrafinos. 

Aridos finos 

El arido fino empleado en firmes se caracteriza fundamentalmente por tres 
propiedades: limpieza, plasticidad y adhesividad. 

Un aspecto fundamental para el buen comportamiento de los aridos en cualquier 
capa de firme es su limpieza; en este sentido, los aridos no deben estar excesivamente 
contaminados de materia organica, polvo o partfculas arcillosas. La norma NLT-172 se 
encarga de definir un coeficiente de limpieza para aridos finos, de tal forma que no 
presenten elevada plasticidad. Asi se asegura que, en presencia de agua, la capa de la 
que forman parte conserve sus caracterfsticas resistentes y no existan problemas de 
adhesividad con los ligantes hidrocarbonados. 

Para determinar el grado de plasticidad del arido fino se emplea el metodo del 
equivalente de arena (NLT-113), ya visto en el capftulo de suelos y al cual nos 
remitimos. Un equivalente inferior a 20 corresponde a un arido muy contaminado, 
mientras que uno superior a 50 da idea de la pureza del arido fino. 

Otro aspecto a cuidar es la adhesividad del arido-ligante, dada la gan superficie 
espeeffica de este tipo de partfculas. A estos efectos se emplea el procedimiento de 
Riedel-Weber (NLT-355), consistente en introducir el arido envuelto por el ligante en 
diversas soluciones de carbonato sodico con concentraciones crecientes, observando 
cual de ellas produce desplazamiento del ligante. 

Filler o rellenador 

El filler empleado en carreteras puede proceder del machaqueo de los aridos, 
tratarse de un producto comercial de naturaleza pulverulenta (cemento, cenizas 
volantes, etc.) o un polvo generalmente calizo especialmente preparado para este fin. 

La normativa espanola da ciertas recomendaciones acerca de si el filler de las 
capas bituminosas puede ser el propio de los aridos o debe ser un material de 
aportacion externa; en cualquier caso, debe tratarse de un material no plastico. En las 
restantes capas del firme, esta fraccion se considera conjuntamente con el arido fino, 
siendo por supuesto de su misma naturaleza. 

Los ensayos de caracterizacion del filler habitualmente exigidos son el de 
emulsibilidad (NLT-180) y el de densidad aparente en tolueno (NLT-176). Con el 
primero se analiza si el filler presenta mayor afinidad con un ligante tipo que con el 



20 



Materiales petreos 



agua, mientras que con el segundo se comprueba la finura del filler, ya que si es 
excesiva podria dar problemas de envuelta con el propio ligante. 



3. EMPLEO DELDSARIDOSEN IASDISHNTASCAPASDELHRME 

Todas las propiedades y ensayos aplicados a los aridos vistos anteriormente 
tienen un interes relative y solo algunos de ellos adquieren cierta importancia 
dependiendo de la capa del firme a la que vaya destinado dicho arido. 

El siguiente esquema recoge las caracterfsticas exigibles al arido en cada capa, 
asf como los ensayos que determinan dichas propiedades: 



Gruposde aridos empleados en caireteras 



Capa 


Exigencias 


Ensayos 


RODADURA 


■ Arido bien graduado 

■ Resistente a las cargas de trafico 

■ Bajo desgaste al pulido 

■ Inalterable ante agentes externos 

■ Buena forma y angulosidad 

■ Fraccion fina poco contaminada 

■ Muy baja o nula plasticidad 

■ Buena adhesividad con los ligantes 


- Granulometrico 

- Forma y angulosidad 

- Pulimento acelerado 

- Desgaste de Los Angeles 

- Accion de sulfatos 

- Inmersion-compresion 

- Equivalente de arena 

- Emulsibilidad del filler 


INTERMEDIA 



BINDER 


■ Tamanos de grano adecuados 

■ Buena capacidad portante 

■ Desgaste moderado 

■ Inalterabilidad quimica aceptable 

■ Buena forma y angulosidad 

■ Baja plasticidad 

■ Finos y filler poco contaminados 

■ Buena adhesividad con los ligantes 


- Granulometrico 

- Forma y angulosidad 

- Desgaste de Los Angeles 

- Inmersion-compresion 

- Equivalente de arena 

- Emulsibilidad del filler 


BASE 


■ Poco desgaste ante las cargas 

■ Buena calidad del arido fino 

■ Capacidad drenante 

■ Bajo contenido en materia 
organica 

■ Adecuada forma de las particulas 

■ Buen comportamiento ante los 
ciclos de helada 


- Granulometrico 

- Forma: lajas y agujas 

- Desgaste de Los Angeles 

- Hielo/deshielo o sulfatos 

- Equivalente de arena 


SUB-BASE 


■ Poco exigente mecanicamente 

■ Durabilidad aceptable 

■ Alta permeabilidad 

■ Poca plasticidad del filler 

■ Buen comportamiento ante los 
ciclos de helada 


- Granulometrico 

- Desgaste de Los Angeles 

- Hielo/deshielo o sulfatos 

- Equivalente de arena 



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20 



Luis Banon Blazquez 



4. VALDRAC ION CRITIC A 

Es necesario tener en cuenta que muchas veces el criterio economico se impone 
sobre el resto, y determina la utilizacion de un determinado arido, en detrimento de su 
calidad. Por ello, la abundancia de afloramientos rocosos se convierte en un factor 
decisivo a la hora de emplear un determinado tipo de roca. 

En Espana, las calizas son con diferencia las rocas mas abundantes en 
superficie, lo que unido a su facilidad de machaqueo y a su caracter basico -que le 
otorga una gran adhesividad con el betun- convierte a este tipo de aridos en los mas 
empleados en casi todas las capas del firme, exceptuando la capa de rodadura en vias 
de cierta envergadura, dada su baja resistencia al pulido. 

El arido sihceo procedente de rocas como areniscas o conglomerados esta 
tambien ampliamente difundido en la penfnsula; de hecho, existen zonas donde se 
emplean solo gravas procedentes de su machaqueo, al ser este el unico material 
existente. Presentan excelentes cualidades mecanicas y baja resistencia al desaste y al 
pulimento, por lo que son idoneos para todas las capas del firme. Plantean el 
inconveniente de ser muy acidas, lo que dificulta su adhesividad con el betun. 

Los aridos igneos, entre los que se hallan los porfidos, son rocas relativamente 
abundantes aunque de diffcil machaqueo, lo que encarece su coste. Dada su alta 
resistencia al pulimento y su forma cubica y rugosa son idoneas para su empleo en las 
capas de rodadura e intermedia del firme. La mayorfa de ellos poseen un alto contenido 
en silice, lo que hace que su comportamiento con el betun no sea el deseable, aunque 
actualmente existen aditivos mejoradores de adhesividad que solucionan este problema. 

Las rocas metamorficas -pizarras, esquistos y gneises- no suelen ser apropiadas 
para la construccion de carreteras, dado su alto fndice de lajosidad. Pueden excluirse las 
cuarcitas, rocas mas compactas procedentes de la transformacion de cuarzoarenitas, 
aunque su elevada dureza haca poco rentable su machaqueo. Ademas, presentan un 
caracter muy acido, dado que estan formadas por cuarzo en su totalidad. 



20 




Los productos bituminosos son conocidos y empleados por el hombre desde hace 
mas de 5.000 anos, aunque es en la actualidad cuando se ha alcanzado un mayor grado 
de desarrollo en la tecnologfa de obtencion, tratamiento y aplicacion de este tipo de 
compuestos procedentes de la descomposicion de materia organica fosilizada. 

Bajo la denominacion comun de ligantes hidrocarbonados se engloban todos 
los materiales aglomerantes constituidos por mezclas complejas de hidrocarburos. De 
todos ellos, los mas empleados en carreteras son fundamentalmente los betunes 
asfalticos y sus derivados, aunque a menor escala tambien se emplean los asfaltos 
naturales y los alquitranes, de peores caracterfsticas de cara a su empleo en firmes 
de carreteras. 

Los ligantes bituminosos presentan una serie de caracterfsticas comunes, entre 
las que destacan su aspecto viscoso y de color oscuro, su comportamiento termo- 
plastico -variacion de su viscosidad con la temperatura- y su buena adhesividad con 

los aridos. 

Para clasificar y caracterizar las propiedades de este grupo de compuestos que 
entran a formar parte de en la composicion de mezclas asfalticas, riegos, esta- 
bilizaciones y tratamientos superficiales, es necesario establecer una serie de 
procedimientos normalizados de ensayo, que abarquen tanto sus caracterfsticas ffsicas, 
su manejo y puesta en obra y su comportamiento general en el contexto del firme. 



Luis Banon Blazquez 



1. BE1UNESASFALHCOS 

Tecnicamente, los betunes asfalticos o de destilacion se definen como 
aquellos productos bituminosos solidos o viscosos, naturales o preparados a partir de 
hidrocarburos naturales por destilacion, oxidacion o cracking, que contienen un pequeno 
porcentaje de productos volatiles, poseen caracterfsticas aglomerantes y son esen- 
cialmente solubles en sulfuro de carbono. 

De forma mas resumida e inteligible, los betunes asfalticos son productos 
derivados del petroleo de aspecto oscuro y viscoso, con caracterfsticas aglomerantes y 
propiedades termoplasticas que hacen apropiado su empleo en firmes. Tambien reciben 
el nombre de betunes de penetracion, ya que es el ensayo de penetracion quien los 
caracteriza y clasifica. 

Loa asfaltos propiamente dichos son materiales compuestos por una mezcla de 
betunes e impurezas insolubles en sulfuro de carbono (C 2 S), estas ultimas en una 
proporcion superior al 5%. La nomenclatura americana no hace esta sutil distincion 
entre betunes y asfaltos, agrupando ambos grupos en una sola palabra: tar. 

1.1. Pnocedenc ia y obtenc ion 

Existen dos formas conocidas de procedencia de los betunes aptos para su 
empleo en carreteras: 

(a) Betunes naturales: Proceden de la descomposicion de organismos marinos, 
aflorando a la superficie en lagos de asfalto o impregnados en las rocas. 
Destaca por su importancia el asfalto de Trinidad, que se extrae de un 
gran lago de asfalto existente en la isla del mismo nombre; posee mas de un 
50% de betun natural y tiene excelentes propiedades plasticas, resistentes e 
impermeabilizantes, por lo que se emplea en la pavimentacion de vfas. 

(b) Betunes artificiales: Se obtienen como subproductos del petroleo, una 
mezcla de hidrocarburos con impurezas. Segun sea la naturaleza del mismo 
se conseguiran betunes mas o menos aptos para su empleo en carreteras. 
Asf, los crudos de base paraffnica -constituidos por hidrocarburos saturados- 
requieren un proceso de oxidacion parcial para su refino; por contra, los de 
base naftenica -no saturados- son ideales para obtener betunes asfalticos. 

La obtencion de betunes asfalticos a partir de crudos del petroleo se realiza en 
las refinerfas, empleandose para ello diversas tecnicas y procesos industriales: 

- Destilacion: Se basa en la separacion de los diversos componentes del petroleo 
en base a su volatilidad. La figura de la pagina siguiente muestra un esquema 
de este proceso continuo de fraccionamiento. 



21 



Productos bituminosos 



PkDceso de destilacion de los productos bituminosos 



ESQ UEM A VISUAL 






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DESTlLfiOOS — GftSOLEQ 

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Productos 
muy ligeros 



Gasolina 
y naftas 



Queroseno 



Gasoleo 



Aceites lubricantes 



Fuel-oil 



Residuos 
asfalticos 



BETUN 
ASFALTI CO 



Agua 



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PROCESODE 
DESnLACION 



BETUNES 
FLUIDIFICADOS 



Emulsionante 



EMULSIONES 
BITUMINOSAS 



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21 



Luis Banon Blazquez 



- Oxidacion: Los betunes asfalticos se obtienen mediante un complicado proceso 
quimico de oxidacion a partir de los residuos mas pesados de los propios crudos 
del petroleo, que no posefan suficiente cantidad de compuestos asfalticos. 

- Cracking: Bajo este onomatopeyico nombre se esconde un proceso quimico que 
consiste en romper ffsicamente los enlaces de grandes cadenas de hidro- 
carburos saturados, denominadas polfmeros, para obtener betunes. 

1.2. Nature leza y c omposic ion 

Qufmicamente, el betun esta formado por una mezcla de hidrocarburos cfclicos 
saturados derivados de los ciclanos (cicloparafinas), caracterizados por presentar una 
estructura anular con un elevado numero de atomos de carbono. Su composicion 
centesimal en peso es la siguiente: 



ELEMENTOS MAYORITARIOS 

Carbono 80-88% 

Hidrogeno 9-12% 



ELEMENTOS Ml NORITARIOS 

Oxigeno 0-5% 

Azufre 0-3% 

Nitrogeno 0-2% 



Desde el punto de vista de su naturaleza, el betun es un sistema coloidal de 
tipo gel, cuya fase continua esta constituida por un medio fluido aceitoso, mientras que 
la fase discontinua se halla compuesta por una microemulsion de cuatro tipos de 
compuestos diferentes: 

(a) Maltenos: Son blandos, ya que contienen la practica totalidad de la parafina 
del betun, confiriendole a este ductilidad y plasticidad, y proporcionandole 
estabilidad a temperatura ambiente. 

(b) Asfaltenos: Partfculas negras y amorfas que por la accion del calor aumentan 
de volumen; no se funden, transformandose en carbenos y perdiendo sus 
propiedades aglomerantes. Son los componentes mas duros, confiriendo al 
betun estabilidad, cuerpo y adhesividad; tambien son los responsables de 
buena parte de sus propiedades reologicas. 

(c) Carbenos: Son cuerpos negros brillantes con una gran proporcion de 
carbono. Provienen de la oxidacion de los asfaltenos y resinas asfalticas. Un 
contenido de este tipo de elementos superior al 2% hace perder al betun sus 
propiedades ductiles y adhesivas, volviendolo fragil e inutil para su uso. 

(d) Carboides o resinas asfalticas: Son elementos solidos de color rojizo u 
oscuro, capaces de reblandecerse a altas temperaturas. 

La composicion tipica de un betun asfaltico derivado del petroleo oscila entre 
un 55 y un 80% de carbenos, 19 a 44% de asfaltenos y menos del 1.5% de carbenos. 
Por su parte, los betunes naturales -como el asfalto de Trinidad- contienen entre un 64 
y un 72% de maltenos, un 35 a 27% de asfaltenos y un 0.5 a 1.5% de carbenos. 



21 



Productos bituminosos 



1.3. Propiedades 

En general, todos los betunes presentan una serie de caracterfsticas ffsicas 
comunes, tales como su color oscuro, la facultad de presentar buena adhesividad con 
la superficie de las partfculas minerales o su inmiscibilidad con el agua. 

En cuanto a su comportamiento mecanico, debe decirse que es muy complejo y 
que depende de varios factores, como son la solicitacion aplicada, el tiempo durante el 
que esta actua o la temperatura ambiente. Todo este complejo comportamiento trata de 
explicarse desde el punto de vista global de la reologia 

Las propiedades mas destacables de los betunes desde el punto de vista de la 
tecnica de construccion de carreteras son las siguientes: 

(a) Adhesividad: Facilidad que presenta el betun para adherirse a la superficie de 
una partfcula mineral. Esta caracterfstica es muy importante en mezclas 
asfalticas, donde betun y aridos deben formar un conjunto homogeneo y 
continue Para mejorarla, puede recurrirse al uso de activantes. 

(b) Viscosidad: Se define como la resistencia que oponen las partfculas a 
separarse, debido a los rozamientos internos que ocurren en el seno del 
fluido. En el caso de los betunes varia con la temperatura, lo que da una idea 
de su susceptibilidad termica. 

(c) Susceptibilidad termica: Indica la propension que presenta el betun a variar 
ciertas propiedades reologicas -especialmente la viscosidad- con la tempe- 
ratura. Gracias a esta propiedad pueden manejarse con facilidad a altas 
temperaturas, presentando una mayor estabilidad a temperatura ambiente. 

(d) Plasticidad: Define el comportamiento mecanico del betun ante diferentes 
estados ffsicos y temporales de carga. Un betun poco plastico no soportara 
deformaciones excesivas sin que se produzcan grietas o desconchamientos. 

(e) Envejecimiento: Fenomeno de degradacion y transformacion qufmica de los 
componentes del betun debido a la accion oxidante del aire y la presencia de 
humedad y radiaciones solares, haciendo que el betun pierda sus 
propiedades reologicas y adhesivas. 

En base a las propiedades anteriormente descritas, pueden establecerse las 
caracterfsticas que deberfa cumplir el ligante ideal: 

- Debe ser fluido durante su puesta en obra para que sea trabajable y penetre 
en profundidad, recubriendo la superficie de los aridos y dandoles adherencia. 
Para ello se calienta a altas temperaturas, sin llegar a inflamarlo. 

- Por el contrario, debe ser suficientemente consistente y viscoso a tempe- 
raturas ambiente altas, para que el firme sea poco deformable bajo la accion 
continuada de las cargas de trafico, sin que presente fenomenos de fluencia. 



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21 



Luis Banon Blazquez 



- A bajas temperaturas debe presentar flexibilidad, para que el pavimento no se 
vuelva fragil y quebradizo, y trabaje de la forma como se ha ideado. 

- La pelfcula de ligante debe tener un espesor suficiente para que el proceso de 
envejecimiento no le afecte en demasfa. 

1.4. lipologfa y nomenc latum 

Como ya se ha comentado, los betunes asfalticos tambien reciben el nombre de 
betunes de penetracion, debido a que es el ensayo de penetracion el que los clasifica 
de forma primaria y establece su nomenclatura. 

Dicho ensayo -que sera tratado con mayor amplitud en el apartado dedicado a 
ensayos- consiste en la introduccion de una aguja tarada y calibrada en una muestra de 
betun que se halla a una temperatura constante de 25 Q C, midiendose la profundidad a la 
que Mega a penetrar el punzante elemento. 

La normativa espanola (PG-4) establece la siguiente nomenclatura para betunes 
asfalticos en funcion de dicho ensayo: 

B Ml N/ MAX 

donde B es la sigla que caracteriza a los betunes de penetracion 

MIN es el valor mfnimo tolerable de penetracion en decimas de milfmetro 
MAX es el valor maximo tolerable de penetracion en decimas de milfmetro 

Existen seis tipos de betunes contemplados por las especificaciones espanolas: 
B 20/30, B 40/50, B 60/70, B 80/100, B 150/200, B 200/300 

En funcion de su penetracion, estos betunes se clasifican en dos grandes grupos: 

(a) Blandos: Presentan altos valores de penetracion, lo que los hace poco 
apropiados para zonas calidas, ya que pierden consistencia a temperaturas 
relativamente altas. Por otro lado son idoneos en zonas frfas, al no volverse 
rfgidos y quebradizos. De este tipo son los betunes B 80/100, B 150/200 y 
B 200/300. 

(b) Duros: Al contrario que los anteriores, son mas consistentes -rfgidos y 
viscosos- a altas temperaturas, por lo que son aptos para su uso en zonas 
calidas. En cambio, en climas mas frfos tienen un peor comportamiento que 
los anteriores. A este grupo pertenecen los betunes B 20/30, B 30/50 y 
B 60/70. 

Naturalmente, el valor del ensayo de penetracion caracteriza pero no define 
completamente a los betunes, por lo que es necesario recurrir a una serie de ensayos 
que seran descritos en proximos apartados, y que sirven para definir diferentes aspectos 
especfficos del betun relativos a su comportamiento mecanico y puesta en obra. 



21 



Productos bituminosos 



2. PRODUCTOS DERIVADOSDEUOSBETUNES 

Aparte de su empleo directo en obra como conglomerate, el betun puede ser 
tratado para obtener otros productos con propiedades mas especfficas para acometer 
diversas funciones, empleados tambien en la construccion de carreteras. Es el caso de 
los betunes fluidificados y fluxados, las emulsiones bituminosas o los betunes 
modificados. 



2.1. Betunes fluidificados y fluxados 

Los betunes fluidificados -denominados tambien cut-backs- son derivados de 
los betunes asfalticos que se obtienen por disolucion de los mismos en un aceite o 
fluidificante, presentando por tanto una viscosidad mas reducida. Fueron ideados y 
desarrollados en su dia para facilitar el empleo de los betunes de penetracion en 
situaciones donde las temperaturas o el tipo de tratamiento exigen viscosidades de 
aplicacion menores a las que pueden obtenerse normalmente, incluso calentando 
fuertemente el ligante. 

El fluidificante no es mas que un aditivo que se elimina posteriormente por 
evaporacion, y cuya unica mision es unicamente facilitar su puesta en obra. Aun asi, sus 
caracterfsticas y proporcion en la mezcla con el betun sirven para llegar a obtener un 
ligante con las propiedades de aplicacion deseadas. 

Debe tenerse en cuenta que durante el proceso de evaporacion del fluidificante o 
curado se pierde un producto de alto valor, ademas de suponer una fuente de 
contaminacion atmosferica y un riesgo ahadido de combustion accidental dado el 
caracter inflamable de este tipo de productos. 




Fig. 21.1 - Extendido de una capa de mortero con betun fluidificado 



21 



Luis Banon Blazquez 



lipologfa y nomenc latum 

Las especificaciones espanolas establecen dos tipos de betunes fluidificados: 

- Betunes de curado rapido (FR): El fluidificante esta compuesto por derivados 
ligeros del petroleo, muy volatiles, como las gasolinas o las naftas. Dan betunes 
medios, con penetraciones entre 80 y 120. 

- Betunes de curado medio (FM): En este caso, la volatilidad de los productos 
fluidificantes es media o baja, empleandose petroleo o queroseno. Dan betunes 
blandos, con penetracion entre 120 y 300. 

Dentro de cada uno de estos grupos, existen tres subtipos con proporciones 
decrecientes de fluidificante y viscosidad creciente: 100, 150 y 200. Asf, los 100 tienen 
entre el 45 y el 50% de fluidificantes, los 150 entre el 28 y el 33%, y los 200 entre el 17 
y el 22%. Aquellos betunes con el mismo numero de identificacion poseen una 
viscosidad analoga; esta viscosidad es creciente con dicho numero. 

En funcion de todos estos grupos, existen seis tipos de betunes fluidificados, con 
las siguientes nomenclaturas: 

FR-100, FR-150, FR-200, FM-100, FM-150, FM-200 

La puesta en obra de este tipo de betunes requiere un menor calentamiento, 
pudiendose incluso emplear a temperatura ambiente en el caso de los menos viscosos. 
Se emplean sobre todo en riegos de imprimacion y adherencia, tratamientos 
superficiales y estabilizaciones de capas granulares. 

A rafz de la crisis del petroleo de 1.974, el consumo de betunes fluidificados ha 
descendido en favor de las emulsiones bituminosas; actualmente en nuestro pafs, 
apenas el 2% de los ligantes asfalticos empleados pertenecen al grupo de los 
fluidificados, aunque en determinados pafses -especialmente los productores de petro- 
leo- siguen empleandose de manera significativa. 

Betunes fluxados 

Se definen como los productor resultantes de la incorporacion a un betun 
asfaltico de fracciones Ifquidas, mas o menos volatiles, procedentes de la destilacion del 
alquitran. En este tipo de betunes, el elemento fluxante es un derivado de la hulla o 
alquitran a diferencia de los fluidificados, donde el fluidificante tenfa un origen derivado 
del petroleo. 

Las especificaciones espanolas reconocen dos tipos de betunes fluxados, el 
FX 175 y el FX 350, este ultimo con una menor cantidad de fluxante y, por tanto, con 
mayor viscosidad. Dan betunes de tipo medio, con penetraciones entre 100 y 150. 

Este tipo de betunes se utilizan en algunas aplicaciones muy especificas, como los 
tratamientos superficiales, mas en concreto los riegos monocapa con doble engravillado. 



21 



Productos bituminosos 



2.2. Emulsiones bituminosas 

Una emulsion es una dispersion de un Ifquido en forma de pequenas gotitas 
microscopicas -fase discontinua- dentro de otro que constituye la fase continua, no 
siendo miscibles ambos entre sf. En el caso de las emulsiones bituminosas empleadas 
carreteras, la fase discontinua es de tipo bituminoso o aceitoso (betun ligeramente 
fluidificado) de entre 3 y 8 jim de diametro, mientras que la fase continua es acuosa; 
vulgarmente, dirfamos que se trata de betunes mojados con agua. 

Al igual que la fluidificacion, la emulsion tiene por objeto facilitar la puesta en 
obra del betun, e incluso poder trabajar con el en condiciones meteorologicas adversas, 
como la lluvia o el frfo. Esto es posible gracias a que las emulsiones bituminosas son 
productos hquidos a temperatura ambiente, con una viscosidad tan reducida que no 
suelen necesitar ningun tipo de calentamiento. 

Su fabricacion se realiza en molinos coloidales, maquinas compuestas por un 
estator y un rotor separados por escasos milfmetros, con una potencia capaz de producir 
la dispersion de ambos productos -agua y betun caliente- al pasar entre ellos. Esta 
mezcla se realiza en presencia de un agente emulsionante o emulgente, que cumple 
una triple funcion: 

- Aumentar la resistencia al desplazamiento por el agua tras la puesta en obra, 
facilitando asf la adhesividad del betun con los aridos. 

- Facilitar la dispersion de las partfculas de betun. 

- Evitar la posterior aglomeracion de las partfculas, al cargarlas todas 
electricamente con una misma polaridad (+ 6 -), haciendo asf almacenable la 
emulsion. 

lipologfa y nomenc latum 

Las emulsiones se dividen en dos tipos totalmente opuestos, en base a la 
polaridad que el emulgente proporciona a las partfculas de betun: 

(a) Emulsiones anionicas (A): Presentan caracter basico, estando las partfculas 
de betun cargadas negativamente, por lo que presentan buena adhesividad 
con aridos alcalinos o alcalinoterreos tales como las calizas, que se ionizan 
positivamente al contacto con el agua. Son las mas antiguas. 



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(b) Emulsiones cationicas (C): En ellas, las partfculas de betun se cargan ^ 

positivamente, lo que les confiere un caracter que facilita la adherencia de ^ 

aridos acidos, con alto contenido en sflice; tambien son compatibles con la 
mayorfa de aridos calizos. 

Un factor importante en este tipo de productos es la rotura, que se da cuando 
las micelas o partfculas de betun se vuelven a juntar, segregandose del agua y 



21 



Luis Banon Blazquez 



constituyendo una pelfcula bituminosa continua. Visualmente es facil de determinar este 
instante, ya que la mezcla pasa de color marron a negro. 

Este proceso no debe confundirse con el de curado de los betunes fluidificados; 
en emulsiones fabricadas con este tipo de betunes se dan ambos procesos: primero, 
separacion del agua, y despues, evaporacion de los fluidificantes del betun. 

La cinetica de rotura de una emulsion, es decir, la velocidad en que este proceso 
se produce, se rige por diversos factores: 

- El tipo de emulsion empleada : cationica o anionica. En las primeras, la rotura es 
mucho mas rapida, ya que se produce repentinamente por la atraccion qufmica 
de las particulas de betun con la superficie del arido. En las anionicas, la 
evaporacion del agua es el factor que controla la cinetica de reaccion. 

- La naturaleza del arido , ya que su contenido en sflice determinara el inicio del 
proceso de rotura en emulsiones de tipo cationico. 

- La temperatura exterior v la presencia de viento , causantes de la rapida 
evaporacion del agua. 

En funcion de la velocidad de rotura, las emulsiones se clasifican en tres tipos: de 
rotura rapida (R), rotura media (M) y rotura lenta (L). 

La nomenclatura de una emulsion se compone de las siguientes siglas: 

E P V- N [d] 

donde E es la sigla que caracteriza a las emulsiones bituminosas 

P hace referenda a la polaridad, pudiendo ser anionica (A) o cationica (C) 

V define la velocidad de rotura: rapida (R), media (M) o lenta (L) 

N es un numero que indica a el contenido maximo de agua en la emulsion, 

siendo este menor cuanto mayor es el coeficiente 
d es un caracter opcional que indica que el betun residual es mas duro del 

habitualmente obtenido (60/100 en lugar de 130/200) 

En funcion de estos factores, la normativa espanola contempla 15 tipos de 
emulsiones distintas, a saber: 

■ Anionicas: EAR-0, EAR-1, EAR-2, EAM, EAL-1, EAL-2 

■ Cationicas: ECR-0, ECR-1, ECR-2, ECR-3, ECM, ECL-1, ECL-2 

Los dos tipos restantes, EAI y ECI, corresponden a emulsiones especiales para 
riegos de imprimacion, con contenidos mfnimos de betun residual del 40%, y una 
proporcion de fluidificante de entre el 10 y el 20%. 

Aparte de para riegos de imprimacion, las emulsiones se emplean para 
confeccionar mezclas bituminosas en frfo, morteros silfceos (slurrys), lechadas bitumi- 
nosas, tratamientos superficiales y riegos de adherencia. 



21 



Productos bituminosos 



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EMULSION ANIONIC A 







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EMULSION CAHONICA 



Fig. 21.2 - Estructura ionica de las micelas de betun en una emulsion 



21 



Luis Banon Blazquez 



2.3. Lig antes mod ific ados 

Aunque con los productos ya vistos se cubren la practica totalidad de necesidades 
que pueden surgir en la construccion de carreteras, existen situaciones en las que el 
ligante debe ofrecer una mejor respuesta: grandes cargas de trafico, condiciones 
externas agresivas, gran variabilidad termica, etc. 

Los ligantes modificados surgen para tratar de cubrir este hueco; con ellos se 
pretende mejorar ciertas caracterfsticas con respecto a los betunes convencionales, 
como la susceptibilidad termica, reologfa, comportamiento mecanico y fluencia, adhesi- 
vidad pasiva, resistencia al envejecimiento o una mayor durabilidad. 

La composicion de este tipo de productos tiene como ingrediente basico un betun 
de penetracion o una emulsion bituminosa, al que se le incorporan aditivos de diversa 
naturaleza que modifiquen ciertas propiedades. 

Aditivos empleados 

El primer aditivo del que se tiene constancia de su aplicacion en firmes fue el 
latex, empleado en la construccion de una carretera en Francia en el ano 1.902. 
Actualmente, los aditivos empleados son de muy diversa naturaleza, consiguiendo cada 
uno de ellos mejoras en ciertas propiedades de la mezcla; los mas extendidos son los 
polfmeros, que se dividen en plastomeros y elastomeros termoplasticos. Tambien se 
emplean fibras naturales, asfaltos, caucho, azufre, etc. 



Aditivos empleados en ligantes modificados 



UPO DE ADITIVO 


EIEMPLOS 


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O 

LU 

O 

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Plastomeros 




• Etileno-acetato de vinilo (EVA) 

■ Etileno-acetato de metilo (EMA) 

■ Polietileno (PE) 

■ Polipropileno (PP) 

■ Poliestireno (PS) 


Elastomeros 
termoplasticos 




• Estireno-butadieno-estireno (SBS) 

■ Estireno-butadieno (SBR) 

■ EPDM 

■ PBD 


FIBRAS 




■ Amianto 

■ Celulosa 

■ Fibras acrflicas 


OTROS 
PRODUCTOS 




■ Asfaltos naturales 

■ Caucho natural o reciclado 

■ Azufre 



21 



Productos bituminosos 



La inclusion de polfmeros aumenta el coste inicial del ligante, llegando a alcanzar 
hasta el doble de valor que otro convencional. Sin embargo, este sobrecoste queda 
ampliamente compensado a lo largo de la vida util de la carretera, dado que este tipo de 
ligantes reduce las operaciones de mantenimiento y alarga la vida de servicio del 
pavimento. Ademas, con los ligantes modificados pueden ejecutarse capas de menores 
espesores que las ordinarias obteniendo unas prestaciones equivalentes, ademas de 
una reduccion de costes. 



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1 1 1 1 
Betun convencional de 
tipo duro (B 30/40) 






















Betun modificado con 
















Betun modificado con — 
plastomeros (EVA) 
















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elastomeros (SBS) 






> 




^ 




Betun convencional 






































) 15 30 45 60 7 
TEMPERATURA (QC) 


5 


TIEMPO DE FATIGA DEL MATERIAL 


y 



Fig. 21.2 - Diagramas comparativos entre betunes convencionales y modificados 

lipologfa y nomenc latum 

La normativa reguladora de los compuestos bituminosos modificados (Artfculos 
215 y 216 del PG-4) distingue dos grupos: los betunes modificados y las emulsiones 
modificadas. 

Dentro de los betunes modificados, designados con las iniciales BM, se 
distinguen siete tipos en funcion de su penetracion y su dosificacion. El grado de dureza 
del betun se cuantifica con un numero del 1 al 5, siendo mas blando cuanto mayor es 
este coeficiente. Los betunes en cuestion y su fndice de penetracion son los siguientes: 

BM-1 (15/30), BM-2 (35/50), BM-3a, BM-3b y BM-3c (55/70), 
BM-4 (80/130), BM-5 (150/200) 

Los betunes mas duros (BM-1 y BM-2) se emplean en refuerzos y capas 
resistentes a las roderas; los tres del tipo BM-3 son los mas utilizados, empleandose en 
firmes drenantes y capas resistentes a la fatiga; por ultimo, los mas blandos (BM-4 y 
BM-5) son de interes en tratamientos superficiales y antifisuras. 






V) 

s 



E 
< 



21 



Luis Banon Blazquez 



Por su parte, las emulsiones modificadas tienen una denominacion analoga a 
las convencionales, con la salvedad de que se les anade el sufijo "m" para indicar que 
estan modificadas con polfmeros. Las especificaciones espanolas distinguen seis tipos: 

ECR-lm, ECR-2m, ECR-3m, ECM-m, EAM-lm, ECL-2m 

Este tipo de productos se emplea en riegos de adherencia y tratamientos 
superficiales (ECR), mezclas bituminosas en frfo (EAM, ECM) y lechadas en frfo y 
microaglomerados (ECL). Tambien se utilizan conjuntamente con los geotextiles para 
confeccionar membranas antifisuras, denominadas SAMI. 

Betimes sintetic os 

Se trata de ligantes especificamente disenados para satisfacer una de las mas 
viejas pretensiones de los Ingenieros de carreteras: la obtencion de aglomerados 
asfalticos coloreados. Esto no era posible con los betunes tradicionales, ya que la 
elevado proporcion de asfaltenos impedia su pigmentacion, incluso con elevadas dosis 
de colorante. 

El salto cualitativo que proporcionan este tipo de betunes es que carecen de 
asfaltenos, mostrando en lamina delgada un aspecto transparente, por lo que admiten 
cualquier tipo de pigmentacion. Ademas, mantienen unas propiedades mecanicas y 
reologicas muy similares a los betunes de penetracion tradicionales que presenten la 
misma penetracion. 




Fig. 21.3 - Extension de una membrana SAMI para un tratamiento antifisuras 



21 



Productos bituminosos 



Este tipo de pavimentos fueron introducidos en nuestro pafs en el ano 1.991 
procedentes de Francia, y fueron profusamente utilizados en la confeccion de 
pavimentos para viales zonas de estacionamiento en Barcelona y Sevilla, con motivo de 
losjuegos Olfmpicos y la Exposicion Universal, dando excelentes resultados. 

3. ALQUITRANES 

Los alquitranes son productos hidrocarbonados en estado liquido o semisolido 
que resultan de la destilacion del carbon de nulla. Las principales fuentes de obtencion 
del alquitran son las fabricas de gas ciudad y los hornos de coque metalurgico, donde se 
obtiene como subproducto. En ambos casos, el producto resultante es bruto y no 
presentando cualidades para su empleo, por lo que es necesario un proceso posterior de 
destilacion y reconstruccion, obteniendo el alquitran reconstituido. 

Los alquitranes brutos no se emplean al ser poco viscosos y no tener suficiente 
poder aglomerante, siendo mas valiosos para la extraccion de productos como el agua o 
el benzol. Su destilacion es de tipo termofraccionada, empleando hornos tubulares que 
eliminan primeramente el agua para pasar a destilar aceites cada vez mas pesados; el 
residuo pastoso que queda al final del proceso recibe el nombre de brea. 

Precisamente, las breas se emplean junto con ciertos aceites obtenidos en el 
proceso de destilacion para obtener el alquitran reconstituido, que si es utilizable en 
carreteras. Los aceites tambien se emplean por separado como fluidificantes, dando 
lugar a los betunes fluxados vistos anteriormente. 

Nature leza 

Desde el punto de vista quimico, los alquitranes son sistemas coloidales de tipo 
sol -a diferencia de los betunes, que eran geles- cuya fase dispersa se halla formada 
por un conjunto de micelas de pesos moleculares altos rodeadas por un medio aceitoso 
constituido por hidrocarburos de peso molecular inferior. 

Esta estructura es la principal culpable las malas propiedades que los alquitranes 
ofrecen como ligantes -alta susceptibilidad termica y rapido envejecimiento- aunque 
tambien les dota de ventajas en su adhesividad con todo tipo de aridos y la resistencia 
que ofrecen al ataque de productos derivados del petroleo. 



La normativa espanola distingue entre dos tipos de alquitranes, AQ y BQ, segun 
los tipos de aceites y breas que intervienen en su composicion. Los del tipo AQ 
presentan una brea mas dura y unos aceites mas volatiles que los del tipo BQ. 



V) 

s 



lipologia y nomenclature |£ 



< 



21 



Luis Banon Blazquez 



Estos tipos se subdividen a su vez en dos y tres grupos respectivamente, 
atendiendo a su temperatura de equiviscosidad, que es aquella en la que el tiempo 
de fluencia del alquitran es de 50 segundos. 

La nomenclatura empleada en alquitranes es la siguiente: 

X Q - N 

donde X es la sigla que define el tipo de alquitran (A 6 B) 
N es la equiviscosidad de dicho alquitran 

Segun lo anteriormente dicho, se tipifican cinco tipos de alquitranes, a saber: 
AQ-38, AQ-46, BQ-30, BQ-58, BQ-62 

Alquitranes polimerizados 

En las ultimas decadas se han desarrollado unos ligantes especiales polimeri- 
zando el alquitran con cloruro de polivinilo (PVC), resinas epoxi, poliester y otros 
compuestos sinteticos. El resultado obtenido, equiparable al de los betunes modificados, 
es una ostensible mejora de su comportamiento reologico: mayor resistencia al 
envejecimiento, menor susceptibilidad termica, etc. 

Este tipo de compuestos se emplea sobre todo en pavimentacion industrial, 
estaciones de servicio, estacionamientos de vehiculos pesados y maquinaria de obra, 
carriles-bus y otras infraestructuras para camiones. Con la llegada de los betunes 
modificados, los alquitranes polimerizados han caido en desuso. 

4. ENSAYOSAPUC ABIES AUG ANTES 

Los ensayos empleados en ligantes bituminosos tienen por objeto identificar el 
producto, encuadrandolo en uno de los diversos tipos definidos por la normativa 
espanola y comprobar que satisfacen las especificaciones fijadas por la misma. Dichos 
ensayos se hayan regulados por las normas NLT del Laboratorio de Transporte y 
Mecanica del Suelo del CEDEX, aunque con motivo de la entrada de nuestro pafs en la 
Union Europea estan siendo progresivamente sustituidas por las normas EN del Comite 
Europeo de Normalizacion. 

Los procedimientos de ensayo para betunes asfalticos y residuales (en los 
fluidificados y las emulsiones) pueden agruparse en tres bloques diferenciados, en 
funcion del aspecto del producto que tratan de caracterizar: 

(a) Ensayos relativos a las caracterfsticas del producto: Determinan diversas 
caracterfsticas fisicas del ligante, tales como su peso especifico, solubilidad, 
contenido en cenizas o grado de humedad. 



21 



Productos bituminosos 



(b) Ensavos relativos a su uso v puesta en obra: Tratan de caracterizar diversos 
factores que garantizan un seguro y correcto manejo en obra de este tipo de 
productos. Destacan los ensayos de puntos de inflamacion y combustion o el 
de perdida de volatiles por calentamiento. 

(c) Ensavos relativos al comportamiento mecanico v reoloqico en el firme: Cuan- 
tifican las propiedades que influyen en la reologfa del ligante una vez puesto 
en obra: penetracion, viscosidad, punto de reblandecimiento, ductilidad y 
fragilidad son los ensayos mas importantes. 

Aparte de estos ensayos genericos, existen otros especfficamente disenados para 
betunes fluidificados y emulsiones bituminosas que tratan de caracterizar diversos 
aspectos del sistema coloidal formado por la dispersion del betun en un medio aceitoso o 
acuoso. 



Ensayos a plica bles a productos bituminosos 



















ENSAYOS APLI CABLES A 
PRODUCTOS BITUMINOSOS 
















1 


| 








Caracterfsticas 

del producto 


Relativos al 
manejo en obra 


Comportamiento 

en el firme 






























DENSIDADRELATIVA 

Medida del peso 
especifico del ligante 






INFLAMACION 






PENETRACION 




Temperatura a la que 
se inflama el betun 


Dureza del betun 
mediante aguja 


SOLUBILIDAD 


COMBUSTION 


VISCOSIDAD 


En tricloroetano, 
determina impurezas 


Temperatura a la que 
arde el betun 


Determinacion a 
varias temperaturas 


CENIZAS 


PERDIDA POR 
CALENTAMIENTO 

Evaporation de volatiles 


REBLANDECIMIENTO 

Fluencia del betun 
(anillo y bola) 


Da una idea de la 
pureza del betun 


DE LA MANCHA 




i 

i 
i 




DUCTI LI DAD 


Indica el grado de 
alteration del betun 


Capacidad del betun 
para estirarse 




Especificos de 
emulsiones 




CONTENIDOEN AGUA 

Proporcion de agua 
contenida en el betun 


FRAGILIDAD 


Temperatura a la que 
se agrieta el betun 




i i 
i i 
i i 



























21 



Luis Banon Blazquez 



Ensayos relativos a lascaiacteristicasdel prod uc to 

Este paquete de ensayos tienen la finalidad de definir ciertas caracterfsticas 
ffsicas primarias del producto, de manera que dan una idea de su calidad como material 
empleado en firmes y pavimentacion. Suelen realizarse en el laboratorio de control de 
calidad de la propia empresa fabricante, y siempre previamente a su union con los 
aridos y aditivos para formar las diferentes mezclas asfalticas existentes en el mercado. 

A continuacion se realizara una somera descripcion de los mas importantes: 

■ DENSIDAD RELATIVA (NLT-122): Se define como el cociente entre la masa de 
un determinado volumen de la muestra y la de un mismo volumen de agua a 
una temperatura de 25 Q C. Para ello se emplea el picnometro, un recipiente 
aforado de forma cilfndrica o troncoconica en el cual ajusta un tapon de vidrio 
perforado en su centro, consiguiendo un cierre hermetico. 

La densidad relativa de un betun de penetracion oscila entre 0.98 y 1.03, 
siendo mas elevada en los alquitranes, yendo en este caso de 1.10 a 1.25. 

■ SOLUBILIDAD EN TRICLOROETANO (NLT-130): Este ensayo determina la 
solubilidad de un producto bituminoso en disolventes organicos, permitiendo 
averiguar el contenido en impurezas y residuo solido del betun analizado. 
Ademas, se emplea para realizar ensayos de control de mezclas bituminosas 
durante o despues del periodo de construccion del pavimento. 

Teoricamente, la solubilidad del betun en este tipo de compuesto deberfa ser 
total, aunque se acepta un valor en ningun caso inferior al 99.5%. 

■ CONTENIDO EN CENIZAS (NLT-132): Se emplea para definir el contenido en 
cenizas, materia organica y otros residuos solidos inertes de un ligante en 
estado solido, semisolido o liquido, dando una idea de la pureza del betun. 

■ ENSAYO DE LA MANCHA (NLT-135): Indica si un asfalto ha sido alterado 
mediante descomposicion termica. Consiste en calentar una disolucion del 
propio betun y heptano a una temperatura de 32 Q C durante 15 minutos. Poste- 
riormente se vierte una gota de la misma en un papel de filtro, interpretandose 
de forma cualitativa la mancha que deja sobre este. 

Tiene el inconveniente de ser bastante subjetivo, por lo que no suele emplearse 
como requisito en las especificaciones relativas a productos bituminosos. 

■ CONTENIDO EN AGUA (NLT-123): Determina la cantidad de agua contenida en 
un material bituminoso. Se basa en la destilacion a reflujo de una muestra de 
dicho material mezclada con un disolvente volatil no miscible con el agua, el 
cual, al evaporarse, facilita el arrastre del agua presente, separandose 
completamente de ella al condensarse. No debe ser superior al 0.2%. 

Como sabemos, el contenido en agua de un betun es muy importante desde el 
punto de vista de su adhesividad, especialmente si es con aridos de tipo acido. 



21 



Productos bituminosos 



Ensayos relativos a I manejo del pioducto en obia 

Es de especial importancia conocer el comportamiento de los ligantes bituminosos 
en obra, dado que suelen servirse a altas temperaturas, muchas veces cercanas a su 
punto de inflamacion, para que presenten menor viscosidad y faciliten su puesta en 
obra. Tambien es interesante conocer el porcentaje de material que se pierde en forma 
de vapor como consecuencia de estas altas temperaturas. 

Los procedimientos de ensayo mas resenables en este aspecto son los siguientes: 

■ PUNTO DE INFLAMACION (NLT-136): El punto de inflamacion de un betun se 
define como la temperatura a la que comienza a producirse la inflamacion de 
los vapores desprendidos por dicho producto bituminoso. Si la temperatura del 
ligante sobrepasa dicho valor crftico deberan tomarse las precauciones 
oportunas durante la manipulacion del mismo para evitar el riesgo de incendio. 

El punto de inflamacion de un betun asfaltico oscila entre los 175 y los 235 Q C, 
dependiendo de la penetracion del mismo, siendo los mas duros los que 
alcanzan valores mas elevados. 

■ PUNTO DE COMBUSTION (NLT-127): Es la temperatura a la que se a produce la 
combustion de los vapores generados por el material bituminoso durante al 
menos 5 segundos. Se determina por medio del aparato Cleveland, colocando la 
muestra a analizar en un vaso expuesto a las condiciones ambientales y 
calentado mediante un mechero bunsen o cualquier otra fuente de calor. 

■ PERDIDA POR CALENTAMIENTO (NLT-128): Sirve para determinar la perdida en 
peso debida a la volatilizacion de los componentes mas ligeros -excluida el 
agua- de un producto bituminoso cuando es calentado de acuerdo con las 
prescripciones del mismo. 

Las especificaciones espanolas permiten perdidas de entre el 1.5 y el 0.5% en 
funcion de la dureza del betun empleado (cuanto mas duro, perdidas menores). 

Ensayos relativos al comportamiento del producto en el firme 

Este grupo de ensayos caracterizan las propiedades reologicas y mecanicas de un (/) 

ligante bituminoso una vez que la infraestructura de la que forma parte -el firme- ha Q 

entrado en servicio. Ademas, algunos de ellos sirven para tipificar los diferentes pro- ^ 

ductos reconocidos por la normativa espanola, de ahf su capital importancia. JE 

Seguidamente los estudiaremos con mas detenimiento: j£ 

■ PENETRACION (NLT-124): Este ensayo, del que ya se ha hablado en anteriores 
apartados, mide la penetracion de un betun asfaltico, estableciendo ademas su 
tipologfa. Para su determinacion se emplea el penetro metro, aparato 
compuesto por una aguja de dimensiones normalizadas tarada con una masa 
de 100 g. Dicha aguja se deja caer libremente durante 5 segundos sobre la 



< 



21 



Luis Banon Blazquez 



preparacion a ensayar, indicando en una regla graduada la penetracion de dicha 
aguja en decimas de milfmetro. 

En funcion de esta penetracion, los betunes se clasifican en dos grandes 
grupos: blandos y duros, como ya vimos en un apartado anterior. 

VISCOSIDAD: La viscosidad de un ligante es una caracterfstica esencial desde 
el punto de vista de su comportamiento tanto en las capas del firme como en su 
puesta en obra. En los ligantes hidrocarbonados, esta propiedad es funcion de 
su temperatura, por lo que su determinacion a diversas temperaturas define 
la susceptibilidad termica de este tipo de productos. 

En la practica suele determinarse la viscosidad relativa Saybolt (NLT-133 y 
NLT-138) empleando viscosfmetros tipo Saybolt (Furol o Universal), basada en 
la determinacion del tiempo que tarda en salir de dicho recipiente un volumen 
determinado de muestra a una temperatura previamente establecida. Un mayor 
tiempo implica una mayor viscosidad. 

En el caso de los alquitranes se emplea el sistema EVT o de equiviscosidad 
(NLT-188), fijandose el tiempo de ensayo en 50 segundos y determinando la 
temperatura a la que fluye el producto en dicho tiempo. El valor obtenido se 
emplea en la clasificacion tipologica de este tipo de ligantes. 

PUNTO DE REBLANDECIMIENTO (NLT-125): Se define como la temperatura a la 
que una probeta de material bituminoso en forma de disco, mantenida 
horizontalmente dentro de un anillo metalico, es obligada a deformarse por el 
peso de una pequena bola de acero hasta tocar la superficie de una placa 
de referenda, situada a 25,4 mm. (1") por debajo del anillo. El conjunto es 
introducido en un bano de agua y glicerina y calentado a una velocidad 
determinada. Popularmente, este ensayo recibe el sobrenombre de "anillo y 
bola", en referenda a los utensilios empleados en su realizacion. 

El resultado arrojado por este ensayo debe considerarse unicamente como un 
valor orientativo, ya que la consistencia de un betun es susceptible a diversos 
factores, tales como la temperatura o el estado tensional al que se halle 
sometido. 

DUCTILIDAD (NLT-126): La ductilidad de un betun se define como el alarga- 
miento en centfmetros que produce la rotura de una probeta en determinadas 
condiciones de temperatura (25 Q C) y velocidad de deformacion (5 cm/min). 
Guarda una estrecha relacion con la impermeabilidad de un firme, ya que la 
formacion de grietas permite el paso del agua a capas inferiores. 

El significado de la medida de la ductilidad es discutible, sobre todo teniendo en 
cuenta que betunes de igual penetracion pero de distinto origen presentan 
valores muy distintos. Lo que es indiscutible es que todo ligante debe tener la 
suficiente ductilidad para soportar las deformaciones producidas por los 
cambios termicos o por las solicitaciones generadas por el trafico. 



21 



Productos bituminosos 



PUNTO DE FRAGILIDAD (NLT-182): Este ensayo, denominado de Fraass, trata 
de medir la temperatura a la que una lamina bituminosa sometida a unas 
determinadas condiciones de flexion comienza a agrietarse. 

Este procedimiento no suele emplearse en betunes convencionales, aunque 
presenta cierto interes de cara a identificar y controlar los ligantes modificados, 
asi como otros productos especiales empleados en obras de diversa indole. 



PENCTfMCION ENOgmm. 




I T ■ 25 °J 



..: 



I 



ENSAYO DE 
PENE1RACION 



ENSAYO DE 
ANILIOYBOLA 






ENSAYO DE PUNTO 
DEFRAGIUDAD 



ENSAYO DE 
DUCHUDAD 



U 
i 




ENSAYO DE 
VISCOSIDAD 



VISCOSIMETRO 
C A PILAR 



Fig. 21.4 - Ensayos relativos al comportamiento de los ligantes 



21 



Luis Banon Blazquez 



A partir de los valores de penetracion a 25 Q C y del punto de reblandecimiento 
-ensayo de anillo y bola- puede determinarse el indice de penetracion de un betun, 
que da cierta idea acerca del tipo y las caracterfsticas reologicas del mismo. Los betunes 
normales empleados en firmes de carreteras deben tener fndices de penetracion entre -1 
y +1, siendo inferiores para los materiales de gran susceptibilidad termica y superiores 
en los betunes modificados con polfmeros (BMP). 




Fig. 21.5 - Abaco empleado en el calculo del indice de penetracion 



4. 1. Ensayos espec ffic os 



Aparte de los ensayos mencionados en este apartado, son necesario otros 
procedimientos especificos para aquellos productos bituminosos mezclados con otro 
elemento, como es el caso de los betunes fluidificados y las emulsiones bitumi- 
nosas. A continuacion describiremos brevemente los ensayos complementarios para 
este tipo de materiales. 



21 



Productos bituminosos 



Betimes fluid ific ados 

Dado su caracter fluido, existen determinados ensayos que no pueden realizarse 
con este tipo de productos: penetracion, punto de reblandecimiento, ductilidad o 
fragilidad, salvo que previamente se hayan separado fluidificante y residue 
entendiendo por tal el betun que queda despues de separar por destilacion el producto 
fluidificante. 

Para la caracterizacion de uno y otro componente se realiza el ensayo de 
destilacion fraccionada (NLT-134), que consiste en calentar escalonadamente el 
betun fluidificado, separando las distintas fracciones volatiles del fluidificante. De esta 
manera puede comprobarse si el fluidificante se halla mezclado en la proporcion y 
condiciones adecuadas, y si el betun residual -que puede ser ya sometido a ensayos 
genericos- tiene las caracterfsticas deseadas. 

Otro ensayo diferenciado es el del punto de inflamacion (NLT-136), aunque el 
fin perseguido es el mismo que en betunes de penetracion convencionales. 

Emulsiones brtuminosas 

Con las emulsiones bituminosas se realizan, aparte de algunos de los anteriores 
ensayos, otros mas espeefficos de identificacion y control de la emulsion, destacando los 
siguientes: 

(a) Referentes a la polaridad: Existen dos ensayos empleados para este aspecto: 
la determinacion de la carga de las particulas (NLT-194) y el pH de la 
emulsion (NLT-195), que se encargan de manera inmediata de determinar 
el caracter ionico de la emulsion, pudiendo esta ser anionica (carga negativa 
y pH>7) o cationica (carga positiva y pH<7). Dentro de cada una de estas 
dos familias, las variaciones del pH influyen directamente sobre la estabilidad 
y la adhesividad de la emulsion bituminosa. 

(b) Referentes a la estabilidad: En las emulsiones hay que distinguir dos tipos de 

estabilidad: a la rotura en presencia de agua o de un filler tipo y la de 

almacenamiento. 

V) 

La estabilidad a la rotura se determina a partir de su miscibilidad con agua y Q 

con cemento (NLT-143 y NLT-144). Las emulsiones de rotura rapida no ^ 

suelen poderse mezclar con agua, rompiendo inmediatamente al intentarlo. X 

La mezcla satisfactoria con una cantidad de cemento u otro tipo de filler es la $£ 

prueba concluyente de la estabilidad de una emulsion (sobreestabilizada o de ^ 
rotura lenta). 

Por otro lado, el ensayo de sedimentacion (NLT-140) caracteriza la almace- 
nabilidad de la emulsion. Suele hacerse dejando reposar una muestra 



21 



Luis Banon Blazquez 



durante una semana y midiendo el porcentaje de betun sedimentado en ese 
periodo de tiempo. 

(c) Referentes a la homoqeneidad: Existen diversos procedimientos para 
determinar el grado de uniformidad de una emulsion, destacando el analisis 
granulometrico de las particulas de betun a traves del microscopic el 
tamizado de la emulsion (NLT-142) o el conteo de las proporciones de los 
diversos tamanos mediante aparatos especiales. La granulometrfa de una 
emulsion determina en parte su viscosidad, almacenabilidad y estabilidad. 

(d) Referentes al contenido: Este ultimo grupo de ensayos sirve para clasificar la 
emulsion en funcion de los contenidos de ligante y agua (NLT-137 y 
NLT-139). Para ello se emplean procesos de destilacion, separando el agua, 
el betun residual y los fluidificantes, caso de existir. Con el betun residual 
pueden realizarse los ensayos propios ya comentados. 

5. ESPECIHCACIONESDELPG-4 

En funcion de algunos de los ensayos vistos anteriormente, el PG-4 establece las 
especificaciones que deberan cumplir los diferentes productos bituminosos, recogidas en 
las siguientes tablas: 



T62 










Especificacionesde alqurtranes 




CARACTERIST1CAS 


b 

z 


T1POS 


PROPIEDAD 


Ud 


AQ-38 


AQ-46 


BQ-30 


BQ-58 


BQ-62 


Mm 


Max 


Mm | Max 


Mm | Max 


Mm | Max 


Mm | Max 


EQUIVISCOSIDAD 


^C 


188 


38 ±1.5 


46 ±1.5 


30 ±1.5 


58 ±1.5 


62 ±1.5 


DENSIDAD RELATIVA 


- 


122 


1.10 


1.25 


1.11 


1.25 


1.10 


1.24 


1.13 


1.27 


1.13 


1.27 


CONTENIDO DE AGUA 


% 


123 


- 


0.5 


- 


0.5 


- 


0.5 


- 


0.5 


- 


0.5 


INDICE DE ESPUMA 


- 


193 


- 


8 


- 


8 


- 


8 


- 


8 


- 


8 


DESTILACION (en masa) 


% 


189 






















(a) hasta 2002C 






- 


0.5 


- 


0.5 


- 


0.5 


- 


0.5 


- 


0.5 


(b) de 200 a 270^C 






3 


10 


2 


7 


4 


11 


- 


3 


- 


2 


(c) de 270 a 3002C 






4 


9 


2 


7 


4 


9 


1 


6 


1 


5 


(b) + (c) 






- 


16 


- 


12 


- 


16 


- 


8 


- 


7 


REBLANDECIMIENTO 


^C 


125 


35 


53 


35 


55 


35 


46 


- 


56 


- 


56 


FENOLES (en volumen) 


% 


190 


- 


3 


- 


2.5 


- 


3 


- 


2 


- 


2 


NAFTALI NA (en masa) 


% 


191 


- 


4 


- 


3 


- 


4 


- 


2.5 


- 


2.5 


SOLUBILIDADTOLUENO 


% 


192 


- 


24 


- 


25 


- 


23 


- 


28 


- 


28 



Fuente: PG-4/88 



21 



Productos bituminosos 



Espec ific ac iones de betimes 



CARAClERISnCAS 


b 

z 


BE1UNES DE PENETRAC ION 


PROPIEDAD 


lid 


B 20/30 


B40/50 


B60/70 


B 80/ 100 


B 150/200 


B 200/300 








Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


BETUN ORIGINAL 






























Penetracion 


mm 


124 


20 


30 


40 


50 


60 


70 


80 


100 


150 


200 


200 


300 


Indice penetracion 


2C 


181 


-1 


+ 1 


-1 


+ 1 


-1 


+ 1 


-1 


+ 1 


-1 


+1 


-1 


+ 1 


Punto reblandecimiento 


2C 


125 


57 


69 


52 


61 


48 


57 


45 


53 


38 


45 


34 


41 


Fragilidad Fraass 


2C 


182 









-4 




-8 




-10 




-15 




-20 


Ductilidad 


cm 


126 


























a 252C 






50 




70 




90 




100 




100 








a 152C 


























100 




Solubilidad tricloroetano 


% 


130 


99.5 




99.5 




99.5 




99.5 




99.5 




99.5 




Contenido en agua (vol) 


% 


123 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 


Punto de inflamacion 


2C 


127 


235 




235 




235 




235 




220 




175 




Densidad relativa 25 9 C 




122 


1.00 




1.00 




1.00 




1.00 




1.00 




0.99 




RESIDUO 






























Variacion de masa 


% 


185 




0.5 




0.8 




0.8 




1.0 




1.4 




1.5 


Penetracion respecto B.O 


% 


124 


60 




55 




50 




45 




40 




35 




Variacion P. reblandecim. 


2C 


125 




7 




8 




9 




10 




11 




12 


Ductilidad 


cm 


126 


























a 252C 






35 




40 




50 




75 




100 








a 152C 


























100 





CARACTERiSTICAS 


b 

z 


BETUNES MODIHC ADOS 


PROPIEDAD 


Ud 


BIV 


-1 


Biv 


-2 


BM-3a 


BM-3b 


BM 


-3c 


BM-4 


BM-5 








Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


BETUN ORIGINAL 


































Penetracion 


mm 


124 


15 


30 


35 


50 


55 


70 


55 


70 


55 


70 


80 


130 


150 


200 


P. reblandecimiento 


2C 


125 


70 




65 




58 




60 




65 




60 




55 




Fragilidad Fraass 


2C 


182 




-4 




-8 




-10 




-12 




-15 




-15 




-20 


Ductilidad 


cm 


126 






























a 52c 










2 




4 




25 




30 




40 




50 




a 252c 






10 




























Flotador 


s 


183 


3000 




2000 




700 


1200 


2000 




1200 




1200 


Estabilidad almacenaje 




328 






























Dif. Punto. Rebland 9 


2C 


125 




5 




5 




5 




5 




5 




5 




5 


Dif. Penetracion 


2C 


124 




5 




8 




10 




10 




10 




12 




20 


Recuperacion elastica 


% 


329 






























a 252c 










10 




15 




40 




70 




60 




60 




a 402C 






15 




























Contenido en agua 


% 


123 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 


Punto de inflamacion 


2C 


127 


235 




235 




235 




235 




235 




220 




200 




Densidad relativa 




122 


1.0 




1.0 




1.0 




1.0 




1.0 




1.0 




1.0 




RESIDUO 


































Variacion de masa 


% 


185 




0.8 




0.8 




1.0 




1.0 




1.0 




1.4 




1.5 


Penetracion r/ B.O 


% 


124 


70 




70 




65 




65 




65 




60 




55 




Var. Punto. Rebland 9 


2C 


125 


-4 


+8 


-4 


+8 


-5 


+10 


-5 


+10 


-5 


+10 


-6 


+10 


-6 


+10 


Ductilidad 


cm 


126 






























a 52c 










1 




2 




12 




15 




20 




25 




a 252c 






5 





























Fuente: PG-4/88-97 



21 



Luis Banon Blazquez 



Espec ificac iones de emulsiones bituminosas 



CARACTERiSnCAS 


b 

z 


EMULSIONES ANIONIC AS 


PROPIEDAD 


Ud 


EAR-0 


EAR-1 


EAR-2 


EAM 


EAL-1 


EAL-2 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Viscosidad Saybolt 
Universal a 252C 


s 


138 




100 






















Furol a 25^C 
Carga de las particulas 
Contenido en agua (vol) 
Betun asfaltico residual 


% 
% 


194 
137 
139 








50 


50 




40 






100 




50 


negativa 


negativa 


negativa 


negativa 


negativa 


negativa 


43 


53 


60 


40 


65 


35 


57 


40 


55 


45 


60 


40 


Fluidificante por destilacion 
Sedimentacion (7 dias) 
Tamizado (Retenido 0.80 UNE) 
Demulsibilidad 


% 
% 
% 
% 


139 
140 
142 
141 


60 


7 

10 
0.10 


60 



5 

0.10 


60 



5 

0.10 




10 
5 

0.10 




8 
5 

0.10 





5 

0.10 


Mezcia con cemento 
Envuelta y resistencia al 
desplazamiento por el agua 
Arido seco 


% 


144 
196 
























2 


- 


- 


- 


Buena 


- 


- 


Arido despues del riego 

Arido humedo 

Arido humedo d/riego 

RESI DUO DESTI LACI ON 






- 


- 


- 


Aceptable 
Aceptable 
Aceptable 


- 


- 


























Penetracion 


mm 


124 


130 


200 


130 


200 


130 


200 


130 


250 


130 


200 


130 


200 


Ductilidad 

Solubilidad en tricloroetano 


cm 
% 


126 
130 


40 

97.5 




60 
40 

97.5 


100 


60 
40 

97.5 


100 


40 

97.5 




60 
40 

97.5 


100 


60 
40 

97.5 


100 



Fuente: PG-4/88 



CARAClERISnCAS 


b 

z 


EMULSIONES C ADONIC AS 


PROPIEDAD 


Ud 


ECR-0 


ECR-1 


ECR-2 


ECR-3 


ECM 


ECL-1 


ECL-2 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Mn 


Mx 


Viscosidad Saybolt 

Universal a 25 Q C 

Furol a 252C 

Furol a 50^C 
Carga de las particulas 
Contenido en agua (vol) 
Betun asfaltico residual 
Fluidificante destilado 
Sedimentacion (7 dias) 
Tamizado (Ret. o.soune) 
Mezcia con cemento 
Envuelta y r.d.agua 

Arido seco 

Arido despues riego 

Arido humedo 

Arido hum. d/riego 

RESIDUO 

Penetracion 

(Emulsiones duras [d]) 

Ductilidad 

Solubilidad tricloroetano 


s 

% 
% 
% 
% 
% 
% 

mm 

cm 
% 


138 

194 
137 
139 
139 
140 
142 
144 
196 

124 

126 
130 




100 




50 


20 




50 




20 






100 




50 


Positiva 


Positiva 


Positiva 


Positiva 


Positiva 


Positiva 


Positiva 


43 


53 

7 
10 

0.10 


57 


43 

5 
5 

0.10 


62 


38 

5 
5 

0.10 


66 


33 

2 
5 

0.10 


59 


35 

12 
5 

0.10 


55 


45 

10 
5 

0.10 


57 


43 



5 

0.10 

2 


- 


- 


- 


- 


Buena 
Aceptable 
Aceptable 
Aceptable 


- 


- 


130 

40 

97.5 


200 


130 
60 
40 

97.5 


200 
100 


130 
60 
40 

97.5 


200 
100 


130 

40 

97.5 


250 


130 
60 
40 

97.5 


200 
100 


130 
60 
40 

97.5 


200 
100 


130 
60 
40 

97.5 


200 
100 



Fuente: PG-4/88 



21 



Productos bituminosos 



T65 




Especific a ciones de emulsiones modmcadas 




CARAClERISnCAS 


b 

z 


EMULSIONES MODIHC ADAS 


PROPIEDAD 


Ud 


EC R-lm 


EC R-2m 


EC R-3m 


ECM-m 


EAM-m 


EC L-2m 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


EMULSION ORIGINAL 

Viscosidad Saybolt 
Furol a 252C 
Furol a 502C 

Carga de las particulas 
Contenido en agua (vol) 
Betun asfaltico residual 
Fluidificante por destilacion 
Sedimentacion (7 dias) 
Tamizado (Retenido 0.80 UNE) 
Mezcla con cemento 

RESI DUO DESTI LACI ON 

Penetracion 

(Emulsiones duras [d]) 

Punto reblandecimiento 

(Emulsiones duras [d]) 

Ductilidad 
Recuperacion elastica 


s 

% 
% 
% 
% 
% 
% 

mm 

cm 
% 


138 

194 
137 
139 
139 
140 
142 
144 

124 

125 

126 
329 




50 


20 




40 




20 




40 






50 


positiva 


positiva 


positiva 


positiva 


negativa 


positiva 


57 

120 
50 
45 
55 
10 
12 


43 

5 
5 

0.10 

200 
90 


63 

120 
50 
45 
55 
10 
12 


37 

5 
5 

0.10 

200 
90 


67 

120 
50 
45 
55 
10 
12 


32 

2 

5 

0.10 

200 
90 


59 

100 

40 

10 
12 


35 

12 
5 

0.10 

220 


57 

100 

40 

10 
12 


40 

10 
5 

0.10 

220 


60 

100 
50 
45 
55 
10 
12 


40 



10 
0.10 

2 

150 
90 



Fuente: PG-4/88 



T66 






Espec ific ac iones de betimes fluid ific ados 




CARAClERISnCAS 


b 


BE1UNES FLUIDIHC ADOS 






z 


FM- 


inn 


FM-150 


FM-200 


FR-100 


FR-150 


FR-200 


PROPIEDAD 


Ud 
























Min 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Mm 


Max 


Punto inflamacion v/a 


2C 


136 


38 




66 




66 








27 




27 




Viscosidad Saybolt 


s 


133 


























a 252C 






75 


150 










75 


150 










a 602C 










100 


200 










100 


200 






a 822C 














125 


250 










125 


250 


Destilacion (% total dest.) 


% 


134 


























a 1902C 








- 




- 




- 


15 












a 2252C 








25 




10 







55 




40 




8 




a 2602C 






40 


70 


15 


55 




30 


75 




65 




40 




a 3162C 






75 


93 


60 


87 


40 


80 


90 




87 




80 




Residuo destilacion 


% 


134 


50 


55 


67 


72 


78 


83 


50 


55 


67 


72 


78 


83 


Contenido en agua (vol) 


% 


123 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 




0.2 


RESIDUO 






























Penetracion 


mm 


124 


120 


300 


120 


300 


120 


300 


80 


120 


80 


120 


80 


120 


Ductilidad 


cm 


126 


100 




100 




100 




100 




100 




100 




Solubilidad tricloroetano 


% 


130 


99.5 




99.5 




99.5 




99.5 




99.5 




99.5 





V) 

s 



E 
< 



Fuente: PG-4/88 



21 



Luis Banon Blazquez 



6. APUCACIONESDELDSPRODUC1DSBI1UMINOSOS 

Son muchas y muy variadas las aplicaciones que presentan las diferentes familias 
de productos bituminosos existentes actualmente en el mercado. Aunque estas se nan 
ido esbozando a lo largo de todo el capftulo, el siguiente esquema trata de hacer un 
resumen recopilatorio de todas ellas: 



Aplicac iones de los productos bituminosos 



APUCACION 


upologia 


MEZCLAS BITUMINOSAS 
EN CALIENTE 




■ B 40/50, B 60/70, B 80/100 

■ BM-2, BM-3a, BM-3b, BM-3c 


MEZCLAS BITUMINOSAS 
EN FRiO 




■ EAM, EAL-1, ECM, ECL-1 

■ ECM-m, EAM-m, ECL-2m 


RIEGOS DE IMPRIMACION 




■ EAL-1, ECL-1, EAI, ECI 

■ FM-100 


RIEGOS DE ADHERENCIA 




■ EAR-0, EAR-1, ECR-0, ECR-1 

■ ECR-lm, ECR-2m 


TRATAMIENTOS SUPERFICI ALES 
CON GRAVILLA 




■ B 150/200, BM-5 

■ EAR-1, EAR-2, ECR-1, ECR-2, ECR-3 

■ ECR-2m, ECR-3m 

■ FX-175, FX-350 


LECHADAS BITUMINOSAS 
(Seal slurrys) 




■ EAL-1, EAL-ld, ECL-1, ECL-ld 

■ EAL-2, EAL-2d, ECL-2, ECL-2d 


ESTABILIZACIONES 

DE CAPAS 

GRANULARES 




■ EAM, ECM, EAM-m, ECM-m 

■ EAL-1, ECL-1, ECL-2, ECL-2m, ECR-2 

■ FM-100, FM-150, FM-200 


REFUERZOS Y CAPAS DE ALTO 
MODULO ELASTICO 




■ BM-1, BM-2 


FIRMES DRENANTES Y 
MICROAGLOMERADOS EN FRIO 




■ BM-3a, BM-3b, BM-3c 

■ ECL-2m 


TRATAMIENTOS ANTIFI SURAS 




. BM-4 
■ ECM-m 


FIRMES DE ESCASO TRAFICO 


■ AQ-38, AQ-46, BQ-30, BQ-58, BQ-62 



21 



Productos bituminosos 



7. MAQUINARIA EMPIEADA EN BE1UNES 

En el siguiente apartado se hace una breve description de la maquinaria generica 
empleada en las diferentes operaciones de procesado de un producto bituminoso, desde 
el momento en que es extrafdo el crudo hasta su puesta en obra como ligante. 

7.1. Refinerias 

Las refinerias de petroleo son grandes complejos industriales donde se obtienen 
diversos productos -gasolinas, queroseno, gas-oil, betunes- a partir de los crudos 
petrol fferos. Dichos crudos se transportan desde el lugar de extraccion en buques- 
tanque o a traves de oleoductos hasta la instalacion de refino. 

Una vez destilados, los betunes asfalticos se almacenan en depositos con 
sistemas de calentamiento homogeneo, a partir de los cuales se puede servir 
directamente a los clientes o llevar a cabo mezclas para obtener ligantes de 
caracterfsticas especiales. 

Existen diversos medios de salida del betun, bien a traves de camiones cisterna 
especiales, vagones de ferrocarril o grandes buques petroleros para realizar el 
transporte del producto a traves del mar. 

7.2. Insta lac iones de ma nejo y bombeo 

Las operaciones de transvase por tuberia de betunes asfalticos tiene que hacerse 
a altas temperaturas para que la viscosidad no sea excesiva, por lo que es importante 
un estudio detallado de la curva viscosidad-temperatura del ligante a transportar (Fig. 
21.4). Dichos conductos deben estar calorifugados, para lo que se usan materiales 
aislantes del calor tales como la lana de vidrio o el aglomerado de corcho. 

Aparte del aislamiento, hay que prever muchas veces sistemas de calefaccion, 
que en el caso de las tuberfas pueden hacerse mediante otros conductos de menor 
diametro que rodean a las anteriores, a traves de los que circula aceite caliente o vapor 
sobrecalentado. Las uniones de tuberfas deben hacerse por bridas, aunque se emplean U) 

con frecuencia las uniones soldadas. 






s 



Bombas 

E 
Para el bombeo de betunes se descartan las bombas centrffugas, empleandose ^ 

preferentemente las de paletas o engranajes, calentadas mediante camisas de vapor o 

aceite y siempre sobredimensionadas respecto a la potencia, para evitar su rotura en 

caso de espesamiento de la mezcla. En instalaciones de obra en maquinas, tales como 

cisternas regadoras, plantas mezcladoras de aglomerado, etc. se utilizan con frecuencia 

bombas de engranajes o de tornillo, con la mision especifica de poder dosificar los 



21 



Luis Banon Blazquez 



caudales a una presion fijada. Las bombas que se usan con los ligantes bituminosos 
suelen trabajar relativamente a pocas revoluciones, normalmente a menos de 1.000 por 
minuto. 

Cuando se trate de emulsiones bituminosas, debe procurarse que las bombas no 
produzcan turbulencias excesivas e introduzcan aire, ya que podria ponerse en peligro la 
estabilidad de la emulsion, formandose espuma y otros productos no deseados. 

7.3. Calentamiento de ligantes a sfalticos 

El calentamiento de los ligantes es uno de los problemas mas importantes desde 
el punto de vista de su utilizacion, ya que es necesario conservar una temperatura 
adecuada que los mantenga fluidos durante el transporte desde la planta de produccion 
hasta la obra y en los perfodos de almacenamiento, asf como para el bombeo y trasvase 
por tuberfa. 

El calor especffico de los betunes ronda valores proximos a 0.50, pero debido a 
su alta viscosidad su calentamiento es diffcil, ya que no se forman de modo inmediato 
corrientes de conveccion, existiendo peligro de segregacion termica, teniendo en una 
misma masa de betun partes excesivamente calientes y otras muy frfas. 

Los sistemas fundamentales de calentamiento son tres: el fuego directo, la 
circulacion de aceite y la circulacion de vapor de agua. De todos ellos, el primero no 
es recomendable por problemas de segregacion termica; el segundo es el mas empleado 
actualmente, dada su sencillez y economia, basandose en la circulacion de aceite 
caliente por un circuito cerrado denominado serpentfn; el ultimo de los sistemas plantea 
problemas de seguridad, al circular el vapor de agua a altas presiones, de hasta 7 atm. 

7.4. Almacenamiento y transporte 

Los depositos de ligantes bituminosos suelen ser de dos tipos, dependiendo del 
caracter de la instalacion: grandes y fijas o pequenas y temporales -caso de las plantas 
asfalticas instaladas en obra-, aunque ambos tienen en comun las materias primas de 
fabricacion: chapa de acero calorifugada con lana de vidrio u otro tipo de aislante 
termico analogo y recubierta exteriormente por una fina chapa de aluminio o acero. 

El calentamiento de los grandes depositos se realiza mediante serpentines de 
aceite, que calientan intensamente la zona mas proxima a la boca de salida. En los 
depositos pequenos sigue siendo frecuente el calentamiento por fuego directo. Todos los 
depositos poseen respiraderos para la evacuacion de gases, cuya inflamabilidad 
representa un serio peligro que debe erradicarse. 

El transporte de los productos bituminosos se hace mediante depositos moviles 
montados sobre camion o ferrocarril. Estos vehfculos deben presentar condiciones 



21 



Productos bituminosos 



mecanicas especiales -el refuerzo estructural y los sistemas rompeolas son algunos de 
ellos-, por lo que actualmente esta muy generalizado el uso de camiones con cisterna 
de aluminio, que disminuyen notablemente el peso muerto en el transporte. 




Fig. 21.6 - Planta de produccion de betunes modificados 



21 




Las capas granulares conforman la estructura resistente del firme, siendo las 
principales responsables de absorber y distribuir adecuadamente al terreno las tensiones 
que genera el trafico, de manera que no se produzcan deformaciones excesivas ni 
permanentes. 

A su vez, estas capas desempenan otros cometidos importantes, tales como 
preservar al firme del agua infiltrada a traves del terreno -evitando hinchamientos 
producidos por cambios de humedad o temperatura que acabaria deteriorando el firme-, 
contribuir a la durabilidad de la carretera o constituir una base adecuada para el 
pavimento en el caso de los firmes de hormigon. 

Todas estas funciones hacen que los aridos empleados, materia prima funda- 
mental y a veces unica de estas capas, cumplan unas estrictas exigencias de diversa 
fndole que garanticen su correcto comportamiento. Tambien es importante su adecuada 
preparacion y puesta en obra, debiendo procurar una compacidad maxima; asimismo 
deben evitarse situaciones perjudiciales, como pueden ser los fenomenos de segregacion 
del arido por tamanos. 

En el caso de que un suelo o un material granular no reuna las caracterfsticas 
exigibles para la capa que van a integrar se recurre al empleo de diversas tecnicas de 
estabilizacion mediante diversos tipos de aditivos o al empleo de gravas tratadas, 
consiguiendo alcanzar el nivel de calidad deseado. 



Luis Banon Blazquez 



1. GENERAUDADES 

El nombre de capas granulares -con el que se denominan todas aquellas capas 
que componen la parte inferior del firme- se debe a que estas unicamente estan com- 
puestas por aridos de distintos tamanos, unidos o no con algun tipo de producto 
conglomerante que mejore sus propiedades resistentes. 

Como ya dijimos en el capftulo dedicado a firmes, la funcion de estas capas 
dentro del firme es eminentemente resistente, encargandose de recoger, distribuir y 
absorber las solicitaciones verticales del trafico parcialmente atenuadas de las capas 
superiores y de terminar de absorber las horizontales. Ademas, deben poseer cierto 
caracter drenante y ser insensibles a la accion de la helada. 

1.1. CaiactensHcasexigibles 

Para llevar a cabo con exito las funciones anteriormente descritas, cualquier capa 
granular debe presentar las siguientes caracterfsticas fisicas y mecanicas: 

(a) Estabilidad mecanica: La capa debe resistir las cargas del trafico -bien sean 
aisladas o continuas- sin sufrir deformaciones excesivas, ni de forma perma- 
nente. En resumen, han de ser elasticas y poco deformables. 

(b) Compacidad: Cuanto mas compacta sea una capa -es decir, presente un 
bajo fndice de huecos- tendra una menor posibilidad de colapsar mecanica- 
mente, ofreciendo ademas mayor facilidad para su puesta en obra y 
posterior compactacion. 

(c) Durabilidad: La conservacion de las propiedades ffsicas y mecanicas exigibles 
a una capa a lo largo del tiempo es fundamental en toda obra de 
infraestructura, ya que garantiza su funcionalidad durante todo el periodo de 
proyecto, que viene a ser de entre 15 y 25 afios. Ademas, una degradacion 
excesiva de sus propiedades afectaria de forma directa a la estabilidad de las 
capas superiores. 

(d) Susceptibilidad al aqua: La presencia de una excesiva cantidad de finos 
puede provocar fenomenos de cambio de volumen en presencia de agua, que 
acaben abombando, rompiendo e inutilizando el firme. Un aspecto a 
remarcar es la accion del hielo en zonas de clima continental y periglaciar, 
provocando efectos similares a los descritos. 

(e) Permeabilidad: Determinadas capas granulares deben ser capaces de 
evacuar con rapidez el agua que penetra en ellas, alejandola de esta forma 
de capas superiores. Para ello, deben emplearse materiales drenantes con un 
gran fndice de huecos y practicamente carentes de finos. 



22 



Capas qranulares 



Estructura interna 

Los aridos que integran cada una de estas capas pueden provenir de diversas 
fuentes: graveras, canteras, plantas de machaqueo o tratamientos industrials, 
presentando una forma caracterfstica en funcion de su procedencia. Asimismo es 
importante analizar su estructura interna, distinguiendose tres tipos de estructuras 
granulares en funcion del tamano y uniformidad de sus partfculas: 

(a) Uniforme: Se trata de aridos de gran tamano -entre 50 y 100 mm.- y 
granulometrfa uniforme, procedentes generalmente de plantas de macha- 
queo. Resisten por contacto mutuo entre partfculas, ofreciendo un gran 
angulo de rozamiento interno, lo que los hace diffciles de compactar. 
Presentan ademas un gran fndice de huecos, lo que confiere a este tipo de 
materiales propiedades drenantes y de baja susceptibilidad a la accion del 
hielo. Una vez compactados, pueden rellenarse los huecos con aridos mas 
finos (recebo). Dentro de este grupo se engloba el macadam, muy 
empleado en la construccion de firmes. 

(b) Continua: Formadas por aridos de diversos tamanos, de tal modo que los 
huecos dejados por los de mayor tamano se van rellenando con partfculas 
mas finas. Este tipo de materiales dan capas de alta densidad y gran 
compacidad. Las zahorras naturales y artificiales empleadas en bases y 
subbases son un claro ejemplo de este grupo estructural. 

(c) Discontinua con exceso de finos: Este tipo de estructura es similar a la 
primera -con aridos de tamano uniforme formando el esqueleto mineral- 
solo que los huecos estan rellenos por partfculas finas. Se crea asf una 
matriz fina sobre la que flotan los aridos gruesos, no existiendo contacto 
entre ellos, por lo que su resistencia mecanica se ve muy mermada. Este 
tipo de materiales son muy impermeables, presentando ademas gran 
susceptibilidad a los cambios de humedad, por lo que sus cualidades como 
capa granular no son las mas adecuadas. 

1.2. Soluc iones de tra ba jo 

Una vez definidas las funciones y caracterfsticas que deben cumplir y poseer las 
capas granulares, se establecen una serie de procedimientos de seleccion que 
materialicen dichas exigencias en determinados productos, garantizando asf su correcto 
comportamiento en el firme. ^ 

Dada la dificultad que plantea la caracterizacion del material en todos los 
aspectos anteriormente citados, se recurre a establecer condiciones empiricas de 
trabajo basadas en caracterfsticas reguladas mediante ensayos sencillos, que sirvan 
para aceptar o rechazar los distintos materiales granulares candidatos a componer una 



E 



22 



Luis Banon Blazquez 



Estructura interna de los materia lesgranula res 



Estructura 


Caiacteristicas 


Esquema 


UNIFORME 

MACADAM 


-Tamano uniforme de los aridos 
-Alto indice de huecos 
-Elevado rozamiento interno 
-Caractensticas drenantes 
-Insensibilidad a la helada 
-Dificiles de compactar 
(compactacion energica) 




un 


CONHNUA 

ZAHORRAS NATURALES 
YARTIFICIALES 


-Graduacion escalonada de tamanos 

(granulometna continua) 
-Bajo indice de huecos 
-Elevada densidad y compacidad 
-Condiciones de drenaje supeditadas 

a la calidad de los finos 
-Estabilidad a las cargas de trafico 


m 


DISCONHNUA 

CON EXCESO DE FINOS 


-Aridos de similar tamano embebidos 
en una matriz de particulas finas 

-Baja capacidad portante 

-Gran impermeabilidad 

-Susceptibles ante la presencia de 
agua y hielo 

-Deformaciones permanentes 





determinada capa del firme. Las especificaciones espanolas, recogidas en el PG-4, em- 
plean los siguientes indicadores de calidad: 

- Ajuste granulometrico a husos tipo definidos para cada tipo de material. 

- Ausencia controlada de partfculas finas, especialmente de origen arcilloso. 

- Capacidad de soporte adecuada. 

- Calidad del arido: resistencia al desgaste y durabilidad. 

Ajuste gra ulo metric o a husos tipo 

En la practica, los pliegos de condiciones y documentos analogos fijan curvas o 
husos granulometricos tipo que aseguren a priori unas caracterfsticas adecuadas 
para los materiales que se empleen en una determinada capa del firme. Para determinar 
la composicion granulometrica de estas capas se emplea un procedimiento de ensayo 
normalizado, el analisis granulometrico, contemplado por la Normas NLT-150, NLT- 
151 y NLT-152 del Laboratorio de Transporte y Mecanica del Suelo. 

En este sentido, existen numerosas curvas denominadas ideales que tratan de 
optimizar la composicion granulometrica de un determinado material granular para 
conseguir la maxima compacidad posible; quiza la mas conocida sea la parabola de 
Fuller, que viene dada por la siguiente expresion: 



22 



Capas qranulares 



100 



(A 

Id 



donde D es el tamano maximo de las partfculas 

P es la proporcion en peso de partfculas de tamano inferior a d 

No obstante, en carreteras no siempre interesa buscar la maxima compacidad, ya 
que hay que tener en cuenta los problemas de segregation, drenaje o production de 
finos, para los que es necesario dejar una determinada cantidad de huecos. Por ello es 
conveniente trabajar con materiales menos compactos que los obtenidos mediante la 
parabola de Fuller. 

Tambien es conveniente limitar el tamano maximo de los aridos -entre 20 y 
50 mm.- para evitar problemas de segregacion durante la ejecucion de las obras, lo que 
provocarfa un comportamiento mecanico irregular e inferior al esperado. 



a 



EXCESO DE ARENA 
Compactacion energica 



DISCONTINUIDAD 

Compactacion dificil 

Inestabilidad mecanica 




FALTA DE ARENA 



Segregacion 



EXCESO DE FINOS 

Compactacion dificil 

Susceptibilidad helada 



FALTA DE FINOS 
Compactacion dificil 



APERTURA DELTAMIZ (mm) 
Fig. 22.1 - Influencia de la granulometna en las propiedades de un material granular 

Ausencia contra la da de finos 

Los finos existentes en el suelo o procedentes de la degradacion de los propios 
aridos gruesos pueden suponer un grave impedimento para que el material granular 
cumpla con las caracterfsticas que se le exigen; principalmente, un alto contenido en 
finos afectara a la estabilidad mecanica de la capa, asi como a su capacidad drenante y 
su susceptibilidad a los cambios de volumen, especialmente a la helada. 

Para controlar el contenido en finos se emplean los ensayos de consistencia 
1 1 mites de Atterberg (NLT-105 y NLT-106)-, asf como el equivalente de arena 



i 



E 
< 



22 



Luis Banon Blazquez 



(NLT-113), estableciendose limitaciones a estos valores segun el tipo de material 
analizado. Tampoco es conveniente limitar en exceso el contenido en finos, ya que el 
firme tendrfa un elevado fndice de huecos y serfa mas diffcil su compactacion. 

Capacidad de soporte adecuada 

El com porta miento mecanico ante la accion continuada de un sistema de 
cargas verticales debe ser suficiente para que el firme no sufra asientos importantes y 
se recupere de forma elastica. 

Es importante que el arido presente un coeficiente de forma adecuado -bajo 
fndice de lajas y agujas- que asegure su no degradacion, asf como una gran dureza y 
angulosidad para resistir los importantes esfuerzos puntuales que se producen en este 
tipo de capas no tratadas. 

Para determinar la capacidad de soporte de un material granular se recurre a la 
determinacion del fndice CBR (California Bearing Ratio), que viene regulado por el 
ensayo NLT-111 y permite obtener la capacidad portante de una determinada capa, 
comparada con una muestra patron de grandes caracterfsticas mecanicas. Este ensayo 
se emplea en subbases y explanadas mejoradas. 

Calidad del arido 

En una capa granular no basta con que sea capaz de soportar una determinada 
carga, sino que es necesario que estas propiedades mecanicas no se degraden con el 
paso del tiempo. No olvidemos que las solicitaciones generadas por el trafico son 
continuas e intermitentes, sometiendo al firme a un continuo proceso de carga y 
descarga, que acaba por producir fatiga en el material. 

La presencia de sustancias disueltas en el agua pueden acelerar el proceso de 
degradacion, produciendose una alteracion quimica continuada y anadida a la 
anterior, que a lo largo del tiempo se traduce en un aumento de los finos y en una 
mayor plasticidad y deformabilidad de las capas granulares. 

Para garantizar la calidad de un arido se emplea el ensayo de Los Angeles 

(NLT-149), exigiendo unas tolerancias mfnimas en funcion del tipo de material granular 
que se trate. 



2. TIPO LOG IA 

Dentro del firme pueden distinguirse cuatro tipos de capas formadas por material 
granular: la explanada mejorada, la capa subbase, la capa base y las capas 
especiales. De las cuatro, las mas comunes y empleadas en practicamente todos los 



22 



Capas qranulares 



firmes son la base y la subbase; las capas especiales se emplean en determinadas 
circunstancias y la explanada mejorada esta en desuso. 

2.1. Explanada mejorada 

Esta capa se emplea en carreteras para poder llegar a disponer de un cimiento 
de calidad para el firme con cualidades portantes y drenantes uniformes, sobre el cual 
puedan reposar las capas superiores del firme. 

Al conseguir un cimiento de caracterfsticas uniformes, los espesores de las capas 
superiores pueden ser constantes, lo cual es muy conveniente desde el punto de vista 
constructive economico y de proyecto. De otro modo, implicarfa constantes cambios en 
los espesores del firme en funcion de las caracterfsticas locales de la explanada natural. 

Actualmente, y debido a condicionantes de tipo practico y economico, se tiende a 
asimilar esta capa a la coronacion de la correspondiente obra de tierra -desmonte o 
terraplen- formada por un suelo seleccionado o estabilizado. 

Condicionesde calidad 

La normativa espanola establece las siguientes especificaciones para este tipo de 
capas, que coinciden practicamente con las de un suelo seleccionado: 

- Tamano maximo del arido menor de 75 mm. (3"), para evitar segregaciones y 
dificultades en su puesta en obra. 

- Cantidad de material fino que pasa por el tamiz #200 ASTM inferior al 25% en 
peso, para garantizar una relativa insensibilidad a la accion del agua. 

- Capacidad portante suficiente, con un indice CBR superior a 8. 

- Plasticidad limitada, presentando un Ifmite Ifquido LL<30, unido a un fndice de 
plasticidad IP<10. 

- Equivalente de arena (EA) superior a 25. 

Puesta en obra 

Su puesta en obra es similar a la ya explicada en terraplenes, sucediendose los 
procesos de extendido, humectacion y compactacion en tongadas de entre 20 y 30 cm. 
Suelen exigirse densidades de compactacion del superiores al 95% 6 100% de la 
obtenida en el ensayo Proctor Modificado, asf como una correcta terminacion geometrica E 

de la superficie, no debiendo presentar irregularidades apreciables (del orden de 10 mm. 
en 3 m.) 

En zonas lluviosas o de elevado trafico de obra puede recurrirse a emplear un 
tratamiento de estabilizacion con cemento o cal para evitar su deterioro, e incluso 
emplear productos bituminosos para conseguir una impermeabilizacion mas efectiva. 



< 



22 



Luis Banon Blazquez 



2.2. Sub base 

La subbase se define como la capa granular situada entre la explanada y la base 
del firme. Es una capa tfpica de los firmes bituminosos, aunque en ocasiones se emplea 
en firmes rigidos asentados en terrenos de baja capacidad portante. 

Las principales funciones asignadas a esta capa son: 

(a) Resistencia mecanica: Ha de soportar y repartir adecuadamente las cargas 
del trafico sobre la explanada, de forma que esta pueda tolerar las presiones 
recibidas sin deformarse excesivamente. Ademas, dada la profundidad a la 
que se halla situada en el firme, esta sometida a una alta presion de 
confinamiento lateral. 

(b) Economfa: Al estar mas alejada del piano de rodadura, sus caracterfsticas 
portantes no tienen por que ser muy elevadas, por lo que pueden emplearse 
materiales de inferior calidad, abaratando asf el coste de la obra. 

(c) Drenaje: Debe impedir la ascension capilar del agua procedente del cimiento 
a las capas superiores del firme, ya que afectaria de manera negativa a su 
comportamiento mecanico y durabilidad. Aparte de exigir caracterfsticas 
drenantes al material -bajo contenido en finos arcillosos- deben disponerse 
drenes o cunetas conectados con esta capa que faciliten una rapida 
evacuacion del agua infiltrada, ya que una acumulacion resultarfa muy 
perjudicial para la funcionalidad de esta capa. 

En cuanto al drenaje superficial, debe hacerse hincapie en la necesidad de una 
buena ejecucion geometrica del mismo, dejando un resguardo hidraulico suficiente para 
impedir la inundacion de la capa subbase. Asimismo es conveniente dotar a esta de una 
pendiente del 4% para facilitar la rapida evacuacion de las aguas infiltradas. 



SUBBASE 




RESGUARDO 
HIDRAULICO 
(> 30 cm) 



CUNETABAJA 

Bien hecha, resguardo hidraulico 




SUBBASE 



CUNE1AAL1A 

Mai hecha, empapamiento 



Fig. 22.2 - Conexion entre la capa subbase y el drenaje superficial 



22 



Capas qranulares 



Otras veces, los condicionantes del entorno nos obligan a ejecutar sistemas de 
drenaje profundo, consistentes generalmente en una zanja rellena por una capa de 
arenas o gravas de alta permeabilidad con un tubo poroso en su base -para permitir la 
entrada de agua por su parte superior- encargado de recoger y canalizar las aguas. 



AGUA 
INFILTRADA 




ZANJA DRENANTE 
Gravas o arenas 



TUBO POROSO 



CAPADE ASIENTO 



Fig. 22.3 - Conexion entre la capa subbase y el drenaje profundo 



Materia les 



Debido a las funciones y caracterfsticas antes mencionadas se suelen utilizar 
materiales con una granulometrfa muy bien estudiada, estricto contenido en finos y con 
aridos duros para evitar su degradacion con el paso del tiempo. 

Las zahorras naturales son sin duda los materiales mas apropiados para 
subbases, dado que aunque no presentan una elevada capacidad de soporte, son mas 
economicas que las zahorras artificiales obtenidas mediante procesos de machaqueo, 
que pueden emplearse en casos de mayor exigencia mecanica. 

Un tipo especial de zahorras artificiales que debe emplearse como subbase en 
caso de explanadas no estabilizadas con un indice de plasticidad superior a 10 son las 
zahorras drenantes, de granulometrfa mas abierta que las anteriores aunque con unas 
cualidades portantes equiparables y una mayor capacidad drenante. 

Ademas, la distribucion continua de tamanos de grano en este tipo de materiales 
asegura una alta compacidad y facilita su puesta en obra en tongadas de espesor 
relativamente grande, al ser facilmente compactables. 



s 

< 



Condicionesde c alidad 

Para asegurar el cumplimiento de las anteriores caracterfsticas, la Normativa 
espanola, mas concretamente el PG-4, define diferentes husos granulometricos 
recogidos en las tablas de la pagina siguiente. 



22 



Luis Banon Blazquez 



Husos granulometricos para zahorras natuiales 



TAMIZ 
UNE 


CERNIDO PONDERALACUMULADO (%) 


ZN(50) 


ZN(40) 


ZN(25) 


ZN(20) 


ZNA 


50 


100 








100 


40 


80 


95 


100 






- 


- 


25 


60 


90 


75 


95 


100 




60 


100 


20 


- 


- 


60 


85 


80 


100 


100 


- 


- 


10 


40 


70 


45 


75 


50 


80 


70 


100 


40 


85 


5 


25 


50 


30 


55 


35 


65 


50 


85 


30 


70 


2 


15 


35 


20 


40 


25 


50 


30 


60 


15 


50 


0.40 


6 


22 


6 


25 


8 


30 


10 


35 


8 


35 


0.080 





10 





12 





12 





15 





18 



Fuente: PG-4/88 






ZNA 



Empleables en arcenes 
calzadas con trafico ligero 




HUSO S G RA N ULO M ETRIC O S DE 
ZAHORRAS NATURALES 

ZN(x) Denominacion tipologica 
| | Huso granulometrico 
Parabola de Fuller 



Fig. 22.4 - Husos granulometricos de las zahorras naturales (PG-4/88) 



22 



Capas qranulares 



Husos g ib nulometric os pa ib za horra s a rtific ia les 



TAMIZ 
UNE 


CERNIDO PONDERALACUMULADO (%) 


ZA(40) 


ZA(25) 


ZD-1 


ZD-2 


ZD-3 


40 


100 




100 






25 


75 


100 


100 


70 


100 


100 


100 


20 


60 


90 


75 


100 


50 


85 


65 


100 


85 


100 


10 


45 


70 


50 


80 


30 


55 


35 


65 


35 


65 


5 


30 


50 


35 


60 


10 


35 


20 


45 


15 


35 


2 


16 


32 


20 


40 





15 





15 





5 


0.40 


6 


20 


8 


22 





5 





5 





2 


0.080 





10 





10 





2 





2 





2 



Fuente: PG-4/88 



100 T. 

90 












90 


Nr-Ov 




80 


Nv ^v 




80 


N. \ N. 




70 
60 


^\X ^ 




70 
60 


\^ s >V 




50 


V^s 




50 


\ N \ \. 




40 




V^ ^^v 


40 


^O^^V 




30 




^N^*-^. ^V^^ 


30 


^N. "*% X. 




20 
10 


ZA(40) 


^^^^ 


20 
10 


ZA(25) ^^^5^1 




c 


) in o o 


m in o a 


3 omooinrNooo 




1" fN fM i-t 


<tf c 


3 <tf fN fN i-l <tf O 






o c 


3 O O 


90 


\ s N. 




90 


\^-\ 




80 


\V- N. 




80 


\ X, 




70 


\. ""*N\ 




70 


\ ^v 




60 


\ Ss x\ 




60 


\ ^v 




50 


N. N «v 




50 


\ ^\ 




40 




^v 


40 


\. ^> 




30 
20 


ZD-1 \ 

Despues de la 


V \s N 


30 
20 


ZD-Z ^\\\ 




10 


compactacion 


^^^^^^^^ 


10 


Despues de la compactacion n. ^^^""--..^ 




° 


d m o o 


in fN o 


x> omooinrNooo 




* fN fN rH 




3 <tf fN fN i-l <tf O 


100 
90 




o 


D O O 

HUSO S G RANULO M ETRIC S DE 


^^\ 




80 
70 


\ x \ 




ZAHO RRAS AKTIHC IAl£S 


60 




s 




50 




V\ 




40 
30 
20 


ZD-3 V 

Despues de la 
compactacion 


\ N N^ 


1 


ZA(x) Denominacion tipologica 




| Huso granulometrico 







^^S— — ~^ 


Parabola de Fuller 


i 


1 


i 


d in o o 


in fN o 







:t fN fN rH 


■3- 


3 






o 


D 



Fig. 22.5 - Husos granulometricos de las zahorras artificiales (PG-4/88) 



22 



Luis Banon Blazquez 



Ademas de esta condicion granulometrica, la normativa impone otras relativas a 
la dureza de los aridos, su capacidad portante y su contenido en finos, estableciendo 
unos valores Ifmite en funcion del tipo de material empleado. Mas adelante se incluye un 
esquema que resume todas estos requisitos. 

Puesta en obia 

La puesta en obra de las subbases se realiza mediante el procedimiento habitual 
de extendido, humectacion y compactacion ya comentado en terraplenes, prestando 
especial atencion a evitar posibles segragaciones de material, asf como a conseguir una 
compactacion lo mas uniforme posible. 

Suelen exigirse densidades superiores al 100% del ensayo Proctor modificado, 
por lo que la maquinaria mas adecuada son los compactadores de rodillos vibratiros. El 
espesor mfnimo constructive que puede darse a estas capas es de 15 cm. 

En muchos casos se han utilizado capas subbase confeccionadas con materiales 
que por diversos motivos -trafico, clima o calidad de los aridos- han sido estabilizadas 
con ligantes o conglomerantes. Algunas de ellas han conservado una permeabilidad 
elevada despues del tratamiento, aunque en otros casos la disminucion de esta 
propiedad obliga a replantear el esquema drenante indicado anteriormente. 




Fig. 22.6 - Zahorra natural (izquierda) y artificial (derecha) 



22 



Capas qranulares 



2.3. Base 

La capa de base se halla situada entre la subbase -o la explanada caso de que no 
exista aquella- y el pavimento. La principal funcion que se le atribuye a esta capa es la 
resistente, para lo cual debe presentar un alto grado de compacidad; tambien debe ser 
durable, por lo que debe presentar insensibilidad al agua y los cambios volumetricos 
que ocasiona su presencia, asi como una estabilidad a las cargas prolongada en el 
tiempo. 

Actualmente se emplean dos tipos de materiales granulares para confeccionar las 
bases, que dada su importancia y peculiaridades trataremos de forma separada; se trata 
de las bases de zahorra artificial y de las bases de macadam. 

Bases de zahorra artificial 

Debido a sus caracterfsticas granulometricas y superficiales, las zahorras artifi- 
ciales proporcionan una alta capacidad de soporte, por lo que son el material idoneo 
para emplear en las capas de base. Para garantizar su correcto comportamiento en el 
firme se le exigen las siguientes propiedades: 

- Ajuste a husos qranulometricos estrictos: En este sentido, la normativa 
espanola define dos granulometrfas estandar, ZA(40) y ZA(25), y otras tres 
para zahorras con cualidades drenantes, ZD-1, ZD-2 y ZD-3. De esta forma, se 
garantiza la maxima compacidad posible. 

- Ruqosidad superficial: Elevado porcentaje de caras fracturadas mediante 
machaqueo, para asf aumentar el rozamiento interno entre las partfculas. 

- Ausencia de materiales plasticos: Las partfculas de arcilla y limo pueden actuar 
como lubricante entre los aridos mas gruesos, disminuyendo la capacidad 
portante global y favoreciendo la aparicion de deformaciones remanentes. 

- Calidad del arido: Esta propiedad se materializa en la dureza del propio arido; 
una mayor dureza evita el redondeo de las partfculas gruesas -causante de una 
perdida progresiva de capacidad portante- y reduce la produccion de finos. 

En determinadas circunstancias, como en firmes carentes de capa subbase, 
puede ser necesario conferir unas mayores propiedades drenantes sin apenas perder 
capacidad de soporte. Las zahorras artificiales drenantes vienen a cubrir este hueco, 
aunque actualmente su uso se limita a los arcenes. 

Su puesta en obra se realiza tal y como ya hemos descrito en las subbases, 
llevando tambien especial cuidado en evitar segregaciones de material, consiguiendo 
una compactacion homogenea en todos sus puntos. Suelen exigirse densidades 
superiores al 100% del ensayo Proctor modificado, siendo el espesor mfnimo que puede 
darse a estas capas por motivos constructivos de 15 6 20 cm. 



V) 

s 

< 



E 
< 



22 



Luis Banon Blazquez 



Bases de macadam 

Denominado asf en honor a su inventor, el ingeniero escoces John McAdam, el 
macadam es un material de granulometrfa discontinua que se obtiene extendiendo y 
compactando un arido grueso o machaca, cuyos huecos se rellenan posteriormente con 
un arido fino, denominado recebo. 

La machaca es un material granular compuesto por aridos de gran tamano 
-entre 50 y 100 mm.- y granulometrfa uniforme, procedentes de plantas de machaqueo, 
por lo que presentan formas angulosas. Resisten por contacto mutuo entre partfculas, 
ofreciendo un gran angulo de rozamiento interno. Presentan ademas un gran fndice de 
huecos, por lo que es necesario compactarlos energicamente. 

Por su parte, el recebo es una arena exenta de finos y de granulometrfa 
uniforme, empleada para cubrir los huecos dejados por la machaca. 

Este tipo de base se empleaba antiguamente en la practica totalidad de los 
caminos, aunque con el tiempo han ido perdiendo fuerza a favor de las bases de zahorra 
artificial o estabilizadas. Aun asf, todavfa existe una considerable cantidad de carreteras 
construidas con este tipo de base, especialmente en la zona noroeste de la penfnsula. 

Su puesta en obra se compone de las siguientes fases: 

- Extendido de la tongada de arido grueso (machaca) mediante medios 
mecanicos, generalmente una motoniveladora, en tongadas de entre 10 y 
20 cm. El espesor total debe ser del orden de un 20% mayor que el definitive 
debido al posterior efecto reductor de la compactacion. 

- Se efectua una primera compactacion estatica -sin vibrado-, ya que de otra 
forma el firme se ondula. Con esta compactacion energica se reduce el numero 
de huecos de la capa y se consigue una mayor capacidad portante. 

- Los huecos restantes se rellenan con recebo, el cual se extiende con una 
motoniveladora y se compacta posteriormente en dos fases: 

■ Primeramente, se procede a humectar la superficie, realizando a conti- 
nuacion un cepillado que ayude a la arena a introducirse en el seno del 
macadam. 

■ Por ultimo, se dan unas pasadas con un compactador vibratorio para 
acabar de asentar el recebo y dotar de mayor compacidad al conjunto. 

No existen unas reglas fijas para la dosificacion del recebo, por lo que su 
dosificacion se realizara tanteando visualmente en la propia obra. 

La cafda en desuso de este tipo de material se debe a las dificultades tecnicas y 
economicas que plantea: eleccion de aridos duros y angulosos, dificil puesta en obra y 
mecanizacion, bajo aprovechamiento del material producido en planta, compactacion 



22 



Capas qranulares 



muy energica y diffcil de controlar, transmision de esfuerzos de punzonamiento a capas 
inferiores, etc. 

Condicionesde calidad 

Al igual que ocurria con las subcases, las especificaciones espanolas definen una 
serie de husos granulometricos, tanto para zahorras artificiales (Tabla T.68) como para 
el macadam y su correspondiente recebo: 



Husos granulometricos pa ib macadam 



TAMIZ 
UNE 


CERNIDO PONDERALACUMULADO (%) 


Ml 


M2 


M3 


M4 


Recebo 


100 


100 










90 


90 


100 










80 


- 


- 


100 








63 


- 


- 


90 


100 


100 






50 


- 


- 


- 


- 


90 


100 


100 




40 





10 





10 


- 


- 


80 


90 




25 


- 


- 


- 


- 





10 


- 


- 




20 





5 





5 


- 


- 





10 




12.5 


- 


- 


- 


- 





5 





5 




10 


















100 


5 


















85 


100 


0.080 


















10 


25 



Fuente: PG-4/88 

Ademas de esta condicion granulometrica, los materiales deben cumplir una serie 
de condiciones relativas a su limpieza y contenido en finos, capacidad portante, 
plasticidad y resistencia al desgaste, convenientemente especificadas en el esquema de 
la pagina siguiente. 



2.4. Capa anticontaminante 

Cuando el suelo de la explanada tenga un caracter excesivamente plastico y 
exista peligro de que este suelo "contamine" la capa inmediatamente superior, debe 
intercalarse una capa cuya mision es precisamente impedir el paso de particulas finas a 
las caoas bajas del firme. 

Entre el resto de las capas que constituyen el firme no debe presentarse este 
problema, siempre y cuando los materiales cumplan las condiciones estipuladas. 



E 
< 



22 



Luis Banon Blazquez 



Especificacionesde c a pas granulates 



Ropiedad 


ZAHORRA 
NATURAL 


ZAHORRRA 
ARTIFICIAL 


MACADAM 


CAPA 

DONDE SE EMPLEA 


Sub-base 


Base y sub-base 


Base 


HUSOS 

GRANULOMETRICOS 


ZN(50), ZN(40), 

ZN(25), ZN(20), 

ZNA 


ZA(40), ZA(25) 


M-l, M-2 
M-3, M-4 


ZD-1, ZD-2, ZD-3 


FORMA 

INDICE DE LAJAS 
(NLT-354) 


- 


< 35 


- 


C.POK1AN1E 

INDICE CBR 
(NLT-111) 


> 20 


- 


- 


DUREZA 

desgaste de los 
Angeles (nlt-149) 


< 40 

(en ZNA, <50) 


Trafico 3 g 
pesado 


MACHACA 

< 35 


T ^ fico < 35 

hgero 


UMPIEZA 

EQUIVALENTE DE 
ARENA (NLT-113) 


> 30 

(en ZNA, <25) 


Trafico > 3Q 
pesado — 


RECEBO 

> 30 


Trafico . or 
ligero — DD 


PLASTIC 1 DAD 

LIMITES DE 
ATTERBERG 


LL < 25 
IP < 10 


No plastico 


RECEBO 

No plastico 



Para determinar la necesidad de la utilizacion de las capas anticontaminantes se 
emplean las conocidas condiciones de filtro de Karl Terzaghi, segun el cual para que 
no exista contaminacion entre dos suelos puestos en contacto debe cumplirse que: 

Dis < 5 ■ d 85 

siendo Di 5 la dimension del tamiz por el que pasa el 15% de los materiales de la 
capa que no debe contaminarse 

d 8 5 la dimension del tamiz por la que pasa el 85% de los materiales 
contaminantes (arcillas y limos) 

Cuando los materiales en contacto no cumplan dicha condicion debe construirse 
una capa de al menos 10 cm. que cumpla con cada uno de los materiales adyacentes 
-explanada y capa base o subbase- la mencionada condicion de filtro. 



22 



Capas qranulares 



Las capas anticontaminantes suelen estar compuestas por arena natural 
procedente de rfos o graveras, aunque ultimamente estan siendo reemplazadas por los 
geotextiles, materiales sinteticos sin apenas espesor que impiden el paso de agua y 
finos entre las dos capas que lo circundan. 

3. ES1ABIUZACIONDESUEIDSYCAPASGRANUIARES 

En ocasiones resulta necesario mejorar artificialmente las caracterfsticas de un 
determinado material granular para que sea apto para integrar una determinada capa 
del firme. Para ello se recurre a las tecnicas de estabilizacion, que basicamente 
pueden ser mecanicas, mezclando dos 6 mas suelos o gravas de caracterfsticas 
complementarias, o emplear diversos aditivos -cal y cemento principalmente- que 
actuan ffsica y/o qufmicamente sobre las propiedades del material a mejorar. 

Con la estabilizacion se pretende, en primer lugar, aumentar la resistencia 
mecanica, trabando las partfculas de una forma mas efectiva y asegurando que las 
condiciones de humedad en las que trabaja el suelo varfen dentro de unos rangos 
reducidos, consiguiendo una adecuada estabilidad a las cargas y una escasa variacion 
volumetrica. Ademas, se produce un aumento en la durabilidad de dicha capa. 

El proceso de estabilizacion que inicialmente se aplicaba solamente a suelos y 
materiales de escasa calidad se ha extendido actualmente a capas granulares formadas 
por aridos de calidad, originando las gravas tratadas. Este tipo de materiales se 
fabrican en plantas especiales y estan sometidos a continuos controles de calidad, 
siendo posteriormente transportados a obra. 

3.1. Estabilizacion mecanica 

La estabilizacion mecanica es una tecnica de mejora basada en la mezcla de 
diversos materiales con propiedades complementarias, de forma que se obtenga un 
nuevo material de mayor calidad y que cumpla las exigencias deseadas. 

Las propiedades que generalmente se pretenden mejorar con este tipo de 
estabilizacion son la plasticidad y/o la granulometna; la primera afecta a la suscepti- 
bilidad del material al agua y su capacidad drenante; la segunda incide sobre su 
resistencia, trabajabilidad y compacidad final. 



V) 

s 



La mision del ingeniero se centrara por tanto en determinar las proporciones a i£ 

mezclar de los dos (o tres) materiales disponibles, valiendose para ello de tanteos ^ 

previos, y empleando diagramas triangulares en caso de tratarse de tres materiales 
difrerentes. Actualmente existen herramientas de analisis informatico que solventan 
facilmente el calculo, limitandose unicamente el ingeniero a establecer los parametros 
de calidad requeridos (y a veces, ni eso). 



22 



Luis Banon Blazquez 



La ejecucion de una estabilizacion mecanica puede llevarse a cabo en la propio 
lugar de empleo [in situ) o en una central de tratamiento de aridos; requiere una serie 
de operaciones que, aunque omitibles o variables en su orden, suelen ser las siguientes: 

- Escarificacion y pulverizacion -reduccion a polvo- del suelo, si el procedimiento 
se realiza in situ, o pulverizacion unicamente si se realiza en central. En el caso 
de las gravas, este paso es innecesario. 

- Mezcla fntima y homogenea de los materiales, tanto en obra, empleando una 
grada de discos, como en central, empleando tolvas dosificadoras. 

- Extension y nivelacion de la mezcla. 

- Humectacion y compactacion de la misma hasta alcanzar la densidad mfnima 
prescrita en la obra, generalmente el 95 6 100% del Proctor modificado. 



Diserio de una estabilizacion mecanica 



Debido a un contratiempo en el suministro de materiales, la 
direccion de obra se ha visto obligada a improvisar una zahorra 
valida para seguir construyendo la capa subbase de un firme de 
baja intensidad de trafico. 

Para ello se dispone de los materiales A,B y C, cuyas caracterfsticas 
se detallan a continuacion: 



TAMIZ 

(mm) 


% QUE PASA 


A 


B 


c 


40 


100 


- 


- 


25 


78 


100 


100 


20 


58 


40 


96 


10 


36 


38 


90 


5 


22 


33 


72 


2 


20 


29 


54 


0.40 


17 


26 


10 


0.080 


15 


22 







LL 


27 


39 


18 


IP 


15 


21 


5 


EA 


27 


21 


38 



Se pide estabilizar mecanicamente el suelo A con cualquier combi- 
nation de los otros dos suelos para conseguir unas caracterfsticas 
aceptables para la capa que va a integrar. 



22 



Capas qranulares 



La resolucion del problema se centra en tres aspectos: 

- Conseguir una granulometrfa que encaje dentro de uno de los husos 
granulometricos normalizados para zahorras naturales (ZN). 

- Obtener un bajo contenido en finos, aceptable por la normativa. En el 
caso de zahorras naturales, EA>30. 

- Lograr una plasticidad adecuada, por debajo de las indicaciones 
normativas al respecto (LL<25, IP<10). 

A la vista de las pesimas cualidades plasticas del material B, nos 
decantaremos por el uso exclusivo del material C para efectuar la 
estabilizacion mecanica. 

Dado que el tamano maximo del arido de la muestra A es de 40 mm., 
debemos cenirnos al huso ZN(40). Para averiguar las proporciones, deben 
ir haciendose tanteos sucesivos, de forma que todas los tamanos de 
grano se hallen dentro de las tolerancias establecidas por el huso. 

Los datos de partida de la estabilizacion seran los siguientes: 



TAMIZ 

(mm) 


% QUE PASA 


A 


c 


40 


100 


- 


25 


78 


100 


20 


58 


96 


10 


36 


90 


5 


22 


72 


2 


20 


54 


0.40 


17 


10 


0.080 


15 







LL 


27 


18 


IP 


15 


5 


EA 


27 


38 



ZN(40) 


100 


75 


95 


60 


85 


45 


75 


30 


55 


20 


40 


6 


25 





12 




< 25 


< 10 


> 30 



Empezaremos delimitando la proporcion minima de C (y) respecto de A 
(a) para cumplir las condiciones de plasticidad y limpieza. 

Para la condicion de plasticidad, emplearemos unicamente el porcentaje 
de material que pasa por el tamiz 0.40 UNE, que modificara al Ifmite 
Ifquido (LL) y al fndice de plasticidad (IP) de cada material: 

a-A-IP A +y-C-IP c =(a-A + y-C)-IP 

a • A • LL A + y • C • LL C = (a • A + y • C) • LL 






E 
< 



22 



Luis Banon Blazquez 



Ademas, sabemos que a + y = 1, con lo que podemos despejar y: 



A (IP- IP A ) 



17 (10 -12) 



A (IP- IP A ) - C (IP- IP C ) 17 • (10 - 12) - 10 • (10 - 5) 
A(LL-LL A ) 17 (27 -25) 



:40.5% 



A • (LL - LL A ) - C • (LL - LL C ) 17 • (27 - 25) - 10 • (18 - 25) 



32.6% 



En el caso del equivalente de arena (EA), los resultados son analogos, 
solo que sin emplear la fraccion fina de la muestra: 

EA = a • EA A + y • EA C 
Aplicando los datos de partida y despejando y: 



EA - EA A 



30-27 



t -±- = — "' = 27.3% 

EA C - EA A 38 - 27 

Con lo cual, el porcentaje mfnimo (y) del material C es del 40.5%. 
Comprobemos ahora si con este porcentaje se cumplen las tolerancias 
granulometricas establecidas por el huso ZN(40): 



TAMIZ 

(mm) 


% QUE PASA 


A 


c 


aA-tyC 


40 


100 


- 


100 


25 


78 


100 


87 


20 


58 


96 


73 


10 


36 


90 


58 


5 


22 


72 


42 


2 


20 


54 


34 


0.40 


17 


10 


14 


0.080 


15 





9 




LL 


27 


18 


25 


IP 


15 


5 


10 


EA 


27 


38 


30 



ZN(40) 


100 


75 


95 


60 


85 


45 


75 


30 


55 


20 


40 


6 


25 





12 




< 25 


< 10 


> 30 



Se observa que todos los tamanos de grano se hallan dentro del huso 
granulometrico, por lo que la mezcla teoricamente mas economica 
-empleamos menos tipo de material mejorador- y tecnicamente aceptable 
es la formada por las siguiente proporciones de materiales: 

MATERIAL A ^ 59% 
MATERIAL C ^ 41% 



22 



Capas qranulares 



3.2. Estabilizac ion in situ con cal 

Desde hace mas de 2.000 anos es bien conocido el caracter aglomerante de la 
cal, que unido a su tremenda avidez por el agua le confiere unas excelentes propiedades 
como aditivo a emplear en estabilizaciones de suelos. 

Ha bora c ion 

Para la realizacion de este tipo de estabilizaciones se emplea una cal aerea -viva 
o apagada- mezclada en presencia de agua con el suelo en cuestion. La dosificacion de 
la cal varfa segun el tipo de suelo, empleandose porcentajes sobre peso seco de suelo 
del 2 al 5% para la cal viva (CaO) y del 4 al 7% en el caso de usar cal apagada 
(Ca(OH) 2 ). 

Eventualmente pueden emplearse cenizas volantes, productos de residuo de las 
centrales termicas, consiguiendo mejores resultados con dosificaciones de entre el 10 y 
el 20%. El cloruro sodico (NaCI) puede combinarse con la cal en una proporcion del 
2% para potenciar sus propiedades resistentes y reductoras de la plasticidad. 

Propiedades 

Los procesos fisico-qufmicos producidos en el suelo al agregar cal en presencia de 
agua son los siguientes: 

- Rapida reaccion de floculacion por el intercabio ionico del calcio de las arcillas 
presentes en el suelo, reportando cambios en su plasticidad. 

- Accion lenta de tipo puzolanico de formacion de nuevos compuestos insolubles 
en agua -silicatos y aluminatos- a partir de la sflice y alumina existentes en el 
suelo primitivo. Este proceso, que puede prolongarse durante varios meses, 
afecta a la resistencia mecanica del suelo. 

Los resultados mas destacables derivados de los anteriores procesos, y que 
inciden sobre la calidad del suelo estabilizado se resumen en tres aspectos: 

(a) Meiora de las propiedades resistentes: Dado el caracter aglomerante de la 
cal, la resistencia a compresion a largo plazo aumenta de forma 
considerable, alcanzandose valores de 30 a 50 kp/cm 2 . La resistencia a 
cizalla tambien se ve mejorada, al aumentar el rozamiento interno y la 
cohesion del suelo. 

(b) Reduccion de la plasticidad: Uno de los efectos mas importantes que ejerce 
la cal en suelos plasticos (IP>15) es el aumento de su limite plastico (LP). 
Este hecho ocasiona una drastica reduccion del fndice de plasticidad (IP), 
aumentando ademas la humedad optima de compactacion. En suelos poco 
plasticos (IP<15) actua de forma opuesta, aumentando su IP. 



V) 

s 

< 



E 
< 



22 



Luis Banon Blazquez 



(c) Aumento de la trabajabilidad: Con la adicion de cal, el suelo se vuelve mas 
disgregable y granular, lo que unido al aumento del LP y de la humedad 
optima de compactacion faclita su puesta en obra. 

Empleo 

La estabilizacion con cal se emplea principalmente en suelos arcillosos, con 
elevado contenido en finos de plasticidad media o alta. Se emplea tambien en suelos de 
elevada humedad natural, dado que modifica la curva de compactacion, reduciendo la 
densidad seca maxima y aumentando la humedad optima de compactacion. 

En aquellos suelos donde un tratamiento con cemento resultarfa muy caro puede 
emplearse este tipo de estabilizacion que, aunque de calidad inferior, es mucho mas 
economica. 



VARIACION DE PLASTICIDAD 



50 


\ 






































L 


L 




40 
























- 30 
Q 
< 
Q 

LU 

§ 20 

X 

10 


L 


P 
































































1 


P 











-> 





RESISTENCIA A COMPRESION 




/ 


^ 
















/ 
























/ 




^18 


)d 
















/ 












^, 












/ / 












E 

u 










/ 








60 


d 












A 
















< 

u 

2 






A 


y 
















LU 

1- 






// 












71 


H 






/ 




















LO 
LU 


/ 


/A 






























^ 


1 


























^ 



5 10 

CONTENIDO EN CAL (%) 



5 10 

CONTENIDO EN CAL (%) 



Fig. 22.7 - Variacion de las propiedades de un suelo estabilizado con cal 

Puesta en obra 

El proceso de puesta en obra de este tipo de mezclas es muy similar al ya 
explicado para las estabilizaciones mecanicas. Los procesos seguidos se enumeran a 
continuacion: 

- Disqreqacion v pulverizacion del suelo. 

- Humectacion , caso de que sea necesario. 



22 



Capas qranulares 



- Distribucion del aditivo -la cal en este caso- uniformemente, empleando la 
maquinaria adecuada. 

- Mezcla fntima del suelo con el aditivo mediante gradas de discos, mezcladoras 
continuas u otros medios analogos. 

- Operaciones de aireacion v curado inicial de la mezcla, de forma que se 
mantenga constante la humedad optima para su compactacion. 

- Compactacion de la mezcla, empleando para ello rodillos vibratorios lisos o de 
neumaticos, de forma que se alcance la densidad maxima estipulada en 
proyecto, generalmente el 100% de la densidad Proctor. 

- Acabado superficial , alcanzando las cotas de proyecto y las pendientes 
correspondientes, procurando que la superficie sea lo mas uniforme posible. 

- Curado final de la mezcla, manteniendo constante su humedad durante un 
periodo de entre 3 y 7 dias a partir de su acabado. Para ello debera regarse con 
la debida frecuencia o disponer un riego de curado para evitar evaporaciones. 

3.3. Estabilizacion con cemento (suelocemento) 

Esta tecnica de estabilizacion es una de las mas empleadas actualmente, y viene 
poniendose en practica desde que Amies la introdujo en el ano 1.917 para tratar de 
evitar el fenomeno de pumping o bombeo de finos caracterfstico de los firmes rfgidos. Al 
aglomerar este tipo de particulas se consegufa que el agua no las disolviera en su seno, 
evitando de este modo el descalzamiento y posterior rotura de las losas de hormigon. 

Ha bora c ion 

Para fabricar una estabilizacion con cemento, denominada popularmente 
suelocemento, se realiza una mezcla fntima del suelo previamente disgregado con 
cemento, agua y otros aditivos opcionales, seguida de una compactacion y curado 
adecuados. En el caso de que la mezcla se vaya a emplear en capas de firme, dicha 
mezcla debera realizarse en central, ya que solo de este modo se garantiza una 
homogeneidad suficiente del producto final. 

La proporcion de cemento necesaria para obtener un material adecuado es muy 

variable, dependiendo del tipo de suelo que se desee estabilizar. Los suelos mas 

adecuados para estabilizar con cemento son los granulares con finos de plasticidad 

reducida (grupos A-l, A-2 y A-3 de la clasificacion AASHTO). En el resto de los suelos se 2 

EE 
plantean problemas con las retracciones que origina el fraguado. La tabla de la pagina ^ 

siguiente recoge las dosificaciones recomendadas por la Porland Cement Association en 

funcion del tipo de suelo tratado. 

El contenido mas apropiado de agua se determina mediante el ensayo Proctor 
modificado, teniendo en cuenta que cuanto mayor sea la densidad alcanzada, mas alta 



V) 

s 

< 



22 



Luis Banon Blazquez 



sera la resistencia del material. La adicion de cemento al suelo modifica su plasticidad, 
asf como su densidad maxima y humedad optima, que varfan ligeramente en un sentido 
o en otro, dependiendo del tipo de suelo. 



T.70 Pftoporc ion de cemento en estabilizac iones 



UPODE SUELO 


% EN PESO 


PROPORCIONESA 
ENSAYAR(%) 


A-l-a 


3-5 


3,5,7 


A-l-b 


5-8 


4,6,8 


A- 2 


5-9 


5,7,9 


A- 3 


7-11 


7,9,11 


A- 4 


7-12 


8,10,12 


A- 5 


8-13 


8,10,12 


A- 6 


9-15 


10,12,14 


A- 7 


10-16 


11,13,15 


Organicos 


Inadecuados 


- 



Fuente: Portland Cement Association 

Rropiedades 

Con este tipo de estabilizacion se pretenden mejorar las siguientes propiedades 
de un suelo: 

(a) Mejora de su resistencia mecanica: La cementacion aislada de las partfculas 
rigidizan la estructura interna y confieren una mayor capacidad portante al 
suelo, llegandose a alcanzar resistencias a los 7 dfas de 20 a 50 kp/cm 2 . 

(b) Insensibilidad al aqua: La trabazon producida por el cemento impide el 
lavado de finos, evitando fenomenos de pumping o soplado. Asimismo 
mejora la resistencia a la helada y aumenta la durabilidad del firme. 

(c) Reduccion de la plasticidad: Mejora considerable de las propiedades 
reologicas del suelo, aunque puede dotarlo de una rigidez excesiva en ciertos 
casos. 

Un inconveniente que presenta son los problemas derivados del proceso de 
retraccion, produciendo a largo plazo grietas en el pavimento, si se ha empleado en 
capas de base de firmes bituminosos. Un adecuado proceso de curado puede ayudar a 
paliar este problema. 

Empleo 

El suelocemento se utiliza frecuentemente en caminos rurales sin pavimentar, en 
capas base y subbase de carreteras con trafico medio y pesado, en arcenes y en 



22 



Capas qranulares 






RASEl 



" ^§!SasaaB^ 




■%*«• 



Fig. 22.8 - Proceso de ejecucion de una estabilizacion con cemento 



22 



Luis Banon Blazquez 



ocasiones en la coronacion de terraplenes donde interese conseguir una buena 
plataforma de trabajo en tiempo humedo. En firmes rfgidos se emplea con asiduidad 
dada su gran rigidez y para evitar el fenomeno del bombeo de finos. 

Puesta en obia 

Los sistemas de mezcla son los habituales en otro tipo de estabilizaciones, 
aunque difieren en funcion del lugar donde se realice la mezcla -en central o in situ-. La 
maquinaria de compactacion es analoga a la indicada para el tipo de suelo del que se 
trate; el control de la compactacion se realiza sobre el 100% del Proctor normal o 
modificado. 

El curado se realiza manteniendo humeda la superficie de la capa estabilizada, 
aunque tambien puede aplicarse un riego bituminoso que evite la evaporacion del agua. 

3.4. Otras estabilizac iones 

En este apartado se trataran ligeramente otros dos tipos de estabilizaciones cuyo 
uso en nuestro pafs no se halla muy extendido por diversos motivos de fndole tecnico y 
economico: se trata de las estabilizaciones con productos bituminosos y de las 
estabilizaciones con cloruros. 

Estabilizaciones con productos bituminosos 

En esta clase de estabilizaciones el aditivo no es mas que un ligante bituminoso, 
empleandose generalmente alquitranes poco viscosos, emulsiones bituminosas de 
rotura lenta o betunes fluidificados de viscosidad media. La dosificacion del ligante 
bituminoso debera ser capaz de conferir a la mezcla compactada suficiente cohesion y/o 
impermeabilidad, segun sea el fin perseguido. 

Se distinguen dos metodos generales de fabricacion, en funcion del lugar donde 
se efectue la mezcla: in situ, si se realiza en la propia obra, o en central, esta se Neva a 
cabo en una planta de tratamiento industrial, para ser trasladada al tajo posteriormente. 

Los suelos mas adecuados para este tratamiento son los granulares con pocos 
finos (menos del 20%) y reducida plasticidad (IP<10), como las arenas de 
granulometrfa uniforme. 

Dado el elevado precio del petroleo en la actualidad, esta tecnica se emplea en 
pafses y regiones productoras de crudo, donde su coste es mas asequible: Oriente 
Medio, Sudamerica, Estados Unidos, Rusia, etc. En Espana ha sido relegada a un 
segundo piano, empleandose solo en ocasiones muy determinadas. Actualmente esta en 
vfas de extincion, como asf lo prueba la desaparicion de esta unidad de obra en el PG-4. 



22 



Capas qranulares 



Estabilizacionescon cloruros 

En caminos rurales no pavimentados o firmes de bajo trafico, puede emplearse 
cloruro calcico (CaCI 2 ) o sodico (NaCI) para reducir la generacion de polvo. Esto es 
debido a las caracterfsticas higroscopicas de estos compuestos, que ayudan a mantener 
la humedad en la superficie del camino. 

Los aditivos suelen aplicarse disueltos en agua mediante un riego al comienzo de 
la temporada seca, en los meses de mayo o junio; la dosificacion del cloruro oscila entre 
0.5 y 1 kg. por m 2 de superficie a tratar. En zonas costeras el tratamiento se simplifica, 
ya que puede emplearse directamente agua del mar. 

3.5. Giavas tratadas 

El aumento del trafico pesado a mediados del presente siglo exigio el empleo de 
bases mas resistentes a la deformacion y a la fatiga que las bases granulares empleadas 
hasta entonces. De ahf surgieron las gravas tratadas, materiales con caracterfsticas 
mejoradas mediante la adicion de un agente conglomerante que los dotaba de una 
mayor cohesion, haciendolos mas resistentes a las solicitaciones y aumentando su 
durabilidad. 

Las gravas tratadas tienen en comun los siguientes puntos: 

■ Estan formados por una mezcla fntima entre aridos de calidad procedentes 
del machaqueo (zahorras artificiales), agua y un conglomerante, normalmente 
cemento, betun o escoria granulada. El tamano maximo arido esta limitado 
para evitar segregaciones (normalmente 25 mm.), asf como su contenido en 
finos, estando exentos de arcillas y materia organica. 

■ La cantidad de aditivo es mucho menor que la empleada en las estabilizaciones, 
ya que gracias a la calidad del arido sus efectos son potenciados. 

■ La dosificacion y mezcla siempre tiene lugar en una planta de tratamiento; el 
material se transporta al tajo de obra en camiones y se extiende con maquinas 
extendedoras que precompactan la capa. El proceso de compactacion se realiza ^ 
con compactadores pesados, con el fin de alcanzar el 100% de la densidad 
maxima del ensayo Proctor modificado. 

Dentro de las gravas tratadas pueden diferenciarse diferentes productos, en 
funcion del tipo de ligante empleado: 



s 



22 



- Gravacemento 

- Hormigon magro 

- Gravaescoria 



Gravaceniza 
Gravaemulsion 



En el siguiente esquema se tratan de resumir sus principales caracterfsticas. 



lipologia de gravastratadas 



Prod uc to 


Caiacteristicas 


Especificaciones 


GRAVACEMENTO 

CEMENTO PORTLAND 


-Aridos de machaqueo 
-Dosificacion del 3 al 5% en peso 
-Problemas de retraccion y fisuras 
reflejadas en firmes bituminosos 
-Capa base y subbase en: 

■ Firmes ngidos: buen apoyo losa 

■ Firmes semirngidos: resistencia 

-El mas empleado en Espana 


-Husos granulometricos estrictos 

(GC-1 y GC-2) 
-Desgaste LA<30 
-Equivalente de arena EA>30 
-Espesor minimo de 15 a 20 cm. 
-Exentos de finos arcillosos y 

materia organica 
-Resistencia a los 7 dias superior 

a 60 kp/cm 2 


GRAVAEMULSION 

EMULSIONES 
BITUMINOSAS 


-Elevada resistencia a altas cargas 
-Alto rozamiento interno, escasa 

fluencia 

-Impermeabilidad 
-Escasa rigidez y retraccion 
-Empleo en bases de firmes 

flexibles y acondicionamiento 
-Dosificacion metodo HVEEM 


-Emulsiones de rotura lenta 

(ECL-2 y EAL-2) 
-Husos granulometricos estrictos 

(GEA-1 y GEA-2) 
- Espesor entre 6 y 15 cm. 
-Equivalente de arena EA>45 
-Exentos de finos arcillosos y 

materia organica 


HORMIGON 
MAGRO 


-Mayor contenido de cemento 
(del 6 al 9%) 

-Pueden emplear aridos rodados 
-Tamahos no superiores a 40 mm. 
-Relacion a/c entre 0.75 y 1.50 
-Dosificacion cemento >140 kg/m 3 
-Empleo en bases de firmes ngidos 


-Desgaste LA<30 
-Equivalente de arena EA>30 
-Espesor normal de 15 cm. 
-Exentos de finos arcillosos y 

materia organica 
-Resistencia a los 7 dias superior 

a 80 kp/cm 2 


GRAVAESCORIA 

ESCORIAS GRANULADAS 
DE ALTO HORNO 


-Dosificacion 15-20% de escoria 
granulada de alto horno 
-Contenido de 1% de cal 
-Mezcla mas homogenea 
-Adquiere resistencia lentamente 
-Pocos problemas de retraccion 
-Uso en bases de trafico pesado 


-Conveniente efectuar riegos de 

curado 

-Compactacion energica 
-Densidades superiores al 100% 

del P.M. 

-Firme bien drenado 
-Alto coste de transporte de la 

escoria hasta central (<100 km) 


GRAVACENIZA 

CENIZAS VOLANTES 


-Cenizas de entre 1 y 200 |um. 
procedentes de centrales termicas 
-Dosificacion del 10% en peso: 

■ Cenizas - 80% 

■ Cemento o cal - 20% 
-Contenido optimo de agua de 

amasado entre el 5 y 8% 
-Resistencias mecanicas grandes a 
largo plazo 


-Aridos similares a los usados en 

la gravacemento 
-Cenizas tipo sulfoaluminosas 
-Compactacion energica 
-Densidades superiores al 100% 

del P.M. 
-Alto coste de transporte de la 

escoria hasta central (<100 km) 



Capas qranulares 



4. RECOMANDACIONESDEPRDYECTDYEIECUCION 

A continuacion se facilitan una serie de breves recomendaciones sancionadas por 
la experiencia que contribuyen a mantener la calidad de los materiales y asegurar su 
correcta puesta en obra. 

Procedencia de los materiales 

Dada la influencia de la calidad de los aridos en el comportamiento de las capas 
granulares, es muy importante que antes de realizar los acopios se compruebe la 
idoneidad del yacimiento o cantera propuestos. Esto obliga a llevar a cabo los protoco- 
laries estudios previos si no ha habido una explotacion anterior de dicho yacimiento. 

Una vez que se han analizado los diferentes criterios de calidad -angulosidad, 
limpieza, desgaste, plasticidad, etc.- se debe comprobar el proceso de machaqueo para 
detectar posibles eventualidades en la obtencion de las granulometrfas prescritas por 
norma, asf como en relacion a la limpieza de los aridos. 

Homogeneidad de las za ho mas 

En el caso de materiales de granulometrfa continua, tambien es importante evitar 
su segregacion, ya que puede dar lugar a un mal comportamiento de la capa de la que 
forma parte. A lo largo del proceso de construccion, existen cuatro momentos crfticos en 
los que puede originarse tal fenomeno: 

- Durante el proceso de fabricacion del material: vertido de las cintas transpor- 
tadoras, llenado y vaciado de los silos, etc. 

- En las operaciones de transporte desde la central al tajo de obra, especialmente 
en la carga y descarga de camiones. 

- Durante el acopio, donde se produce la caida del material desde alturas 
considerables. 

- En la fase de puesta en obra. 

Para detectar eventuales segregaciones debe mantenerse una vigilancia perma- 
nente. Una medida preventiva consiste en limitar el tamano maximo de los aridos, asf 
como realizar correctamente los acopios, disponer escalones antisegregacion y sobre 
todo, mantener humedos los materiales. 

Prehumectacion 

Constituye una de las fases fundamentals en la preparacion de aridos para 
capas granulares. Se basa en proporcionar al material una humedad lo mas cercana 
posible a la que posteriormente va a ser necesaria para su compactacion. 



22 



Luis Banon Blazquez 



Generalmente, este proceso se Neva a cabo en las propias instalaciones de 
tratamiento de aridos o en los acopios, lo que evita efectuar la humectacion 
directamente en obra -mas laboriosa y diffcil de realizar- y reduciendo la posibilidad de 
segregation, como se ha senalado antes. 

Ademas, la humectacion previa de los aridos permite conseguir una mayor 
homogeneidad en la capa granular, aumentar rendimientos y reducir costes de 
fabricacion, e incluso ejecutar las obras bajo trafico, aunque esto ultimo debe evitarse. 

Extend ido 

Durante las operaciones de extension, las principales dificultades que pueden 
surgir son las derivadas de la segregacion de los aridos, para lo cual deben 
prehumectarse como ya se ha dicho. Tambien es conveniente emplear maquinaria 
adecuada para evitar este fenomeno, como pueden ser las extendedoras. Si se utilizan 
motoniveladoras, debe procurarse que la cuchilla trabaje a plena carga y lo mas 
perpendicular posible al recorrido, limitando el numero de pasadas. 

Humectacion adicional 

En el caso de que el producto requiera una humectacion adicional para conseguir 
la maxima compactacion, esta puede realizarse de dos maneras diferentes: 

- Simultaneamente con el proceso de extension, consiguiendo una mayor 
penetracion del agua. 

- Posteriormente a la primera compactacion del material, con lo que se evita un 
posible arrastre de finos. 

No es deseable humectar el material en las ultimas fases de compactacion, ya 
que la superficie se encuentra excesivamente cerrada como para permitir la 
impregnacion del agua en profundidad. 

Compactacion 

Las caracterfsticas del proceso de compactacion se fijan en los tramos de 
prueba, adecuandolas a la maquinaria disponible; es importante alcanzar una optima 
compacidad ya que este factor define la calidad mecanica de la capa. Dicho proceso de 
compactacion debera ser tanto mas energico cuanto mas angulosos sean los aridos o 
mas abierta sea su curva granulometrica. 

El tren de compactacion que se emplee debe lograr que la densidad seca 
alcanzada sea igual o superior al porcentaje especificado de la maxima obtenida en el 
ensayo Proctor modificado, que generalmente es del 100%. Para ello, los compactadores 
mas adecuados son los rod i I los vibratorios de llanta lisa, aunque tambien pueden 



22 



Capas qranulares 



ofrecer buenos rendimientos los compactadores mixtos, equipados con un rodillo 
vibratorio liso y otro de neumaticos. 

Durante el proceso de compactacion suelen producirse deficiencias sistematicas 
en los bordes de la capa, por lo que es recomendable disponer un sobreancho con 
relacion a la anchura prevista del orden de 1.5 veces su espesor. Es conveniente que las 




Fig. 22.9 - Compactador vibratorio empleado en capas granulares 

pasadas de los compactadores se solapen, en funcion de la anchura de estos y la de la 
capa a compactar. 



Terminac ion superfic ial 

Para que la superficie de la capa terminada se mantenga en unas condiciones 
adecuadas hasta el momento de recibir la capa superior, deberan adoptarse las 
siguientes medidas: 

■ Conservar la humedad de la superficie mediante riegos ligeros y frecuentes 
empleando agua, o bien aplicar un riego de sellado con emulsion bituminosa. 

■ Evitar en la medida de lo posible el paso de trafico de obra y prohibir 
cualquier otro tipo de circulacion. 

■ Tratar de ejecutar lo antes posible la capa superior. 



s 

< 



< 



22 



Luis Banon Blazquez 



Cuando resulte inevitable que la capa granular soporte una circulacion 
provisional, es conveniente realizar un tratamiento de proteccion mediante un riego con 
una emulsion bituminosa de rotura lenta (ECL, EAL), cubierta posteriormente por una 
capa de arena muy limpia, denominada arrocillo. 

Si sobre la capa granular va a extenderse una capa de naturaleza bituminosa 
-como ocurre en la capa base de los firmes flexibles- debe realizarse previamente un 
riego de imprimacion con el fin de favorecer la union entre ambas capas. Antes de 
efectuar dicho riego, hay que barrer energicamente la superficie de la capa granular y 
regarla con agua, a fin de conseguir la maxima efectividad. 



22 




Desde su aparicion en el siglo XIX, los distintos tipos de compuestos y mezclas 
fabricados con ligantes bituminosos han ido poco a poco ganandose una importante 
posicion en la tecnica de construccion y pavimentacion de carreteras. De hecho, 
actualmente no se concibe la posibilidad de hablar sobre infraestructuras viarias sin 
referirse directa o indirectamente a este tipo de productos. 

En este capftulo estudiaremos los dos grandes grupos existentes: por un lado, los 
tratamientos superficiales, empleados generalmente en la pavimentacion o mejora 
de firmes de bajo trafico; por otro, las mezclas bituminosas -sin duda el producto 
bituminoso "estrella" en las multiples variedades que presenta- que conforman el 
pavimento de los firmes flexibles y semirrfgidos, asf como en ocasiones algunas de sus 
capas inferiores. 

Dada su privilegiada y exigente posicion en el firme, este tipo de capas requieren 
de un especial cuidado tanto en su proyecto como durante su ejecucion, procurando que 
las condiciones ambientales sean las idoneas y realizando los correspondientes ensayos 
a los materiales, de forma que aseguren una calidad suficiente. 

La normativa espanola -concretamente el PG-4- dispone a tal efecto una serie de 
prescripciones y recomendaciones que tambien seran objeto de analisis por parte del 
presente capftulo. 



Luis Banon Blazquez 



1. TRATOMIENTOS SUPERFICIALES 

Un tratamiento superficial se define como toda operacion cuyo objeto es dotar 
al firme de determinadas caracterfsticas superficiales, sin pretender con ello un aumento 
apreciable en sus cualidades resistentes ni en general de su regularidad superficial. 
Podrfa decirse que conforman una capa de "piel" o recubrimiento del firme. 

Pueden distinguirse tres tipos de tratamientos superficiales en funcion de su 
composicion: 

(a) Rieqos sin qravilla: Normalmente forman parte de operaciones auxiliares o 
complementarias en el proceso de construccion o conservacion del firme. Se 
caracterizan por componerse unicamente de ligantes bituminosos. 

(b) Rieqos con qravilla: Pueden ser calificados como los tratamientos superficia- 
les por antonomasia. Se componen de una mezcla de ligante hidrocarbonado 
y gravilla, empleandose para restituir las propiedades superficiales del firme 
e incluso como capa de rodadura en firmes rurales o de escaso trafico 
rodado. 

(c) Lechadas bituminosas: Este tipo de compuestos estan formados por una 
mezcla de una emulsion bituminosa con aridos finos de granulometrfa 
estricta, consiguiendo un mortero de excelentes propiedades superficiales. 
Su empleo en nuestro pafs esta muy extendido, denominandose de manera 
generica slurrys. 



Tipo log la de tratamientos superficiales 



Tipo 


Clase 


Ligante 


RIEGOS 

RIEGOS SIN GRAVILLA 


■ En negro 


FR-100, EAL-1, EAM 


■ Antipolvo 


FM/R-100, EAM, EAL 


■ De imprimacion 


EAI, ECI, [EAL, FM-100] 


■ De adherencia 


EAR-1, ECR-1 


■ De curado 


EAR-1, ECR-1 


TRATAMIENTOS 
SUPERFICIALES 

RIEGOS CON GRAVILLA 


■ Monocapa o STS 


EAR-1, EAR-2 
ECR-1, ECR-2, ECR-3 

FX-175, FX-350 


■ Bicapa o DTS 


■ Monocapa doble 
engravillado 


■ En sandwich 


SLURRYS 

LECHADAS BITUMINOSAS 


EAL-1, EAL- 2 
ECR-1, ECR-2 



23 



Capas bituminosas 



1.1. Riegos sin gravida 



Aunque en su sentido mas estricto este tipo de riegos escape a la definicion de 
tratamientos superficiales -por lo menos en la mayorfa de los casos-, es conveniente e 
incluso logico incluirlos dentro de este grupo. Pueden definirse como aquellas opera- 
ciones auxiliares que se llevan a cabo durante el proceso de construccion o manteni- 
miento del firme. 

A continuacion se definen las tipologfas y caracterfsticas de cada uno de los 
riegos que conforman este grupo de tratamientos superficiales. 

Riegos en negro 

Este tipo de riegos se aplican sobre superficies de rodadura envejecidas, con gran 
cantidad de peladuras, grietas y baches que ocasionan una merma considerable en su 
regularidad e impermeabilidad. 

Normalmente, los riegos en negro se plantean como una solucion provisional 
que rejuvenece superficialmente al firme y mejora su impermeabilidad, en espera de 
aplicar un tratamiento de mayor entidad. 

El ligante empleado debe ser muy fluido, normalmente un betun fluidificado 
(FR-100) o una emulsion anionica de rotura media o lenta (EAM, EAL-1). El contenido de 
ligante residual debe ser bajo, ya que un exceso del mismo podrfa crear zonas 
deslizantes en el pavimento; se recomienda una dosificacion de entre 200 y 400 g/m 2 de 
ligante residual. 



Bomba electrica 
Placas rompeolas 



Control de valvulas 



Quemadores 




Toma del 
tacometro 



Barra regadora 



Fig. 23.1 - Cisterna regadora empleada para la aplicacion del ligante 



23 



Luis Banon Blazquez 



Riegosantipolvo 

Consisten en la aplicacion de un ligante sobre la superficie de caminos rurales no 
pavimentados o con poco transito con objeto de impedir o reducir la generacion de 
polvo ocasionada por el paso de vehiculos. Ademas, se encargan de proteger al firme 
de los fenomenos atmosfericos, resguardandole de la erosion y la humedad. 

Para su confeccion se emplean betunes fluidificados (FM-100, FR-100) o 
emulsiones bituminosas de rotura media o lenta (EAM, EAL) diluidas en agua en una 
proporcion que varfa entre 5 y 20 veces el volumen de la emulsion. 

Su puesta en obra es sencilla, empleando una simple cisterna regadora, siendo 
necesarias varias aplicaciones del ligante. Previamente a su aplicacion, es recomendable 
efectuar un barrido y humectacion de la superficie a tratar para aumentar la eficacia del 
riego. 

Riegosde imprimacion 

Se definen como la aplicacion de un ligante bituminoso sobre una capa granular 
previamente a la extension de una capa bituminosa sobre aquella, con el fin de que 
ambas capas trabajen de forman solidaria. Son, por tanto, un tratamiento auxiliar en 
la construccion y rehabilitacion de firmes. 

Para este tipo de riegos se utilizan ligantes muy fluidos de rotura lenta, siendo 
recomendables los disenados especfficamente para tal fin (EAI, ECI). De esta forma, el 
ligante penetra ligeramente por capilaridad en la capa granular, adecuando la superficie 
de apoyo del pavimento y contribuyendo al agarre entre las capas afectadas. 

Su puesta en obra se realiza con tanque regador, siendo recomendable un 
barrido y humectacion de la superficie horas antes de proceder al extendido del ligante 
para asf facilitar su penetracion en la capa subyacente. Su dosificacion se determina 
mediante un proceso aproximativo en dos fases: 

- La dosificacion inicial se estima mediante la cantidad de ligante que es capaz de 
absorber la capa granular en un periodo de 24 horas, que en la practica suele 
ser del orden de 1 kg/m 2 . 

- Posteriormente se rectifica en la propia obra, anadiendo ligante en las zonas 
mas secas y extendiendo arena donde exista un exceso de riego, de forma que 
ayude a absorberlo. 

Es conveniente que la extension se realice de forma que la mezcla se distribuya 
de forma continua y homogenea. Para que el riego alcance el maximo grado de eficacia, 
debera prohibirse la circulacion de trafico rodado durante al menos las siguientes 4 
horas a su puesta en obra, siendo recomendable un plazo de 24. Posteriormente se 
extendera la capa bituminosa, tratando de coordinarla con la operacion de riego. 



23 



Capas bituminosas 



Riegos de adheienc ia 

Esta clase de riegos se define como la aplicacion de un ligante hidrocarbonado 
sobre una capa bituminosa previamente a la extension de otra capa de la misma 
naturaleza, de forma que se consiga una union mas intima entre ambas que mejore el 
comportamiento estructural del firme. Generalmente las capas afectadas son la 
intermedia (binder) y la de rodadura en los firmes flexibles. 

Los ligantes empleados en este tipo de riegos deben ser poco viscosos y de 
rotura rapida, consiguiendose asf un mejor reparto superficial con poca dotacion de 
betun residual y la posibilidad de extender rapidamente la capa superior. En este 
sentido, se recomienda emplear emulsiones de rotura rapida (EAR-1, ECR-1) y 
dosificaciones no superiores a los 500 g/m 2 , por tal de evitar la creacion de zonas 
excesivamente deslizantes. 

Al igual que en los anteriores riegos, es preceptivo efectuar un barrido previo de 
la superficie a tratar para eliminar el posible polvo o suciedad acumulados, asf como en 
ocasiones un ligero riego con ligantes similares a los empleados en la imprimacion. 

La maquinaria empleada para su extendido es la ya senalada en anteriores 
ocasiones, siendo asimismo necesaria una coordinacion entre la aplicacion del riego y la 
ejecucion de la capa inmediatamente superior, extendiendose esta cuando la emulsion 
ya haya comenzado su proceso de ruptura. 

Riegos de curado 

Su finalidad es impedir la prematura perdida de humedad en las capas tratadas 
con conglomerantes, de forma que el proceso de curado se efectue de manera correcta. 
Este tipo de riegos se basa en las propiedades impermeables de los ligantes bitumi- 
nosos, creando una fina pelicula superficial que impide el paso de las moleculas de agua 
existentes. 

En la practica, este tipo de riegos puede tener tambien la funcion de servir como 
riego de imprimacion o de proteccion contra el paso de trafico rodado. El ligante 
empleado sera diferente segun se quiera o no que desempene estas funciones 
complementarias: 

- Emulsiones de rotura rapida (EAR-1, ECR-1) en el caso de que se pretenda un 
efecto exclusivo de curado. 



V) 

s 



< 



- Emulsiones de rotura lenta (EAI, ECI, EAL) si se pretende que el riego IE 

desempene funciones de imprimacion y proteccion superficial. 

En ambos casos la dotacion de betun residual empleada oscila entre los 600 y 
800 g/m 2 . Los riegos de curado forman parte inseparable de los tratamientos de estabili- 
zacion de suelos con conglomerantes hidraulicos y de las gravas tratadas. 



23 



Luis Banon Blazquez 



Una vez transcurrido el proceso de curado, el riego se eliminara mediante un 
barrido energico, seguido de un procedimiento de soplado con aire comprimido y la 
aplicacion de un riego de adherencia para posteriormente ejecutar la capa superior. 

1.2. Riegos con gra villa 

Este tipo de riegos a los que popularmente se conoce como tratamientos su- 
perficiales se definen como la aplicacion de uno o varios riegos de ligante seguidos de 
una o varias extensiones de gravilla, con el fin de conseguir una capa de rodadura de 
similar espesor al tamano del arido empleado. 

Las principales ventajas que presentan este tipo de tratamientos de cara a su 
empleo son las siguientes: 

- Coste de ejecucion material relativamente bajo, no superior a las 1.000 pta/m 2 

- Durabilidad comparativamente elevada sobre todo si esta bien ejecutado, prefe- 
riblemente en el periodo estival, dada la mayor adhesividad ligante-arido. 

- Despierta interes su aplicacion en vias de bajo trafico o caminos rurales, 
vecinales o en la pavimentacion de calles en nucleos reducidos de poblacion. 

- Toleran mejor las deformaciones que los aglomerados asfalticos al ser mas 
deformables que estos, por lo que su empleo es recomendable en terraplenes 
con grandes asientos. 

lipologfa 

En funcion del numero de aplicaciones de ligante/arido, se distinguen diversos 
tipos de riegos con gravilla: 

(a) Riegos monocapa: Formados por una unica aplicacion de ligante, seguida de 
la extension de una sola capa de gravilla. Se denominan simples 
tratamientos superficiales o mas abreviadamente STS. 

(b) Riegos bicapa: Constituidos por dos aplicaciones sucesivas de ligante y arido, 
de tal manera que existe una relacion entre la dosificacion de ligante y los 
tamanos de arido de ambas aplicaciones. Tambien conocidos como dobles 
tratamientos superficiales o DTS. 

(c) Riegos monocapa doble engravillado: Situacion intermedia entre los dos 
anteriores, consistente en la realizacion de un solo riego de ligante, seguido 
de la extension sucesiva de una capa de grava gruesa y otra mas fina que 
ocupe los huecos dejados por la primera. 

(d) Riegos sandwich: Tratamientos especiales empleados en carreteras de baja 
intensidad de trafico, donde primero se extiende una capa de grava que 



23 



Capas bituminosas 



actua a modo de anclaje para posteriormente regar con ligante y extender 
una gravilla de menor tamano que la anterior. 

(e) Rieqos multicapa: Este tipo de tratamientos se basa en la extension de 
multiples capas de gravilla regadas con ligante. Destacan los triples 
tratamientos superficiales (TTS), aunque actualmente estan en desuso dado 
que es mas economico aplicar una capa delgada de aglomerado asfaltico. 





MONOCAPA (STS) 



B I CAPA (DTS) 





MONOCAPA DOBLE 
ENGRAVILLADO 



ESPECIAL EN SANDWICH 



Fig. 23.2 - Tipos de tratamientos superficiales con gravilla 



Materia les 



En los tratamientos superficiales -como en todos las unidades de obra relativas a 
carreteras- es fundamental cuidar la calidad de los materiales empleados en su 
elaboracion, debiendo exigirse tanto a aridos como a ligantes una serie de caracte- 
rfsticas mfnimas que aseguren la funcionalidad buscada. 

La gravilla empleada debe reunir las siguientes caracterfsticas: 

- Granulometrfa cuidada v uniforme ; en este sentido, el PG-4 tipifica los husos 
granulometricos empleables en este tipo de productos, distinguiendo entre 
normales (A) y especiales (AE), seguidos por dos cifras que indican los tamanos 
maximos y mfnimos admitidos en milfmetros. 

- Generalmente deberan proceder de plantas de machaqueo, presentando una 
forma aproximadamente cubica, asf como un bajo fndice de lajas -entre 20 y 
30, en funcion de la categorfa de trafico- y exentos de finos . 

- Elevada resistencia al desqaste , presentando un coeficiente de Los Angeles 
inferior a 15 para vias con trafico pesado (TO 6 Tl), 20 con trafico medio (T2) y 
30 si se trata de en vfas con trafico ligero (T3 6 T4). 

- El coeficiente de pulimento acelerado sera superior a 0.50, 0.45 o 0.40 
respectivamente, en funcion del tipo de trafico. 



E 
< 



23 



Luis Banon Blazquez 



Husos g ib nulo metric os pa ra a ridos norma les 



TAMIZ 
UNE 


CERNIDO PONDERALACUMULADO (%) 


A 20/ 10 


A 13/7 


A 10/5 


A 6/3 


A 5/2 


25 


100 










20 


90 


100 


100 








12.5 





30 


90 


100 


100 






10 





15 


20 


55 


90 


100 


100 




6.3 


- 


- 





15 


10 


40 


90 


100 


100 


5 





5 


- 


- 





15 


20 


55 


90 


100 


3.2 









5 


- 


- 





15 


10 


40 


2.5 













5 


- 


- 





15 


1.25 

















5 


- 


- 


0.63 





















5 



Husos g ib nulo metric os pa la a ridos espec ia les 



TAMIZ 
UNE 


CERNIDO PONDERALACUMULADO (%) 


AE20/10 


AE13/7 


AE10/5 


AE6/3 


AE5/2 


25 


100 










20 


85 


100 


100 








12.5 





20 


85 


100 


100 






10 





7 





30 


85 


100 


100 




6.3 


- 


- 





7 





25 


85 


100 


100 


5 





2 


- 


- 





7 





30 


85 


100 


3.2 









2 


- 


- 





10 





25 


2.5 













2 


- 


- 





10 


1.25 

















2 


- 


- 


0.63 





















2 



Fuente: PG-4/88 

Asimismo, los ligantes utilizados deben satisfacer una serie de propiedades que 
les hagan aptos para su empleo, y que fundamentalmente son: 

- Aplicacion uniforme: Deben ser suficientemente fluidos para que al regar se 
logre una aplicacion uniforme de los mismos, aunque sin que lleguen a escurrir 
por la superficie del firme. 

- Facilitar la adhesividad: Durante el proceso de extendido de la capa de gravilla 
debe mantener una viscosidad baja para facilitar el contacto superficial con el 



23 



Capas bituminosas 



arido, lo que asegura una mayor adhesividad inicial tanto con la gravilla como 
con la superficie de la capa subyacente sobre la que se aplica el tratamiento. 

- Retencion del arido: El ligante residual debera poseer cierta viscosidad para 
impedir que el arido "salte" del firme al abrir la carretera al paso del trafico. 

A tenor de las anteriores directrices, los productos bituminosos mas recomen- 
dables para su uso en este tipo de riegos son las emulsiones de rotura rapida (EAR-1, 
EAR-2, ECR-1, ECR-2, ECR-3) y los betunes fluxados (FX-175 y FX 350); antiguamente 
tambien se empleaban los betunes de penetracion (B 150/200) en determinados tipos 
de tratamiento, aunque en la actualidad apenas se emplean. 

Tampoco debe perderse de vista una propiedad que afecta tanto a arido como a 
ligante, y que es la adhesividad. Para evaluarla se emplea el ensayo de placa Vialit 

(NLT-313), en el que se prepara sobre una placa metalica cuadrada una muestra del 
riego con gravilla; tras un determinado tiempo de espera, la placa se coloca boca abajo 
apoyada en sus bordes, dejando caer sobre ella y por tres veces una bola de acero. El 
resultado se obtiene contabilizando el numero de partfculas de gravilla desprendidas. 

La prehumectacion de los aridos o el empleo de sustancias activantes pueden 
mejorar con creces la adhesividad, en caso de tener problemas para conseguirla. 

Dosificacion 

Es importante fijar las cantidades de arido y ligante a emplear, ya que el exceso 
o defecto de cualquiera de los dos elementos puede acarrear un mal funcionamiento del 
tratamiento superficial. En este sentido, es importante puntualizar una serie de 
aspectos, tanto en el caso de riegos monocapa como bicapa: 

- En riegos monocapa (STS), la altura de gravilla cubierta por el betun una vez 
apisonada, debe ser de aproximadamente 2/3 de la altura total. Una altura 
mayor harfa a la superficie demasiado deslizante mientras que con un menor 
contenido en ligante la gravilla acabarfa saltando del firme, al estar poco sujeta, 
consiguiendo el mismo indeseable efecto. 

En este tipo de riegos tambien debe cuidarse el contenido en gravilla, de forma 
que sea tal que cubra una sola fila, sin dejar excesivos huecos ni provocar 
cabalgamientos de unos aridos sobre otros. 






V) 

s 



- En los riegos bicapa (DTS), las granulometrfas y dotaciones de ligante de la j> 

segunda capa estan estrechamente interrelacionadas con las empleadas en la ^£ 

primera aplicacion. < 

Un sencillo metodo de dosificacion sancionado por la experiencia es la llamada 
regla del decimo, en la que partiendo de los tamanos maximo (D) y mfnimo (d) de la 
gravilla a emplear puede obtenerse tanto la dotacion de arido como la de ligante, 
aplicando una sencilla division. 



23 



Luis Banon Blazquez 




ALTURA ADECUADA DEL LIGANTE 




Errores en la 
dosificacion del ligante 




Errores en la 
dosificacion del arido 



Fig. 23.3 - Errores en la dosificacion de riegos monocapa (STS) 



La citada expresion es la siguiente: 



D + d 



donde A es la dotacion de gravilla, expresada en l/m 2 

D es el tamano maximo del arido empleado en la gravilla en mm. 
d es el tamano mfnimo del arido, expresado tambien en mm. 

La cantidad de betun se tomara como la decima parte -de ahf el nombre de la 
regla- de la dotacion obtenida para la gravilla, expresada en kg/m 2 . 

No obstante, las cantidades obtenidas son susceptibles de pequenas modificacio- 
nes en funcion del tamano medio de la gravilla, su coeficiente de forma, la adhesividad, 
la permeabilidad de la capa inferior, el tipo de ligante empleado o la epoca en la que se 
efectue el tratamiento. 

En los riegos bicapa, el problema se multiplica por dos, ya que aparte de 
determinar las dotaciones de ambas capas -empleando dos veces la regla del decimo- 
debemos hallar una relacion granulometrica entre ambas capas. A fin de facilitarnos la 
labor, la Instruccion espahola facilita las siguientes dotaciones de gravilla, recogidas en 
la Tabla T.73 de la pagina siguiente. 

En el PG-4 tambien se recogen las distintas dosificaciones de ligante y betun para 
los diferentes tipos de tratamientos superficiales, y reproducidas en las Tablas T.74 y 
T.75 del presente manual. 



23 



Capas bituminosas 



Dotacion de gra villa en riegos bicapa (DTS) 



12R1EGO 


25RIEGO 


TAMANO 

(mm) 


DOTACION 

(l/m 2 ) 


TAMANO 

(mm) 


DOTACION 

(l/m 2 ) 


5/10 
7/13 
10/20 


6-8 
8-10 
12-14 


2/5 
2/5 
3/6 


4/6 
4/6 
5/7 



Fuente: PG-4/88 



Dosificacionde riegos mo noc a pa (SIS) 



ARIDO 


DOTAC ION DE UG ANTE RESIDUAL 

(kg/m 2 ) 


T1PO 


DOTACION 

(l/m 2 ) 


B 150/200 
FX-350 


FX-175 
ECR-3 


EAR, ECR-2 
ECR-3 


EAR-1 
ECR-1 


A(E) 20/10 


12-14 


1.40 


1.40 


- 


- 


A(E) 15/7 


8-10 


- 


1.10 


1.10 


- 


A(E) 10/5 


6-8 


- 


- 


0.80 


0.80 


A(E) 6/3 


5-7 


- 


- 


0.60 


0.60 


A 5/2 


4-6 


- 


- 


- 


0.50 



Fuente: PG-4/88 



T.75 Dosificacion de riegos bicapa (DTS) y doble engravillado 



s 

F 


2 

< 


ARIDO 


UGANTE 


T1PO 


DOTACION 

(l/m 2 ) 


T1PO 


DOTACION 

(kg/m 2 ) 


LU 

Q 


1 

2 


AE 20/10 
AE 5/2 


7-9 
4-6 


FX-350 
ECR-3 


1.10 


1 
2 


AE 20/10 
AE 6/3 


11-13 
5-7 


FX-350 
B 150/200 


1.60 


in 

h- 
Q 


1 
2 


A(E) 20/10 
A(E) 6/3 


12-14 
5-7 


FX-175, FX-350 

EAR- 2 

ECR-2, ECR-3 


1.40 
0.70 


1 
2 


A(E) 13/7 
A(E) 5/2 


8-10 
4-6 


1.00 
0.50 


1 
2 


AE 10/5 
AE 5/2 


6-8 

4/6 


EAR- 1,2 
ECR-1, 2, 3 


0.70 
0.50 



Fuente: PG-4/88 



23 



Luis Banon Blazquez 



Ejecucion 

El exito de un riego descansa fundamentalmente en su correcta ejecucion, por lo 
que deben estudiarse cuidadosamente las condiciones y procedimientos de puesta en 
obra. Los principales puntos a controlar durante la ejecucion son los siguientes: 

(a) Superficie existente: Debe estar limpia, exenta de polvo, por lo que 
primeramente es necesario efectuar un barrido energico, e incluso aplicar un 
riego de imprimacion si la capa no ha sido tratada con anterioridad. 
Asimismo debe presentar cierta impermeabilidad, para evitar la excesiva 
penetracion del ligante y una capacidad portante suficiente para que el arido 
no se incruste. 

(b) Aplicacion del ligante: El riego se llevara a cabo mediante una regadora con 
barra distribuidora (Fig. 23.1) o manualmente mediante una lanza, siempre 
que se trate de pequenas superficies o recodos. Se garantizara una 
extension continua, homogenea y uniforme del ligante, calentandose 
previamente si fuera necesario. 

(c) Extension de la qravilla: Este proceso se acometera inmediatamente despues 
al anterior, para evitar que el ligante se enfrfe o rompa antes de tiempo. El 
arido se dispondra en el firme en la proporcion previamente calculada 
mediante una extendedora de gravilla, asegurando en todo momento su 
uniformidad. 

(d) Compactacion: Debe realizarse preferentemente con compactadores de 
neumaticos lisos de alta presion; al igual que ocurrfa anteriormente, su 
ejecucion debera ser inmediatamente posterior al extendido, de forma que el 
ligante aun no se haya enfriado o haya roto. No es conveniente emplear 
rodillos metalicos de llanta lisa, ya que su excesivo peso puede incrustar el 
arido en exceso o disgregarlo, modificando su granulometrfa. 

(e) Apertura al trafico: No es conveniente abrir el tramo tratado al trafico antes 
de un plazo razonable, de forma que el ligante adquiera cierta viscosidad que 
le permita retener los aridos. En todo caso, puede permitirse la circulacion 
de vehfculos a bajas velocidades -menos de 30 km/h- durante las primeras 
horas. 

De cara a conseguir un mejor rendimiento, los dobles tratamientos 
superficiales emplean un equipo que permite la ejecucion simultanea de las dos capas 
de gravilla, sucediendose inexorablemente las operaciones de riego, extension y 
apisonado. 

Otro aspecto que ya hemos comentado, y que facilita la puesta en obra de los 
diversos materiales es la climatologfa: los aridos deben ponerse en obra preferiblemente 
en tiempo calido, seco y sin la existencia de fuertes vientos. 



23 



Capas bituminosas 



Ratologfasderivadasde una mala ejecucion 

De no seguirse las anteriores recomendaciones de ejecucion, pueden producirse a 
las siguientes patologfas, a corto o a largo plazo: 

- Formacion de bandas negras por desaparicion de gravilla, debido a un riego 
irregular. 

- Exudaciones por un elevado contenido de ligante. 

- Desprendimiento de gravilla por exceso o defecto de ligante, por no ser este del 
tipo adecuado, aridos de mala calidad, ejecucion en tiempo lluvioso o por paso 
de trafico a alta velocidad en las primeras horas de servicio. 



Ejecucion de un riego monocapa (SIS) 



Preparacion de la calzada 
(2 meses de antelacion) 



1 Cepillado de 
la superficie 

*y Aplicacion 
^ del ligante 

■3 Extension 
de la gravilla 



4 Compactacion 

Apertura a I 
I- trafico con 
^ velocidad 

limitada 

Barrido del 
6 exceso de 
aridos 




RIEGO MONOCAPA (SIS) 

Fuente: Referenda 41 



23 



Luis Banon Blazquez 



Ejecucion de un riego bicapa (DTS) 



* «t A 


— -J$ffii\ ^m. 


**■■ jI 

l L i 1 






ftifeiA 








-| Barrido de 

■*■ la superficie 






\ >£ 


psk 


^ Primer riego ^** 
^ de ligante 

Extension 






\ \ 


5Qk 


3 de la primera 
capa de gravilla 








a Segundo riego 
de ligante __^^ 








Extension de la 
5 segunda capa de 

gravilla ^ 

** Compactacion 

° neumatica 






~~~~j———/m yjm 


j Apertura \, 
' al trafico \. 






*£^j^^l^r 




^$$Ob& 


^^H 


RIEGO BICAPA (DTS) 

Fuente: Referenda 41 



23 



Capas bituminosas 



1.3. Lee hadas bituminosas 

Este tipo de tratamientos superficiales -popularmente conocidos como slurrys, 
son definidas por el PG-4 como la aplicacion sobre una superficie de una o varias capas 
de mortero bituminoso fabricado en frfo con aridos, emulsion bituminosa, agua y 
eventualmente polvo mineral de aportacion (filler) y adiciones, cuya consistencia a 
temperatura ambiente es adecuada para su puesta en obra. 

Las aplicaciones de este tipo de producto son multiples, y escapan al ambito 
meramente viario: carreteras, aeropuertos, pavimentos industrials, instalaciones 
deportivas, cubiertas, etc. En carreteras se emplean con el fin de obtener o mejorar las 
siguientes caracterfsticas: 

- Tratamientos de sellado: Impermeabilizacion de firmes con pavimentos 
abiertos, envejecidos o excesivamente fisurados. 

- Meiora del deslizamiento de la capa de rodadura, debido a su textura aspera, 
regularizando ademas dicha superficie. 

- Tambien se emplean con fines meramente esteticos , dada la versatilidad, 
economfa y variedad de colores -obtenidos mediante la adicion de pigmentos- 
que ofrece. Ademas, el acabado es impecable, pudiendose facilmente pintar las 
marcas viales en su superficie. 



Pftoceso de fabric a c ion de lee hadas bituminosas 











Am do 


LIGANTE 


AGUA 




Husos granulo- 
metricos estrictos 


Emulsion bituminosa 
de rotura lenta 


Proporcion estipulada 
por la Instruccion 




















1 


\ 


I \ 


i \ 


1 

f 


V 








FILLER 




ADITIVOS 








4- 




Mezclador 
















LECHADA 
BITUMINOSA 

























23 



Luis Banon Blazquez 



Materia les 

Las exigencias que deben cumplir los aridos que conforman este tipo de 
tratamiento son similares a las ya comentadas, haciendo especial hincapie en su 
granulometrfa, angulosidad, resistencia al desgaste, plasticidad y limpieza. 

El ligante a emplear es generalmente una emulsion bituminosa de rotura lenta 
(EAL-1, EAL-2, ECL-1, ECL-2), aunque tambien se emplean emulsiones especiales con 
adiciones para controlar la rotura y mejorar sus propiedades. 

Ployecto y dosificacion 

La normativa espanola establece cuatro tipos de lechadas bituminosas, siendo 
cada una de ellas adecuada para un tipo de funcion. La siguiente tabla resume las 
caracterfsticas de dichos compuestos: 



Caracteristicasde las lechadas bituminosas 



TAMIZUNE 


TIPO DE LECHADA BITUMINOSA 


LB-1 


LB-2 


LB-3 


LB-4 


12.5 


100 








10 


85 


95 


100 






6.3 


70 


90 


80 


95 


100 




5 


60 


85 


70 


90 


85 


95 


100 


2.5 


40 


60 


45 


70 


65 


90 


80 


95 


1.25 


28 


45 


28 


50 


45 


70 


60 


85 


0.63 


18 


33 


18 


33 


30 


50 


40 


60 


0.32 


11 


25 


12 


25 


18 


35 


25 


45 


0.16 


6 


15 


7 


17 


10 


25 


15 


30 


0.08 


4 


8 


5 


10 


7 


15 


12 


20 


Ligante residual 

(% sobre arido) 


5.5 - 7.5 


7.5 - 13.5 


10.0 


12.0- 20.0 


Agua de amasado 

(% sobre arido) 


8-12 


10 - 15 


10- 20 


10- 20 


Agua total 

(% sobre arido) 


10 - 20 


10 - 20 


10 - 30 


15 - 40 


Dotacion lechada 

(kg/m 2 ) 


15 - 25 


7-12 


2-6 


2-5 


Espesor minimo 

(mm) 


8 


5 


3 


2 


Aplicacion 


l 5 capa 


l 5 capa 
o capa unica 


Capa unica 
o 2 § capa 


Capa unica 
o 2 § capa 


Textura 


Gruesa o 


Media o 


Fina o 


Agrietada o lisa 


a recubrir 


permeable 


descarnada 


agrietada 



Fuente: PG-4/88 



23 



Capas bituminosas 



Fa brie ac ion y puesta en obra 

Las lechadas se fabrican en mezcladoras moviles sobre camion que tambien son 
las encargadas de extenderlas. El equipo consta basicamente de una serie de depositos 
para los diversos componentes de la mezcla y de un mezclador helicoidal de tipo 
continuo encargado de elaborar el producto. Del mezclador, la lechada pasa a una caja 
repartidora o rastra a traves de una compuerta regulable; dicha rastra va remolcada 
sobre la superficie a tratar y termina en una maestra de goma graduable en altura. 




Fig. 23.4 - Puesta en obra de una capa de lechada bituminosa 

2. MEZC LAS BITUMINOSAS EN CAUENTE 

Los aglomerados asfalticos -mezclas bituminosas en caliente- son sin duda la 
mezclas bituminosas por antonomasia en lo que a pavimentacion de carreteras se 
refiere. Tecnicamente se definen como la combinacion de un ligante hidrocarbonado, 
aridos -filler inclusive- y eventualmente aditivos, de forma que todas las partfculas 
queden recubiertas por el ligante de forma homogenea. 

El calificativo "en caliente" hace referenda a su temperatura de puesta en obra, 
muy superior a la ambiente, dado que es necesario que el ligante -que normalmente 
suele ser betun de penetracion- posea una viscosidad suficientemente baja para poder 
trabajarlo. Las mezclas en frfo -tratadas posteriormente- no requieren calentamiento. 

La regularidad superficial que puede proporcionar este tipo de mezclas es una 
de sus grandes ventajas frente a los tratamientos superficiales. Ademas, este tipo de 
compuestos confieren propiedades resistentes al firme, existiendo un gran abanico de 
rigideces que permiten adaptarse a las diversas circunstancias y estados de carga. 



E 
< 



23 



Luis Banon Blazquez 



El uso de esta clase de mezclas esta muy extendido y popularizado, empleandose 
en autopistas, carreteras interurbanas, vias urbanas, caminos rurales, aeropuertos, 
pistas de velocidad, zonas industrials, zonas de estacionamiento, etc. 

2.1. Clasificacion 

Dada la gran cantidad de parametros que definen un aglomerado asfaltico, 
existen diversos criterios para efectuar su clasificacion. El siguiente esquema hace un 
breve resumen de todos ellos, que seran analizados seguidamente: 



Clasificacion de losaglomeiadosasfaKicos 



Para metro 


lipode mezcla 


Caiacteristicas 


ARIDO 
EMPLEADO 

(ACUMULATIVA) 




■ Mastic 


Filler + Betun 




■ Mortero 


Arido fino + Mastic 




■ Macadam 


Arido grueso + Betun 




■ Hormigon 


Arido grueso + Mortero 


TEMPERATURA 

DE PUESTA EN OBRA 




■ En frio (MBF) 


Temperatura ambiente 




• En caliente (MBC) 


Altas temperaturas 


%DEHUECOS 

EN MEZCLA (PG-4) 




■ Densas (D) 


3 a 6% 




■ Semidensas (S) 


6 a 10% 




■ Gruesas (G) 


10 a 15% 




■ Abiertas (A) 


15 a 22% 




■ Porosas (PA) 


22 a 28% 


TAMANO 

TEXTURA SUPERFICIAL 




■ Gruesas (gravas) 


T m ^ x > 8 mm 




■ Finas (arenas) 


T m ax < 8 mm 


GRANULOMETRiA 

DE LOS ARIDOS 




■ Continuas 




■ Discontinuas 


E5TRUC1URA 

ESQUELETO MINERAL 




■ Sin esqueleto mineral 




■ Con esqueleto mineral 



23 



Capas bituminosas 



For el arido empleado 

Se puede establecer una clasificacion acumulativa en funcion de los tipos de arido 
que se van incorporando, obteniendo asf cuatro clases de mezclas: 

(a) Mastic o mastico bituminoso: Formado por una mezcla de polvo mineral o 
filler y un ligante hidrocarbonado, que suele ser betun de penetracion. 

(b) Mortero bituminoso: A la composicion del mastic se le adiciona arido fino, es 
decir, arena de tamano inferior a 8 mm., obteniendo esta nueva mezcla. 

(c) Macadam bituminoso: Se obtiene mezclando arido grueso de granulometrfa 
uniforme (macadam) con un betun de penetracion. Tambien se denomina 
tarmacadam (tar = asfalto) y se empleaba antiguamente en estabilizacion 
de capas granulares. 

(d) Hormiqon bituminoso: Es el empleado usualmente en la construccion de 
capas bituminosas. Se obtiene adicionando arido grueso al mortero, por lo 
que esta formado por tres tipos de materiales: arido grueso (grava), arido 
fino (arena) y betun. 

Por la temperature de puesta en obre 

Aunque en este apartado vamos a tratar solo las mezclas en caliente, no esta de 
mas realizar esta aclaracion de cara al estudio global de los aglomerados asfalticos. 
Existen, pues, dos tipos de mezclas segun su temperatura de puesta en obra: 

(a) Mezclas bituminosas en frfo (MBF): En ellas, el ligante suele ser una emulsion 
bituminosa -en algunos pafses se emplean betunes fluidificados-, de forma 
que la viscosidad es suficientemente baja como para no requerir un 
calentamiento previo a su puesta en obra. 

(b) Mezclas bituminosas en caliente (MBC): En este caso, el ligante utilizado 
para su confeccion es el betun de penetracion, por lo que se necesita reducir 
su viscosidad calentandolo en obra a temperaturas que oscilan entre los 150 
y los 200 Q C. De este modo se logra una mayor trabajabilidad y docilidad del 
material. 



For el porcentaje de huecosen mezcla 






V) 

s 



La compacidad o la proporcion de huecos que presente la mezcla influye de forma C 

determinante en sus caracterfsticas mecanicas, reologicas e impermeables, por lo que es 
conveniente conocer las diferentes tipologfas existentes y los usos recomendados. El 
PG-4 tipifica las siguientes clases de mezclas: 

(a) Mezclas densas (D): Tambien denominadas cerradas. Su pequeno porcentaje 
de huecos (entre el 3 y el 6%) hace que su impermeabilidad sea muy alta, 



23 



Luis Banon Blazquez 



por lo que resguardan eficazmente del agua a las capas subyacentes. No 
suelen emplearse dada la alta cantidad de betun que requieren, dada la gran 
superficie especffica que poseen por su alto contenido en filler. 

(b) Mezclas semidensas (S): Son similares a las anteriores solo que el porcentaje 
de huecos es algo menor (6 a 10%). Al tener un menor contenido en finos 
permiten una menor dosificacion de ligante con el consiguiente ahorro econo- 
mico. Son las mas empleadas en capas de rodadura de carreteras y pavi- 
mentacion urbana. 

(c) Mezclas qruesas (G): La curva granulometrica de los aridos que forman este 
tipo de mezclas se aleja de la maxima compacidad, empleando menores 
cantidades de filler, lo que conlleva una menor cantidad de ligante. Su 
carencia de impermeabilidad hace que este tipo de mezclas sean idoneas 
para su empleo en capas intermedias o de base, dado que aunque tienen 
menor calidad que las anteriores son mas economicas. 

(d) Mezclas abiertas (A): Su elevado porcentaje de huecos y su practica carencia 
de elementos finos hace que su indice de huecos sea muy alto (entre el 15 y 
el 20%). Resisten mas por el rozamiento interno de las partfculas que por 
cohesion, presentando una baja impermeabilidad. Se emplean en capas de 
base (tarmacadam). 

(e) Mezclas porosas o drenantes (PA): Ultimamente han adquirido una gran 
importancia en la pavimentacion de firmes, ya que ofrecen una serie de 
propiedades muy ventajosas desde el punto de vista de la evacuacion de 
aguas -mayor adherencia y seguridad- o la generacion de ruido de rodadura. 
Logicamente permiten el paso del agua en su interior, por lo que la capa 
inferior debe presentar caracterfsticas impermeables (mezcla densa o 
semidensa). 

For el tamano maximo de los aridos 

En funcion del tamano maximo del arido empleado -arenas o gravas- cabe 
distinguir entre las siguientes mezclas: 

(a) Mezclas de textura fina: En este tipo de mezclas, el tamano maximo de sus 
aridos no excede de 8 mm. Destacan las lechadas bituminosas o slurrys ya 
estudiadas con anterioridad y los microaglomerados en frfo y en caliente, 
todos ellos tratamientos superficiales empleados en la rehabilitacion de vfas 
de cierta importancia. 

(b) Mezclas de textura qruesa: Constituyen la gran mayorfa de los aglomerados 
tipificados en Espana, empleando tamahos maximos de arido normalizados 
de 8, 12, 20 y 25 mm. Son los que definen una mejor macrotextura del firme 
y determinan sus principales propiedades superficiales. 



23 



Capas bituminosas 



For la granulometria de los aridos 

La distribucion de tamanos en los aridos empleados condiciona las caracterfsticas 
de la mezcla bituminosa, estableciendo a su vez una division en dos grandes familias: 

(a) Mezclas continuas: Existe una distribucion escalonada de tamanos de arido, 
de forma que las particulas mas finas rellenan los huecos dejados entre las 
mas gruesas. Este tipo de granulometrfas es tfpica de las mezclas cerradas, 
caracterizadas por un alto contenido en filler. Se emplean de forma 
generalizada en nuestro pafs. 

(b) Mezclas discontinuas: Su granulometrfa es discontinua, faltando aridos de 
tamanos comprendidos entre 2 y 8 mm. Son mezclas relativamente imper- 
meables, aunque con peor comportamiento plastico y mas caras. Destacan 
los macadams, cuya granulometrfa es uniforme. 

Por la e structure del arido 

Segun la estructura y ordenacion interna que presentan las partfculas se 
distinguen dos tipos de mezclas: 

(a) Mezclas sin esqueleto mineral: Se trata de compuestos con un elevado 
contenido en filler -y por consiguiente de betun-, lo que hace que trabajen 
unicamente por cohesion al estar dispersos los aridos en el ligante, sin 
trabazon alguna. Destacan los mastics y asfaltos fundidos. 

(b) Mezclas con esqueleto mineral: Entre ellas se engloban los hormigones y 
morterios bituminosos, por lo que son las mas empleadas en casi todos los 
pafses. Se adaptan a cualquier situacion de carga y son mas economicas que 
las anteriores, dado que su contenido en ligante es mas reducido. Las 
mezclas normalizadas en Espana pertenecen exclusivamente a este grupo. 

Criterio de clasificacion del PG-4 

La normativa espanola (PG-4) emplea la siguiente nomenclatura para clasificar 
las diferentes mezclas bituminosas empleadas usualmente en carreteras: 

H-TMA 

donde H es la apertura de la mezcla, es decir, su porcentaje de huecos 
TMA es el tamano maximo del arido empleado en mm. 

En funcion de estos parametros se establece la dosificacion del betun, con lo que 
la mezcla queda totalmente definida. De cara a uniformizar y homogeneizar las 
caracterfsticas de cada tipo de mezcla, se disponen una serie de husos granulometricos 
en funcion de la mezcla escogida, referenciados en la tabla de la pagina siguiente. 



23 



Luis Banon Blazquez 



T77 












Husos gra nulometnc os pa ra MBC 




TAMIZ 
UNE 

40 


CERNIDO PONDERALACUMULADO (%) 


DENSO 


SEMIDENSO 


GRUESO 


ABIERTD 


DRENANTE 


D8 


D12 


D20 


S12 


S20 


S25 


G20 


G25 


A12 


A20 


P12 


PA12 












100 




100 










25 






100 




100 


80-95 


100 


75-95 




100 






20 




100 


80-95 


100 


80-95 


75-88 


75-95 


65-85 


100 


65-90 


100 


100 


12.5 




80-95 


65-80 


80-95 


65-80 


60-75 


55-75 


47-67 


65-90 


45-70 


75-100 


70-100 


10 


100 


72-87 


60-75 


71-86 


60-75 


55-70 


47-67 


40-60 


50-75 


35-60 


60-90 


50-80 


5 


70-90 


50-65 


47-62 


47-62 


43-58 


40-55 


28-46 


26-44 


20-40 


15-35 


32-50 


15-30 


2.5 


45-70 


35-50 


35-50 


30-45 


30-45 


30-45 


20-35 


20-35 


5-20 


5-20 


10-18 


10-22 


0.63 


18-34 


18-30 


18-30 


15-25 


15-25 


15-25 


8-20 


8-20 






6-12 


6-13 


0.32 


12-25 


13-23 


13-23 


10-18 


10-18 


10-18 


5-14 


5-14 










0.16 


8-17 


7-15 


7-15 


6-13 


6-13 


6-13 


3-9 


3-9 










0.08 


5-10 


5-8 


5-8 


4-8 


4-8 


4-8 


2-6 


2-6 


2-4 


2-4 


3-6 


3-6 



Fuente: PG-4/88 

Por otro lado tambien se tipifica la idoneidad de cada una de las mezclas en 
funcion de la zona del firme a la que vayan destinadas, asi como el espesor que debe 
tener en cada caso: 



Mezcla a emplearen funcion del tipo de capa 



CAPA 




UPODE MEZCLA 


ESPESOR(cm) 


RODADURA 


< 3 

3-5 

> 5 


D8 

D12, S12, A12, P12, PA12, D20, S20 

D20, S20 


INTERMEDIA 


6-9 


D20, S20, S25, G20 


BASE 


9-15 


S25, G20, G25, A20 


ARCENES 


4-6 


D12 (o la misma que la calzada) 



Fuente: PG-4/88 

De lo anteriormente comentado se deduce que las mezclas mas cerradas (D, S) 
se emplearan en capas de rodadura, las intermedias (G) en la capa binder y las abiertas 
(A) en la base, caso de estar tratada con betun. El tamano de los aridos es correlativo y 
creciente con la profundidad; asf, un pavimento bituminoso podrfa estar formado por 
una capa de rodadura S-12, una capa intermedia G-20 y una eventual base de tipo 
A-20. El espesor de la capa debe ser por lo menos el triple del tamano maximo del arido. 



23 



Capas bituminosas 



2.2. Materia les 

Los materiales que componen las mezclas bituminosas son fundamentalmente 
aridos, tanto gruesos como finos, filler o polvo mineral y un ligante bituminoso. A 

continuacion se detallan las caracterfsticas exigibles a cada uno de ellos. 

Arido g rue so 

Aparte de cumplir las condiciones granulometricas y de tamano maximo del 
correspondiente huso normalizado, se le exigen las siguientes propiedades: 

- Debe ser fundamentalmente de machaqueo , con un mfnimo de dos caras 
fracturadas en una proporcion de entre el 75 y el 100%, en funcion del tipo de 
trafico y la capa donde se aplique la mezcla. 

- Su indice de laias (NLT-354) no debera ser superior a 30 en las categorfas de 
trafico pesado e intermedio (TO, Tl y T2) y a 35 en las demas categorfas de 
trafico. 

- Deben poseer gran calidad , exigiendose un coeficiente de desgaste de Los 
Angeles (NLT-149) no superior a 30 en las capas de base, 25 en las intermedias 
y de rodadura 6 20 en las mezclas drenantes. 

- El mfnimo coeficiente de pulimento acelerado (CPA) segun la Norma NLT-174 
vendra dado en funcion del tipo de trafico, siendo este de 0.50 para trafico 
pesado (TO y Tl), 0.45 para trafico medio (T2) y 0.40 para trafico ligero (T3 y 
T4), reducidos en 0.05 para mezclas drenantes. 

- Asimismo, el arido debera presentar una buena limpieza , de forma que su 
adhesividad con el ligante sea aceptable. 



T.79 Propiedades de los aridos gruesos empleados en MBC 



PROPIEDAD 


CAPA 


CA1EGORIA DE TRAFICO 


TO 


TL 


12 


13 


7\ 


Proporcion minima en 
particulas fracturadas 


CR/Int 
Base 


100 
90 


90 
75 


75 


Indice de lajas 


Todas 


< 30 


< 35 


Desgaste de 
Los Angeles 


Dren. 

CR/Int 

Base 


< 20 

< 25 

< 30 


Coeficiente de 
pulimento acelerado 


Todas 


> 0.50 


> 0.45 


> 0.40 


Proporcion maxima 
de arena natural 


Todas 


10 


15 


20 



V) 

s 

< 






E 
< 



Fuente: PG-4/88 



23 



Luis Banon Blazquez 



Arido fino 

Este tipo de elementos, junto con el filler, cobran cada dfa una mayor importancia 
en la composicion de las mezclas bituminosas, especialmente en las cerradas. Se ha 
demostrado que el arido fino es tambien decisivo para lograr una buena resistencia al 
deslizamiento en las capas de rodadura. 

Es recomendable que este tipo de arenas procedan de rocas de buena calidad, 
exigiendose altos equivalentes de arena (superiores a 45 6 50 en capas de rodadura 
y a 40 en capas inferiores) y una gran adhesividad, determinada mediante el ensayo 
de Riedel-Weber (NLT-355). 

Filler 

La importancia del filler en una mezcla bituminosa es decisiva ya que debido a su 
gran superficie especifica condiciona la cantidad de ligante a emplear, constituyendo 
junto con este un mastic que dota de cohesion al conjunto de la mezcla. Tambien influye 
en la apertura de la mezcla y, por tanto, en sus caracterfsticas impermeabilizantes. 

Las propiedades que suelen exigirse al filler empleado en este tipo de productos 
son los siguientes: 

- Denominacion de origen del filler, es decir, de que tipo de roca proviene. 
Conviene que no contengan particulas que aumenten su plasticidad, como es el 
caso de las arcillas. 

- Propiedades hidrofflicas o avidez por el agua, determinadas mediante el ensayo 
de inmersion-compresion o el de emulsibilidad. 

- Ensayos de susceptibilidad termica, viscosidad y fragilidad. 

- Determinacion de su forma y actividad: ensayo de densidad aparente en 
tolueno. 

Ligante brtuminoso 

En un principio, cualquiera de los ligantes bituminosos puede emplearse para la 
fabricacion de mezclas bituminosas, aunque sin duda son los betunes de penetracion 
los que tienen un uso mas generalizado, sobre todo en lo que a mezclas en caliente se 
refiere. Los tipos de betun mas empleados son el B 40/50 en zonas calidas y el B 60/70 
o el B 80/100 en zonas mas frfas. 

En cuanto a la determinacion de sus propiedades son de aplicacion los diversos 
procedimientos de ensayo ya vistos en el Capftulo 21. 



23 



Capas bituminosas 



2.3. Propiedades 

Las anteriores caracterfsticas exigidas a cada uno de los componentes de una 
mezcla bituminosa van encaminadas a conseguir una serie de propiedades de 
conjunto que hagan de esta un material capaz de soportar las solicitaciones producidas 
por el trafico sin que su funcionalidad se vea afectada en gran medida. 

El estudio de su com porta miento reologico ante la aplicacion de solicitaciones 
de diversa magnitud con una frecuencia y velocidad determinadas tiene una gran 
importancia de cara al analisis de las propiedades mecanicas de estos compuestos. En 
este sentido, se puede afirmar que las mezclas bituminosas presentan un comporta- 
miento visco-elasto-plastico: elastico para tiempos de aplicacion de carga muy pequenos 
y temperaturas bajas (modulo de elasticidad constante), y viscoplastico para tempe- 
raturas y tiempos de aplicacion mas elevados. 

Dado la extraordinariamente compleja reologfa de este tipo de materiales, 
existen diversos modelos fisico-matematicos y experimentales que tratan de simplificarla 
y explicarla, tratando de relacionar deformacion con tiempo de aplicacion y temperatura 
(modelos viscoelasticos lineales termorreologicamente simples). 

Las principales caracterfsticas exigibles a una mezcla bituminosa son las que a 
continuacion se enumeran: 

(a) ESTABILIDAD: Es la primera caracterfstica que debe tenerse en cuenta en 
toda mezcla, ya que esta debe de ser capaz de soportar cargas y de resistir 
las tensiones sin producir unas deformaciones excesivas. La estabilidad trata 
de representar la resistencia intrfnseca del material, formada por su 
rozamiento interno y su cohesion. 

Existen diversos metodos para evaluar la estabilidad o carga de rotura de 
una mezcla, la mayorfa de ellos de tipo empfrico. Destacan el ensayo 
Marshall para mezclas gruesas y el de Hubbard-Field para finas. 

(b) RESISTENCIA A LA DEFORMACION PLASTICA: El comportamiento reologico 
anteriormente descrito condiciona la acumulacion de deformaciones plasticas 
ante fuertes aplicaciones de carga prolongadas en el tiempo, provocando la (/) 
fluencia del material (roderas). Una adecuada dosificacion de la mezcla -en 



Otras veces, la mala calidad de las capas inferiores influye en la mayor 
deformabilidad de una capa bituminosa, produciendo baches de diversa 
consideracion; una mala adhrerencia, unida a fuertes esfuerzos tangenciales 
-como los generados en las zonas de parada habitual de vehfculos- tambien 
contribuye a acentuar este tipo de deformacion remanente. 

(c) FATIGA: La acumulacion de procesos de carga/descarga en una determinada 
seccion del firme van provocando una progresiva perdida de elasticidad y 



s 



especial la relacion filler/betun- ayuda a paliar este efecto. ^ 



E 
< 



23 



Luis Banon Blazquez 



propiedades resistentes, aumentando las deflexiones y produciendose el 
agrietamiento del firme. 

(d) FLEXIBILIDAD: Si las mezclas van a extenderse en capas de reducido espe- 
sor total (menor de 10 cm.) o sobre firmes flexibles existentes, deben poseer 
suficiente flexibilidad para que no se rompan o fisuren con excesiva rapidez, 
es decir, que su fatiga no sea prematura. 

(e) RESISTENCIA AL DESLIZAMI ENTO: En el caso de que la mezcla baya a 
emplearse como capa de rodadura es fundamental que presente un alto 
coeficiente de resistencia al deslizamiento, para lo cual deben emplearse 
aridos angulosos y que den una macrotextura rugosa. En este aspecto, las 
mezclas porosas drenantes poseen grandes cualidades, generando ademas 
un escaso ruido de rodadura. 

(f) IMPERMEABILIDAD: Otra funcion comentada hasta la saciedad es la 
capacidad que debe tener la capa superior del firme de proteger del agua a 
aquellas que se situan por debajo de ella. Las mezclas cerradas son las mas 
impermeables, aunque por otro lado las drenantes canalizan el agua en su 
interior, suponiendo una solucion alternativa siempre que se extiendan sobre 
otra capa que s\ posea propiedades impermeabilizantes. 

(g) DURABILIDAD: La exposicion del firme a los distintos agentes meteorologicos 
-radiacion solar, agua, hielo, procesos qufmicos- asf como a las propias 
cargas de trafico acaban por causar danos en su textura y estructura. Es lo 
que se conoce como envejecimiento del firme, y acarrea la aparicion de 
deterioros de mayor o menor gravedad, que deben subsanarse mediante las 
actuaciones de mantenimiento pertinentes. 

2.4. Ployec to y dosific ac ion 

El proceso de dosificacion de mezclas bituminosas se basa en la eleccion de una 
granulometrfa conveniente y ajustada a uno de los husos normalizados en funcion del 
empleo que se pretenda dar al producto, para posteriormente determinar las 
proporciones optimas de filler y ligante. Para ello se emplean formulas establecidas a 
partir de deducciones teoricas o, simplemente, ensayos mecanicos que definan ciertas 
propiedades de la mezcla. 

Existe una gran variedad de metodos encaminados a proyectar mezclas 
bituminosas que reunan las propiedades adecuadas para su empleo en una determinada 
capa del firme, pudiendo establecerse dos grandes grupos: 

(a) Metodos basados en la superficie especffica: Este tipo de metodos se basa en 
estimar la superficie total de los aridos empleados y dosificar una cantidad 
tal de betun que sea capaz de recubrirla totalmente. Su principal desventaja 



23 



Capas bituminosas 



es la imprecision de los resultados especialmente en mezclas cerradas, al ser 
mas susceptibles a las variaciones del contenido en betun por poseer mayor 
cantidad de filler. Entre ellos, cabe destacar el metodo de Duriez o el del 
Equivalente Centrifugo de Keroseno (CKE) utilizado en Espaha (NLT-169) 

(b) Metodos basados en ensavos mecanicos: A diferencia de los anteriores, esta 
clase de procedimientos se basa en la realization de ensayos que 
caractericen ciertas propiedades mecanicas de la mezcla, confeccionando 
para ello series de probetas con una proporcion variable de ligante. Los 
valores de estabilidad y deformacion arrojados por el ensayo, unidos a otras 
caracterfsticas tales como el indice de huecos determinan la proporcion 
optima de ligante, es decir, la mfnima que cumpla los diversos criterios 
estipulados por la normativa. 

Existen diversos procedimientos de ensayo en funcion de la tipologfa de la 
mezcla a tratar, aunque destaca el ensayo Marshall (NLT-159), que 
estudiaremos a continuacion con mayor detalle. 



Metodos de dosificacion de mezclas bituminosas 



Grupo 


Metodo 


Mezcla 
apiopiada 


SUPERHCIE 
ESPECIHCA 

Metodos analiticos 


Metodo de Duriez 


Mezclas abiertas 


Equivalente centrffugo de 
keroseno (CKE) 


Mezclas abiertas 


ENSAYOS 
MECANICOS 

Metodos empiricos 


Ensayo de indentacion 


Mastics 


Ensayo Hubbard-Field 
(NLT-160) 


Morteros 
bituminosos 


Ensayo cantabro (NLT-352) 


Mezclas abiertas 
y porosas 


Ensayo Marshall (NLT-159) 


Hormigones 
bituminosos 



Dosificacion media nte el metodo Marshall 

El metodo Marshall (NLT-159) es sin duda el punto de referenda obligado para 
la dosificacion de mezclas bituminosas en caliente; de esta afirmacion pueden excluirse 
las mezclas abiertas, que preferiblemente se proyectaran mediante los metodos de 
superficie especffica antes resenados. 

Dicho metodo se basa en el ensayo del mismo nombre, consistente en la rotura 
de probetas cilfndricas en forma de pastilla de dimensiones normalizadas mediante la 
aplicacion de una compresion diametral efectuada a traves de una mordaza perimetral 






V) 

s 



E 
< 



23 



Luis Banon Blazquez 



Piston movil 



ENSAYO MARSHALL 



Mordaza 
perimetral 




Muestra 



101.6 mm 



Base 




DISPOSITIVO DE ENSAYO 



NLT-156 



I: 



DIMENSIONES DE LA PROBETA 



Fig. 23.5 - Ensayo Marshall para la dosificacion de MBC (NLT-159) 

que sujeta la probeta. La velocidad de aplicacion de la carga es constante y de valor 
2 in/min (50.8 mm/min). 

Primeramente se procede a la eleccion de la granulometrfa y tipo de mezcla a 
emplear. Para ello, existen diversos criterios recogidos por la normativa espafiola en 
diversas tablas, algunas de las cuales ya han sido expuestas en este capftulo. 
Posteriormente, en el capftulo que trata sobre el calculo de firmes se hara mayor 
hincapie en este aspecto. 

Una vez determinadas las caracterfsticas de los componentes de la mezcla se 
procede a la fabricacion de series de probetas con diferentes contenidos de ligante, 
siempre dentro de unos intervalos sancionados por la experiencia (normalmente entre el 
2.5 y el 6.0% respecto al peso del arido); deben confeccionarse al menos cuatro 
probetas por cada contenido. La compactacion de la mezcla se realiza con la maza 
Marshall de caracterfsticas normalizadas, aplicando un numero de 75 golpes por cara. 

Una vez desmoldadas las probetas, y de cara a determinar el porcentaje de 
huecos tanto de los aridos como de la totalidad de la mezcla, se determina su 
densidad aparente mediante en metodo de la balanza hidrostatica. 

Tras mantener las probetas sumergidas en un bano de agua hasta que alcancen 
una temperatura de 60 Q C, se procede a la rotura de las mismas por compresion en el 
aparato Marshall anteriormente expuesto (Fig. 23.3), obteniendose para cada una de 
ellas la relacion entre la carga de rotura (estabilidad Marshall) y la maxima 
deformacion diametral producida (deformacion Marshall). 

Los resultados obtenidos son tratados de forma grafica, confeccionando una serie 
de graficos que muestren la variacion de cada una de las caracterfsticas en funcion del 



23 



Capas bituminosas 



contenido de ligante. Sobre estos diagramas se aplican una serie de criterios 
establecidos por la correspondiente normativa, y que hacen referencia a las tolerancias 
exigibles en funcion del tipo de trafico de proyecto. La siguiente tabla, recogida en 
Artfculo 542 del PG-4, reproduce dichas exigencias: 



Criterios de dosificacion empleadosen MBC 



CARACTERISnCAS 


CATEGORiA DE TRAFICO 


T0,TLyT2 


T3yTJ 


N Q de golpes por cara 


75 


Estabilidad (kl\l) 


> 10 


7.5 - 12.5 


Deformacion (mm) 


2 - 3.5 


Huecos en mezcla (%) 

Capa de rodadura 
Capa intermedia 
Capa de base 


4-6 
4-8 
4-9 


3-5 
3-8 
3-9 


Huecos en aridos (%) 

Mezclas D8 
Mezclas D12 y S12 
Mezclas D20, S20 y G20 
Mezclas S25 y G25 


> 16 

> 15 

> 14 

> 13 



Fuente: PG-4/88 

El contenido optimo de betun sera aquel que logre un compromiso entre la 
durabilidad de la mezcla -que aumenta con el contenido de betun- y su estabilidad, que 
tras alcanzar un maximo disminuye rapidamente, sin perder de vista la relacion ponderal 
filler/betun recomendada en funcion de la capa y la zona climatica considerada. 
Generalmente se procura minimizar el contenido de betun dentro de las tolerancias 
establecidas para que la mezcla sea lo mas economica posible. 

Algunos de los resultados obtenidos en el ensayo Marshall se aplican posterior- 
mente en el control de calidad de la obra. Asf, suele exigirse in situ un determinado 
porcentaje de la densidad optima Marshall obtenida en laboratorio, que oscila entre el 
95% para trafico ligero y el 98% en capas cuyo trafico sea mas pesado. 

Aparte del ensayo Marshall, es conveniente realizar otro tipo de pruebas que 
completen la informacion acerca de la mezcla, informandonos acerca de su 
comportamiento frente a las deformaciones plasticas. Tal es el caso de los ensayos de 
pista de laboratorio (NLT-173) o el de maquina giratoria. 



V) 

s 



E 
< 



23 



Luis Banon Blazquez 



E.20 Dosificacion de mezclas media rite el metodo Marshall 



De cara a la elaboracion de una mezcla de tipo S-12 destinada a 
rehabilitar la superficie de rodadura de los firmes del casco antiguo 
de la cuidad de Alicante, se ha realizado un ensayo Marshall que ha 
arrojado los siguientes resultados, expresados de forma grafica: 



< 



5 

u 

N 



14 



7.0 



6.0 































































3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 
% LIGANTE 































































o 
u 
< 

O 
u_ 

LU 

Q 



3.5 
3.0 



16.0 



15.5 































































3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 
% LIGANTE 
















\ 






i 






\ 


v 




/ 








\ 


>_> 


/ 

















3.5 4.0 4.5 5.0 
% LIGANTE 



5.5 



3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 
% LIGANTE 



£ 

"S 2.50 



uj 2.48 

< 
Q_ 
< 

q 2.46 

< 























N 









































3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 
% LIGANTE 



23 



Capas bituminosas 



Si se estima que el trafico sea de tipo medio (T2), se pide 
determinar el contenido de betun de la mezcla. 

Para determinar el contenido de betun, deberemos aplicar a las cuatro 
primeras graficas los criterios establecidos por el metodo Marshall (Tabla 
T.80) para las caracterfsticas particulares de trafico (T2), emplazamiento 
(Capa de rodadura) y tipo de mezcla (S-12). El resultado seran una serie 
de restricciones que condicionaran el rango disponible de dosificacion del 
betun: 



lb 
14 
12 
10 
8 

































































4.0 4.5 5.0 
% LIGANTE 



4.U 

3.5 
3.0 
2.5 
2 

































































4.0 4.5 5.0 
% LIGANTE 



8.U 

7.0 
6.0 
5.0 
4 

































































10.5 

J 16.0 

O 

Q 15.5 

8 15.0 

u 

LU 

=> 

X 14 5 
















\ 






i 






\ 


v 




/ 








X 


_> 


/ 



















3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 
% LIGANTE 



3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 
% LIGANTE 



La siguiente tabla resume los rangos maximos y mfnimos en funcion de los 
diferentes factores considerados y da el porcentaje optimo de betun: 



FACTOR 


CONDICION 


MiNIMO (%) 


MAXIMO (%) 


Estabilidad (kl\l) 


> 10 


3.5 


5.25 


Deformacion (mm) 


2 - 3.5 


3.5 


5.5 


Huecos mezcla (%) 


4-6 


4.0 


4.75 


Huecos arido 


> 15 


4.2 


5.15 


CONTENI DO OPTI MO EN BETUN DE LA MEZCLA 


4.20% 



23 



Luis Banon Blazquez 



2.5. Fa brie ac ion 

La gran exigencia de calidad que se demanda a este tipo de productos, unido al 
grado de mecanizacion hoy por hoy existente en la industria de la construccion, hace 
que la totalidad de este tipo de compuestos se fabriquen en plantas especializadas 
para ser posteriormente transportadas a su lugar de puesta en obra. 

Dada la gran variedad de mezclas, existe una amplia gama de equipos para la 
fabrication de las mismas, yendo desde sencillas instalaciones moviles similares a las 
empleadas en estabilizaciones hasta complejas plantas de elaboration de hormigones 
asfalticos para carreteras. Su capacidad de production es acorde a su grado de 
complejidad y especializacion, yendo desde las 20 hasta las 400 toneladas de 
aglomerado por hora, siendo normal un ritmo de produccion de entre 100 y 250 T/h. 

Las centrales de fabricacion de mezclas en caliente son las instalaciones mas 
extendidas, no solo por la gran variedad de productos que pueden elaborar sino por ser 
estos los mas ampliamente demandados en la construccion de firmes. 

ElementDsde una central de fabricacion 

Una central esta formada por una serie de unidades independientes entre sf pero 
debidamente coordinadas, especializadas cada una de ellas en una fase de produccion. 
Destacan las siguientes: 

Sistemas de alimentacion y dosificacion de aridos en frfo. 

Secador de aridos y colectores de polvo. 

Unidad de cribado y almacenamiento de aridos caliente. 

Silos y sistemas de alimentacion de fillers. 

Depositos y sistemas de calentamiento y alimentacion de betunes y aditivos. 

Unidad de dosificacion de materiales en caliente. 

Mezclador, que puede ser de tipo continuo o discontinue 

Sistemas de almacenamiento de mezcla y descarga sobre camion. 

Unidad electrica de suministro a toda la instalacion. 

Unidades auxiliares tales como: 

- Cintas transportadoras y elevadores de cangilones. 

- Depositos de fueloil y sistemas de alimentacion al quemador del secador y 
al de calentamiento de betun. 

Las centrales se clasifican en continuas y discontinuas en funcion de la forma 
de trabajo del mezclador, ya que el resto de unidades son practicamente iguales en 
ambos casos. En las centrales continuas, durante el tiempo de mezclado -que oscila 



23 



Capas bituminosas 



entre 30 y 45 segundos- los materiales pasan de un extremo a otro del mezclador; sin 
embargo, en las discontinuas se efectua la mezcla en un recipiente para transcurrido 
este tiempo vaciarse totalmente. 

En Espana proliferan las centrales discontinuas, aunque desde la decada de los 
ochenta se ha ido extendiendo el uso de un tipo de central continua denominada de 
tambor secador-mezclador. 



Unidad central 

(Cribas, dosificadores 
y mezclador) 



Silos de 
■ almacenamiento 

CAr-iflos en frio) 




Depositos 
de betun 

(Alta temoeratura) 



Fig. 23.6 - Esquema general de una central de fabricacion de MBC 



2.6. Puesta en obra 

La forma en que se Neve a cabo la puesta en obra de una mezcla bituminosa va a 
influir en gran medida en su posterior comportamiento ante las cargas de trafico, por lo 
que es indispensable cuidar al detalle los procedimientos constructivos empleados. 

El proceso de puesta en obra de una capa bituminosa en caliente comprende las 
siguientes operaciones, que se suceden en el tiempo sin solucion de continuidad: 

- Preparacion de la superficie existente. 

- Transporte de la mezcla desde la central de fabricacion al tajo donde pretende 
extenderse. 

- Extendido del aglomerado. 

- Compactacion de la capa en tongadas. 



V) 

s 



< 



23 



Luis Banon Blazquez 



Preparacionde la supeificie 

Con anterioridad a la ejecucion de la capa bituminosa deben estudiarse 
previamente las caracterfsticas geometricas de la superficie sobre la que se 
extendera dicha mezcla. Las mayores dificultades se presentan en las operaciones de 
refuerzo de carreteras antiguas, donde el perfil geometrico puede tener desperfectos de 
todo tipo y cuya completa correccion no puede realizarse con la extension de una unica 
capa. 

Una vez decidida la geometrfa se procede a la preparacion fisica de la 
superficie de apoyo, aplicando un barrido energico que elimine la suciedad y el polvo 
depositados para posteriormente efectuar un riego de imprimacion o de adherencia 
segun se trate de una capa granular o bituminosa respectivamente. En el caso de 
tratarse de una superficie de apoyo bituminosa deberan ademas eliminarse las zonas 
que presenten contenido excesivo de ligante (exudaciones). 

Un problema diferente se plantea cuando va a extenderse una mezcla bituminosa 
como capa de refuerzo sobre un pavimento envejecido y agrietado; en este caso resulta 
conveniente fresar la superficie para eliminar el material envejecido y asf conseguir que 
el refuerzo sea efectivo. 

Transporte 

El aglomerado se transporta desde la central donde ha sido fabricado mediante 
camiones volquete de caja metalica basculante. Para impedir la contaminacion del 
ligante, la superficie de la caja debera estar bien limpia, asf como ligeramente 
humedecida con agua jabonosa para evitar que la mezcla se adhiera a las paredes. 
Ademas la caja suele ser hueca, de forma que el humo que sale por el tubo de escape a 
alta temperatura es redirigido hacia el interior de la caja, ayudando a mantener caliente 
la mezcla durante todo el recorrido. 

La parte superior del camion debe ir cubierta con una lona que evite la 
penetracion de partfculas extranas en el aglomerado, asf como la excesiva perdida de 
calor que produce el exponer la mezcla a la intemperie. Esta medida es si cabe mas 
recomendable en caso de bajas temperaturas o tiempo lluvioso. 

A pesar de toas estas medidas, la velocidad de enfriamiento de la mezcla hace 
que no sea factible su uso pasado un determinado tiempo desde su salida de la central. 
Por ello deberan disenarse itinerarios de transporte que comprendan vfas de trafico lo 
mas fluido posible. Los factores que mas influyen en el enfriamiento de la mezcla son la 
temperatura ambiente y el viento; tal es su influencia que las distancias de transporte 
pueden variar desde pocos kilometros en tiempo frfo y ventoso hasta mas de cien en 
epoca estival. 

Es importante controlar la temperatura con la que las mezclas en caliente Megan 
al tajo de extension. Si es muy elevada (superior a 180 Q C) puede indicar que en la 



23 



Capas bituminosas 



fabricacion el ligante ha alcanzado una temperatura excesiva, con un cierto peligro de 
oxidacion o envejecimiento prematuro; si es baja (inferior a 135 Q C) la compactacion no 
va a poder realizarse correctamente. En ambos casos debe devolverse el camion a la 
planta de origen. 

Otro aspecto a vigilar desde el punto de vista de la calidad de la mezcla son las 
posibles segregaciones que puedan producirse durante la carga y descarga de los 
camiones; para evitarlas, la altura de descarga debe ser la mfnima posible. Tambien 
debe evitarse la formacion de montones conicos, haciendo que durante la carga el 
camion se mueva lentamente, ayudando manualmente a su distribucion lateral si fuera 
precise 



Extend ido 

La extension de mezclas bituminosas en caliente se realiza normalmente por 
medio de maquinaria especifica, empleando las llamadas extendedoras. Cuando el 
camion que transporta la mezcla desde la planta de fabricacion Mega al tajo, se aproxima 
marcha atras hacia la extendedora hasta tocar su parte delantera, basculando entonces 
la caja para verter el aglomerado sobre la tolva de recepcion. 

Una vez depositado el producto sobre la extendedora, una serie de dispositivos 
mecanicos -generalmente un sistema de cintas transportadoras- conducen el aglome- 
rado a la parte trasera del aparato, regulando el paso de la cantidad necesaria de 
material. A continuacion la mezcla es distribuida transversalmente por unos husillos 
helicoidales que ademas realizan un remezclado que corrige eventuales segregaciones. 




V) 

s 

< 



E 
< 



Fig. 23.7 - Proceso de carga de una exendedora 



23 



Luis Banon Blazquez 



Tolva de recepcion 
de la mezcla 



Cintas de 
alimentacion 



Cabina 
de mando 




Compuertas 
reguladoras 



, Sistema de 

■ extension 



Fig. 23.8 - Esquema de funcionamiento de una extendedora 

Finalmente, la mezcla es puesta en obra a traves de un pison vertical o tamper, 
que la precompacta en todo el ancho de extension. La colocacion y acabado definitivo es 
efectuado por la maestra o regla vibrante, que se apoya sobre la mezcla recien 
extendida; dicho liston va dotado de un movimiento vibratorio que realiza el acabado 
superficial y aumenta la precompactacion dada por el pison. 

El control geometrico del espesor de la mezcla se realiza mediante un sistema 
automatico de nivelacion formado por un palpador que va recorriendo un hilo 
previamente nivelado mediante estacas, paralelo a la rasante a conseguir, situado en el 
margen de la calzada. En el caso de las zonas urbanas, la referenda de nivelacion puede 
ser el bordillo de la acera. 

La velocidad de extension debe ajustarse al ritmo de suministro de la mezcla por 
parte de la central de produccion, debiendo mantenerse a lo largo de todo el proceso 
una velocidad constante que asegure una buena regularidad superficial. 

Compactacion de la capa entongadas 

Las operaciones de compactacion tienen por objeto que la mezcla alcance la 
densidad mfnima especificada en proyecto, que suele ser de entre el 95 y el 98% de la 
obtenida en el ensayo Marshall. Ademas, la compactacion debe realizarse de manera 
uniforme en toda la superficie extendida, a fin de que el perfil definitivo coincida con el 
previsto en el proyecto. 



23 



Capas bituminosas 



Para cumplir estos dos requisitos es preciso que la temperatura de la mezcla en 
obra sea suficientemente elevada (superior a 120 Q C), aunque no demasiado ya que 
podrfan producirse arrollamientos al pasar los compactadores. 

Para materializar el proceso se emplean los denominados trenes de compac- 
tacion, formados por diversos aparatos que sucesivamente atraviesan la superficie a 
apisonar. Se diferencian tres tipos de trenes en funcion del numero de maquinas y fases 
que lo componen: 

(a) Tren de fase unica: Consta unicamente de un rodillo vibratorio de llanta lisa, 
cuya frecuencia de vibrado difiere de la empleada en la compactacion de 
suelos y capas granulares, ya que resultarfa perjudicial para este tipo de 
capas. Este metodo de compactacion se emplea habitualmente en Francia. 

(b) Tren de doble fase: Se compone de un rodillo estatico de llanta lisa que 
efectua una primera compactacion de tipo medio y un compactador de 
neumaticos con mayor carga por eje, que efectua una compactacion 
definitiva mucho mas energica. Es el metodo empleado actualmente en 
nuestro pais. 

(c) Tren de triple fase: Consta de tres maquinas; primeramente se emplea un 
rodillo estatico de llanta lisa con poca carga por eje, que efectua una 
precompactacion de la mezcla; la segunda fase se realiza tambien con 
rodillos estaticos del llanta lisa, pero esta vez con un mayor tonelaje; por 
ultimo se acomete la tercera fase, Nevada a cabo por un compactador de 
neumaticos lisos con mucha mas carga por eje, encargado de dar un 
acabado rugoso y uniforme al firme. Los neumaticos van regados con agua 
para evitar la adherencia del betun al neumatico. 

2.7. Control de c alidad 

En el control de calidad de las mezclas bituminosas en caliente (MBC) se pueden 
distinguir cuatro fases bien diferenciadas: 

- Control de los componentes de la mezcla. 

- Control del proceso de fabricacion. 

- Control de la puesta en obra. 

- Control de la unidad de obra terminada. 

Control de los componentes 

En la primera fase hay que realizar los correspondientes ensayos, tanto en origen 
como en el lugar de fabricacion, para garantizar que los materiales basicos cumplen lo 
especificado en los pliegos de prescripciones. 



23 



Luis Banon Blazquez 



1*3 


fk— ; \ 


fl"4V 


At- 


gr^gg 




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W&* 






* 



COMPACTA DO RES VIBRATO RJOSDERODILLOSUSOS 





COMPACTADORES DE NEUMAT1COS 




mzm 




COMPACTADORES MIXTOS 



Fig. 23.8 - Tipos de compactadores empleados en capas bituminosas 



23 



Capas bituminosas 



Control del proceso 

En la central de fabrication se debe controlar, en primer lugar, el buen 
funcionamiento de sus diversos elementos, poniendo especial atencion en la calibracion 
de los sistemas de dosificacion, asi como tambien de los indicadores de temperaturas. 

Sobre la mezcla fabricada se deben realizar periodicamente controles de 
contenido de ligante y de granulometrfa de los aridos, para lo cual han de llevarse a 
cabo ensayos de extraccion (NLT-164 y NLT-165). Con una frecuencia menor, hay 
que fabricar probetas y comprobar que se satisfacen las caracterfsticas mecanicas y de 
contenido de huecos que fueron fijadas en el proceso de dosificacion. 

Control de la puesta en obra 

En la puesta en obra es fundamental controlar la temperatura del material y 
que dicho proceso, empezando por la preparacion de la superficie existente, se ajuste a 
lo especificado en los pliegos de prescripciones, a las indicaciones del Director de Obra y 
a las correspondientes normas de buena practica. Hay que atender tambien a las 
condiciones climatologicas, debiendose suspender la extension de la mezcla cuando la 
temperatura ambiente es inferior a 5 Q C con tendencia a disminuir, o cuando hay una 
lluvia apreciable. Un viento intenso constituye tambien un factor negativo a tener en 
cuenta. 

Terminada la compactacion, hay que comprobar que se ha alcanzado la densidad 
especificada. Independientemente de la necesaria extraccion de testigos con sonda 
rotativa, lo que sirve tambien como comprobacion de espesores y para poder controlar 
en el laboratorio las caracterfsticas mecanicas de la mezcla, los metodos de control de 
mayor rendimiento son los basados en tecnicas nucleares, similares a los que se utilizan 
para el control de la compactacion de los suelos. Aunque con ellos no se obtiene una 
medida absolutamente precisa de la densidad de la capa, proporcionan unos valores 
relativos suficientemente significativos no solo del grado de compacidad, sino tambien 
de la homogeneidad de la capa. 

Control de la unidad terminada 

Finalmente, ha de controlarse la regularidad de la superficie terminada, 
comprobando si se ajusta a los pianos del proyecto y a las exigencias de los pliegos de 
prescripciones tecnicas. En el caso de capas de rodadura, la regularidad superficial es 
fundamental como indicativo de la calidad alcanzada. C 



En las capas de rodadura, el control de calidad finaliza con la medida de la 
macrotextura y de la resistencia al deslizamiento. En Espana, el PG-4 establece que no 
antes de transcurridos dos meses desde la apertura al trafico, pero dentro del plazo de 
garantia de la obra, se efectue el ensayo del circulo de arena (NLT-335) y se mida la 
resistencia al deslizamiento mediante el pendulo de friccion del TRRL (NLT-175). 






< 



23 



Luis Banon Blazquez 



3. MEZC LAS BI1UMINOSAS EN FRIO 

Se define como mezcla bituminosa en frfo (MBF) la combinacion de aridos y un 
ligante bituminoso en la que no es preciso calentar previamente los aridos. Ademas su 
puesta en obra se realiza a temperatura ambiente, por lo que desaparecen los 
problemas de transporte a largas distancias. 

Las mezclas en frfo tienen su principal campo de aplicacion en la construccion y 
en la conservation de carreteras secundarias, puesto que en estas obras no se suelen 
justificar economicamente las instalaciones mas complejas que se requieren para la 
fabricacion de las mezclas bituminosas en caliente. Por otro lado, en obras de carreteras 
importantes siempre suele ser preferible recurrir a las mezclas en caliente, puesto que 
con ellas es mas facil garantizar la alta calidad exigida. 

3.1. lipologfa 

Dentro de las mezclas en frfo se pueden distinguir dos grandes grupos. En primer 
lugar estan las mezclas abiertas, llamadas AF y GF en la normativa espanola, que son 
las mas empleadas. Se caracterizan por su trabajabilidad tras su fabricacion, incluso 
durante semanas. Dicha trabajabilidad se basa en que el ligante permanece con baja 
viscosidad, debido a que se emplean emulsiones de betun fluidificado. Despues de la 
puesta en obra en capas de reducido espesor, el aumento de la viscosidad es rapido; sin 
embargo, es muy lento en acopios, en los que unicamente endurece la superficie, siendo 
asf viable el almacenamiento. En las capas ya extendidas, la evaporacion del fluidificante 
es posible debido a que la granulometrfa es abierta, con pequenas proporciones de arido 
fino, lo que supone un elevado porcentaje de huecos en la mezcla. 

El segundo grupo de mezclas en frfo esta formado por las mezclas densas, 
denominadas DF y SF en la normativa espanola. Se fabrican con emulsiones de rotura 
lenta sin ningun tipo de fluidificante. Aunque pueden compactarse despues de haber roto 
la emulsion (la presencia de agua supone una lubricacion de las partfculas de arido), no 
conviene ponerlas en obra si no son suficientemente trabajables. Por otro lado, no 
pueden abrirse al trafico hasta que han alcanzado una resistencia suficiente. Este 
proceso se suele denominar de maduracion; consiste basicamente en la evaporacion del 
agua procedente de la rotura de la emulsion y es relativamente lento, debido a que la 
granulometrfa cerrada del arido hace que la mezcla tenga una pequefia proporcion del 
huecos. Se emplean mucho menos que las mezclas abiertas en frfo. 



3.2. Espec ific ac iones 

El PG-4 especifica los siguientes tipos de mezclas en frfo en funcion de su 
granulometrfa -tamano maximo del arido- y del fndice de huecos o apertura de la 



23 mi 



Capas bituminosas 



misma. La tabla que a continuacion se reproduce recoge todos los tipos de mezclas 
contemplados en Espana: 



T81 




lipologia de mezclas bituminosas en fho 




TAMIZ 
UNE 


CERNIDO PONDERALACUMULADO (%) 


DENSA 


SEMIDENSA 


GRUESA 


ABIEK1A 


DF12 


DF20 


DF25 


SF12 


SF20 


SF25 


GF12 


GF20 


GF25 


AF12 


AF20 


AF25 


40 






100 






100 






100 






100 


25 




100 


80-95 




100 


80-95 




100 


75-95 




100 


65-90 


20 


100 


80-95 




100 


80-95 




100 


75-95 




100 


65-90 




12.5 


80-95 




62-77 


80-95 




60-75 


75-95 




47-67 


65-90 




30-55 


10 




60-75 






60-75 






47-67 






35-60 




5 


65 


47-62 


45-60 


47-62 


42-58 


40-55 


30-48 


28-46 


26-44 


20-40 


15-35 


10-30 


2.5 




35-50 






30-45 






20-35 






5-20 




0.32 




13-23 






10-18 






5-14 










0.08 




3-8 






2-7 






1-5 






0-4 




% ligante 
residual 


4.0-5.5 


3.5-5.0 


3.0-4.5 


2.5-4.0 



Fuente: PG-4/88 



Al igual que ocurrfa en las mezclas en caliente, la normativa tambien establece el 
espesor de la capa compactada que debe cumplirse en funcion del tipo de mezcla 
empleada: 



T.82 Espesor de la capa segun el tipo de mezc la 



ESPESOR(cm) 


TIPO DE MEZC LA 


< 4 


DF-12, SF-12, GF-12, AF-12 


4-6 


DF-20, SF-20, GF-20, AF-20 


> 6 


DF-25, SF-25, GF-25, AF-25 



Fuente: PG-4/88 



23 



CALCULO DE FIRMES 



El analisis de las propiedades y funciones de las diferentes capas que integran el 
firme, y que ha sido objeto de estudio a lo largo de todo el pasado bloque tematico, 
tiene su desenlace en este capftulo, donde dichas capas se dimensionan en base a 
diversos metodos y procedimientos de calculo. 

El calculo de firmes constituye por tanto la aplicacion practica de lo que se ha 
dado en llamar Mecanica de Firmes. Como ya adelantabamos, su objetivo no es otro que 
definir los materiales y espesores de las capas que lo constituyen, siendo ambos 
aspectos los que determinaran sus caracterfsticas estructurales a corto y largo plazo. 

Para dimensionar firmes -tanto flexibles como rfgidos- existen gran variedad de 
metodos y modelos de comportamiento, clasificandose genericamente en analfticos y 
empfricos. Naturalmente, las hipotesis de calculo no seran las mismas en los firmes 
flexibles que en los rfgidos, ya que las forma de resistir las solicitaciones varfa radical- 
mente entre uno y otro tipo. 

En cualquier caso, y sea cual sea el metodo de calculo adoptado, el fin que se 
persigue no es otro que proyectar una estructura multicapa economicamente satis- 
factoria que sea capaz de servir como soporte a la rodadura de los vehiculos durante un 
tiempo mfnimo adecuado y previsto -el perfodo de proyecto-, sin que los materiales que 
la constituyen ni las capas de suelo subyacentes se deformen de forma excesiva. 



Luis Banon Blazquez 



1. FACTORESACONSIDERARENELCALCUUO 

El proyecto de un firme debe perseguir una optimization resistente y funcional de 
la estructura, con un coste global mfnimo que incluya los costes de construccion, 
conservation y rehabilitacion en un periodo comprendido entre los 30 y 50 anos, 
denominado periodo de proyecto. 

Como en todo problema de diseno estructural, en el calculo de firmes se emplean 
hipotesis basicas sobre materiales, condiciones externas, solicitaciones o evolucion y 
deterioro de la estructura, generalmente diferentes segun el metodo de dimensio- 
namiento empleado y el tipo de firme estudiado. 

No obstante, pueden extrapolarse una serie de factores comunes a todos ellos, y 
que seguidamente se enumeran: 

■ El trafico 

■ La explanada 

■ El clima 

■ Los materiales disponibles 

■ Otros factores 

B trafico 

Del amplio abanico de vehfculos que componen el flujo de trafico en una 
carretera interesa conocer el porcentaje de vehfculos con mas carga por eje -vehfculos 
pesados-, asf como la cuantfa maxima de dicha carga esperada en el carril de proyecto 
-aquel mas solicitado, y que por tanto determinara la estructura del firme- durante el 
periodo de proyecto adoptado. 

La repeticion de cargas y la acumulacion de sus efectos en el firme durante 
dicho intervalo de tiempo tambien juegan un importante papel fundamental, ya que es 
el continuo proceso de carga/descarga el causante del proceso de fatiga del firme, 
decisivo a la hora de determinar la vida util de la carretera. 

Ademas, se tendran en consideracion las maximas presiones de contacto, las 
solicitaciones tangenciales en tramos especiales -curvas, zonas de frenado o 
aceleracion-, las velocidades de circulacion de los vehfculos pesados -especialmente en 
rampas- o el sistema de canalizacion del trafico previsto. 

La explanada 

Como parametro fundamental para evaluar la competencia mecanica de una 
explanada se emplea su capacidad portante, obtenida mediante el fndice CBR, o la 
resistencia a la deformacion por esfuerzo cortante bajo las cargas de trafico previstas. 



24 



Calculo de firmes 



Tambien debe tenerse en cuenta la sensibilidad del suelo a la humedad, tanto 
en lo que se refiere a la influencia que esta tiene sobre la resistencia mecanica del 
mismo como a las eventuales variaciones de volumen producidas por la presencia 
intermitente de agua. 

Be lima 

Este factor suele tenerse en cuenta sobre todo en la eleccion de los materiales 

-especialmente la dureza de los betunes de penetracion- y en determinados aspectos 
constructivos, como es el dimensionamiento del sistema de drenaje (Capftulo 18). En 
lo que se refiere al diseno puro y simple de la estructura resistente no tienen especial 
influencia. 

Son objeto de consideracion las temperaturas extremas diarias y estacionales, el 
regimen y la cuantfa de las precipitaciones y la posible presencia de hielo o nieve sobre 
el pavimento, con el subsiguiente empleo de sales fundentes o cadenas por parte de los 
vehfculos. En climas muy frfos (continentales y periglaciares) tienen gran incidencia los 
fenomenos de hielo-deshielo. 

Materiales disponibles 

Los materiales escogidos para el diseno de una capa son determinantes para 
conferir un determinado comportamiento mecanico al firme; ademas, de su correcta 
combinacion depende la obtencion de la seccion de firme tecnica y economicamente mas 
adecuada. 

Los materiales empleados en carreteras tiene diversa procedencia: por una parte, 
se consideraran los aridos que, cumpliendo las caracterfsticas de calidad exigidas y 
hallandose en la cantidad necesaria, esten ubicados en yacimientos o canteras 
emplazados a una distancia razonable de la obra, para no encarecer en exceso su 
precio; por otra, se consideraran los materiales basicos de mayor coste: ligantes 
bituminosos (betunes y derivados) y conglomerantes hidraulicos (cementos), princi- 
palmente. 

Ottos factores 

Otros factores que en ocasiones afectan de manera importante al proyecto de un 
firme son la eventual iluminacion de la vfa, el entorno o medio ambiente que la rodea, el 
equipamiento y la experiencia de las empresas constructoras o ciertas medidas de 
polftica general y local. 

En general, todos los factores anteriormente indicados suelen estar sujetos una 
vez mas por el apretado corse que a veces supone el presupuesto disponible para la 
realizacion de una determinada obra. 



. 



Luis Banon Blazquez 



2. MEIODOSDECALCULD 

Independientemente de que se pretenda dimensionar firmes flexibles o rfgidos, 
existen dos vfas diferentes para abordar el problema, segun se siga un me to do 
analitico -tambien denominado racional- o un me to do empirico. 

El procedimiento analftico de dimensionamiento de un firme se basa 
-analogamente a otras estructuras proyectadas en Ingenierfa- en la formulacion de 
hipotesis previas para posteriormente abordar calculo de las tensiones y deformaciones 
producidos por la accion simultanea de las cargas del trafico y las generadas por las 
variaciones termicas y climaticas, comparando los resultados obtenidos con los valores 
admisibles en cada caso. 

Por su parte, los metodos empfricos proporcionan, para cada combinacion posible 
de los factores basicos de dimensionamiento, soluciones que se han obtenido por 
acumulacion de experiencias sobre el comportamiento normal de los firmes en tramos 
con trafico real, tramos experimentales con trafico especial o pistas de ensayo. 

En la actualidad existe una aproximacion creciente entre ambos metodos, ya 
que como suele ocurrir con todos los conceptos aparentemente antagonicos, se comple- 
mentan mutuamente. De este modo, los metodos analfticos incorporan los resultados 
empfricos tanto para elaborar los modelos de comportamiento del firme en los que se 
basan como en el posterior analisis de los resultados obtenidos en el calculo. 

2.1. Metodos analfticos o racionales 

Este tipo de procedimientos de calculo requieren una modelizacion previa, tanto 
de la seccion estructural como de las cargas, es decir, realizar una abstraccion de sus 
propiedades reales y asimilarlas a una serie de funciones matematicas a partir de las 
cuales se establecen los correspondientes algoritmos para el calculo tensional y 
deformacional, generalmente empleando matrices. 

El analisis de los resultados obtenidos se dirige a determinar el numero de 
aplicaciones de la carga modelo que puede soportar la estructura antes de llegar a la 
rotura, es decir, su fatiga. Si dicho valor admisible supera al esperado segun los 
correspondientes estudios de trafico, solo resta comprobar la seccion desde los puntos 
de vista constructive y economico. 

Seguidamente detallaremos los metodos mas usuales en calculo analftico de 
firmes, tanto flexibles como rfgidos. 

Firmes flexibles 

Las teorfas y metodos mas extendidos para la resolucion de este tipo de firmes se 
basan en las hipotesis generales de la Elasticidad, que de forma resumida son: 



24 



Calculo de firmes 



- Los materiales se comportan como medios elasticos lineales , homogeneos e 
isotropos. Esto significa la proporcionalidad entre los tensores tension y 
deformacion, por lo que bastan dos parametros -modulo de elasticidad (E) y 
coeficiente de Poisson (v)- para definir el comportamiento del material. 

- Las capas se prolongan infinitamente en el piano horizontal, no ocurriendo asf 
en profundidad; debe exceptuarse la capa inferior, que se considera como un 
macizo semiindefinido de Boussinesq. 

- Los macizos multicapa estan sometidos a la accion de una carqa estatica que 
ejerce una presion vertical uniforme sobre el area de la superficie superior de 
dicho macizo. 

Partiendo de las hipotesis anteriores, diversos autores han establecido teorfas 
que se pueden agrupar en tres categorfas diferentes, segun los modelos resistentes que 
se han empleado para caracterizar el firme: 

(a) Teorfas bicapa de Burminster v tricapa de I ones: Cada capa es considerada 
como un cuerpo elastico de tres dimensiones, con adherencia perfecta a las 
otras capas. Actualmente, debido al masivo empleo de ordenadores, se han 
generalizado este tipo de metodos ampliando el numero de capas a 4 6 5. 

(b) Teorfas bicapa de Hogg v tricapa de leuffroy: La capa superior se asimila a 
una placa delgada que desliza sobre la superficie de la inferior. El macizo es 
un sistema bicapa formado por materiales que responden a los principios 
establecidos por Boussinesq en su teorfa sobre macizos semiindefinidos, que 
son aquellos con superficie finita y profundidad infinita. 

(c) Teorfas de macizos equivalentes: Elaboradas por Ivanov, Odemark y Nijboer, 
reemplazan el sistema multicapa por un macizo semiindefinido be Boussinesq 
equivalente. 

De todas ellas, suele emplearse la Teorfa multicapa de Burminster (1.954) 
dado su caracter general, lo que permite adaptarla a cualquier situacion particular. 
Segun esta teorfa, los firmes flexibles pueden asimilarse a un macizo multicapa (que 
emula el firme) apoyado sobre otro semiindefinido de Boussinesq (que trata de sustituir 
al terreno). Las hipotesis que establece son las siguientes: 

- La carga se representa mediante una presion vertical distribuida uniformemente 
sobre un area circular en la superficie del pavimento, actuando de manera 
estatica. 

- Cada capa actua como un medio elastico lineal, homogeneo, isotopo, continue 
de espesor constante e indefinido horizontalmente. 

- Las capas apoyan unas sobre otras de forma continua, es decir, en toda su su- 
perficie. Las condiciones de adherencia entre ellas -existencia de tensiones 



Luis Banon Blazquez 



tangenciales en la superficie de contacto- presentan dos variantes: adherencia 
total (hipotesis optimista) o nula (hipotesis pesimista). 

- No se considera el efecto de los gradientes termicos. La influencia de la 
temperatura en los modulos (E, v) de los materiales solo puede ser tenida en 
cuenta repitiendo el analisis para diferentes valores de dichos modulos. 

- Se admite que los desplazamientos en el sistema son pequenos. 




REBANAPA HORIZONTAL 

COORDENADAS CILINDRICAS (r,Z,9) 




Fig. 24.1 - Modelo multicapa de Burminster empleado en firmes flexibles 

Firmes rig id os 

Los firmes rfgidos se modelizan como losas de dimensiones limitadas 

apoyadas sobre macizos semiindefinidos o macizos multicapa. De entre las teorfas 
existentes destaca la del ingeniero danes Westergaard (1.926), el cual establecio un 
modelo constituido por una losa de caracterfsticas elasticas lineales apoyada sobre un 
macizo semiindefinido de Winkler. 

El funcionamiento de este modelo se basa en que la reaccion que el apoyo 
-neumatico- transmite a la losa es proporcional al desplazamiento producido (F=k-x), 
con un comportamiento similar a como si estuviese sobre un conjunto de muelles o 
flotando sobre un liquido compresible (losa flotante). 

Ademas, para el dimensionamiento de este tipo de firmes deben considerarse dos 
situaciones extremas provocadas por la temperatura, a saber: 



24 



Calculo de firmes 




BORDESABAJO 

Altas temperaturas, de dia 



BO RDES ARRIBA 

Bajas temperaturas, lluvia, de noche 



Fig. 24.2 - Efecto de la temperatura sobre las losas de hormigon 

■ Bordes de la losa arriba: Gradiente de temperatura creciente en profundidad, 
flexion positiva, geometrfa concava (u). 

■ Bordes de la losa abajo: Gradiente de temperatura decreciente en profundidad, 
flexion positiva, geometrfa convexa (n). 

En funcion de estas situaciones y de la posicion de la carga se establecen las 
hipotesis de carga mas desfavorables a considerar en este tipo de elementos: 

- Carga aplicada en una esquina con losa combada bordes arriba. 

- Carga de borde, en el lateral de la losa, con losa arqueada bordes abajo. 

- Carga interior con la losa abombada bordes arriba. 



Leyes de fatiga 

Las leyes de fatiga son expresiones matematicas obtenidas en laboratorio y 
calibradas con estudios de comportamiento a escala real con las que se determina el 
numero N de aplicaciones de carga-tipo que puede soportar el material estudiado antes 
de llegar a la rotura. Si cada aplicacion produce una determinada tension (a) y su 
correspondiente deformacion (s), las leyes de fatiga se pueden expresar como: 

■ Materiales bituminosos, capas granulares y explanadas: s = K • N" a 



Materiales tratados con conglomerantes hidraulicos: 



l-(AlogN) 



. 



Luis Banon Blazquez 



La comparacion del valor admisible de aplicaciones de la carga-tipo con el trafico 
esperado requiere establecer la equivalencia entre el espectro de cargas -el conjunto de 
todos los valores de las cargas con sus correspondientes frecuencias de aplicacion- que 
constituye dicho trafico y el numero de aplicaciones (N) de la carga-tipo (P ) que 
producirfa el mismo efecto destructivo en el firme. Dicha equivalencia suele basarse en 
los siguientes principios preconizados por la AASHTO: 

- Un eje simple de Pi toneladas equivale a un numero de ejes simples de P en 
funcion de la expresion: 

e, - |'|L 



donde a es un coeficiente que depende del tipo de firme, tomandose usual- 
mente 4 para flexibles, 8 para semirrfgidos y 12 para rfgidos. 

Un eje tandem de Q\ toneladas equivale a un numero de ejes simples de P 
segun la siguiente expresion: 

'Ql 

Po 

donde a presenta los mismos valores que en caso anterior y (3 vale 2.5 en el 
caso de firmes rfgidos y 1.4 en el resto de firmes. 

El numero N| equivalente de aplicaciones de carga respecto de la carga-tipo P 
sera igual a: 

N;= N 

e, 

Si la fatiga del firme se produce por Ni aplicaciones de la carga P if el grado de 
fatiga (f|) producido por una unica aplicacion de la misma sera: 

N i 

En consecuencia, el grado total de fatiga (F) ocasionado por un conjunto o 
espectro de cargas aplicadas, cada una de ellas n veces, sera igual a la suma de sus 
grados de fatiga individuals, segun enuncia la Ley de Miner: 



5>n, = y^ 



Ni 

A continuacion se plantea un ejercicio donde se plantea el problema de 
comprobacion del grado de fatiga de diversos firmes en funcion a un espectro de cargas- 
tipo habitualmente empleado por la AASHTO. 



24 



Calculo de firmes 



Grado de fatiga de di versos firmes 



Para determinar la resistencia a la fatiga de diversos firmes se ha 
encargado un estudio teorico basado en la aplicacion del siguiente 
espectro de cargas AASHTO, compuestas por un eje simple: 



Carga 

(T) 


Numero de 
aplicaciones 


5 


25.000 


7 


75.000 


9 


200.000 



Carga 

(T) 


Numero de 
aplicaciones 


11 


300.000 


13 


150.000 


15 


100.000 



Si se emplea una carga-tipo de 13 toneladas, para un numero N de 
1.000.000, determinar el grado de fatiga de los siguientes firmes: 

(a) Firme flexible 

Debemos aplicar el espectro de cargas, teniendo en cuenta que al tratarse 
de un firme flexible a=12. De la aplicacion de las formulas anteriormente 
deducidas, obtendremos la siguiente tabla: 



Pi (T) 


ni 


ei=(Pi/13) 4 


Ni=N/ei 


fi=l/Ni 


fi-rij (%) 


5 


25.000 


0.02 


50.000.000 


2-10" 8 


0.05 


7 


75.000 


0.08 


12.500.000 


8-10" 8 


0.6 


9 


200.000 


0.22 


4.545.455 


22-10" 8 


4.4 


11 


300.000 


0.51 


1.960.784 


51-10" 8 


15.3 


13 


150.000 


1.0 


1.000.000 


100-10" 8 


15.0 


15 


100.000 


1.8 


555.556 


180-10" 8 


18.0 


GRADO DE FATIGA PRODUCIDO POR LAS CARGAS 


F=Zf r ni 


53.35% 



(b) Firme rigido 

En este caso, a = 12. De la aplicacion de las mismas formulas anteriormente 
empleadas obtendremos la siguiente tabla: 



Pi (T) 


ni 


ei =(Pi/13) 12 


Ni=N/ei 


fi=l/Ni 


fi-rij (%) 


5 


25.000 


105-10" 7 


9.52-10 10 


1.05-10 11 


- 


7 


75.000 


594-10" 6 


1.68-10 9 


5.95-10 10 


0.004 


9 


200.000 


0.012 


83.333.333 


1.20-10" 8 


0.0024 


11 


300.000 


0.135 


7.407.407 


1.35-10" 7 


0.04 


13 


150.000 


1.0 


1.000.000 


MO -6 


15.0 


15 


100.000 


5.57 


179.856 


5.56-10" 6 


55.6 


GRADO DE FATIGA PRODUCIDO POR LAS CARGAS 


F=Zf,-n, 


70.64% 



(71 



Luis Banon Blazquez 



2.2. Metodos empiric os 

Como se ha indicado anteriormente, los metodos empfricos proponen secciones 
estructurales cuyo comportamiento ha sido contrastado experimentalmente, pero que a 
menudo han sido tambien comprobadas analfticamente. 



lipologfa 



Los principales metodos de caracter empfrico empleados actualmente son: 

(a) Carreteras con trafico real: Se trata de carreteras normales dentro de la red 
viaria en las que se construyen secciones estructurales tipo para analizar su 
comportamiento y evolucion en funcion del trafico y del tiempo. Los 
principales inconvenientes que presenta son la heterogeneidad del trafico y 
la larga duracion del periodo de ensayo. Se emplean desde hace medio siglo 
en Gran Bretana, por lo que sus resultados son bastante fiables. 

(b) Tramos especiales con trafico especial: En ellos se controla y aumenta la 
carga e intensidad del trafico, a fin de obtener resultados en un tiempo mas 
reducido que en el caso anterior. 

Destaca por la trascendencia de sus resultados el ensayo AASHO, para el 
cual se construyeron unos circuitos especiales, sobre los que circularon 
camiones del ejercito durante nada menos que 25 meses, llegando a aplicar 
sobre una seccion cualquiera un total de 1.114.000 pasadas, cifra 
relativamente baja por otra parte. Sus conclusiones sirven de base a la 
mayoria de los metodos empfricos actuales. 




FIRME FLEXIBLE 
FIRME RIGIDO 



PISTA DE ENSAYO AASHO 




Fig. 24.3 - Pista de ensayo empleada por la AASHO 



24 mil 



Calculo de firmes 



(c) Pistas de ensavo: Son circuitos a escala real en los que se reproducen 
aceleradamente los efectos del trafico. Constan generalmente de una pista 
circular de 3 a 35 m. de diametro sobre la que se hace pasar un tren de 
ruedas simples o dobles que giran constantemente. Se emplean de forma 
generalizada en laboratories de experimetacion -entre ellos el CEDEX- desde 
principios de la decada de los 80. 

Pnocedimiento empleado 

Todos los metodos enumerados anteriormente tienen en comun la sistematica 
siguiente, que se resume en tres puntos: 

• Adopcion de un periodo de proyecto o tiempo que el firme tarda en llegar a 
un grado de deterior que hace necesaria su rehabilitacion estructural. Este 
suele ser de 30 anos en firmes con un pavimento de hormigon, 20 anos en 
firmes bituminosos y 10 anos en refuerzos bituminosos. 

• Determinacion de los factores basicos de dimensionamiento: 

- Variacion del trafico de proyecto: Numero de vehiculos pesados durante un 
dia medio (IMDP), ejes equivalentes de la carga tipo (ei) acumilados durante 
el periodo de proyecto o durante un dfa medio, etc. Se suelen aceptar los 
mismos principios de equivalencia indicados para los metodos analfticos. 

- Caracterizacion de la capacidad de soporte de la explanada: Para ello se 
emplean ensayos que miden la capacidad portante (fndice CBR), placa de 
carga, triaxial, modulo de balasto K, etc. 

- Definicion de los materiales normalizados para las distintas capas: Normal- 
mente suele hacerse referenda a un pliego de prescripciones tecnicas 
generales, el PG-4 en el caso de nuestro pafs. En Estados Unidos se utiliza el 
metodo de la AASHTO, el cual emplea los denominados coeficientes de 
capa: la capacidad resistente del material se representa mediante un 
numero que permite establecer equivalencias entre distintos materiales. 

- Caracterizacion de las condiciones locales v estacionales: Se engloban 
factores como la temperaturas maximas y mfnimas, pluviometrfa, condicio- 
nes de drenaje, etc. Estas condiciones pueden tener una gran influencia en 
el comportamiento de los firmes, aunque suelen considerarse de manera 
muy simplificada. 

• Presentacion de la solucion o soluciones mecanicamente factibles para cada 
combinacion de los factores basicos. Los procedimientos de representacion son 
muy variados, abarcando desde nomogramas hasta tablas, pasando por abacos 
o catalogos de secciones estructurales. 



. 



Luis Banon Blazquez 



Es preciso resenar que cualquier metodo empfrico presenta limitaciones de cara a 
su generalizacion fuera del ambito en que se ha realizado, ya que se falsearfan las 
condiciones para las que este ha sido disenado. Por ello, muchos pafses y organismos 
dedicados a la gestion de carreteras han disenado su propio metodo, aparte de los 
creados por asociaciones tecnicas, agrupaciones de fabricantes, etc. 

Metodos empleados en la actualidad 

En el campo de los firmes flexibles, los metodos mas conocidos y empleados son 
los de la empresa Shell (1.978) y el Asphalt Institute norteamericano (1.981). Para 
firmes rfgidos, el mas difundido es el de la Portland Cement Association (PCA, 1.984). 
Un metodo que abarca ambos tipos de firme es el de la American Association of State 
Highway and Transportation Officials (AASHTO, 1.986). 

En Europa se han puesto a punto desde hace mnas de veinte anos metodos 
empfricos desarrollados por las correspondientes administraciones estatales y cuyas 
soluciones vienen dadas en forma de catalogos de secciones estructurales. 

En nuestro pais, la Direccion General de Carreteras publico en 1.975 las Normas 
6.1-1 C para firmes flexibles y 6.2-1 C para firmes rfgidos de carreteras de nueva 
construccion. En los anos siguientes, y tras varias revisiones, se emprendio un proceso 
encaminado a analizar y modificar las secciones normalizadas para todo tipo de 
carreteras. Fruto de este trabajo es la I nstruccion 6.1 y 6.2-1 C sobre secciones de 
firme, publicada en 1.989 por dicho organismo. 



3. CALCULO SEGUN LA INS1RUCCION DE CARRETERAS 

La I nstruccion presenta una amplia gama de secciones estructurales para 
firmes de nueva construccion, asf como para la reconstruccion total de firmes existentes. 
No excluye, sin embargo, la posibilidad de otros tipos de soluciones que se justifiquen 
debidamente. 

Para cada combinacion de categoria de trafico y de categoria de explanada se dan 
varias secciones posibles entre las que ha de elegirse en cada caso concreto la mas 
adecuada en funcion de consideraciones tecnicas y economicas. 

Debe puntualizarse que esas soluciones no son estrictamente equivalentes, ya 
que aparte de que los materiales imponen ciertos espesores mfnimos constructivos 
todavfa no se trabaja con un sistema de gestion de firmes. Por tanto, no se tiene en 
cuenta la diferente evolucion -que no se conoce suficientemente- de los firmes bajo el 
trafico real, ni la conservacion, refuerzo, rehabilitacion y valor residual que conlleva 
cada solucion, ni los costes del usuario, tanto de funcionamiento -superficie de 
rodadura- como de demoras y accidentes durante las obras de conservacion. Ademas, 



24 



Calculo de firmes 



las secciones con hormigon vibrado nan sido calculadas para un perfodo de servicio de 
30 anos, en tanto que las restantes lo nan sido solo para 20 anos. 

La eleccion de la seccion de firme -o del grupo de secciones- apropiada se realiza 
aplicando los siguientes criterios, por otra parte coincidentes con los senalados al 
principio de este capftulo: 

■ El trafico pesado 

■ La calidad de la explanada 

■ Los materiales disponibles 

■ El clima 

3.1. Trafico pesado 

La estructura resistente del firme sera funcion de la intensidad media diaria de 
vehfculos pesados (IMDP) que se prevea en el carril de proyecto en el ano de la 
puesta en servicio. La determinacion de este valor se puede realizar mediante 
procedimientos de aforo para este tipo de vehfculos, expuestos en el Capftulo 6. 

Se entiende por carril de proyecto aquel que presenta un mayor estado de 
carga. Para su determinacion -salvo que se disponga de datos concretos- se admitiran 
las siguientes disposiciones: 

- En calzadas de dos carriles y doble sentido de circulacion incide sobre cada 
carril la mitad de los vehfculos pesados. 

- En calzadas de dos carriles por sentido de circulacion inciden sobre el carril 
exterior la totalidad de los vehfculos pesados que circulen en el sentido 
considerado. 

- En calzadas de tres o mas carriles por sentido de circulacion inciden sobre el 
carril externo el 85% de los vehfculos pesados que circulen en el sentido 
considerado. 

La Instruccion define cinco categorfas de trafico pesado en funcion de la IMDP, 
recogidas en la siguiente tabla: 



Categorfas de trafico pesado 



CA1EGORIA 


IMDP 


TO 
Tl 
T2 
T3 
T4 


IMDP > 2000 

2000 > IMDP > 800 

800 > IMDP > 200 

200 > IMDP > 50 

IMDP < 50 



. 



Luis Banon Blazquez 



La categorfa de trafico pesado a considerar en el dimensionamiento del firme de 
la calzada principal en autopistas y autovfas de nueva construction no sera en ningun 
caso inferior a la definida como Tl. 

3.2. Explanada 

Se establecen tres grupos de explanadas atendiendo principalmente a su 
capacidad portante, medida a traves del indice CBR. Ademas, para pertenecer a cada 
uno de estos grupos se exige una determinada tipologfa de suelo. Estos grupos son: 



Categories de la explanada 



GRUPO 



CBR 



UPOUOGIA 



>5 
<10 



TERRA PLENES 

Y 
PEDRAPLENES 



DESMONTES 



FF1" 



Js^estTJis 

~~0 





35 
• 5 




1 


1 


S-EST1 

"lUILO 
HAOCCUAO 






TERRA PLENES 

Y 
PEDRAPLENES 







S.1EST2, 


15 




2 


50 


i 


35 


Z 








T 



>10 
<20 



[s-EST2| i! 
i 



DESMONTES 



S L ESTj 
6" 



INAOCCUAOO 



TERRA PLENES 

Y 
PEDRAPLENES 



1 



S-EST3. 

i 



>20 



DESMONTES 





» 




50 
30 




S-EST5 

f 


3 


S-EOT3 


3 


25 

15 





S-E_ST1_ 


S_-EST1 





SUC10 

tM*orcu*o 












S-EST3j 


IS 




3 


50 


1 


35 


3 












S-ESTt 



H30 

tzi- 



24 



Calculo de firmes 



Tambien quedan definidos los distintos materiales que pueden formar parte de la 
explanada, asi como las caracterfsticas y articulos del PG-4 que deben cumplir: 



Materiales utilizablesen explanadas 



SIMBOLD 


DEHNICION 


AKliCULD PG-4 


PRESCRIPCIONES 


O 


Suelo tolerable 


330 Terraplenes 




1 


Suelo adecuado 


330 Terraplenes 




2 


Suelo seleccionado 


330 Terraplenes 




3 


Suelo seleccionado 


330 Terraplenes 


■ CBR > 20 


T 


Material de la zona 
de transicion en 
pedraplenes 


331 Pedraplenes 




S-EST 1 


Suelo estabilizado 
in situ con cal o 
cemento 


510 Suelos estabilizados 
"in situ" con cal 

511 Suelos estabilizados 
"in situ" con cemento 


■ CBR de la mezcla a los 
7 dias > 5 

■ Cemento o cal > 2% 


S-EST 2 


Suelo adecuado 
estabilizado in situ 
con cal o cemento 


330 Terraplenes 

510 Suelos estabilizados 
"in situ" con cal 

511 Suelos estabilizados 
"in situ" con cemento 


■ CBR de la mezcla a los 
7 dias > 10 

■ Cemento o cal > 3% 


S-EST 3 


Suelo adecuado 
estabilizado in situ 
con cemento 


330 Terraplenes 
511 Suelos estabilizados 
"in situ" con cemento 


■ Resistencia a 
compresion simple a 
los 7 dias > 1.5 MPa 



Fuente: Instruccion de Carreteras (6.1 y 6.2-1 C) 

Para categorfas de trafico pesado TO y Tl no se admiten las explanadas de 
categorfa El. Dados los importantes espesores de firme normalizados para dichas 
categorfas de trafico, resulta muy pequeno el sobrecoste relativo que supone la 
necesidad de estabilizar los suelos existentes o de traerlos de un prestamo. Ademas, 
dicho exceso de coste queda enormemente compensado por la mejora que se consigue 
en el comportamiento estructural del firme. 

La superficie de la explanada debe quedar al menos a 60 cm. por encima del 
nivel mas alto previsible de la capa freatica donde el suelo utilizado sea seleccionado, a 
80 cm. de donde sea adecuado y a 100 cm. donde sea tolerable. A tal fin han de 
adoptarse medidas como: 

- La elevacion de la rasante de la explanada. 

- La colocacion de drenes subterraneos. 

- La interposicion de geotextiles o de una capa drenante. 



. 



Luis Banon Blazquez 



3.3. Materia les 

Los materiales empleados para la construccion de firmes ya han sido 
suficientemente detallados en el bloque dedicado a afirmados; no obstante, se hara una 
breve resena a los materiales contemplados por la Instruction, su abreviatura y el 
artfculo del PG-4 donde se hallan sus especificaciones tecnicas: 



Materiales utilizables en secc iones de fiime 



CLAVE 


DEHNICION 


PG-4 


R 


Mezcla bituminosa D 6 S (Capa de rodadura) 


542 


RD 


Mezcla bituminosa P 6 PA (Capa de rodadura) 


542 


RA 


Mezcla bituminosa A 6 AF (Capa de rodadura) 


542 


1 


Mezcla bituminosa D, S 6 G (Capa intermedia) 


542 


BB 


Mezcla bituminosa S, G 6 A (Capa base) 


542 


ZN 


Zahorra natural 


500 


ZA 


Zahorra artificial 


501 


ZAD 


Zahorra artificial drenante 


501 


SC 


Suelocemento 


259 


GC 


Gravacemento 


268 


HM 


Hormigon magro 


517 


HC 


Hormigon comprimido o compactado 


516 


HV 


Hormigon vibrado en masa 


463 


HVA 


Hormigon vibrado armado continuo 


463 


TS 


Tratamiento superficial (riegos con gravilla) 


532 


- 


Tratamiento superficial (lechada bituminosa) 


540 


- 


Riegos de imprimacion, adherencia y curado 


530 a 532 



Fuente: I nstruccion de Carreteras (6.1 y 6.2-1 C) 



24 



Calculo de firmes 



3.4. Climatologia 



De cara la eleccion de ciertos materiales especialmente susceptibles a la 
temperatura, se fijan tres zonas termicas estivales, reflejadas en al mapa adjunto. De 
esta forma puede elegirse la dureza adecuada del betun asfaltico o la relacion en peso 
filler/betun en las mezclas bituminosas. 



Betun a emplearen tunc ion de la zona climatic a 



ZONA 
1ERMICA 


1RAHCO 


TO 


71 


72 


73 


T4 


EN CAPA DE RODADURA Y SIGUIENTE (intermedia o base) 


Calida 

Media 

Templada 


40/50 
60/70 
60/70 


40/50-60/70 

60/70 
60/70-80/100 


40/50-60/70 

60/70 
60/70-80/100 


60/70 

60/70-80/100 
80/100 


60/70-80/100 
80/100 
80/100 


EN CAPA DE BASE (bajo otras dos) 


Calida 

Media 

Templada 


60/70 
60/70 

60/70-80/100 


60/70 
60/70 

60/70-80/100 


60/70 

60/70-80/100 
80/100 


- 


- 



Fuente: PG-4/88 



Relacion pondeial minima fillet/ betun 



ZDNA1ERMICA 
EST1VAL 


1RAHCO 


TO 


71 


72 


73 


T4 


EN CAPA DE RODADURA 


Calida 

Media 

Templada 


1.40 
1.30 
1.20 


1.30 
1.20 
1.10 


1.30 
1.20 
1.10 


1.20 
1.10 
1.00 


EN CAPA INTERMEDIA 


Calida 

Media 

Templada 


1.30 
1.20 
1.10 


1.20 
1.10 
1.00 


1.20 
1.10 
1.00 


1.10 
1.00 
0.90 


EN CAPA BASE 


Calida 

Media 

Templada 


1.20 
1.10 
1.00 


1.10 
1.00 
0.90 


- 


- 



Fuente: PG-4/88 



I/) 

(71 



Luis Banon Blazquez 




Fig. 24.4 - Mapa de zonas termicas estivales (6.1 y 6.2-IC) 



24 



Calculo de firmes 




Fig. 24.5 - Mapa de zonas pluviometricas (6.1 y 6.2-1 C) 



. 



24 



Luis Banon Blazquez 



En funcion de la precipitacion media anual -mayor o menor de 800 mm.- se 
establecen dos zonas pluviometricas: lluviosa y poco lluviosa, respectivamente. En la 
zona lluviosa se recomienda el empleo de firmes drenantes, realizados con mezclas 
bituminosas porosas modificadas con polfmeros, aun cuando su uso deberfa extenderse 
a la practica totalidad de las carreteras, como asi parece que esta sucediendo. 

Por otro lado, en pavimentos de hormigon deberan sellarse las juntas 
transversales en zonas lluviosas, mientras que pueden dejarse sin sellar en zonas poco 
lluviosas. 



CON PRODUCTO DESEUADO 



H-^-+ 



+■ 5 ± 2 mm 

b 

10- 15mm 



Jh / 3 cor to longitudinal 
>h/4 corn lrort*v«rtg( 

h = fiipftsn; d* lo lota 



PRODUCTO DE SELLADO EN FRIO EN CALIENTE 
a 7- 10 mm 10-T5 mm 



TO "IS mm 



IS- 20 mm 



CON PERHLDEPOUCLPROPLENO 



-+^+ 



30* 50 mm 




PE RFIL COMPRIMJDO 



■+-*-+ 



? h/3 COrJ» longitudinal 

>h/4 eort« rranmrtol per Hi sin COMPRIMIR 



a = 4-fl mm (tiro Compri 



WQTA : a I p rt Fi I nprutnradd *i hrUo d* iifrrtplo- 



) minimo 0,S0a (verano) 

imido J > - , rt *n *■ ■ 

\ mOimo H 8Q* I'-wn-r;.) 



Fig. 24.6 - Esquemas de sellado de juntas en pavimentos de hormigon vibrado 



24 



Calculo de firmes 



3.5. C ata logo de sec c iones de fiime 

Todos los factores anteriormente vistos y que condicionan la seccion tipo de firme 
a adoptar se sintetizan en una serie de tablas proporcionadas por la Instruccion, en las 
que se hace referenda a los posibles materiales que pueden componer una capa, asi 
como el espesor de cada uno de ellos. 

Ademas, en dichas tablas se hace referenda a las correspondientes secciones 
tipo de firme, asignandoles a cada una de ellas un codigo de tres cifras, a saber: 

- La primera cifra corresponde a la cateqoria de trafico pesado de la carretera. 
Estara comprendida, por tanto, entre y 4. 

- La segunda hace referenda a la cateqona de la explanada , presentando un 
rango de valores que oscila entre 1 y 3. 

- Por ultimo, la tercera indica el tipo de materiales que forman la seccion, presen- 
tandose los siguientes casos: 

1. Formadas exclusivamente por mezclas bituminosas o capas granulares. 

2. Compuestas por los mismos materiales, pero con mayor espesor en las 
capas granulares y menor en las bituminosas. 

3. Poseen una capa de suelocemento bajo una o varias bituminosas. 

4. Tienen pavimento bituminoso, base de gravacemento y subbase de sue- 
locemento. 

5. Se caracterizan por estar formadas fundamentalmente de hormigon 
compactado, bajo un pavimento bituminoso de reducido espesor, que 
incluso a veces se reduce a un tratamiento superficial, (firme mixto) 

6 y 7. Engloban pavimentos rfgidos, formados exclusivamente por hormigon 
vibrado, bien sea compactado en masa o armado. 

Los espesores de cada capa senalados deben entenderse como minimos en 
cualquier punto del carril de proyecto, por lo que lo normal es que el espesor medio 
realmente extendido y compactado deba exceder entre 1 y 3 cm., en funcion del 
material empleado, la terminacion de la capa inferior o el procedimiento constructive 
empleado. 

La Instruccion tambien permite una variacion uniforme transversal del espesor 
de una de las capas del firme -el pavimento en firmes rfgidos y la base en los 
bituminosos- en vfas con dos o mas carriles con sentido, por tal de adecuar las 
necesidades mecanicas del firme al diferente trafico existente en cada zona de la 
carretera. 

En las dos siguientes paginas se recogen las mencionadas tablas que conforman 
el c ata logo de secciones de firme actualmente vigente en nuestro pais. No obstante, 
siempre puede justificarse otra seccion valida no contemplada en dicho inventario. 



Luis Banon Blazquez 



T.89a 



Catalogo de seccionesde fiime 



NOTAS: TS = Tratamiento superficial mediante riegos con gravilla 
* = Tratamiento superficial 6 4 cm. de mezcia bituminosa 
** = Aplicable solo con explanada de superficie estabilizada 


53 

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20 




25 






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20 


18 




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314 






15 




20 


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315 


20 












21 


316 






25 








18 




321 


25 


25 








15 




322 






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12 




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15 


18 




6 




324 






15 




20 


* 




325 


20 












21 


326 


W 












18 




331 




25 








15 




332 






22 






12 




333 








20** 




6 




334 










20 


* 




335 














21 


336 


m 


30 


30 








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411 




25 


30 








TS 




412 


20 




25 






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413 






15 


18 




6 




414 


20 








20 


* 




415 


20 












20 


416 




20 


20 








5 




421 


25 


20 








TS 




422 






22** 






8 




423 








18** 




6 




424 


20 








20 


* 




425 














20 


426 


m 

W 




30 








5 




431 




30 








TS 




432 






22 






8 




433 








18** 




6 




434 










20 


* 




435 
















436 



24 



Calculo de firmes 



T.89b 










Catalogo de seccionesde fiime 


























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25 










30 




022 








20 








30 




023 








20 


25 






15 




024 








20 






25 


10 




025 




20 








15 






28 


026 




20 






15 








28 


027 




m 
w 














35 




031 






25 










30 




032 








20 








27 




033 








20 


22 






15 




034 








20 






25 


10 




035 












15 






28 


036 










15 








28 


037 




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20 










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H 




25 


25 










25 




122 








20 








25 




123 








20 


22 






15 




124 








20 






22 


10 




125 




20 








15 






25 


126 




20 






15 








25 


127 




m 
w 














30 




131 






25 










25 




132 








20 








22 




133 








20 


20 






15 




134 








20 






22 


10 




135 












15 






25 


136 










15 








25 


137 




m 




25 










30 




211 






25 


25 










25 




212 




20 




25 








18 




213 




20 




20 


20 






12 




214 




20 




20 






20 


8 




215 




20 








15 






23 


216 




20 






15 








23 


217 




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20 










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221 




25 


25 










20 




222 








22 








18 




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20 


20 






12 




224 








20 






20 


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15 






23 


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15 








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20 






12 




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15 






20 


8 




235 












15 






23 


236 










15 








23 


237 



.. 



(71 



1 



Luis Banon Blazquez 



Anchura de las c a pas 

La anchura de la capa superior del pavimento rebasara a la teorica de la calzada 
en al menos 20 cm. por cada borde. No obstante, en pavimentos de hormigon vibrado 
con arcenes del mismo material podra coincidir con la teorica de la calzada. 

En cuanto al resto de las capas, tendran una anchura en su cara superior (a) 
igual a la de la capa inmediatamente superior (a s ) mas la suma de los sobreanchos por 
derrames (d) y por criterios constructivos (s) indicados en la siguiente tabla: 



Sobreanchos minimos en las capas de unfirme 



POR DERRAMES 


d 

(cm) 


Hormigon vibrado 





Otros materiales 


e s * 


POR CRITERIOS 
CONSTRUCTIVOS 


S 

(cm) 


Mezclas bituminosas 


5 


Capas tratadas 

con conglomerantes 

hidraulicos 


6 a 10 


Capas granulares 


10 a 15 


NOTA: e s es el espesor de la capa inmediatamente superior del firme 



Fuente: Instruccion de Carreteras (6.1 y 6.2-1 C) 

De esta forma, la anchura definitiva de cada capa vendra dada por la expresion: 

a = a s + 2d + 2s 

donde a s es la anchura de la capa superior 

d es el sobreancho producido por derrames de material 
s es el sobreancho producido por criterios constructivos 




Fig. 24.7 - Calculo de la anchura total minima de una capa 



24 



Calculo de firmes 



Arcenes 

Estructuralmente, los arcenes soportan menos carga que la calzada por razones 
obvias de funcionalidad, ya que mientras que la calzada esta destinada a la circulacion 
continua de vehiculos, los arcenes unicamente sirven para efectuar detenciones 
esporadicas. No obstante, el arcen tambien proporciona cierta rigidez transversal y 
supone una zona de transito hacia el terreno natural, por lo que sus caracterfsticas 
mecanicas deben ser tales que suavicen la transicion entre una y otra zona. 

El firme de los arcenes de anchura no superior a 1.25 m. se proyectara como una 
prolongacion del de la calzada adyacente. Ademas, su ejecucion sera simultanea, de 
forma que no se disponga ningun tipo de junta longitudinal entre la calzada y el propio 
arcen. 

En aquellos arcenes de anchura superior a 1.25 m., su firme dependera de la 
categoria de trafico previsto para la calzada y de la seccion adoptada en esta, 
procurando evitar en la medida de lo posible la utilizacion de materiales no empleados 
en la composicion de las capas de firme de la calzada. 

Salvo justificacion en contra, deben adoptarse las soluciones recogidas por la 
Instruccion al estar previstas para situaciones de trafico acordes con la funcion propia de 
los arcenes. En caso de preverse solicitaciones mas fuertes, podran emplearse secciones 
de mayor capacidad estructural. 

Otro aspecto a tener en cuenta a la hora de determinar los espesores de las 
capas o tongadas de firme en el arcen es la disposicion constructiva que presenten, a 
fin de coordinar correctamente su construccion. El espesor mfnimo fijado por la 
Instruccion para cada una de las capas -excepto las bituminosas- que lo componen es 
de entre 15 y 27 cm. 



Dimensionamiento de firmes segun 6.1 y 6.2- IC 



Se pretende dimensionar el firme de una arteria urbana en la 
ciudad de Alicante, cuya seccion tipo es la siguiente: 



Il_A. 



1.6 m 



Aforos realizados en vias de similares caracterfsticas arrojan un 
valor total de I MD de 21.015 vehiculos, con un reparto por sentidos 
60-40% , un porcentaje de pesados del 12% , aunque la cercania de 
un pohgono industrial hace pensar que el trafico de este tipo de 
vehiculos aumentara presumiblemente en 945 unidades diarias. 



Luis Banon Blazquez 



Por otro lado, el firme se asienta sobre una explanada formada por 
suelo seleccionado con un indice CBR de 14. A la vista de estos 
datos, se pide: 

(a) Determinar el tipo de trafico de la carretera 

La Instruccion afirma que para carreteras de tres o mas carriles por 
sentido, como es el caso, el carril de proyecto sera el mas externo, sobre 
el que inciden el 85% de los vehfculos pesados en el sentido mas 
desfavorable de circulacion. 

Aplicando a la IMD los porcentajes de distribution por sentidos (60%), de 
vehfculos pesados (12%) y de incidencia en el carril de proyecto (85%) 
obtendremos el siguiente valor: 



N P 



0.85 • 21015 • 0.60 • 0.12 = 1.286 vehfculos 



al que habra que sumar el incremento previsible por estar cerca de un 
polfgono industrial, multiplicado tambien por el coeficiente de reparto entre 
sentidos, obteniendo la IMDP: 

I MDP = 1.286 + 945 • 0.60 = 1.853 vehfculos pesados 

Este valor clasifica al trafico de la vfa como Tl (ver Tabla T.83), al estar 
comprendido entre 800 y 2.000 vehfculos. 

(b) Proponer una seccion de firme tipo mixto valida para el trafico 
estimado 

Para poder entrar en el catalogo de firmes de la Instuccion, primeamente 
debemos proceder a clasificar la explanada, que en nuestro caso es de tipo 
E2 al ser un suelo seleccionado con un fndice CBR situado entre 10 y 20. 

Con el trafico anteriormente hallado y el tipo de explanada ya podemos 
entrar en la Tabla T.89, donde se escogera la seccion 125, ya que la 
ultima cifra nos indica que el firme empleado es de tipo mixto. Una de las 
posibles secciones recogidas es la que se muestra a continuacion: 



SE" 3 ™ 125 




24 




A lo largo de su vida util, el firme esta sometido a multiples solicitaciones que le 
hacen entrar en carga; la procedencia de dichas acciones no se restringe unicamente al 
ambito de las generadas por el paso del trafico, sino que tambien obedecen a varia- 
ciones termicas, fenomenos de infiltracion y erosion selectiva, e incluso procesos de tipo 
sismico. 

Todo este cumulo de incidencias hace inevitable la fatiga del firme, ocasionada 
por la merma de las propiedades resistentes de los materiales que conforman sus capas 
ante los continuos ciclos de carga/descarga a que se ven sometidos. Otras veces, las 
deficiencias constructivas o de proyecto son las que ponen en evidencia la incapa- 
cidad prematura de un firme, acortando su periodo de servicio. 

La consecuencia inmediata y tangible de este desgaste es la aparicion de diversos 
s into mas -termino de origen medico oportunamente aplicado a la construction- que 
advierten claramente de este mal funcionamiento de algun aspecto relativo a la 
infraestructura viaria. 

El objetivo fundamental de este capftulo es hacer un recorrido por todos aquellos 
deterioros que suelen presentarse en las carreteras de manera mas frecuente, 
analizando sus posibles causas y tratando de proponer soluciones que palien este tipo 
de deficiencias, mas aun teniendo en cuenta la influencia que tienen en el nivel de 
calidad ofrecido al usuario. 



Luis Banon Blazquez 



1. ELDETERIORO DELHRME 

Como ya se ha comentado en la introduccion, el continuado paso del trafico sobre 
el firme y otros factores de diversa fndole causan un proceso de fatiga y deterioro en el 
firme que en determinadas zonas puede acelerarse por diversas causas atribuibles a una 
deficiente prevision, una mala construccion o sencillamente a la "mala suerte". 

Las patologias que afectan habitualmente a las obras de carreteras pueden 
clasificarse dentro de las siguientes tipologfas: 

(a) Aqrietamientos superficiales: Se observan a simple vista, pudiendo tener su 
origen en la propia capa o deberse al agrietamiento de capas inferiores, 
generalmente estabilizadas con algun tipo de conglomerante hidraulico. 

(b) Roderas: Deformaciones longitudinales en la capa de rodadura producidas 
por la canalizacion de cargas elevadas en asociacion con elevadas 
temperaturas, lo que genera una deformacion permanente a corto plazo y 
una posterior fluencia lateral del material bituminoso. 

(c) Deformaciones superficiales: Se producen por asientos diferenciales de 
alguna de las capas granulares o de la propia obra de tierra, debidos a la 
incapacidad mecanica de dicha capa para absorber las solicitaciones 
verticales u horizontales que a ella Megan. Pueden estar localizadas en zonas 
concretas o afectar a un tramo mas amplio de carretera. 

(d) Pulimento: Es quiza la patologfa mas comun e inevitable; se produce por el 
continuo proceso de abrasion al que se someten los aridos que estan en 
contacto con la superficie del neumatico, influenciado ademas por el agua 
presente en la superficie. 

(e) Desprendimientos: Perdida de material producida por la perdida de cohesion 
existente entre las partfculas, ocasionando la aparicion de estrfas, baches y 
socavones. 

(f) Exudaciones v fluencias: Movilizaciones de material dentro de la estructura 
del firme, que ocasionan deformaciones y otro tipo de patologfas derivadas. 

De cara al estudio de las diversas patologias que puede presentar un firme, suele 
distinguirse entre las que afectan a los firmes flexibles y semiflexibles, compuestos 
por productos bituminosos, y las propias de los firmes rigidos de hormigon. 

Actualmente existe una amplia gama de publicaciones dedicadas exclusivamente 
al analisis de una o diversas de estas patologfas, aunque destaca la editada en 1.989 por 
el Ministerio de Obras Publicas y Urbanismo -actual Ministerio de Fomento-, en la que se 
recogen de manera grafica y concisa los principales deterioros que pueden producirse en 
el firme. En dicho texto se basa la descripcion y clasificacion realizada en el presente 
capftulo. 



25 



Patoloqfa de firmes 



2. PA1DLDGIASENHRMESH£XIBL£SYSEMIRRIGIDOS 

Este tipo de patologfas es tfpica de los firmes cuyo pavimento esta compuesto por 
capas bituminosas. El siguiente esquema resume las mas destacables: 



S52 Patologias propias de los firmes flexibles y semirrigidos 



D 

DEFORMACIONES 


Dl 


Rodera 


D6 


Firme ondulado 


D2 


Hundimiento 


D7 


Ondulacion 


D3 


Blandon 


D8 


Huella 


D4 


Cordon longitudinal 


D9 


Burbuja 


D5 


Arrollamiento 
transversal 


D10 


Protuberancia 


R 

ROTURAS 


Rl 


Grieta longitudinal 
central 


R7 


Cuarteo en malla 
gruesa 


R2 


Grieta longitudinal 
lateral 


R8 


Grietas en las 
rodadas 


R3 


Grieta transversal 


R9 


Grieta en el borde 
de la calzada 


R4 


Grieta erratica 


RIO 


Grieta reflejada 


R5 


Grieta parabolica 


Rll 


Grieta curva 


R6 


Piel de cocodrilo 

(cuarteo en malla fina) 


R12 


Fisuras finas 


p 

DESPREN- 
DIMIENTOS 


PI 


Firme brillante 


P6 


Desintegracion 


P2 


Descarnadura 


P7 


Fallo de envuelta 


P3 


Aridos 
pulimentados 


P8 


Verruga 


P4 


Peladura 


P9 


Estriado 


P5 


Bache 




X 

EXUDACIONES 


XI 


Exudacion 


X3 


Mancha de 
humedad 


X2 


Flujo de ligante 


X4 


Ascension de finos 



25 



Luis Banon Blazquez 



2.1. Defbrmaciones 

Dentro de este grupo de deterioros se engloban aquellos que afectan a la 
geometrfa de la superficie de rodadura de la carretera. 

Rodera 

Se trata de una deformacion longitudinal en la capa de rodadura producida por la 
canalizacion de cargas elevadas en asociacion con elevadas temperaturas, lo que genera 
una deformacion permanente a corto plazo y una posterior fluencia del material 
bituminoso que origina cordones laterales. Pueden deberse a dos causas principales: 

- Empleo de mezclas bituminosas con insuficiente resistencia a la deformacion 
plastica, en combinacion con trafico pesado y elevadas temperaturas. 

- Compactacion insuficiente del pavimento. 

Su cuantificacion se realiza midiendo su extension y la maxima profundidad 
mediante una regla o cinta metrica y un transversoperfilografo. 

Hundimiento 

Son alteraciones en la cota transversal de la rasante que pueden crear desniveles 
importantes. Se deben principalmente a: 

- La degradacion localizada de capas superficiales como consecuencia de un 
drenaje inadecuado. 

- Ejecucion del firme localmente defectuosa. 

- Contaminacion de las capas inferiores. 

- Desplome de cavidades subterraneas, especialmente en zonas urbanas. 

- Presencia de heterogeneidades no detectadas en el terreno. 

Hand on 

Asiento localizado en la superficie de la calzada que la configura en forma de 
hundimiento, aunque de menor magnitud que el anterior. Tambien se denomina 
socavon, y se produce como consecuencia de: 

- La degradacion de capas inferiores en un punto sensible. 

- Mala construccion o contaminacion local. 

- Falta de resistencia de la explanada. 

- Rotura de canalizaciones, debido a la merma en las condiciones mecanicas del 
terreno y el lavado de finos producido por el agua a presion. Se da con mas 
frecuencia en zonas urbanas. 

- Falta de drenaje, por ausencia, deficiencia o rotura del mismo. 



25 



Patoloqfa de firmes 



I BLANDON 




Fig. 25.1 - Deformaciones en firmes flexibles (I) 



25 



1 



Luis Banon Blazquez 



Cordon longitudinal 

Desplazamiento horizontal del material en la superficie de rodadura, creando 
protuberancias prolongadas en la direccion del trafico, generalmente en el borde de la 
calzada. Se debe a las siguientes causas: 

- Falta de union entre capas bituminosas, mezclas inestables. 

- Falta de contencion lateral de la capa de rodadura. 

- Fuerzas tangenciales excesivas, debidas a la circulacion de vehiculos pesados 
en zonas de mayor pendiente (rampas). 

Amollamiento transversal 

Desplazamiento del material en la superficie de rodadura, creando protuberancias 
prolongadas en el sentido perpendicular al trafico. Es ocasionado por: 

- Falta de union entre capas bituminosas, o mezclas inestables. 

- Fuerzas tangenciales debidas a los frenazos y a las aceleraciones de los 
vehfculos, creando una especie de efecto alfombra. 

- Juntas de trabajo. 

Rime ondulado 

Ondulaciones transversales en la superficie de rodadura en forma regular y 
proxima, recordando la chapa ondulada. Reconocibles por la deformacion de las marcas 
viales. Las causas achacables a su aparicion son: 

- Deformacion diferencial del suelo en profundidad. 

- Zonas sometidas a tensiones tangenciales importantes. 

- Excesiva inestabilidad de las mezclas bituminosas. 

- Mala calidad y/o puesta en obra de la capa de rodadura. 

Ond ulac ion 

Onda o sucesion de ondas transversales distantes entre s\ mas de 60 cm, 
causadas por los siguientes factores: 

- Deformacion diferencial del suelo en profundidad. 

- Mala terminacion de las capas inferiores del firme. 

Huella 

Impresion en relieve que se localiza en la superficie de rodadura, ocasionada por 
el paso de vehiculos pesados. Se produce por diversos motivos: 

- Estacionamiento prolongado de vehfculos pesados. 

- Mezcla bituminosa de escasa estabilidad. 

- Que haya sido dejada por el compactador de neumaticos en la compactacion. 



25 



Patoloqfa de firmes 



Burbuja 

Hinchamiento localizado de la calzada, en forma de ampolla de tamano variable, 
producido por presion de vapor de agua o aire en zonas de capa de rodadura 
impermeable o debil en espesor o consistencia. 

Pnotuberancia 

Hinchamiento localizado de la calzada, producido por: 

- Elevacion de la calzada debido a la accion del hielo. 

- Abombamiento de la calzada debido a las deformaciones plasticas. 

- Entumecimiento de materiales arcillosos por absorcion de agua. 

- Defectos en las juntas de las capas de gravacemento. 




Fig. 25.2 - Deformaciones en firmes flexibles (II) 



1 



Luis Banon Blazquez 



2.2. Rotura s 

Dentro de esta clase de patologfas se encuentran aquellas que producen la 
aparicion de discontinuidades superficiales y profundas en la estructura del firme. A 
continuacion estudiaremos las mas frecuentes. 

Grieta longitudinal central 

Se trata de una fisura o grieta que sigue el eje de la calzada. Se produce debido a 
las siguientes causas: 

- Mala construction de la junta longitudinal de la capa superior. 

- Reflejo de grieta longitudinal en capa de base. 

- Penetracion diferencial de las heladas en la parte central de la calzada debido al 
poder aislante de la nieve acopiada en los bordes de la calzada. 

Grieta longitudinal lateral 

Es una linea de rotura paralela al eje y proxima al borde de la calzada, originada 
por los siguientes efectos: 

- Mala construccion de la junta longitudinal entre dos bandas de mezclas 
bituminosas. 

- Reflejo en superficie de la junta de trabajo de la base de gravacemento. 

- Movimiento diferencial en el caso de ensanche de calzadas. 

Grieta transversal 

Se trata de una Ifnea de rotura transversal o sensiblemente perpendicular al eje 
de la carretera. Se debe normalmente a: 

- Retraccion termica de la capa de rodadura. 

- Retraccion termica o hidraulica de las capas tratadas con conglomerantes 
hidraulicos. 

- Mala ejecucion de la junta transversal. 

Grieta erratic a 

Lfnea de rotura en forma de zig-zag, normalmente siguiendo una direccion 
longitudinal. Puede ser causada por: 

- Puesta en obra defectuosa de la base. 

- Terraplenes con taludes inestables. 

- Accion del hielo. 



25 



Patoloqfa de firmes 



GRIE1A LONGnUDINAI 

















GRIETA ERRATIC A 















PIELDECOCODRILO 



> ; V 



V ~v 



V>* 






-.. W& 



1 



X*Vrf 



' W >r 



Fig. 25.3 - Roturas en firmes flexibles (I) 




25 



Luis Banon Blazquez 



Grieta para bo lie a 

Son Ifneas de rotura curvadas que se asemejan a parabolas, o en forma de media 
luna. Son debidas normalmente a: 

- Deslizamiento de la capa de rodadura en zonas sometidas a esfuerzos 
importantes, tales como frenado y aceleraciones. 

- Falta de union de la capa de rodadura con la inferior. 

Piel de cocodrilo (cuarteo en malla fina) 

Malla de Ifneas de rotura con diagonales no mayores de 20 cm., semejantes a las 
escamas de un cocodrilo. Son consecuencia de las siguientes acciones: 

- Rotura de la capa de rodadura debido a las solicitaciones del trafico, a la fatiga 
y al envejecimiento. 

- Falta de capacidad portante del firme, o de espesor. 

- Evolucion de un cuarteo en malla gruesa. 

Cuarteo en malla gruesa 

Malla de Ifneas de rotura con diagonales de longitud superior a 20 centfmetros, 
causadas habitualmente por: 

- Falta de espesor o fatiga de las capas del firme. 

- Falta de capacidad portante del firme. 

- Mala calidad de alguna de las capas del firme. 

Grieta sen lasrodadas 

Son grietas en o junto al eje de la zona de rodadas ocasionadas por el paso de 
los vehfculos. Ocasionadas por: 

- Fatiga o deformacion de la capa de rodadura al paso de vehfculos pesados. 

- Falta de capacidad de soporte del firme. 

- Capa de rodadura excesivamente rfgida respecto de las subyacentes. 

Grieta en el boide de la calzada 

Lfnea de rotura en el borde del pavimento. Suele producirse por las siguientes 
causas: 

- Asiento del arcen o del ensanchamiento de la calzada. 

- Rotura producida por movimientos del terreno. 

- Excesiva deformabilidad del conjunto estructural del firme. 

- Mai drenaje. 



25 



Patoloqfa de firmes 



UAKIEO EN MAUA G RUESA 




UE1AS EN LAS RODADAS 











• . 


l rf i ^IS^tl^^^^*"T«l 











Fig. 25.4 - Roturas en firmes flexibles (II) 



25 



1 



Luis Banon Blazquez 



- Accion del hielo. 

- Anchura insuficiente de la calzada que obliga a los vehfculos a circular muy 
cerca del borde. 

Grieta reflejada. 

Grieta reflejada por agrietamiento de las capas inferiores. Puede ser causada por: 

- Movimiento de las capas inferiores. 

- Falta de union en las juntas o grietas de las capas inferiores. 

- Retraccion de la capa de base, normalmente de gravacemento. 

Grieta cutva 

Grieta en forma de arco de circunferencia oblicuo, ocasionada normalmente por 
un asentamiento de los rellenos. 

fisutasfinas 

Pequenas y finas fisuras superficiales muy proximas, generadas por: 

- Mala dosificacion del ligante. 

- Compactacion no efectuada en su momento, base inestable durante la 
compactacion. 

- Compactacion realizada cuando la mezcla esta demasiado caliente. 

- Exceso de compactado. 

- Exceso de finos en la superficie. 

2.3. Desprendimientos 

Los desprendimientos son patologfas que afectan a la regularidad de la capa de 
rodadura, ocasionando erosiones y fragmentaciones del material, e incluso la desa- 
paricion de ciertas zonas del pavimento. 

Rime brillante 

Se caracteriza por un aspecto brillante oscuro de la calzada. Suele deberse a las 
siguientes causas: 

- Perdida de aridos superficiales dejando aparecer el ligante. 

- Excesiva compactacion (incluido el trafico) de una mezcla demasiado rica en 
mortero y ligante. Temperatura de compactacion demasiado elevada. 

- Exceso de ligante. 



25 



Patoloqfa de firmes 



Descamadura 

La superficie de rodadura aparece parcialmente descarnada por arranque de 
gravilla. Puede deberse a uno de los siguientes motivos: 

- Falta de adhesividad entre los aridos y el ligante. 

- Ligante envejecido o muy duro. 

- Dosificacion de ligante muy escasa. 

- Falta de compactacion. 

- Apertura al trafico antes de tiempo (tratamientos superficiales) 

Aridos pulimentados 

La superficie de la calzada aparece lisa y pulida por desgaste de los aridos debido 
al efecto de abrasion por accion del trafico. Es un efecto inevitable, causado 
principalmente por los siguientes factores: 

- Aridos de la superficie de la calzada pulimentados por el trafico. 

- Hundimiento e los aridos gruesos en el mortero en el caso de mezclas o en la 
capa de la base. 

- Aridos poco apropiados para la intensidad de trafico. 

Feladura 

Zona localizada en la que la capa de rodadura se ha desprendido del firme 
(mezcla o riego), ocasionada por: 

- Mala adherencia con la capa inferior. 

- Insuficiente espesor o estabilidad de la capa de rodadura. 

Bache 

Cavidades producidas en el pavimento y firme de forma irregular y diferentes 
tamanos. Suelen deberse a: 

- Evolucion de otros deterioros con desintegracion y arranque de los materiales 
del firme provocado por el trafico. 

- I mperfecciones locales. 

Desintegracion 

Descomposicion del firme con perdida progresiva del material de la calzada, 
ocasionado por las siguientes : 

- Separacion de la pelicula de ligante y de los aridos (fallo de envuelta) debida a 
la accion del agua, productos quimicos o efectos mecanicos. 



1 



Luis Banon Blazquez 





PELA 


DURA 


• 





n 



DESINTEGRACION 






.'■**, ■.--- 



' 



■C" 



Fig. 25.5 - Desprendimientos en firmes flexibles 




25 



Patoloqfa de firmes 



- Defecto de construccion (segregacion, mala formulacion, sobrecalentamiento de 
la mezcla, etc.) 

- Descomposicion de los aridos y/o envejecimiento del ligante. 

Fa Ho de envuetta 

Separacion de la pelicula de ligante de los aridos en presencia de humedad. 
Aparecen principalmente por las siguientes causas: 

- Dosificacion inadecuada, escasa en ligante. 

- Mala calidad del ligante bituminoso. 

- Utilization de aridos hidrofilos. 

- Puesta en obra en malas condiciones climatologicas. 

Desintegracion 

Descomposicion del firme con perdida progresiva del material de la calzada, 
ocasionada por: 

- Separacion de la pelicula de ligante y de los aridos (fallo de envuelta) debida a 
la accion del agua, productos quimicos o efectos mecanicos. 

- Envejecimiento del ligante. 

- Defecto de construccion (segregacion, mala formulacion, sobrecalentamiento de 
la mezcla, etc.) 

- Descomposicion de los aridos. 

Verruga 

Los aridos mas gruesos sobresalen de la capa de rodadura en forma de 
protuberancias por perdida de mortero a su alrededor o desgaste de otros aridos mas 
blandos. Aparecen en las siguientes circunstancias: 

- Desgaste del revestimiento por causas analogas a las de la desintegracion, 
dejando aparecer los aridos mas duros en forma de protuberancias. 

- Desgaste de los aridos mas blandos cuando se utilizan conjuntamente con 
aridos mas duros. 

Estriado 

Franjas de gravilla alternativamente desprendidas, paralelas al eje de la calzada. 
Suelen deberse a una de las siguientes causas: 

- Mala puesta en obra del ligante por defectos de la barra pulverizadora. 

- Altura incorrecta de la barra de riego, provocando un roce con el firme. 

- Exceso de viento o baja temperatura en la extension del ligante. 



. 



Luis Banon Blazquez 



2.4. Exudaciones 

Las exudaciones son movilizaciones de material dentro de la estructura del firme, 
lo que provoca segregaciones y heterogeneidades en su estructura interna, que pueden 
favorecer y ocasionar las roturas, deformaciones y otro tipo de patologfas derivadas. 

Exudaciones 

Presencia de ligante en zonas de la superficie de la calzada, dandole un aspecto 
negro y brillante; producidas por: 

- Sobredosificacion del ligante en la capa de rodadura. 

- Contaminacion por riego de adherencia excesivo. 

- Ligante de muy baja viscosidad. 

- Su aparicion se ve favorecida por el trafico intense 



EXUDACION 







Fig. 25.6 - Exudaciones en firmes flexibles 



25 



Patoloqfa de firmes 



Hujo de ligante 

Ascenso del betun a la superficie de rodadura a traves de una grieta, 
generalmente provocada por la sobredosificacion de ligante en capas inferiores o riego 
de adherencia. 

Mane ha de humedad 

Aparicion de zonas humedas en la superficie, en forma de manchas de diversas 
dimensiones. Se deben a: 

- Circulacion de agua entre capas del firme. 

- Manantiales no drenados o captados. 

- Salida de agua a traves de grietas, zonas poco o mal compactadas, o mas 
porosas. 

Ascension de finos 

Senales blanquecinas en la superficie de la calzada, ocasionadas por: 

- La fechada de la capa de grava-escoria, grava-cemento o suelo-cemento sube a 
traves de la capa de rodadura en zonas con grietas o mal compactadas. 

- Ascenso del mortero de las capas de adoquinado u hormigon blindado. 

3. PATDLDGIASENHRMESRIGIDOS 

Los deterioros y patologfas observados en este tipo de firmes son similares a los 
producidos en firmes flexibles, aunque se producen de diferente manera y sus efectos 
son distintos, debido al diferente comportamiento mecanico de ambos grupos. Para su 
catalogo y clasificacion puede seguirse el esquema suministrado en la pagina siguiente. 

3.1. Deformaciones 

Este tipo de patologfas afectan a la nivelacion geometrica del pavimento, 
pudiendose producir discontinuidades en las losas que provoquen su deterioro a largo 
plazo. Las mas frecuentes en este tipo de firmes son el escalonamiento y el asiento. 

Escalonamiento 

Se da cuando un borde en una junta aparece hundido y el otro levantado, y 
normalmente esta producido por un asiento diferencial de la explanada o debido a la 
accion del trafico en losas agrietadas o con juntas sin pasadores. 



. 



Luis Banon Blazquez 



AsientD 

Descenso de la superficie de la carretera, observado frecuentemente en la union 
con obras de fabrica. Esta causado por la deformacion permanente de la explanada 
debida a una compactacion insuficiente, accion del hielo o variaciones en el contenido de 
humedad. 



Patologias propias de los firmes rigidos 



D 

DEFORMACIONES 


Dl 


Escalonamiento 


D2 


Asiento 


R 

ROTURAS 


Rl 


Grieta longitudinal 


R8 


Perdida de 
estanqueidad 


R2 


Grieta transversal 


R9 


Pandeo 


R3 


Rotura de esquina 


RIO 


Desconchado 


R4 


Cuarteo en malla 
gruesa 


Rll 


Bache 


R5 


Piel de cocodrilo 

(cuarteo en malla fina) 


R12 


Peladura 


R6 


Rotura de junta 
transversal 


R13 


Arranque de arido 
grueso 


R7 


Descascarillado 






F 

FLUENCIAS 


Fl 


Expulsion del producto de sellado 


F2 


Surgencia o pumping 


o 

OTROS 
DEFECTOS 


01 


Falta de textura superficial 


02 


Junta longitudinal abierta 


03 


Desgaste en las rodadas 



3.2. Returns 

Dentro de esta clase de patologfas se encuentran aquellas que producen la 
aparicion de discontinuidades superficiales y profundas en la losa que conforma el 
pavimento rfgido del firme, e incluso su colapso. A continuacion estudiaremos las mas 
destacables y habituales en carreteras. 



25 



Patoloqfa de firmes 



ESCALONAMIENTO 




Fig. 25.7 - Deformaciones en firmes ngidos 

Grieta longitudinal 

Lfnea de rotura paralela al eje de la calzada, ocasionada por alguna de estas 
causas: 

- Falta de junta longitudinal. 

- Anchura excesiva de la losa. 

- Asiento lateral de la losa. 

Grieta transversal 

Se trata de una lfnea de rotura perpendicular al eje de la calzada. Su aparicion 
viene motivada por: 

- Junta de contraccion serrada demasiado tarde. 

- Longitud excesiva de la losa o espesor insuficiente de la losa. 

- Fenomenos de retraccion termica. 

Rotura de esquina 

Grieta que se produce oblicuamente en la losa, entre juntas transversal y 
longitudinal. Se produce normalmente por una falta de apoyo de la losa o la existencia 
de sobrecargas en las esquinas. 



Cuaiteo en ma Ha gruesa 

Fisuracion en forma reticulada con desniveles de los fragmentos rotos, producida 
generalmente por: 

- Falta de capacidad portante de la base o explanada. 



25 



1 



Luis Banon Blazquez 



GRIETA LONGITUDINAL 



GRIETA TRANSVERSAL 




PIELDECOCODRIUO 



ROTURA DEJ UNTA TRANSVERSAL 





Fig. 25.8 - Roturas en firmes rigidos (I) 



25 



Patoloqfa de firmes 



DESCASCARIL1ADO 



PERDIDA DE ESTANQUBDAD 




Fig. 25.9 - Roturas en firmes ngidos (II) 



25 



1 



Luis Banon Blazquez 



- Falta de espesor para el trafico existente. 

- Socavacion de la base. 

- Aparicion de sobrecargas eventuales no previstas en proyecto. 

Piel de cocodrilo (cuaiteo en ma Ha fina) 

Grietas capilares limitadas a la superficie del pavimento. Ocasionadas por: 

- Accion de las variaciones climaticas o de fundentes qufmicos del hielo sobre un 
hormigon mal realizado o proyectado. 

- Proteccion ineficaz del hormigon durante el perfodo de fraguado. 

- Retoque excesivo para posibilitar el acabado del hormigon fresco anadiendo 
agua. 

Rotura de junta transversal 

Se observa que parte de losa aparece rota o reventada en el borde de una junta 
transversal. Puede producirse por diversas causas: 

- Hormigon rellenando parte de la junta de dilatacion. 

- Pasadores adheridos en ambos lados, o mal colocados o mal cortados. 

- Dilatacion excesiva de la losa unida a una anchura de la junta insuficiente o a 
una junta obstruida por materiales no compresibles. 

Descascarillado 

Desintegracion progresiva de la superficie; primero se desprende el mortero y 
luego los aridos. Se debe a diversos motivos: 

- Accion combinada del trafico con ciclos de hielo-deshielo en un hormigon con 
grietas capilares o poroso sin aire ocluido. 

- Mala dosificacion del hormigon o mala calidad de la arena. 

- Exceso de mortero en la superficie por demasiada vibracion o mala dosificacion. 

Peidida de estanqueidad 

Despegue o rotura del producto de sellado dejando penetrar el agua a traves de 
la junta. Normalmente se produce por: 

- Mala calidad del producto de sellado. 

- Mal relleno de la junta. 

- Envejecimiento anormal del producto de sellado. 

- Forma inadecuada de la acanaladura. 



25 



Patoloqfa de firmes 



Randeo 

Levantamiento localizado de la losa que se produce normalmente en una junta o 
grieta transversal o en una parte debil del pavimento. A la larga, acaba fracturando la 
losa. Se produce por los siguientes casos: 

- Dilatacion termica. 

- Excesivo esfuerzo de compresion, no previsto en proyecto. 

- Placa de junta de dilatacion, sin pasadores, colocada inclinada durante la 
ejecucion. 

Desconchado 

Desintegracion del borde de la junta o grieta provocando la remocion del 
hormigon de buena calidad. Se debe a: 

- Debilitamiento de los bordes de la junta debido a un acabado excesivo. 

- Presencia de un arido duro en el interior de una junta o una grieta activa. 

Arranque de arido g rue so 

Desconchado del hormigon y perdida de los aridos gruesos, producido por una 
elevada susceptibilidad de los aridos a la accion del hielo, por presentarse sucios o tener 
una calidad inadecuada o irregular. 

Bache 

Cavidades de forma redondeada, de varios tamanos producidas en el pavimento. 
Se da en presencia de materiales extranos en el hormigon: terrones de arcilla, cal viva o 
falta de homogeneidad en el mortero. 

Peladuia 

Zona localizada en la que la capa de mortero -o la de microhormigon, o 
reconstruccion de la capa de rodadura- se ha desprendido del firme. Causada por: 

- Accion del trafico sobre una capa de rodadura mal realizada. 

- Espesor insuficiente de la capa de refuerzo. 

- Mala union con la capa subyacente. 

- Mala dosificacion. 

3.3. Huencias 

En este tipo de defectos se observa un flujo del material mas viscoso o fino a la 
superficie, perdiendo el contacto con las capas interiores del firme. 



Luis Banon Blazquez 



Huencia del sellado 

Expulsion del producto de sellado empleado en las juntas longitudinales y 
transversales. Puede deberse a diferentes motivos: 

- Exceso de material en la acanaladura. 

- Mala calidad del producto. 

- Forma o dimensiones inadecuadas de la acanaladura. 

Suigencia o pumping 

Expulsion de agua mezclada con arcilla o limo a traves de juntas o grietas, al 
pasar los vehiculos creando cavidades bajo las losas. Causado por el efecto del trafico y 
el agua infiltrada en un pavimento de hormigon que se apoya sobre una base o un suelo 
plastico, cuando la transmision de cargas a la losa contigua no esta asegurada. 



D 



FLUENCIA DEL SELLADO 



SURG ENC IA O PUMPING 





Fig. 25.10 - Fluencias en firmes ngidos 

3.4. Otros defec tos 

En este apartado se engloban todas aquellas patologfas y deterioros de diffcil 
clasificacion dentro de los anteriores apartados, destacando las siguientes: falta de 
textura superficial, desgaste en las rodadas y junta longitudinal abierta. 

Falta de textura superficial 

Perdida de la necesaria textura superficial haciendola deslizante, ocasionada por 
la falta de microtextura (capa de cemento carbonatado, suciedad, aridos pulimentables 
en la superficie de la calzada) y/o macrotextura (tratamiento superficial de mala calidad 
o gastado). 



25 



Patoloqfa de firmes 



J unta longitudinal abierta 

Abertura excesiva de la junta longitudinal del eje sin anclajes. La causa principal 
que la produce es el deslizamiento lateral de las losas debido a un asiento diferencial de 
la explanada y/o a la ausencia de arcenes estabilizados. 

Desgaste en las rodadas 

Depresion en la zona de rodadas por remocion de los materiales en la superficie. 
Se genera debido a las siguientes causas: 

- Empleo frecuente de neumaticos con clavos o cadenas. 

- Mala calidad de los aridos o dosificacion del hormigon. 

- Solicitaciones excesivas debidas al trafico pesado en curvas e intersecciones. 



JUNTA 10 NGnUDINALABIERIA 




Fig. 25.11 - Otros defectos de los firmes ngidos 



4. CONSEJOSPARALAPREVENCIONDEPATDLOGIAS 

A la vista de los deterioros que mas frecuentemente se observan en los firmes y 
tras analizar las principales causas que los producen, pueden enumerarse una serie de 
recomendaciones y precauciones que deben tenerse en cuenta durante el proceso de 
proyecto, preparacion y ejecucion de la obra para tratar de evitar la aparicion de estas 
patologfas: 

(a) Emplear materiales de calidad: Muchos de los defectos se ocasionan por la 
falta de determinadas caracterfsticas en uno o varios de los materiales de 
construccion que componen el firme. Por ello, es necesario seleccionarlos 
cuidadosamente en funcion de las condiciones de entorno particulares de la 
obra y efectuar todo tipo de ensayos para cuantificar sus propiedades. 



Luis Banon Blazquez 



(b) Adecuado proceso de construccion: Si importante es escoger unos buenos 
materiales, mas aun lo es ponerlos correctamente en obra. Una mala puesta 
en obra puede ocasionar graves problemas de asientos, roturas o segrega- 
ciones de material, en ningun caso tolerables. 

(c) Control de calidad: Una vez ejecutada cada unidad de obra, debe com- 
probarse que sus caracterfsticas son las idoneas mediante los pertinentes 
ensayos, ya que de otro modo se corre el riesgo de que su comportamiento 
no sea todo lo deseable que se quiere. 

(d) Proyecto aiustado a las condiciones de entorno: No debe caerse en la 
tentacion de redactar proyectos "en serie" empleando unidades de obra tipo, 
debiendose analizar las peculiaridades de la zona y disponer soluciones 
especfficas al respecto. 

Ademas de todas estas precauciones conviene efectuar un correcto manteni- 
miento de la via una vez puesta en servicio, ya que aunque la aparicion de defectos en 
el firme es practicamente inevitable s\ es subsanable. Un adecuado sistema de control 
asegurara que la calidad del firme no merme en exceso. 




Fig. 25.12 - Operario efectuando labores de conservation en un firme 



25 




MANTENIMIENTO DEL FIRME 



Las caracterfsticas iniciales de un firme van degradandose con el transcurso del 
tiempo debido al paso de los vehiculos sobre el y a las acciones climaticas del entorno. 
Por ello, las operaciones efectuadas con el fin de restituir dichas caracterfsticas pueden 
considerarse como parte del mantenimiento de una carretera. 

Empleando un criterio mas amplio, tambien pueden incluirse tambien las 
actuaciones dirigidas a tratar de homogeneizar la calidad de la red, las que tienen como 
objetivo una adecuacion a los criterios de trabajo, las de adaptacion del firme a las 
crecientes solicitaciones del trafico o las que se refieren a la correccion de errores e 
insuficiencias constructivas. 

Aunque a primera vista se trate de una tarea aparentemente mas oscura y 
prescindible que las de proyecto y construccion, la conservacion de carreteras es 
fundamental en la economfa del pais, debido fundamentalmente a dos motivos: por un 
lado, el gran patrimonio que representa la red de carreteras -unos 12.5 billones de 
pesetas- y cuyo valor es preciso mantener; por otro, porque la conservacion tiene una 
incidencia directa sobre la explotacion, de forma que al disminuir aquella en una 
determinada vfa aumentan en ella los accidentes, consumos y tiempos de recorrido. 

Otro aspecto importante a tener en cuenta es que la construccion y el 
mantenimiento se hallan en estrecha relacion: una carretera proyectada y construida 



Luis Banon Blazquez 



con generosidad para el trafico que va a soportar tendra unos gastos de conservacion 
menores, pero es preciso analizar si la reduccion de gastos de conservacion compensa el 
mayor coste inicial. Por contra, una carretera concebida con un coste reducido puede 
acarrear gastos de conservacion excesivos e incluso prohibitivos. En cualquier caso, al ir 
completandose las redes de carreteras planificadas en los paises desarrollados, las 
necesidades de inversion se desplazan desde la construccion de nuevas vfas hasta la 
conservacion de las existentes. 

El alcance de la conservacion de carreteras es muy amplio y en ella hay que 
incluir, aparte del firme, la explanada, los sistemas de drenaje, las obras de fabrica y 
estructuras singulares, la senalizacion, el alumbrado, las plantaciones de margenes y 
taludes, la lucha contra la nieve y el hielo. Sin embargo, en este capftulo se va a hacer 
completa referenda a la conservacion del firme, que en general requiere una inversion 
mas importante. 



1. OBjEDVOSDELMANlENIMIEISnO 



Las actuaciones de conservacion sobre el firme se dirigen a tres objetivos de 
mantenimiento: 

- Una adecuada resistencia al deslizamiento a fin de que el pavimento 
proporcione una suficiente seguridad a los vehiculos que circulan por el. 

- Una regularidad superficial acorde con el trazado de la vfa y las velocidades 
normales de recorrido, de manera que la rodadura sea comoda para el usuario. 

- Una resistencia estructural suficiente para el trafico que ha de soportar la 
carretera. 

Estos anteriores parametros anteriormente citados determinaran el nivel de 
degradacion del firme o, dicho de otro modo, la calidad que este ofrece al usuario. Para 
mantener una adecuado nivel de calidad se recurre a diversas tareas de mantenimiento. 



1.1. liposde tareas de mantenimiento 

Dentro de las tareas de mantenimiento y conservacion se pueden distinguir dos 
grupos diferentes: las que constituyen el mantenimiento rutinario u ordinario y las 
actuaciones extraordinarias. 

El primer grupo hace referenda a actuaciones llevadas a cabo de manera 
rutinaria y con regularidad: semanal o mensualmente, antes o despues de una 
temporada de lluvias, etc. Por su parte, las actuaciones extraordinarias responden a la 
aparicion de deterioros importantes y generalizados que requieren una reparacion mas 
urgente. 



26 



Mantenimiento del firme 



El siguiente esquema hace una distincion entre las distintas tareas de 
mantenimiento que pueden ser consideradas como ordinarias y aquellas que merecen el 
calificativo de extraordinarias: 



Tareas de mantenimiento en firmes 



Mantenimiento oidinario 


Actuac iones extraordinarias 


OPERACIONES PREVENTIVAS 


REHABILITACIONES 


- Limpieza de margenes y 


ESTRUCTURALES 


cunetas 


- Renovacion superficial 


- Limpieza de obras de paso 


- Fresado 


- Limpieza de los sistemas de 
drenaje subterraneo 


- Rehabilitaciones estructurales 


- Mejora de arcenes 


- Recalce de losas de hormigon 


- Mantenimiento de la 
senalizacion y del balizamiento 

- Tratamientos de 


- Mejora del drenaje subterraneo 

- Refuerzos 


impermeabilizacion 




- Proteccion contra la erosion y 
contra desprendimientos 

- Mantenimiento de la adecuada 
circulacion en perfodos frfos 

OPERACIONES CURATIVAS 

- Saneo de blandones 


RECONSTRUCCIONES Y 
RECICLADOS 

- Reconstruccion parcial o total 
del firme 

- Reciclado del firme 


- Bacheo 




- Sellado de grietas y fisuras 




- Correccion de mordientes 




- Reparacion y resellado de 




juntas 





1.2. Nivelesde mantenimiento 



Considerado el mantenimiento en su sentido mas amplio, pueden distinguirse en 
ella diferentes niveles en funcion de la gravedad de los danos existentes en el firme: 

(a) Mantenimiento preventivo: Encaminado a prevenir la aparicion de deterioros 
en el firme o a subsanarlos rapidamente si existen, para evitar males 
mayores. 

(b) Rehabilitaciones estructurales: Se recurre a ellas cuando el paso del trafico y 
las acciones climaticas han producido una disminucion apreciable de la 
capacidad resistente del firme. 



Luis Banon Blazquez 



(c) Reconstruccion del firme: En estos casos, el deterioro es de tal magnitud que 
es preciso demoler y reconstruir el tramo de firme afectado. Actualmente se 
emplean tecnicas de reciclado que tratan de aprovechar el material 
demolido. 

MantenimientD preventive) 

Este tipo de actuaciones sobre el firme no conducen a una modificacion sustancial 
de su seccion estructural. Se realizan periodicamente para impiden la aparicion de 
deterioros (conservacion preventiva) o bien se actua, naturalmente lo antes posible, 
cuando esos deterioros han aparecido (conservacion curativa). 

A su vez, la conservacion curativa puede dirigirse a la correccion de deterioros 
localizados (operaciones puntuales) o al tratamiento de tramos de una longitud 
apreciable (operaciones generales). Entre estas ultimas hay que destacar las 
operaciones de renovacion superficial, cuyo objetivo es dotar al firme de una nueva 
capa de rodadura, es decir, de unas nuevas caracterfsticas superficiales. 

Rehabilitee iones estructu rales 

En un segundo nivel de la conservacion se situan los refuerzos y, en general, las 
rehabilitaciones estructurales. Se recurre a ellas cuando el paso del trafico y las acciones 
climaticas han producido una notable disminucion de la capacidad resistente del firme. 

En la mayor parte de los casos esta rehabilitacion estructural consiste en un 
refuerzo del firme: despues de acondicionar si fuera preciso la superficie existente, se 
extienden una o varias capas que suponen una resistencia adicional y por tanto 
alargan la vida de la infraestructura en condiciones satisfactorias. 

En algunos casos la rehabilitacion estructural se basa en tecnicas diferentes a las 
de refuerzo. Es el caso de los recalces de losas en pavimentos de hormigon o de la 
mejora o incluso sustitucion de la capa de base en los pavimentos de adoquines 
empleados en algunas vias urbanas. 

Reconstruccion y reciclado de fiimes 

El tercer y ultimo nivel de la conservacion, es el de la reconstruccion del firme. Su 
necesidad puede justificarse por tres razones: 

- Existencia de una explanada y/o capas inferiores del firme inadecuadas por su 
caracter plastico, erosionable o entumecible. 

- Cuando no se ha actuado a tiempo conservando o reforzando, y se ha 
alcanzado un alto grado de deterioro que no es posible abordar con una 
rehabilitacion estructural. 



26 



Mantenimiento del firme 



- Cuando el deterioro ha llegado a tal punto en el que reforzar resulta mucho mas 
costoso que construir un nuevo firme. 

Para reconstruir el firme hay que demolerlo y excavarlo previamente, asf como 
sanear convenientemente la explanacion; si esta se encuentra satisfactoriamente, puede 
utilizarse el viejo firme como explanada y construir directamente sobre el el nuevo. 

La reconstruccion puede ser total o parcial; este ultimo caso se da cuando el dano 
afecta unicamente a un pequeho tramo o zona de la seccion transversal (un carril, por 
ejemplo). 

Las tecnicas de reciclado alcanzaron a principios de los ahos ochenta un cierto 
auge, aunque mas por sus posibilidades que por las realizaciones practicas. La crisis 
energetica y el deseo de limitar el consumo de ligantes bituminosos llevaron a poner a 
punto tecnicas de aprovechamiento de firmes envejecidos, bien directamente -tecnicas 
de reciclado in situ- o tras su reciclado en central. En ambos casos, a los materiales 
existentes se les incorporan en mayor o menor medida adiciones -aglomerantes o 
aridos- y posteriormente se procede a su remezclado, extendido y compactacion. 

2. TACT1CASDE CONSERVACION 

Aunque desgraciadamente sea todavia frecuente, la conservacion no puede 
dejarse en manos del azar, de unas circunstancias favorables en las disponibilidades 
presupuestarias ni por supuesto esperar a la aparicion de situaciones irreversibles que 
incluso hayan podido provocar accidentes para entonces entrar en accion. Paralelamente 
a la elaboracion del proyecto deberia elaborarse una estrategia o tactica de conservacion 
de la carretera destinada a mantener su calidad tecnica durante toda su vida util por 
encima de unos mfnimos. 

La estrategia de conservacion de una carretera o de un tramo con caracterfs- 
ticas homogeneas se puede definir como el conjunto de actuaciones a desarrollar 
durante la vida de la carretera o del tramo para que su indice de servicio no baje del 
mfnimo admisible. Su elaboracion esta condicionada por numerosos factores, tanto de 
tipo tecnico como economico: trafico, tipologfa de la seccion estructural del firme, 
medios tecnicos y humanos disponibles para su conservacion, asignaciones presupues- 
tarias destinadas al mantenimiento de vfas, etc. 

El principal objetivo de la estrategia de conservacion debe ser, dentro de sus 
limitaciones, lograr una mayor vida util del firme al menor coste. Esto Neva logicamente 
a que no todas las estrategias que pudieran plantearse tecnicamente sean economi- 
camente adecuadas, pero todas ellas pueden incluirse en dos grandes grupos: 

(a) Estrategias puntuales: Esta formado por aquellas que preven grandes 
operaciones de conservacion a realizar en momentos concretos y muy 



Luis Banon Blazquez 






separados en el tiempo, de manera que con esas operaciones se restituyan 
practicamente las condiciones iniciales del firme. 

(b) Estrateqias continuas: Comprende las estrategias en las que prevalecen 
operaciones muy frecuentes, practicamente continuas, de manera que las 
caracterfsticas iniciales del firme se vayan perdiendo con la mayor lentitud 
posible. 

Como hemos apuntado, la estrategia debe mantener la calidad tecnica de un 
firme a lo largo de su vida util; dicha calidad tecnica se puede representar por un unico 
parametro de caracter global -el indice de servicio- o por varios parametros que 
definan aspectos parciales como la regularidad superficial (IRI), el coeficiente de 
resistencia al deslizamiento (CRD), el fndice de fisuras y baches o el estado estructural, 
empleando la medida de deflexiones caracterfsticas. 

Como ejemplo de indice de servicio global se puede mencionar el PSI (Present 
Serviceability Index) empleado en el metodo AASHTO. Este fndice puede variar entre 5 
(estado optimo) y (estado ruinoso), siendo habitual fijar el mfnimo admisible en 2 o 
2,5 segun los casos. La variacion del fndice de servicio con el tiempo define la curva de 
comportamiento de la carretera. 

CURVA DECOMPORIAMIEISTTD DEUN FIRME 



COMPARACION DE ESTRATEGIAS 



ESTRATEGIA PUNTUAL 
ESTRATEGIA CONTI NUA 




CAUDAD INSUHCIEM1E 

PERIODO DE ESTUDIO — 



_ 



EDAD DEL FIRME 



Fig. 26.1 - Estrategias en el mantenimiento de firmes 



26 



Mantenimiento del firme 



3. GESHONDEHRMES 

Una red de carreteras constituye un patrimonio muy importante. Dicho patrimo- 
nio tiene en Espana un valor aproximado de 12.5 billones de pesetas, de los cuales 5.5 
corresponden a la red del Estado, 5.2 a las Comunidades Autonomas y 2.3 a las 
Diputaciones y Cabildos. Asimismo se estima que el valor de reposicion y mantenimiento 
de carreteras alcanza entre el 10 y el 20% del P.I.B. de un pafs. 

Aparte del valor patrimonial de la red, hay que tomar en consideracion el hecho 
de que el estado de la misma influye de manera directa en los costes del transporte por 
carretera, que en Espana supone el 90% del total del transporte interior de viajeros y el 
77% del de mercancfas. 

Si se tiene en cuenta que los usuarios gastan anualmente en sus vehiculos una 
cantidad similar a la del valor de reposicion de la red, se entiende la necesidad de aplicar 
criterios de coste economico en la gestion de firmes de carreteras. 

3.1. Sistemas de gestion 

La nocion de gestion va asociada en cualquier ambito a la administracion de unos 
recursos para alcanzar unos objetivos determinados. Cuando las actividades que se 
realizan para la consecucion de esos objetivos estan sistematizadas y por tanto se 
desarrollan de acuerdo con un plan preestablecido en el cual las distintas fases estan 
interrelacionadas se habla entonces de sistemas de gestion. 

En relacion a las actividades de mantenimiento de firmes, la OCDE (1.987) define 
el sistema de gestion de firmes como "el procedimiento consistente en coordinar y 
controlar todas las actividades encaminadas a conservar los firmes de carreteras, 
asegurando la mejor utilizacion posible de los recursos disponibles, es decir, haciendo 
maximo el beneficio para la sociedad". 

Dentro del objetivo global senalado pueden definirse objetivos de diversa fndole: 
economicos, tecnicos y administrativos. Desde el punto de vista tecnico, un sistema de 
gestion de la conservacion debe dirigirse al establecimiento de estrategias de 
conservacion y a la definicion de prioridades en las actuaciones implfcitas en esas 
estrategias. Es preciso por tanto disponer de modelos de evolucion de los firmes y de 
datos sobre la evolucion real de los mismos y su estado en un momento dado. 

Gestion modema de carreteras 

Hasta ahora la gestion se fundamentaba en el buen hacer de los tecnicos 
responsables de cada una de las redes, generalmente con muy escasos medios, con 
datos mas o menos objetivos, y en todo caso, con su experiencia. Se trataba de asignar 



Luis Banon Blazquez 



los escasos recursos disponibles para el mantenimiento de la red de la forma mas 
optima posible. 

En general, en cuanto una red de carreteras sobrepasa una cierta longitud, las 
actuaciones a realizar se deciden conforme se van degradando los firmes. Es decir, 
cuando una carretera se fisura e, inclusive, empiezan a aparecer baches, es cuando se 
piensa que es necesario realizar un refuerzo o una actuacion sobre la misma. 

La gestion moderna de carreteras implica por tanto el prever las zonas en donde 
hay que actuar, en contra de la tendencia actuar en funcion de lo que se ve; este 
planteamiento posibilita la polftica de realizar actuaciones en su debido tiempo, con lo 
que se mantiene la capacidad funcional de la carretera y su valor economico, dentro de 
unos niveles aceptables sin permitir que la red se arruine y descapitalice. 

Actualmente, se dispone de medios materiales que permiten obtener informacion 
acerca de distintos parametros de las carreteras, y de programas informaticos que 
ayudan al gestor en la diffcil tarea de dirigir adecuadamente los recursos. Este tipo de 
programas informaticos recibe el nombre de Sistemas Expertos de Gestion de Firmes. 

Este tipo de sistemas (SEGF) permiten, mediante el estudio de la evolucion de las 
caracterfsticas estructurales y funcionales de los pavimentos, caracterizar y establecer 
prioridades entre las actuaciones necesarias en las diferentes zonas. 

3.2. Bases de dates 

La forma operativa para conseguir el aprovechamiento de la informacion 
necesaria para el funcionamiento de un sistema de gestion es la creacion de las 
denominadas bases de datos, generalmente en soporte informatico. Estos son el 
conjunto de archivos informativos coherentes entre s\ -especialmente en cuanto a la 
referenciacion y definicion de los datos- accesibles a numerosos usuarios, modificables 
en funcion de las necesidades y actualizados permanentemente. 

En relacion a los firmes, las fuentes de una base de datos son por un lado la 
inspeccion visual y la auscultacion con aparatos y por otro el propio proyecto de 
construccion, asf como los informes del control de calidad o los existentes de anteriores 
actuaciones de conservacion llevadas a cabo durante la vida del firme. 

La informacion mfnima que debe suministrar una base de datos ha de estar 
constituida por: 

- Inventario de la red, con datos geometricos y puntos singulares existentes. 

- Datos de trafico. 

- Secciones estructurales de los firmes. 

- Deterioros superficiales. 



26 



Mantenimiento del firme 



Sin embargo, es habitual que en estas bases de datos esten tambien disponibles 
los relativos a medidas de regularidad superficial, medidas de resistencia al 
deslizamiento, caracterfsticas del drenaje y senalizacion de balizamiento. Finalmente 
pueden aparecer tambien datos de accidentes, medida de deflexiones y ensayos sobre 
probetas testigo. 



S55 Proceso de gesbon de un fiime 












SISTEMAS EXPERTOS 
DE GESTION 










Datos de proyecto 
y construccion 
















/ 






\ 


V 












/ ' > 


INSPECCION VISUAL 

Detectar y cuantificar 
deterioros existentes 






Regularidad (IRI) 














Rozamiento (CRD) 




TO MA 
DE DATOS 




AUSCULTACION 

Empleo de aparatos 
para cuantificar dahos 


Textura superficial 








' > 


Retrorreflexion 










Deflexiones 




Espesor de capas 














INVENTARIO 




Caracterfsticas de las 
carreteras, S.I.G. 










> 






Sin actuacion 






\ 


/ 










Operaciones rutinarias 




TRATAMIENTO 
DE LOS DATOS 






CONSERVACION 

Gestion actuaciones 
de mantenimiento 




^ 


Actuaciones puntuales 












Renovacion superficial 


















SEGURI DAD VIAL 

Tramos de concen- 
tracion de accidentes 




Refuerzo del firme 


^ — -? 


Reciclado 








Reconstruccion 































. 



Luis Banon Blazquez 



3.3. Funcionamiento de un si sterna de gestion 

Tal y como se ha expuesto en el apartado anterior, la utilizacion de un Sistema 
Experto de Gestion de Firmes (SEGF) permite planificar y prever las actuaciones que 
deben realizarse sobre las carreteras de una red para mantenerla misma con un nivel de 
calidad adecuado. 

Para evaluar el estado de una carretera se utilizan una serie de parametros que 
definen las caracterfsticas estructurales y funcionales de la misma: 

- Fisuracion (%) 

- Baches (%) 

- Deflexion caracterfstica (1/100 mm) 

- Adherencia (CRD) 

- Regularidad (IRI) 

El estudio se inicia clasificando las carreteras de la red en funcion de su 
importancia. Estas categorfas son definidas por el gestor en funcion de aquellos 
parametros que estime mas oportunos. Un posible criterio de clasificacion es el de 
utilizar el trafico que soporta la carretera (IMD) como parametro de clasificacion, 
dividiendose los diferentes tramos de carretera en funcion del trafico que soportan. 

Una vez definidas las categorfas de carreteras se asignan a cada una de ellas los 
Ifmites que deben cumplir los parametros considerados, es decir, se establecen unos 
umbrales de calidad para cada parametro. Estos umbrales son los que determinan la 
necesidad o no de una actuacion y son definidos por el propio tecnico gestor. 

Para cada parametro y categorfa de tramo se establecen dos valores: cuando 
algun parametro supera el primero se aconseja una determinada actuacion, mientras 
que si supera el segundo la actuacion se considera obligatoria. Es la existencia de este 
intervalo la que permite al sistema experto adoptar diferentes soluciones en funcion del 
grado de necesidad de la actuacion y de las disponibilidades presupuestarias. 
Un ejemplo posible pueden ser los siguientes intervalos: 



Categorfa 
de la vfa 


Fisuracion 

(%) 


Baches 

(%) 


Deflexion 

(1/100 mm) 


Adherencia 

(CRD) 


Regularidad 

(IRI) 


Rec. 


Obi. 


Rec. 


Obi. 


Rec. 


Obi. 


Rec. 


Obi. 


Rec. 


Obi. 


A 


15 


50 


10 


35 


100 


125 


0.45 


0.35 


3 


4 


B 


25 


40 


20 


30 


125 


160 


0.40 


0.35 


4 


5 


C 


35 


60 


30 


40 


160 


185 


0.40 


0.35 


5 


6.5 


D 


50 


65 


35 


50 


180 


200 


0.35 


0.30 


5.5 


9 



Datos obtenidos del Sistema de Gestion empleado por Geocisa 



26 



Mantenimiento del firme 



Una vez definidas las categorfas de trafico de cada tramo de carretera y 
asignados sus umbrales de calidad correspondientes, se procede a la aplicacion del 
sistema de gestion propiamente dicho. 

La mayorfa de aplicaciones destinadas a la gestion de carreteras parten de los 
valores de los parametros en un momento determinado y estima su evolucion a lo largo 
de un periodo de tiempo definido previamente por el gestor. Dicha evolucion se calcula 
mediante una serie de modelos de comportamiento que dependen a su vez de variables 
tales como el tipo de pavimento, el espesor de las capas, el trafico, la pluviometria de la 
zona, etc. Todos estos datos se han incorporado previamente al modelo. 

Cuando alguno de los parametros supera el umbral de calidad correspondiente se 
genera una actuacion: 




Periodo de 
mantenimiento 



MANTENIMIENTO 
RUTINARIO 



MANTENIMIENTO 
PREVENTIVO 



REPARACION 
FORZOSA 



EDAD DEL FIRME (anos) 



Fig. 26.2 - Periodo de mantenimiento de un firme 



Si el indicador de calidad de algun parametro sobrepasa el primer valor del 
intervalo significa que dicho parametro requiere alguna actuacion aparte de la 
conservacion ordinaria. Esta actuacion se puede ir posponiendo hasta que se sobrepase 
e segundo valor en cuyo instante la actuacion es obligatoria. 

En funcion de la posicion dentro del intervalo en la que se encuentre el fndice del 
parametro, el sistema recomienda una actuacion u otra. Esta actuacion viene 
determinada por su valoracion economica y del estado de los demas indicadores. La 
valoracion economica de la actuacion se hace en funcion de los precios unitarios de cada 
una de las actuaciones previstas. 



. 



Luis Banon Blazquez 



Este proceso permite evaluar los tramos de la red en los que se hace necesario 
actuar y el momento mas idoneo para efectuar la operacion concreta en cada caso, lo 
cual permite al gestor fijar las actuaciones que considere mas importantes asf como los 
presupuestos anuales. De esta forma se establece un proceso iterativo hasta que se 
ajustan las asignaciones presupuestarias a lo largo del periodo, con las actuaciones 
necesarias para mantener el nivel de calidad deseado. 

Los resultados obtenidos se pueden exportar a un S.I.G. (Sistema de Informacion 
Geografica) que recibe el nombre de T.E.C. (Tematicas Expertas de Carreteras) 

4. C RI1ERIOS DE EVALUAC ION DE LA C AUDAD DE UN HRME 

Para evaluar el estado de un firme se emplean dos procedimientos diferentes, 
sucesivos y complementarios: la inspeccion visual y la auscultacion con aparatos. 

Con el primero se pretende detectar y localizar de manera sencilla y rapida -y si 
es posible estimar cuantitativamente- los deterioros existentes en el tramo sometido a 
estudio; con el segundo se va mas alia, cuantificando exactamente y evaluando los 
danos existentes en el firme previamente localizados para determinar cual es el 
tratamiento de conservacion que debe aplicarse. 

4. 1. Inspec c ion visua I 

La inspeccion visual es el principal medio para la obtencion de datos genericos 
relativos al estado del firme. Consiste en una inspeccion realizada directamente sobre el 
terreno por tecnicos cualificados que recorren la carretera a pie o en vehfculo a marcha 
lenta, con objeto de detectar e incluso tratar de cuantificar los deterioros existentes 
siguiendo criterios preestablecidos. 

Para que una inspeccion visual sea eficaz debe responder a unos criterios que a la 
vez sean sencillos y no introduzcan una subjetividad grande. Asf por ejemplo la 
Direccion General de Carreteras establecio en 1.981 un metodo de evaluacion visual 
basado en la creacion de siete bloques de datos: 

- Tipo de capa de rodadura 

- Aspecto de la capa de rodadura 

- Reparaciones existentes 

- Roderas 

- Seccion en desmonte 

- Defectos varios 

- Tipo de arcen 



26 



Mantenimiento del firme 



En cualquier caso, una herramienta de apoyo muy util para la inspeccion visual es 
la existencia previa de cata logos de deterioros. Se trata de colecciones de fichas en 
cada una de las cuales se incluye la denominacion del deterioro correspondiente, una 
descripcion del mismo, una explicacion de sus posibles causas y una fotograffa de un 
firme afectado por dicho deterioro (Capftulo 25). 



4.2. Auscultacion con aparatos 

La auscultacion con aparatos del firme de una carretera es un paso mas sobre la 
inspeccion visual, aunque en ningun caso puede prescindirse de esta en la determinacion 
del estado de dicho firme. Gracias a la auscultacion con aparatos es posible proceder a 
cuantificaciones, absolutamente imprescindibles por ejemplo en el caso de los refuerzos, 
y llegar a rendimientos elevados en la obtencion de datos, lo que permite el seguimiento 
de una red de carreteras. 

La auscultacion debe basarse en trabajos desarrollados de una manera continua 
en el espacio y con una periodicidad preestablecida. Es lo que se denomina 
auscultacion sistematica, que se Neva a cabo con aparatos que permiten elevados 
rendimientos. Seguidamente, en las zonas o tramos en que dicha auscultacion 
sistematica o la propia inspeccion visual han detectado singularidades, se procede a una 
auscultacion puntual de menor rendimiento, pero que proporciona mayor precision. 

A continuacion se describen algunos de los metodos de auscultacion empleados 
en el mantenimiento de firmes. 

Regularidad superficial, indie e IRI 

La regularidad superficial es un factor que afecta de manera importante a la 
comodidad que percibe el usuario al circular por la carretera. Una carretera con una 
superficie irregular provocara molestos y continuos movimientos verticales bruscos en el 
vehiculo que los amortiguadores no son capaces de absorber en su totalidad. Para la 
medida de esta caracterfstica se emplean diferentes aparatos: 

(a) Perfiloqrafos v viaqrafos: Basados en la medida de la superficie empleando 
referencias estrictamente geometricas. En ellos, se registra el desplaza- 
miento vertical de una rueda con respecto a un bastidor horizontal de 3 a 10 
m. de longitud. Actualmente estan obsoletos dado su bajfsimo rendimiento, 
empleandose unicamente los transversoperfilografos para medir deforma- 
ciones en el sentido perpendicular al eje de la vfa. 

(b) Analizadores de tipo dinamico: Este tipo de aparatos poseen mayores 
rendimientos que los anteriores, al incorporar acelerometros para realizar las 
medidas de regularidad superficial, alcanzando velocidades de entre 20 y 70 
km/h, mas proximas a las caracterfsticas de los vehfculos. Destacan los 



Luis Banon Blazquez 



regularfmetros, el analizador del perfil longitudinal (APL) frances o el 
analizador de regularidad superficial (ARS) espanol. 

(c) Equipos de medida integral: Este tipo de aparatos integra diversos sistemas 
para la medicion de diversas caracterfsticas superficiales del firme aparte de 
la regularidad superficial, por lo que su rendimiento se multiplica 
espectacularmente. Los diferentes equipos de medida van integrados en 
furgonetas cuyas velocidades superan los 70 km/h., pudiendo determinarse 
simultaneamente la regularidad y textura superficial, resistencia al 
deslizamiento, fisuracion de la superficie, o la profundidad de las roderas. 
Estos vehiculos multifuncionales son los empleados actualmente en la 
auscultacion de carreteras. 



Para la cuantificacion de los resultados obtenidos por los aparatos de auscultacion 
se emplea el I ndice de Regularidad I nternacional (IRI), elaborado en 1.986 por un 
equipo de expertos para el Banco Mundial. De forma simplificada, el IRI puede definirse 
como el desplazamiento vertical acumulado del usuario durante una distancia recorrida, 
lo que matematicamente equivale a: 



IRI 



i n 

1 Viz-; 

(n-l) t? 



donde Z-Z es el desplazamiento vertical relativo del usuario 
n es el numero de medidas consideradas 

La determinacion del IRI sigue un modelo ffsico llamado QCS (Quarter Car 
Simulation o de cuarto de coche) que trata de simular la suspension y masas de un 
vehfculo tipo circulando a una velocidad constante de 80 km/h. El fndice obtenido suele 
expresarse en mm/m.; un valor inferior a 2 denota una excelente regularidad superficial. 



IRI (m/km = mm/m) 



16 


-__ 


14 


=E 


12 


= 


10 


E= 






b 


~— 


4 




? 







zz 



CARCAVAS DE EROSION 
Y BACHES PR0FUND0S 



MUCHOS BACHES P0C0 
PROFUNOOSYALGUNOS 
GRANGES 

MUCHOS BACHES 
PEQUENOS 

DEFECTOS 
SUPERFICIALES 



= PERFECCI0N 
ABSOLUTA 




CAMINOS NO 

PAVIMENTADOS 

ENMALESTADO 



i 



PAVIMENTOS 
DETERIORADOSj 



1 CAMINOS NO PAVIMENTADOSl 
iBIEN CONSERVAOOS J 



(PAVIMENTOS VIEJOS") 
PAVIMENTOS NUEVOS) 



PISTASDEAEROPUERTOS 
lYAUTOPISTAS 



VELOCIDAO 
DECIRCULACION 



50km/h 

„ 60km/h 

80 km /h 

lOOkm/h 




Masa solidaria 
al neumatico 



Rueda 




Fig. 26.3 - Escala IRI y modelo ffsico QCS 



26 



Mantenimiento del firme 



EQUIPOS DE MEDIDA DE LA REGULARIPAP SUPERHCIAL 

Tl POLOGI A Y ESQUEMAS DE COMPOSI CI ON 



Indicador de desnivel 

3 




REFERENC IAS GEO METRIC AS 

PERFI LOGRAFOS Y VI AGRAFOS 



Bastidor 




ANAUZADQRES DINAMICOS 

REGULARl METROS, APL, ARS 



Rectificador 



Batenas para la 
unidad de medida 




Bateria para 
el generador 



EQUIPOS DE MEDIDA INTEGRAL 

ARAN, RST, SIRANO 



Distanciometro 



Inclinometro 



Soporte de 
camaras laser 



Fig. 26.4 - Equipos empleados en la medida de la regularidad superficial 



. 



26 



Luis Banon Blazquez 



Resistencia al deslizamiento (CRD) 

Ya estudiamos en el capftulo dedicado al estudio de las caracterfsticas de los 
vehfculos los diferentes aparatos empleados en la determinacion del coeficiente de 
resistencia al deslizamiento -tanto longitudinal como transversal- aunque no esta de 
mas hacer un breve recordatorio: 

(a) Deslizoqrafos: Su funcionamiento se basa en la aplicacion directa de la 
definicion de coeficiente de rozamiento longitudinal. Se compone de un 
vehfculo tractor que circula a una velocidad constante -comprendida entre 
40 y 120 km/h-al que se acopla un remolque cuya carga puede variarse, y 
en el que se halla el neumatico a ensayar. Un dinamometro es el encargado 
de registrar el esfuerzo horizontal necesario para provocar el deslizamiento. 

(b) Aparato SCRIM: Bajo estas siglas se esconde la Sideway-force Coefficient 
Routine Investigation Machine, maquina empleada por el TRRL del Reino 
Unido para la determinacion de los coeficientes de rozamiento longitudinal y 
transversal. Montada sobre un remolque se halla una rueda lisa inclinada 20 Q 
respecto al eje del vehfculo, permanentemente mojada por un difusor 
situado en la parte delantera, a la que se hallan conectados unos sensores 
que realizan una medida permanente. La velocidad de ensayo suele ser de 
50 a 80 km/h, segun el tipo de vfa. 



Velocidad 




z 
M 

8 

< 



CABINA 



\V_ 




3K 



Tanque de agua 



^^T 



Fig. 26.5 - Aparatos empleados en la determinacion del CRD 



26 



Mantenimiento del firme 



Textura superficial 

La textura superficial da una idea del grado de desgaste de un firme, ademas de 
estar fntimamente relacionada con los fenomenos de adherencia entre el neumatico y el 
firme (microtextura) y con los de hidroplaneo (macrotextura). Tambien existe cierta 
relacion entre la megatextura (situada entre los 1 y los 50 mm.) y la regularidad 
superficial que presenta el pavimento. 

Todo ello hace que internacionalmente se admita el empleo de los valores 
obtenidos en la estimacion del IRI y del CRD para la determinacion de la megatextura y 
la micro/macrotextura respectivamente. 

No obstante, existen diversos metodos especificos -algunos ya comentados 
anteriormente- que permiten una determinacion directa de esta caracterfstica del firme: 

(a) Ensavo de la mancha de arena (NLT-335): Este metodo se basa en extender 
un volumen conocido de arena fina de granulometrfa uniforme -gene- 
ralmente 50 cm 3 - quedando enrasada con los picos mas salientes y 
procurando que forme una figura de area conocida, normalmente un cfrculo. 
Mediante una simple division entre el volumen extendido y el area ocupada 
puede obtenerse la profundidad media, determinandose valores puntuales de 
la macrotextura. 

(b) Texturometro laser: Este metodo es mas sofisticado que el anterior y 
consigue unos mejores rendimientos. Se fundamenta en la emision de un 
rayo laser que toca la superficie del firme y se refleja en un potenciometro 
optico, pudiendo obtenerse la altura de reflexion en funcion de la zona de 
incidencia del rayo reflejado. Suele montarse conjuntamente con el aparato 
SCRIM, consiguiendo una lectura continua a lo largo de todo el tramo 
analizado. 

Auscultacion de la sec c ion estructural 

La auscultacion de la seccion estructural se realiza con equipos que aplican una 
solicitacion tipo y miden la respuesta de la estructura del firme. Salvo para firmes 
rigidos, se trata de medir la deformacion vertical elastica recuperada o deflexion que 
produce una carga tipo en la superficie del pavimento: un par de ruedas gemelas, una 
placa circular cargada, etc. Entre los equipos que miden deflexiones de forma directa 
pueden citarse los siguientes: 

(a) Viqa Benkelman (NLT-356): El equipo cuya medida se utiliza tradicio- 
nalmente como deflexion patron para el refuerzo de firmes flexibles es la 
viga Benkelman. Consta unicamente de un brazo de palanca en cuyo 
extremo final existe un comparador en el que se realiza la medida de la 
deflexion producida en el extremo inicial, que se situa entre las dos ruedas 
gemelas de un eje tipo de 13 toneladas. 



Luis Banon Blazquez 




t 



I 



7 



^ UM — - 



r 




j ^ l -4 > " 



Fig. 26.6 - Viga Benkelmann (NLT-356) 

(b) Deflectoqrafo Lacroix: Su procedimiento de medida sigue un principio 
analogo al de la viga Benkelman. Consta de dos vigas montadas sobre 
camion que miden las deflexiones automaticamente cada 3-5 m, mientras 
que con la viga Benkelman no resulta practico hacer medidas distanciadas a 
menos de 25 m. La velocidad del deflectografo Lacroix es sin embargo muy 
reducida (2-4 km/h), por lo que puede provocar interferencias en el trafico. 

(c) Deflectometros de impacto: Con los deflectometros de impacto se determina 
la deflexion que origina una masa que cae guiada sobre resortes colocados 
sobre una placa circular apoyada en el pavimento. Son equipos moviles de 
medida puntual y espaciamiento variable, en los que las caracterfsticas de la 
carga pueden modificarse cambiando la masa que cae, el tipo de resortes y 
la altura de cafda. 

(d) Curviametro: permite medir deflexiones a mayor velocidad (18 km/h), asf 
como radios de curvatura del cuenco de deformacion. Las medidas se hacen 
mediante unos sensores denominados geofonos montados sobre una oruga. 

Un segundo tipo de instrumentos -menos empleados que los anteriores- recurren 
a una evaluacion indirecta de las diferentes capas mediante la propagacion de ondas: 
vibrador de ondas superficiales, georadar, etc. 

La representacion grafica de las deflexiones medidas con una cierta cadencia en 
un tramo determinado constituye un deflectograma. Dicho deflectograma requiere un 
tratamiento estadfstico a fin de diferenciar los tramos que precisan una consideracion 
especial y de establecer la denominada deflexion caracterfstica en cada tramo 
homogeneo. 



26 



Mantenimiento del firme 



5. DIMENSIONAMIENTD DEREFUERZDS 

El refuerzo de un firme consiste en rehabilitarlo estructuralmente mediante la 
extension de una o varias capas nuevas que por su espesor y rigidez incorporan una 
resistencia adicional significativa. En Espana, el proyecto de refuerzos se rige por la 
Norma 6.3-1 C, elaborada por la Direccion General de Carreteras del MOPT. 

En terminos generales tambien cabe distinguir para el dimensionamiento de 
refuerzos, como para el de firmes de nueva construccion, entre metodos empfricos y 
metodos anahticos Aunque el dimensionamiento de un refuerzo tiene una serie de 
caracterfsticas propias -por ejemplo, perfodos de proyecto sensiblemente menores- 
pueden aplicarse algunos de los principios generales del dimensionamiento de firmes. 

Aparte de las caracterfsticas climaticas de la zona por la que discurre la carretera 
y de los materiales que se van a emplear, los parametros de entrada son la categoria del 
trafico y un parametro que represente globalmente la capacidad resistente del firme 
existente; en el caso de los firmes flexibles dicho parametro es la deflexion de calculo. 
Esta se obtiene con equipos ya estudiados: viga Benkelman, deflectografos, etc. Las 
medidas deben efectuarse en la epoca en que la humedad de la explanada sea maxima, 
ya que en esas circunstancias la deformabilidad del firme es mayor. 

La utilizacion de la deflexion (d) se basa en que su valor esta relacionado con el 
numero de aplicaciones de carga N que puede soportar hasta su rotura por fatiga 
(Capftulo 24). Su valor se establece experimentalmente a partir de la siguiente expre- 
sion: 

logd = -A logN + B 

Para cada seccion estructural de firme puede establecerse una ley diferente del 
tipo de la anterior; por ello la medida de las deflexiones debe complementarse siempre 
con la caracterizacion de los materiales y de la estructura del firme. Asf, por ejemplo, 
una deflexion de una determinada magnitud puede resultar muy elevada en un firme 
semirrfgido con base de gravacemento, no siendolo sin embargo en un firme flexible 
constituido por tratamientos superficiales y capas granulares. 

5.1. Norma 6.3-IC sobre refuerzo de firmes 

Esta norma, aprobada en 1.980, presenta la metodologfa para estudiar y proyec- 
tar el refuerzo de un firme existente o su renovacion superficial. En ella se establece que 
la necesidad de refuerzo puede plantearse por varios motivos: 

- Agotamiento estructural estimado por inspeccion visual y/o por auscultacion 
con equipos de diferente rendimiento. Relacionado con la prolongacion de la ya 
caduca vida util del firme. 



. 



Luis Banon Blazquez 



- Previsible crecimiento brusco del trafico. Relacionado con la modificacion de las 
condiciones inicialmente establecidas en proyecto. 

- Excesivos gastos de conservacion. Ligado a la estrategia de conservacion. 

Para el proyecto del refuerzo hay que tener en cuenta la tipologfa del firme a 
reforzar: flexible, semirrfgido o rfgido. La Norma se centra en los primeros, entendiendo 
como tales los constituidos por capas granulares no tratadas, con pavimento bituminoso 
de espesor no superior a 15 cm. 

Para reforzar un firme semirrfgido existente se pueden establecer analogfas con 
el procedimiento de refuerzo de los firmes flexibles. Sin embargo, se requieren en 
general estudios adicionales para la caracterizacion mecanica de los materiales, tales 
como calicatas, extraccion de testigos o estudios de propagacion de ondas superficiales. 
En el caso de tratarse de pavimentos de hormigon se proponen varias soluciones 
basa-das en el dimensionamiento de firmes nuevos. 

Categioriasde trafico 

La presente Norma define cuatro categorfas de trafico en funcion del numero 
acumulado de ejes equivalentes de 13 t. previstos en el carril y periodo de proyecto, de 
entre 10 y 20 anos. Haciendo una analogfa con la vigente Instruccion de secciones de 
firme (6.1 y 6.2-1 C) tambien se facilita por parte del autor de este libro una equivalencia 
en funcion de la IMDP estimada: 



Categorfas de tiafico en tefueizos 



CATEGORIA 


NUMERO ACUMULADO 
DEE|ESPORCARRIL 


IMDP 
ES11MADA 


TRl 


2-10 6 - 5-10 6 


750 - 2000 


TR2 


8-10 5 - 2-10 6 


300 - 400 


TR3 


2.5-10 5 - 8-10 5 


100 - 300 


TR4 


8-10 4 - 2.5-10 5 


30 - 100 


NOTA: Para la estimacion de la IMDP se ha considerado que cada ve 
ejes y un periodo de proyecto de 15 ahos. 


^hiculo pesado equivale a 0.5 



Fuente: Instruccion de Carreteras (6.3-1 C) 

Estudio de deflexiones 

Se considera como deflexion patron la recuperacion elastica obtenida con viga 
Benkelman, al retirarse un eje formado por dos ruedas gemelas. Las condiciones 
ambientales del ensayo (NLT-356) son: 

- Carga del eje-tipo de 13 toneladas. 



26 



Mantenimiento del firme 



- Temperatura de 20 Q C en la superficie del pavimento. 

- Maxima humedad de la explanada. 

En funcion del deflectograma obtenido hay que establecer una serie de tramos 
homogeneos en funcion de la variacion de las deflexiones realizadas en diversos puntos 
del firme. La longitud de dichos tramos debe estar comprendida entre 200 y 2.000 m. 

En cada tramo debe determinarse la deflexion caracterfstica, expresada normal- 
mente en centesimas de milfmetro y definida como: 

d K = m + 2s 

siendo m la media aritmetica de las deflexiones puntuales consideradas 
s la desviacion tipica de las mismas 

Aplicando a la deflexion caracterfstica de cada tramo los eventuales coeficientes 
de correccion por humedad de la explanada -cuando las medidas no se realizan con la 
maxima humedad posible- y por temperatura del pavimento si esta ha sido diferente de 
20 Q C, se obtiene la deflexion de calculo: 

d K c = C h . C t . d K 

El coeficiente corrector de humedad C h recoge la influencia que tienen en las 
deflexiones la naturaleza de la explanada y sus condiciones de drenaje. Su valor se 
obtiene de la siguiente tabla: 



T.92 Coeficiente conectorde la humedad en tefueizos (Ch) 



EXPLANADA Y 
DRENAJE 


COEHCIENlECh 


Periodo humedo 


P. intermedio 


Periodo seco 


Al 

A2 y Bl 

B2 


1 
1 
1 


1.15 

1.25 
1.30 


1.30 
1.45 
1.60 


A: Suelos seleccionados y adecuados 1: Buenas condiciones de drenaje 
B: Suelos tolerables e inadecuados 2: Malas condiciones de drenaje 



Fuente: Instruction de Carreteras (6.3-1 C) 

El coeficiente corrector de temperatura (C t ) se obtiene de la figura de la pagina 
siguiente. De todas formas, en firmes sin mezclas bituminosas o siempre que el espesor 
de estas sea inferior a 10 cm. se toma como 1. Hay que tener en cuenta que la 
deformabilidad de las mezclas bituminosas -salvo que esten ya muy fisuradas- varfa de 
forma sensible con la temperatura. 



. 



Luis Banon Blazquez 



Ct 










| t 4 - 










1 1 1 






1,3- 












- PAVfMENTO MUY RSURA00 

















1,2- 








































1,1 ■ 

i n - 






1 

































0,9- 






































0,8- 






































2 5 10 15 20 25 30 


°C 



Fig. 26.7 - Coeficiente de correccion por temperatura del pavimento 

Dimensionamiento del refuerzos en firmes flexibles 

Los parametros de dimensionamiento empleados para dimensionar un 
refuerzo son la categoria del trafico y la deflexion de calculo, considerandose tres tipos 
de soluciones de refuerzo para firmes flexibles: 

- Tipo A: Base granular y pavimento de mezcla bituminosa o tratamiento 
superficial. 

- Tipo B: Mezcla bituminosa. 

- Tipo C: Base tratada con conglomerante hidraulico y pavimento de mezcla 
bituminosa. 

En cada caso particular, el proyectista debera seleccionar de entre las secciones 
estructurales posibles la solucion tecnica y economicamente mas adecuada, 

teniendo en cuenta las disponibilidades de materiales para las capas del refuerzo, los 
costes de las unidades de obra, los volumenes de obra y muy especialmente las 
condiciones de mantenimiento del trafico durante la ejecucion del refuerzo. 

Dimensionamiento del refueizos en firmes rigidos 

Para el refuerzo de pavimentos de hormigon, la Instruccion ofrece diversas 
soluciones constructivas: 

- Refuerzo con mezclas bituminosas, en espesores no inferiores a 12-15 cm., 
segun la categoria del trafico. 



26 



Mantenimiento del firme 



TIPO A .' BASE GRANULAR Y PAVIMENTO DE MEZCLA BITUMINOSA 
TRATAMIENTO SUPERFICIAL 



6.3. IC 



dkc 



0-50 



50-75 



75-100 



100-125 



125-150 



150-200 



200-250 



TR 1 



TR2 



TR3 



TR4 






BUUIH^. 



DTS 

15 



AR-351 AR-352 AR-353 

mil m i ll ots i 



AR-361 AR-362 AR-363 




AR-451 AR-452 

Baca DTS j 
LoM 15 



AR-461 AR-462 AR-463 



No esta'n representados los riegos de imprimacidn,adherencia y curado 
■■ MEZCLAS B1TUMIN0SAS(4.7.3.2) 
BASE GRANULAR (4.7. 3. 10) 
DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL (4.7. 3.5) 

Fig. 26.8 - Refuerzo de firmes flexibles (Tipo A) 



Espesores en centlmetros 



26 



. 



Luis Banon Blazquez 



tipob: mezcla bituminosa 



6.3. IC 



>kc 



TR 1 



TR2 



TR3 



TR4 



0-50 



50-75 



• •.VCASE"APftRTAGQ'.'.7- : \ ; 

illll^iill lllllillil 



riYrtVrY- v,v *h 



75-100 



100-125 



BR -341 BR-342 8R*343 



125-150 



BR-351 BR-352 BR-353 



150-200 



DTS 
10 



BR-451 BR-452 BR-453 




No esta'n representados los riegos de imprimacion,adherencia y curado 
(*)-Si se elige el refuerzo de 8cm,esfe se extendera en una sola capa 



MEZCLAS BITUMIN0SAS(4.7.3.2) 

GRAVA- EMULSION (4.7.3.8) 

DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL (4.7.3.5) 



Espesores en centunetros 



Fig. 26.9 - Refuerzo de firmes flexibles (Tipo B) 



26 



Mantenimiento del firme 



TIPO CI BASE TRATADA CON CONGLOMERANTE HIDRAULICO 
Y PAVIMENTO DE MEZCLA BITUMINOSA 



6.3. IC 



■kc 



0-50 



50-75 



75-100 



100-125 



125-150 



150-200 



TR 1 



TR2 



TR3 



TR4 



illlllsiSsi^iSiiil 



RENOVACION . SUPERf tClAL 




No estdn represe.ntados los riegos de imprimacid'n, adherencia y curado 



MEZCLAS B1TUMIN0SAS (4.7.3.2) 



Espesores en centfmetros 



i GRAVA-CEMENTO (4.7. 3.7 ) Cuando se emplee base degrava-escoria,el espesor de mezcla bituminosa 
I GRAVA-ESCORIA (4.7.3.9) podrd reducirse de 12 a 10 cm y de 6a 5cm. 

Fig. 26.10 - Refuerzo de firmes flexibles (Tipo C) 



. 



26 



Luis Banon Blazquez 



Refuerzo con pavimento de hormigon en masa parcialmente adherido al 
existente, con un espesor de 3 - 5 cm menos del obtenido segun la norma de 
firmes nuevos. Esta solucion esta en desuso. 

Refuerzo con pavimento de hormigon en masa no adherido al existente, con 
una capa intermedia de regularizacion y una reduccion de espesor de 2 - 3 cm 
sobre el obtenido segun la norma de firmes nuevos. 

Refuerzo con pavimento continuo de hormigon armado con un espesor de 18 a 
20 cm. 



6. RENO VAC ION SUPERFICIAL 

La renovacion superficial de un firme consiste en dotarle de nuevas 
caracterfsticas superficiales. A diferencia del refuerzo, no tiene por objeto aumentar la 
capacidad resistente del firme, aunque en muchos casos suele contribuir indirectamente 
a ello. Segun la Norma 6.3-1 C, las condiciones que justifican una renovacion superficial 
de un tramo de carretera son las siguientes: 

- Cuando no es necesario un refuerzo pero el estado superficial del pavimento 
presenta deficiencias que afectan a la seguridad vial, la comodidad del 
usuario o la durabilidad del firme. 

- Cuando, una vez elaborada la tramificacion, existan tramos cortos que no 
precisen refuerzo ni renovacion superficial, pero esten comprendidos entre 
otros que si lo necesiten y se pretenda obtener una homogeneidad de la capa 
de rodadura por motivos funcionales o esteticos. 

- En ciertos casos conviene por razones operativas extender el criterio expresado 
en el parrafo anterior a tramos o grupos de tramos de longitud mayor en los 
que de acuerdo con la Norma no sean estrictamente necesarios el refuerzo o la 
renovacion superficial, pero se prevea que lo hayan de ser a corto plazo. 

Por otro lado, la Norma 6.3-1 C clasifica los procedimientos de renovacion 
superficial en tres grupos: 

- Con aportacion de material: mezclas bituminosas, tratamientos superficiales 
mediante riegos con gravilla y lechadas bituminosas. 

- Con sustitucion de material: supone la renovacion de la capa o capas afectadas 
y su sustitucion por otras nuevas de caracterfsticas adecuadas. Las tecnicas de 
renovacion de capas mas utilizadas son el fresado y el cepillado. 

- Por tratamiento de la superficie del pavimento: fresado, abujardado, ranurado, 
etc. 



26 



Mantenimiento del firme 



En cada caso, la eleccion de la solucion debe hacerse teniendo en cuenta los 
siguientes aspectos: 

- Caracterfsticas generales de la carretera: area a tratar, intensidades y 
velocidades de trafico, accidentes, tipos de deterioros, caracterfsticas 
geometricas de la carretera, clima, etc. 

- Diagnostico de los desperfectos detectados en el firme por inspeccion visual y 
auscultacion con equipos. 

- Caracterfsticas de las diferentes tecnicas: limitaciones, rendimiento y coste, 
durabilidad, experiencia, etc. 



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