Full text of "Manual de Carreteras 2"

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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

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

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

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.

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

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.

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.

SUELOS BIEN GRADUADO S

SUELOS MAL G RADUADOS

GRANULOMETRiA CONTJNUA

GRANULOMETRiA DISCONTINUA

GRANULOMETRl A NO UNI FORME GRANULOMETRiA UNI FORME

Fig. 15.4 - Interpretation de la curva granulometrica

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

L
Li

IM
QL

E
)0

L
PU

M
\S

ITI
TIC

LI IV

RETF

IT
IA

"E
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.

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

ESPATULA

Fig. 15.6 - Cuchara de casagrande

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

Lfmite Ifquido

15 - 20

30 - 40

40 -150

Lfmite plastico

15 - 20

20- 25

25 - 50

Lfmite de
retraccion

12 - 18

14 - 25

8-35

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.

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

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.

DENS

1 DAD M£

XI MA

Lines
satu

acion _
cero)

(aire

ru
u
0)

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\
\

Rama
seca

h
c
<

L 1

\ \
\ \

£ 1

j j

Rama
lumeda

\
\
\

C .

\
\

■>._

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.

Luis Banon Blazquez

§1

1 | |
ENERGIA DE COMPACTACION

§2

l
l

i El

> E 2 > E 3

1 ^V ^

1~~ j*

Ei y

/ I

i X

i ^

Densidad seca

/ l

l
l
l
l

+ ->On.

1 /t

1 / 1

\
\
\

E 2 /

l
l
l

•

\
\

l
l
i

^ \

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.

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.

Luis Banon Blazquez

ENSAYO PROCTOR NORMAL

MAZA

MOLDE METALICO

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

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

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-
i i
\ i

- 1 — r
i /
/ /
/ /

/ /

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)

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)

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

^ f

g ^^ 0000 ± iP

SUELO COHERENTE (Generico)

s <3

^^r\ I

SUELO SIN COHESION a

SUELO PURAMENTE COHERENTE

Fig. 15.13 - Rectas de resistencia intrinseca de un suelo

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.

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

Bien graduado

Arena

Pobremente graduado

Limo

Limoso

Arcilla

Arcilloso

Organico

Limite liquido alto (>50)

Turba

Limite liquido bajo (<50)

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)

TURBA

Suelos altamente organicos

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

< 40

< 30

Q_
LU
Q

lu 20

-z.

v ~ 10

Suelos de grano fino y organicos

CD
ru

v c
Li

/
/
/

/
/
/
/

/
/

-^2\

fZX-

/
/
/
/

Linea

A ^T

^MH )

Toh)

/ CL-ML f

/- 1 " " IX

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

LlMITE LiQUIDO (LL)

Fig. 15.15 - Carta de Casagrande para los suelos cohesivos

Suelos

Caracteristicasde los suelos segun el SUCS

00 UD 00

oo in in
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CU

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9
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CU CU

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i - d

Zi ro d

O - A

3 ° CD

Sio

o < 2

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.

Suelos

T.48

Clasmcacion de suelos AASfflO

<£>

i-H

*■ =!

i-H

Ilosos

TM #2C

A A

o
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i-H

-arci

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A v

i-H

03
10

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i-H
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del 35%

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tamiz ASTM

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35% por el

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DIVISION
GENERAL

s
1

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CD u

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>= UJ

<
U

W1SV SM^S

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.

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

10 < l p < 20

20 -c l p < 50

lp>50

ClidIdj < 50 rfilTi

confine* •*■»»»%

Pan par
80^m
*ntre5v
12%

Rfltfrrvidii
pcr2mm
<3C%

E,A\ > 35

*A <35

B >

nmnMn

por 2 mm
>30%

E A > 2S

B 3

EA < 35

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PWpOr
80 *m
antra 12
y36%

l p < 10

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l p >10

■starnm Eos ■ " nrn .

fi nos v Paaapcif 80*m:> $%

Pass par 80 jim muc h d

Puapor
poco

D < 250mm

D > 250 mm

ro«> Pasaporao^m c 5%

inMmibtes
alagua

D <50mm

RMnfdaan 2 mm < 30 %

D l

flvtcrvido an 2 mm > 30 %

50mm <D < 250mm

D>250mm

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

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

EvohstivM growls, pudii i^tt

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

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.

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

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%

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

Retonos

Reilenos de sueios rvatu rales
Reilenos de materiales diversos

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)

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

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.

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.

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.

(%)

200

M/14

1.85

0.75

M/21

2.13

M/30

1.62

1.20

M/32

0.50

1.34

18.2

M/33

1.76

0.87

M/47

1.84

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

A-2-4

Adecuado

M/21

Grava limpia

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

A-2-6

Adecuado

M/47

Arcilla

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

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.

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

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.

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

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

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

§§

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.

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

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

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.

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.

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

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

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)

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.

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)

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

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.

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

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

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.

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

^_ ^ .

^^^::^:^-

CIRCULOS CONDI CI ONADOS

por la presencia de elementos

Fig. 17.1 - Formas de rotura de un talud

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:

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

Desmontes

Ax
< -— >

vvvvvvvvvvvv

Y 2

■z.
<

/Yi

T ' G
V

x 2 T

T x x

^ ' !

— .

: 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

(T/m 3 )

(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

1-2.5

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

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:

(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;

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.

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

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

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—

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1 »
\ \

\ i

' \

•1

l I

l i

V V

t l

\ \

' l

V X

»'

LEYENDA (ver aoartado 1.1)

i >

Cfrculos tipo (a) y (c)

Circulos tipo (b)

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

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:

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

Cohesion

0.74 kg/cm 2

Rozam. Interno

192

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.

Desmontes

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

0.50 T/m 2

VVVVVVVVVVVVV

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:

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 •

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.

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.

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

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.

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

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

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

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

VAUORES

EVALUAC ION GLOBAL

Muy
Favorable

Favorable

Normal

Adverso

Muy Adverso

a j ~ a s

> 30^

302 a 202

202 a 102

102 a 52

< 52

[otj -a s -180 Q

0.15

0.40

0.70

0.85

1.00

< 20^

202 a 302

302 a 350

352 a 452

> 452

VALOR F 2

0.15

0.40

0.70

0.85

1.00

Pj "Ps

> 102

102 a 02

02 a -102

< -102

Pj +Ps

< 1102

1102 a 1202

> 1202

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)

Luis Banon Blazquez

T.52 Determinacion del indice RMR

PARAME1RO

RANGO DE VALORES

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

100

a
50

5
a
25

a
5

VALORACION (R c )

RQD (%)

Rock Quality Designation

100

75
a
90

50
a
75

a
50

< 25

VALORACION (R RQD )

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 )

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

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

Relleno blando
superior a 5mm

Abertura>5mm
(Diaclasas contf-
nuas)

VALORACION (R s )

Agua freatica en juntas

Seco

Algo
humedo

Humedo

Goteando

Fluyendo

VALORACION (R u )

Fuente: Z.T. Bieniawski (1.979)

C alidad de la roca en tunc ion de indice RMR

CLASE

III

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)

Desmontes

C alidad del talud rocoso segun el indice SMR

CLASE

III

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

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

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

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.

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

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)

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

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

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 ^)

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

Elementos de drenaje superficial de la
plataforma y margenes

Obras de drenaje transversal

Puentes y viaductos
Obras pequenas de paso

100
25

100
10

Vias urbanas

Imbornales, caces y sumideros

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

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

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

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

m 2

m3/s

300

3.000.000

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

- 10

-z.
o
u

13
12
11
10

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)

30h

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

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

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:

El aqua v la carretera

0.3

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

- to

■ fo

.«o Ommtdtt ■

20-

*!■ Pobrttti

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•

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.

Luis Banon Blazquez

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

El aqua v la carretera

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

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

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

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.

Luis Banon Blazquez

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

Uso deb terra (%) HMrologicas

GRUPO DESUELO

>3 R

Barbecho N

15
17

8
11

6
8

4
6

< 3 R/N

>3 R

Cultivos en hilera N

23
25

13
16

8
11

6
8

< 3 R/N

>3 R

Cereales de invierno N

29
32

17
19

10
12

8
10

< 3 R/N

R
Rotacion de cultivos > 3

26
28

15
17

9
11

6
8

< 3 R/N

R
Rotacion de cultivos > 3

37
42

20
23

12
14

9
11

< 3 R/N

Pobre

Media
> 3

Buena

n , Muy buena

24
53

*
*

14
23
33
41

14
18
22

6
9

13
15

Praderas

Pobre

Media
< 3

Buena

Muy buena

*
*
*

25
35

*
*

12
17
22
25

10
14
16

Pobre

> 3 Media
Plantaciones regulares o,™ a

Hn nnrnunrhnminntn t>Uena

*
*

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

14
22
31
43

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)

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

Fuente: Instruccion de Carreteras (5.2-1 C)

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

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

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.

Luis Banon Blazquez

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.

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

CL
LU
h-

0.5

/io

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

^»

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

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

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

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

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

(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

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.

El aqua v la carretera

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

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

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)

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 =

■ 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)

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:

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.

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

-> 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

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

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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

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

1.0 1.2

1.5

1.8

Fuente: Instruccion de Carreteras (5.2-1 C)

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)

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.

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

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)

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

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.

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.

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.

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.

Firmes

Propiedades generates y tipologia de firmes

ROZAMIENTO

Sujecion al vehiculo
en todo momento

REGULARIDAD

Geometna uniforme,
sin ondulaciones

Caractensticas
superficiales

DRENAJE

Rapida evacuacion
del agua superficial

REFLEXION

Bajo deslumbra-
miento indirecto

Propiedades

del firme

RUIDO

Escasa generacion de
ruido de rodadura

RESISTENCIA

Adecuada transmi-
sion de las cargas

Caracterfsticas
estructu rales

AMORTIGUAMIENTO

Absorcion progresiva
de los esfuerzos

ARMONJA

Trabajo conjunto y
solidario de las capas

FLEXIBLES

DRENANTES

Formados por capas
bituminosas

Mezcla porosa
resistente y drenante

Tipologia

de firmes

MIXTOS

SEMI RRJGI DOS

Bituminosos con
capas rigidas

Capa bituminosa
sobre hormigon

RiGIDOS

Emplean pavimentos
de hormigon

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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

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
<

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

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.

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
<

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.

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.

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

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

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.

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.

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

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.

3-7m

HORMIGON VIBRADO O COMPACTADO

■ ' r ■( r

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

"41 1 ' ^ i ^^Tl't ' - ^P ! *^ '

■*' . 1 i mi g J » IP * X ? .]

PAVIMENTO CONTINUO HORMIGON ARMADO

8-30 tn

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S hUC&BCq

£**

PAVIMENTO DE HORMIGON ARMADO CON JUNTAS

-.£&.*£>,* *&..*+;* .■■■3

PAVIMENTO DE
HORMIGON PRETENSADO

PAVIMENTO DE
ADOQUINES

Fig. 19.5 - Pavimentos empleados en firmes rigidos

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.

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

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

E
<

Fuente: Norma 6.1 y 6.2-IC

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

!3cm j_
15cm:

PAVIMENTO DE HORMIGON (HP-40)
2%-

S^^H

-DOBLE TRATAMIENTO SUPERFICIAL
ZAHORRA ARTIFICIAL
DRENANTE

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

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

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

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

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

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

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

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

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

E
<

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.

Materiales petreos

Pmceso de extraccion y clasificacion de aridos

EXTRACCION
Y1RANSPORIE

MACHAQUEOY
CLASHCACION

MACHAQUEO
PRIMARIO

O MANIPULACION ®P*

O i j£^fl'"V CR1BAS
^ O O/ PRIMARIAS

ACOPIOS FINALES

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

Materiales petreos

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"Li granu

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.

E
<

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)

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.

E
<

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.

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

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

Materiales petreos

Fig. 20.7 - Pendulo de friccion del TRRL (NLT-175)

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

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.

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

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

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

E
<

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.

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.

Productos bituminosos

PkDceso de destilacion de los productos bituminosos

ESQ UEM A VISUAL

DESTlLfiOOS — GftSOLEQ

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_ FUEL-OIL

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TAWDUE BOMisEO DESTH.ACION DESTILACION ASFALTlCO
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ALMACENAMIENTO
2EL CPU DO

ASFALTOS
OXI DADOS

LU
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Productos
muy ligeros

Gasolina
y naftas

Queroseno

Gasoleo

Aceites lubricantes

Fuel-oil

Residuos
asfalticos

BETUN
ASFALTI CO

Agua

PROCESODE
DESnLACION

BETUNES
FLUIDIFICADOS

Emulsionante

EMULSIONES
BITUMINOSAS

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.

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.

s
I

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.

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

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.

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.

(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

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.

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

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

in
O

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

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.

io 1q/

10 9

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3 10 8

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U
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10 6

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■z.

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O

\
\

1 1 1 1
Betun convencional de
tipo duro (B 30/40)

Betun modificado con

Betun modificado con —
plastomeros (EVA)

\
\

-W

\
\

/ ^

"\ \

elastomeros (SBS)

Betun convencional

) 15 30 45 60 7
TEMPERATURA (QC)

TIEMPO DE FATIGA DEL MATERIAL

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.

E
<

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

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.

lipologia y nomenclature |£

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.

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

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

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

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.

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

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.

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

..:

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

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.

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.

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

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

T1POS

PROPIEDAD

AQ-38

AQ-46

BQ-30

BQ-58

BQ-62

Max

Mm | Max

EQUIVISCOSIDAD

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

INDICE DE ESPUMA

193

DESTILACION (en masa)

189

(a) hasta 2002C

0.5

(b) de 200 a 270^C

(b) + (c)

REBLANDECIMIENTO

125

FENOLES (en volumen)

190

2.5

NAFTALI NA (en masa)

191

2.5

SOLUBILIDADTOLUENO

192

Fuente: PG-4/88

Productos bituminosos

Espec ific ac iones de betimes

CARAClERISnCAS

BE1UNES DE PENETRAC ION

PROPIEDAD

lid

B 20/30

B40/50

B60/70

B 80/ 100

B 150/200

B 200/300

Max

BETUN ORIGINAL

Penetracion

124

100

150

200

300

Indice penetracion

181

-1

+ 1

-1

+ 1

-1

+ 1

-1

+ 1

-1

+ 1

Punto reblandecimiento

125

Fragilidad Fraass

182

-4

-8

-10

-15

-20

Ductilidad

126

a 252C

100

a 152C

100

Solubilidad tricloroetano

130

99.5

Contenido en agua (vol)

123

0.2

Punto de inflamacion

127

235

220

175

Densidad relativa 25 9 C

122

1.00

0.99

RESIDUO

Variacion de masa

185

0.5

0.8

1.0

1.4

1.5

Penetracion respecto B.O

124

Variacion P. reblandecim.

125

Ductilidad

126

a 252C

100

a 152C

100

CARACTERiSTICAS

BETUNES MODIHC ADOS

PROPIEDAD

BIV

-1

Biv

-2

BM-3a

BM-3b

-3c

BM-4

BM-5

BETUN ORIGINAL

Penetracion

124

130

150

200

P. reblandecimiento

125

Fragilidad Fraass

182

-4

-8

-10

-12

-15

-20

Ductilidad

126

a 52c

a 252c

Flotador

183

3000

2000

700

1200

2000

1200

Estabilidad almacenaje

328

Dif. Punto. Rebland 9

125

Dif. Penetracion

124

Recuperacion elastica

329

a 252c

a 402C

Contenido en agua

123

0.2

Punto de inflamacion

127

235

220

200

Densidad relativa

122

1.0

RESIDUO

Variacion de masa

185

0.8

1.0

1.4

1.5

Penetracion r/ B.O

124

Var. Punto. Rebland 9

125

-4

-5

+10

-5

+10

-5

+10

-6

+10

-6

+10

Ductilidad

126

a 52c

a 252c

Fuente: PG-4/88-97

Luis Banon Blazquez

Espec ificac iones de emulsiones bituminosas

CARACTERiSnCAS

EMULSIONES ANIONIC AS

PROPIEDAD

EAR-0

EAR-1

EAR-2

EAM

EAL-1

EAL-2

Max

Viscosidad Saybolt
Universal a 252C

138

100

Furol a 25^C
Carga de las particulas
Contenido en agua (vol)
Betun asfaltico residual

%
%

194
137
139

100

negativa

Fluidificante por destilacion
Sedimentacion (7 dias)
Tamizado (Retenido 0.80 UNE)
Demulsibilidad

%
%
%
%

139
140
142
141

10
0.10

0.10

10
5

0.10

8
5

0.10

Mezcia con cemento
Envuelta y resistencia al
desplazamiento por el agua
Arido seco

144
196

Buena

Arido despues del riego

Arido humedo

Arido humedo d/riego

RESI DUO DESTI LACI ON

Aceptable
Aceptable
Aceptable

Penetracion

124

130

200

130

200

130

200

130

250

130

200

130

200

Ductilidad

Solubilidad en tricloroetano

cm
%

126
130

97.5

60
40

97.5

100

60
40

97.5

100

97.5

60
40

97.5

100

60
40

97.5

100

Fuente: PG-4/88

CARAClERISnCAS

EMULSIONES C ADONIC AS

PROPIEDAD

ECR-0

ECR-1

ECR-2

ECR-3

ECM

ECL-1

ECL-2

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

%
%
%
%
%
%

cm
%

138

194
137
139
139
140
142
144
196

124

126
130

100

Positiva

7
10

0.10

5
5

0.10

5
5

0.10

2
5

0.10

12
5

0.10

10
5

0.10

Buena
Aceptable
Aceptable
Aceptable

130

97.5

200

130
60
40

97.5

200
100

130
60
40

97.5

200
100

130

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

Productos bituminosos

T65

Especific a ciones de emulsiones modmcadas

CARAClERISnCAS

EMULSIONES MODIHC ADAS

PROPIEDAD

EC R-lm

EC R-2m

EC R-3m

ECM-m

EAM-m

EC L-2m

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

%
%
%
%
%
%

cm
%

138

194
137
139
139
140
142
144

124

125

126
329

positiva

negativa

positiva

120
50
45
55
10
12

5
5

0.10

200
90

120
50
45
55
10
12

5
5

0.10

200
90

120
50
45
55
10
12

0.10

200
90

100

10
12

12
5

0.10

220

100

10
12

10
5

0.10

220

100
50
45
55
10
12

10
0.10

150
90

Fuente: PG-4/88

T66

Espec ific ac iones de betimes fluid ific ados

CARAClERISnCAS

BE1UNES FLUIDIHC ADOS

FM-

inn

FM-150

FM-200

FR-100

FR-150

FR-200

PROPIEDAD

Min

Max

Punto inflamacion v/a

136

Viscosidad Saybolt

133

a 252C

150

a 602C

100

200

100

200

a 822C

125

250

125

250

Destilacion (% total dest.)

134

a 1902C

a 2252C

a 2602C

a 3162C

Residuo destilacion

134

Contenido en agua (vol)

123

0.2

RESIDUO

Penetracion

124

120

300

120

300

120

300

120

Ductilidad

126

100

Solubilidad tricloroetano

130

99.5

E
<

Fuente: PG-4/88

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

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.

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

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

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

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.

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

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)

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

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:

Capas qranulares

100

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.

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

E
<

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

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.

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

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.

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.

Luis Banon Blazquez

Husos granulometricos para zahorras natuiales

TAMIZ
UNE

CERNIDO PONDERALACUMULADO (%)

ZN(50)

ZN(40)

ZN(25)

ZN(20)

ZNA

100

0.40

0.080

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)

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

100

0.40

0.080

Fuente: PG-4/88

100 T.

Nr-Ov

Nv ^v

N. \ N.

70
60

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60

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20
10

ZA(40)

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ZA(25) ^^^5^1

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30
20

ZD-1 \

Despues de la

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30
20

ZD-Z ^\\\

compactacion

^^^^^^^^

Despues de la compactacion n. ^^^""--..^

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100
90

D O O

HUSO S G RANULO M ETRIC S DE

^^\

80
70

\ x \

ZAHO RRAS AKTIHC IAl£S

40
30
20

ZD-3 V

Despues de la
compactacion

\ N N^

ZA(x) Denominacion tipologica

| Huso granulometrico

^^S— — ~^

Parabola de Fuller

d in o o

in fN o

:t fN fN rH

■3-

Fig. 22.5 - Husos granulometricos de las zahorras artificiales (PG-4/88)

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)

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.

E
<

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

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 (%)

Recebo

100

12.5

100

0.080

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
<

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.

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.

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).

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

100

0.40

0.080

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.

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

100

0.40

0.080

ZN(40)

100

< 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
<

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

aA-tyC

100

0.40

0.080

ZN(40)

100

< 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%

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.

E
<

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

- 30
Q
<
Q

§ 20

RESISTENCIA A COMPRESION

^18

/ /

LO
LU

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.

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

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

Capas qranulares

RASEl

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Fig. 22.8 - Proceso de ejecucion de una estabilizacion con cemento

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.

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:

- 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.

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

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.

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.

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

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

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.

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.

- 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.

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

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
<

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

100

12.5

100

6.3

100

3.2

2.5

1.25

0.63

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

100

12.5

100

6.3

100

3.2

2.5

1.25

0.63

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

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.

- 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.

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.

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

A(E) 15/7

8-10

1.10

A(E) 10/5

6-8

0.80

A(E) 6/3

5-7

0.60

A 5/2

4-6

0.50

Fuente: PG-4/88

T.75 Dosificacion de riegos bicapa (DTS) y doble engravillado

ARIDO

UGANTE

T1PO

DOTACION

(l/m 2 )

T1PO

DOTACION

(kg/m 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

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

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.

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

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

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

I \

i \

FILLER

ADITIVOS

Mezclador

LECHADA
BITUMINOSA

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

6.3

100

2.5

1.25

0.63

0.32

0.16

0.08

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

Agua total

(% sobre arido)

10 - 20

10 - 30

15 - 40

Dotacion lechada

(kg/m 2 )

15 - 25

7-12

2-6

2-5

Espesor minimo

(mm)

Aplicacion

l 5 capa

l 5 capa
o capa unica

Capa unica
o 2 § capa

Textura

Gruesa o

Media o

Fina o

Agrietada o lisa

a recubrir

permeable

descarnada

agrietada

Fuente: PG-4/88

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
<

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

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

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,

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.

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.

Luis Banon Blazquez

T77

Husos gra nulometnc os pa ra MBC

TAMIZ
UNE

CERNIDO PONDERALACUMULADO (%)

DENSO

SEMIDENSO

GRUESO

ABIERTD

DRENANTE

D12

D20

S12

S20

S25

G20

G25

A12

A20

P12

PA12

100

80-95

100

75-95

100

80-95

100

80-95

75-88

75-95

65-85

100

65-90

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

100

72-87

60-75

71-86

60-75

55-70

47-67

40-60

50-75

35-60

60-90

50-80

70-90

50-65

47-62

43-58

40-55

28-46

26-44

20-40

15-35

32-50

15-30

2.5

45-70

35-50

30-45

20-35

5-20

10-18

10-22

0.63

18-34

18-30

15-25

8-20

6-12

6-13

0.32

12-25

13-23

10-18

5-14

0.16

8-17

7-15

6-13

3-9

0.08

5-10

5-8

4-8

2-6

2-4

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

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.

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

Proporcion minima en
particulas fracturadas

CR/Int
Base

100
90

90
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

E
<

Fuente: PG-4/88

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.

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

especial la relacion filler/betun- ayuda a paliar este efecto. ^

E
<

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

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

E
<

Luis Banon Blazquez

Piston movil

ENSAYO MARSHALL

Mordaza
perimetral

Muestra

101.6 mm

Base

DISPOSITIVO DE ENSAYO

NLT-156

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

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

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.

E
<

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:

7.0

6.0

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
% LIGANTE

o
u
<

O
u_

3.5
3.0

16.0

15.5

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
% LIGANTE

>_>

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

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5
% LIGANTE

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

Q 15.5

8 15.0

X 14 5

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%

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

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.

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

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.

E
<

Fig. 23.7 - Proceso de carga de una exendedora

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.

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.

Luis Banon Blazquez

1*3

fk— ; \

fl"4V

At-

gr^gg

^i, -J

W&*

COMPACTA DO RES VIBRATO RJOSDERODILLOSUSOS

COMPACTADORES DE NEUMAT1COS

mzm

COMPACTADORES MIXTOS

Fig. 23.8 - Tipos de compactadores empleados en capas bituminosas

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).

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

100

80-95

100

80-95

100

75-95

100

65-90

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

60-75

47-67

35-60

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

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.

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:

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:

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

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

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^

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.

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

25.000

75.000

200.000

Carga

(T)

Numero de
aplicaciones

300.000

150.000

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)

ei=(Pi/13) 4

Ni=N/ei

fi=l/Ni

fi-rij (%)

25.000

0.02

50.000.000

2-10" 8

0.05

75.000

0.08

12.500.000

8-10" 8

0.6

200.000

0.22

4.545.455

22-10" 8

4.4

300.000

0.51

1.960.784

51-10" 8

15.3

150.000

1.0

1.000.000

100-10" 8

15.0

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)

ei =(Pi/13) 12

Ni=N/ei

fi=l/Ni

fi-rij (%)

25.000

105-10" 7

9.52-10 10

1.05-10 11

75.000

594-10" 6

1.68-10 9

5.95-10 10

0.004

200.000

0.012

83.333.333

1.20-10" 8

0.0024

300.000

0.135

7.407.407

1.35-10" 7

0.04

150.000

1.0

1.000.000

MO -6

15.0

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,

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

S-EST1

"lUILO
HAOCCUAO

TERRA PLENES

Y
PEDRAPLENES

S.1EST2,

>10
<20

[s-EST2| i!
i

DESMONTES

S L ESTj
6"

INAOCCUAOO

TERRA PLENES

Y
PEDRAPLENES

S-EST3.

>20

DESMONTES

50
30

S-EST5

S-EOT3

S-E_ST1_

S_-EST1

SUC10

tM*orcu*o

S-EST3j

S-ESTt

H30

tzi-

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

Suelo tolerable

330 Terraplenes

Suelo adecuado

330 Terraplenes

Suelo seleccionado

330 Terraplenes

Suelo seleccionado

330 Terraplenes

■ CBR > 20

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

Mezcla bituminosa D 6 S (Capa de rodadura)

542

Mezcla bituminosa P 6 PA (Capa de rodadura)

542

Mezcla bituminosa A 6 AF (Capa de rodadura)

542

Mezcla bituminosa D, S 6 G (Capa intermedia)

542

Mezcla bituminosa S, G 6 A (Capa base)

542

Zahorra natural

500

Zahorra artificial

501

ZAD

Zahorra artificial drenante

501

Suelocemento

259

Gravacemento

268

Hormigon magro

517

Hormigon comprimido o compactado

516

Hormigon vibrado en masa

463

HVA

Hormigon vibrado armado continuo

463

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)

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

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

EN CAPA DE RODADURA

Calida

Media

Templada

1.40
1.30
1.20

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

1.10
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)

Calculo de firmes

Fig. 24.5 - Mapa de zonas pluviometricas (6.1 y 6.2-1 C)

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

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

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

2 H
<= o

73 73
> 73
1- >

I! O
n 73

m c/i
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3 5

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O

311

312

313

314

315

316

321

322

22**

323

324

325

326

331

332

333

20**

334

335

336

411

412

413

414

415

416

421

422

22**

423

18**

424

425

426

431

432

433

18**

434

435

436

Calculo de firmes

T.89b

Catalogo de seccionesde fiime

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031

032

033

034

035

036

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122

123

124

125

126

127

m
w

131

132

133

134

135

136

137

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212

213

214

215

216

217

IS)

221

222

223

224

225

226

227

231

232

233

234

235

236

237

(71

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

(cm)

Hormigon vibrado

Otros materiales

e s *

POR CRITERIOS
CONSTRUCTIVOS

(cm)

Mezclas bituminosas

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

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

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.

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

DEFORMACIONES

Rodera

Firme ondulado

Hundimiento

Ondulacion

Blandon

Huella

Cordon longitudinal

Burbuja

Arrollamiento
transversal

D10

Protuberancia

ROTURAS

Grieta longitudinal
central

Cuarteo en malla
gruesa

Grieta longitudinal
lateral

Grietas en las
rodadas

Grieta transversal

Grieta en el borde
de la calzada

Grieta erratica

RIO

Grieta reflejada

Grieta parabolica

Rll

Grieta curva

Piel de cocodrilo

(cuarteo en malla fina)

R12

Fisuras finas

DESPREN-
DIMIENTOS

Firme brillante

Desintegracion

Descarnadura

Fallo de envuelta

Aridos
pulimentados

Verruga

Peladura

Estriado

Bache

EXUDACIONES

Exudacion

Mancha de
humedad

Flujo de ligante

Ascension de finos

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.

Patoloqfa de firmes

I BLANDON

Fig. 25.1 - Deformaciones en firmes flexibles (I)

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.

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)

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.

Patoloqfa de firmes

GRIE1A LONGnUDINAI

GRIETA ERRATIC A

PIELDECOCODRILO

> ; V

V ~v

V>*

-.. W&

X*Vrf

' W >r

Fig. 25.3 - Roturas en firmes flexibles (I)

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.

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)

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.

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.

Luis Banon Blazquez

PELA

DURA

•

DESINTEGRACION

.'■**, ■.---

■C"

Fig. 25.5 - Desprendimientos en firmes flexibles

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

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

DEFORMACIONES

Escalonamiento

Asiento

ROTURAS

Grieta longitudinal

Perdida de
estanqueidad

Grieta transversal

Pandeo

Rotura de esquina

RIO

Desconchado

Cuarteo en malla
gruesa

Rll

Bache

Piel de cocodrilo

(cuarteo en malla fina)

R12

Peladura

Rotura de junta
transversal

R13

Arranque de arido
grueso

Descascarillado

FLUENCIAS

Expulsion del producto de sellado

Surgencia o pumping

OTROS
DEFECTOS

Falta de textura superficial

Junta longitudinal abierta

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.

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.

Luis Banon Blazquez

GRIETA LONGITUDINAL

GRIETA TRANSVERSAL

PIELDECOCODRIUO

ROTURA DEJ UNTA TRANSVERSAL

Fig. 25.8 - Roturas en firmes rigidos (I)

Patoloqfa de firmes

DESCASCARIL1ADO

PERDIDA DE ESTANQUBDAD

Fig. 25.9 - Roturas en firmes ngidos (II)

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.

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.

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).

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

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.

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.

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

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.

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

/ ' >

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.

100

125

0.45

0.35

125

160

0.40

0.35

160

185

0.40

0.35

6.5

180

200

0.35

0.30

5.5

Datos obtenidos del Sistema de Gestion empleado por Geocisa

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

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)

-__

~—

CARCAVAS DE EROSION
Y BACHES PR0FUND0S

MUCHOS BACHES P0C0
PROFUNOOSYALGUNOS
GRANGES

MUCHOS BACHES
PEQUENOS

DEFECTOS
SUPERFICIALES

= PERFECCI0N
ABSOLUTA

CAMINOS NO

PAVIMENTADOS

ENMALESTADO

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

Mantenimiento del firme

EQUIPOS DE MEDIDA DE LA REGULARIPAP SUPERHCIAL

Tl POLOGI A Y ESQUEMAS DE COMPOSI CI ON

Indicador de desnivel

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

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

CABINA

\V_

Tanque de agua

^^T

Fig. 26.5 - Aparatos empleados en la determinacion del CRD

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

^ UM — -

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.

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.

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

A2 y Bl

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

| t 4 -

1 1 1

1,3-

- PAVfMENTO MUY RSURA00

1,2-

1,1 ■

i n -

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.

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

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

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)

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)

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.

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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