Vías

TEMA 1: ELEMENTOS BÁSICOS DE LA GEOTECNIA

La geotecnia es un conjunto de técnicas que permiten conocer el terreno para usarlo como elemento de construcción.

El terreno se usa como:

+ elemento de construcción: caminos, diques

+ elemento para asentar las cimentaciones

+ causante de acciones

La geotecnia tiene una base científica, la mecánica de suelos (ciencia sobre la que se soporta la geotecnia)

• Gaseosa: aire y gases que puede haber en los huecos del terreno

• Líquida: agua y sales disueltas

• Sólida: partículas minerales. Parte más importante. Es muy heterogénea

Lo que más nos interesa es la fase sólida. La fase líquida va a influir en la disposición de las partículas. La fase gaseosa nos interesa para hacerla lo menor posible. Para hablar de estas fases usamos el peso específico (kg/dm3, T/m3, g/cm3)

Para conocer el suelo se realizan ensayos normativizados en las normas NLT (desarrolladas por el CEDEX). Estas normas están en vigor hasta que se establezcan las normas UNE (unificación de las Normas españolas).

Las NLT son copiadas de las normas americanas y alemanas.

Las normas NLT se establecen con 3 dígitos, que indican el ensayo, y una barra, que corresponde al año donde se estableció, o se hizo, la última revisión, de la norma. Ej: NLT-103/89.

Hay dos modos de coger muestras:

• inalteradas: se conserva la estructura del suelo

• alteradas: se usa más porque interesa la textura, no la estructura. Son las que usamos.

Se usa la norma NLT-101/72 (“Preparación de muestras de suelos”)

Es el ensayo más importante. Se trata de determinar la textura del suelo, es decir, el %, en peso, que hay de cada una de las partículas de diferente tamaño que conforman el suelo.

Define el ensayo la norma NLT-104/91.

Con él podemos denominar el tipo de suelo.

Ej: si la mayor cantidad de partículas son arcillas hablamos de suelo arcilloso.

Se usan tamices para saber la cantidad de partículas con cierto diámetro.

Se han normalizado una serie de tamices, caracterizados por la abertura de su malla.

Hay dos series:

• gruesa

• fina

Los limos y las arcillas no se pueden clasificar por tamices.

Se usan las normas de la UNE (española) y ASTM (americana).

La norma americana usa pulgadas para la serie gruesa y números para la fina (número de mallas que entran en una pulgada). La norma española usa mm.

Los tamices más finos son los de 0,04 mm y hay partículas más finas que eso, por lo que hay que usar otros ensayos para clasificar esas partículas.

Para hacer el ensayo se cogen 7-8 tamices y se colocan en columna, ordenándolos de mayor a menor abertura.

En la serie fina se suelen coger el nº4, el nº10, el nº40 y el nº200.

Se echa la muestra y se agita, quedando en cada tamiz cierta cantidad de suelo, que está comprendida entre el tamiz anterior y este. Una vez hecho esto el análisis se presenta como una gráfica.

La gráfica se hace en función del tamaño de las partículas (eje horizontal) y el %, del total de suelo, que pasa por cada tamiz eje vertical).

La escala del %, de material que pasa, es normal y la del tamaño de partículas es logarítmica. La gráfica obtenida es semilogarítmica.

Si la gráfica es muy tendida, fundamentalmente, hay partículas finas.

Los ensayos no suelen ir más allá del tamiz 0,08.

Suelo A: Tiene fundamentalmente elementos gruesos. Por el tamiz de 5 mm no pasa nada.

Suelo C: Por el tamiz 0,06 pasa el 72% del total. Es un suelo muy arcilloso.

Suelo B: bien graduado. Tiene tamaños de gran número de partículas.

Coeficiente de uniformidad: relación entre el tamaño máximo de partículas que pasan en el 60%, con respecto al tamaño por el que pasa el 10%.

Dx: apertura de malla por cuyo tamiz pasa X%.

D60: pasa 60%.

D10: pasa 10%.

Indica la uniformidad de las partículas

Cuándo hay un coeficiente menor que 5 la granulometría es uniforme. Si es menor de 2,5 la granulometría es muy uniforme.

Coeficiente de curvatura

Coeficiente entre 1 - 3: suelo bien graduado

Suelo grava con coeficiente mayor que 4: suelo bien graduado

Suelo arena con coeficiente mayor que 6: suelo bien graduado

Sirven para conocer el estado físico del suelo

La forma de un suelo depende de la cantidad de agua que hay en él (al faltar agua el suelo disminuye su tamaño).

Atterberg cogió un suelo y lo secó totalmente observando que el suelo estaba duro. Él fue echando agua y llegó a un punto en el que el suelo comenzó a expandirse, pudiéndose desmenuzar (estado semisólido). Siguió aumentando la humedad y el suelo llegó a ser moldeable (estado plástico). Al seguir echando agua se convirtió en viscoso y podía fluir (estado líquido). Nos interesan suelos duros o blandos, pero no viscosos.

Fijó los puntos donde variaba el estado, que son los límites de Atterberg.

• Límite de retracción: De sólido a semisólido

• Límite plástico: de semisólido a plástico

• Límite líquido: de plástico a líquido

Los límites vienen en % de agua, respecto al peso del suelo.

La franja en la que el suelo es plástico se define con el índice de plasticidad siendo la diferencia entre el límite líquido y el plástico, en % de agua.

IP= LL - LP IP= índice de plasticidad

LL= límite líquido

LP= límite plástico

Se usa la cuchara de Casagrande, que viene recogida en la norma NLT-105/91.

El método consiste en coger una muestra de suelo, tamizarlo por el tamiz 40, y añadir agua. La masa obtenida se pone en la cazoleta (aplastándola y haciendo un surco), que se levanta 1 cm, al dar la vuelta a la manivela, y se deja caer.

Al ir golpeando la cuchara el surco se va desplazando, cerrándose. Se cuenta a que número de golpes se cierra el surco. Hay que conseguir que se cierre entre:

+ 15 - 35 golpes

+ 15 - 25 golpes

+ 25 - 35 golpes

Para esto se varía la humedad de las muestras.

Se pesan las muestras, se secan, y se vuelven a pesar, obteniendo la humedad por diferencia. Con el número de golpes y el porcentaje de húmedas se hace una gráfica.

Los 3 puntos deben quedar equilibrados y para ello se hace una recta equidistante que pase por los 3 puntos, paralela a las que tiene la gráfica marcada. A continuación se lee el valor para 25 golpes y ese es el valor del límite líquido.

Está recogido en la NLT-106/91.

Se coge el suelo, y se tamiza por el tamiz nº40. Se hace una masa, que se frota, y se hace un rollito. Cuándo tenga 3 mm de diámetro, y, a partir de ahí, se desmorona, tiene una humedad equivalente al límite plástico.

Casi no se usa

Es un ensayo recogido en la NLT-113/87. Es un método rápido para saber un índice que nos indica el porcentaje de material fino (pasa por el tamiz número 200, que es el de 0,08 mm).

Nos da una idea de la calidad.

Se usa cuando hay tan poca arcilla que no se pueden usar los límites de Atterberg.

Se coge una muestra, se mete en disolución, se agita y se deja reposar. Se va a separar arena, arcilla y limo.

Equivalente arena= lectura arena x 100

Lectura arcilla

Oscila entre 0 y 100. Si es alto hay pocos finos. Si es menor de 25 es un suelo plástico y poco adecuado para la construcción.

Nunca es bueno que la cantidad de arcilla sea muy grande y es recomendable que el equivalente de arena sea mayor que 25.

La consolidación es un proceso natural por el cual el suelo disminuye su densidad seca.

Persigue crear los mismos efectos de la consolidación, aplicando un proceso mecánico.

Produce diferentes efectos:

• aumento de la densidad

• disminución de la porosidad

• aumento de la capacidad resistente del suelo

• Disminución de la permeabilidad: el suelo va a admitir peor que el agua penetre en él

• aumento del rozamiento interno

los parámetros que se usan son:

+ densidad seca del suelo

+ porosidad: relación entre el volumen total de poros y el volumen total del suelo.

La compactación depende de:

• La naturaleza del suelo: forma, tamaño y clase de partículas

• el método de compactación

• La energía de compactación: cuántas más pasadas hay más energía de compactación

• El contenido de agua.

Proctor en los años 30 observó como la cantidad de agua en el suelo influía sobre la densidad. Le aplicó una energía de compactación a una muestra determinando la densidad, según la cantidad de agua. Al aplicar mayor humedad hay mayor densidad. Con ello obtuvo una gráfica.

Al compactar se reorganizan las partículas, para que el suelo esté más denso, con o que el agua ayuda a la compactación. Habla de Humedad Óptima (ho), con lo que se obtiene la máxima densidad, y de densidad seca máxima (m)

Llegaba a un punto donde aumentaba la humedad y disminuía la densidad.

Si se varía la energía de compactación se van obteniendo las diferentes curvas. Al aumentar la energía de compactación las densidades máximas son más altas, pero la humedad óptima disminuye.

Había que establecer un ensayo para saber cuánta humedad debe haber. Para ello se ideó el Ensayo del Proctor Normal (NLT-107/91). Este ensayo consistía en coger un cilindro de 1 l de capacidad, que se va llenando de suelo, tras tamizarlo por el tamiz 20 mm. Se tomaba una tongada, y se le daban 25 golpes con una maza de 2,5 kg, con una altura de 0,3 m de caída. Se repetía hasta llenar el molde (se hacen 3 tongadas). Repetía el ensayo, con el suelo al que se le había añadido humedad. Con los datos obtenidos se sacaba una gráfica.

Hay otro proceso muy similar, el Proctor Modificado (NLT-108/91), con un molde de 2,32 l, 5 capas, 60 golpes por capa, una maza de 4,54 kg y una altura de caída de 0,4 m. Se utiliza mayor energía. En el Proctor Modificado da menor humedad y densidad más alta, que en el Normal.

Se aumentan las capas y la capacidad de compactación, para que sea más representativo con las máquinas que hay actualmente.

En la realidad se determina el índice de compactación (relación entre la densidad seca exigida en obra y la densidad seca, conseguida en laboratorio mediante el ensayo Proctor).

Si tengo un Proctor de 955, en obra exigimos que se llegue al 95% de la densidad seca máxima.

En el suelo se hacen ensayos, que se comparan con el Proctor. Para la humedad:

+ se coge una muestra, a la que se le echa alcohol, y se hace arder.

+ ensayo Speed: mete el suelo en una cápsula con carburo de Ca, que explota y se mide el aumento de presión.

+ métodos nucleares.

+ se seca en estufa.

Para determinar la densidad se usan:

• Métodos nucleares

• Método de la arena: se hacen huecos, donde se pesa el suelo sacado, y se rellenan con arena. Como se midió el volumen del hueco y se sabe el peso de la arena, puedo obtener la densidad.

• Ensayo de CBR

Viene en NLT-111/87.

Es el “valor soporte de California”. En Sudamérica lo llaman valor relativo soporte (VRS)

Sirve para evaluar la capacidad de soporte de los suelos explanados. La capacidad soporte mide en un suelo, la característica que tiene para soportar cargas, es decir, de que circulen vehículos por encima de él. Cuánto mayor sea la capacidad de carga hay menor posibilidad de que se deshaga el camino. Sirve para dimensionar espesores de firme.

Hay un ensayo tomando el suelo que ha pasado un ensayo Proctor, que se satura (se mete 4 días en agua), y se punzona.

Un pistón va a punzar el suelo y mido cuánto penetra (con un comparador) y la carga necesaria para hacer esas penetraciones, con lo que establezco una curva entre la presión y la penetración (mm).

El índice de CBR es el porcentaje de la presión ejercida por el pistón, sobre el suelo, para una penetración determinada, con relación a la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra patrón.

Sobre una muestra patrón se hace el ensayo CBR y, con esta muestra, hago una gráfica. Con mi suelo hago lo mismo. El índice de CBR es la relación entre las dos gráficas. Cojo la presión que se produce con la penetración de 2,54 mm en nuestro suelo y se compara con la presión que se necesita en la muestra patrón (Po).

Índice CBR= P x100

Po

• Hinchamiento

Aumento del volumen de una muestra al estar saturada de agua.

Es muy importante conocer como reacciona un suelo con la humedad. Si se encharca el suelo va a hincharse, por ocupar el agua los poros.

El hinchamiento se obtiene con el ensayo del CBR, porque hay que saturar el suelo de agua. Se mide el volumen inicial y el que tiene a los 4 días.

• Ensayo de desgaste de los Ángeles

NLT- 149/91

Evalúa la resistencia de un material a ser desgastado, friccionado y triturado.

Al desgastarse las partículas disminuyen su tamaño.

Se usa un depósito cilíndrico, atravesado por un eje, según el cual puede girar. En el depósito se añade una muestra (P) con diámetros específicos, y una cierta cantidad de bolas de acero, de 5 cm de diámetro (11). En la parte interior hay una chapa que, al girar la máquina, hace que choquen bolas y muestra. Tras 500 vueltas se tamiza la muestra (por el tamiz de 1,6 mm) y se obtiene cierta cantidad (P´)

P - P´ x 100= LA

P

LA= coeficiente de desgaste de los Ángeles

P= cantidad inicial

P´= cantidad que sacamos tras tamizar

Si tenemos un LA de 20% sólo el 20% se ha pulverizado. Si es mayor del 50% el suelo es mediocre y, si es inferior al 20%, es un suelo bueno.

• Rozamiento interno

Las partículas están enlazadas, rozando unas contra otras.

La cohesión (c) mide la adhesión de unas partículas con otras, como consecuencia de las fuerzas moleculares con las que se atraen. Se mide en unidades de tensión. Cuánto más pequeñas sean las partículas mayor es la cohesión.

Un suelo arcilloso es un suelo cohesivo.

En principio la cohesión es buena.

El entumecimiento es una propiedad por la cual el suelo, en contacto con el agua, aumenta su volumen. Al hincharse, el suelo separa sus partículas y disminuye la cohesión.

Nos interesan suelos muy estables y que no se separen.

Se considera una superficie inclinada, donde está sujeta, por un tope, una cantidad de suelo. Encima colocamos otra cantidad de suelo. Si la inclinación es muy baja el suelo no se desplaza por un rozamiento de las partículas superficiales. Al aumentar la inclinación el suelo va a desplazarse. El ángulo donde empieza el desplazamiento es el que se usa para medir el rozamiento interno.

En un suelo va a haber tensiones normales y cortantes y están relacionas por:

La tensión más importante es la cortante, porque es la que da lugar a deformaciones.

8. Clasificación de suelos

Consiste en asignar una muestra de un suelo a un grupo al que se le atribuyen características importantes. Ha de proporcionar unas características entendidas por todo el mundo.

8.1 HRB

Divide los suelos en:

+ materiales granulares: % que pasa por el tamiz nº200< 35%

+ materiales limo-arcillosos:> 35% pasa por el tamiz nº200

Se basa en el análisis granulométrico.

Se establecen 7 grupos, que poseen subgrupos.

Para clasificar el suelo se leen las características de arriba abajo y de izquierda a derecha.

Hecha la clasificación inicial se usa lo que pasa por el tamiz nº10, 40 y 200. Después usa el límite líquido, el índice de plasticidad y el indice de grupo (valor entero entre 0 y 20).

Hechos todos los ensayos la clasificación nos dice como es el suelo. Incluso hace una valoración de cómo funcionaría el suelo si lo usamos como cemento. Son mejores las arenas y las gravas, pero deben tener algo de arcilla, que funciona como elemento cementante.

Para entrar en los últimos grupos se usa otro cuadro que se obtiene con el límite líquido y el de plasticidad.

El índice de grupo se determina con:

Tamiz 200 pasa 40%

a= 40 - 35= 5

Si es mayor del 75% se da 40 y, si es menor del 35% cero.

Hay una tabla que nos da las características de los suelos encuadrados en cada grupo

Cuánto mayor es el índice de grupo peor es el suelo para usar como cemento.

Saber el grupo nos vale para conocer las características del suelo.

Ejercicio. Tenemos un suelo con 56% que pasa por el tamiz 200, LL de 43 e IP de 9.

Como pasa un % del 565 estamos en un material limoarcilloso.

IG= 21 x 0,2 + 0,005 x 21 x 3 + 0,01 x 40 x 0= 4,515" 5

a= 56 - 35= 21

b= 40

c= 43 - 40= 3

d= 0

Con la tabla para suelos limo-arcillosos obtenemos un A-5.

En la tabla vemos las características que tiene este suelo que es muy poco aprovechable.

8.2 USCS

Sistema unificado de clasificación de suelos.

Lo adoptaba la ASTM y se conoce como el método de Casagrande Modificado porque fue de los primeros que lo propuso.

Se establecen 3 grandes grupos, contemplando los suelos orgánicos (se retiran).

Distingue gravas y arenas, clasificadas en limpias y sucias (mayor cantidad de arcilla) dentro de las partículas gruesas.

Las partículas finas las clasifica según sean resistentes o no a la compresión.

Mal graduado se refiere a que la granulometría es constante. Hay un margen muy pequeño de tamaños.

Se establecen 3 divisiones, suelos con partículas gruesas o finas y orgánicos (nos olvidamos de ellos)

Se establece el limite, entre suelos finos o gruesos, en el 50%.

Para arenas y gravas se usa el tamiz nº 4. Si más de la mitad pasa estamos en arena y, si más de la mitad queda retenida, estamos en grava. Luego se distingue entre sucias y limpias (< 5% retenido en el tamiz 200)

Se usa Cu (coeficiente de uniformidad) y Cc (coeficiente de curvatura) para clasificar.

Para partículas finas la 1º clasificación, en función del LL, nos da limos y arcillas con elevada, o escasa, resistencia a la compresión. Usamos una gráfica con el LL y el IP situando el suelo en un punto, que nos da la clase que tenemos.

Se dan las características del suelo según el grupo al que pertenece.

• Diferencias entre clasificaciones

+ En la HRB se usa el 35% y en el USCS el 50% para diferenciar entre grano grueso y fino

+ La clasificación HRB es muy apropiada para la construcción de caminos rurales

+ La USCS tiene en cuenta los suelos orgánicos

Se suelen usar las 2 clasificaciones.

TEMA 2: CLASIFICACIÓN DE CAMINOS RURALES Y TRÁFICO

1 Camino rural

Es aquella vía de comunicación que permite una adecuada explotación del suelo. Está asociada a una actividad económica. También entran las vías forestales.

2. La ingeniería del tráfico y los transportes

Es una rama de la ingeniería que tiene como objeto lograr seguridad, y eficacia, en el movimiento de personas y mercancías.

Los elementos fundamentales son:

• Los vehículos: hay que tenerlos en cuenta

• Los usuarios: tenemos que tenerlos en cuenta

• Las vías: actuamos sobre ellos

2.1 Vehículos

Se clasifican, y hay que conocerlos, para dimensionar la vía. Lo importante son los pesos y dimensiones máximas.

Nos interesan las dimensiones de anchura, para saber el ancho de la vía, el radio de giro, para diseñar las curvas, y la carga máxima que puede llevar.

Al hacer el proyecto se habla del vehículo tipo (vehículo representativo del conjunto de los usuarios de esa vía. Si la vía es adecuada para ellos es adecuada para la inmensa mayoría de los que van a circular) y del radio de giro mínimo (giro que describe la rueda delantera exterior de un vehículo que se desplaza despacio, con la dirección, totalmente, girada).

2.2 Usuarios

Un aspecto importante es el tiempo de reacción (tiempo que transcurre desde que el conductor recibe la información hasta que se inicia la respuesta del vehículo). Se estima en dos segundos.

2.3 Vías

La vía es una banda longitudinal que se define con:

• El trazado en planta: proyección horizontal sobre el suelo

• El alzado, perfil longitudinal: se ven las pendientes (inclinación hacia abajo), rampas (inclinación hacia arriba) y acuerdos.

• Perfiles o secciones transversales: queda perfilado el ancho, las cunetas... Representamos un corte transversal de la vía

El terreno se puede clasificar según la pendiente:

+ Llano: 0-5%

+ Ondulado: 5-10%

+ Accidentado: 10-30%

+ Muy accidentado: mayor de 30%

3. Clasificación de caminos

Son variadas las características que se atienden

• Por su función principal:

+ caminos que dan servicio a poblaciones

+ caminos que dan servicio a zonas de cultivo, agrícolas

+ caminos que dan servicio a zonas de bosque, forestales

• Por sus características geométricas

+ Caminos principales, o de primer orden: aquellos que forman un eje principal de transporte, dentro de la zona, y unen poblaciones, o desembocan en carreteras.

+ Caminos secundarios o de 2º orden: desembocan en los de primer orden

+ Caminos terminales o de 3º orden: dan acceso a fincas.

• Por su uso

+ Vías forestales: de saca, de protección contra incendios y de recreo

+ Vías agrarias o agrícolas: en zonas regables, en zonas de secano y vías de recreo

Las vías forestales tienen menor utilización.

• Por el número de carriles

+ Vías de 2 carriles o de doble circulación: permiten la circulación simultánea de 2 vehículo, en sentido contrario.

+ Vías de 1 carril: no pueden circular 2 vehículos, simultáneamente, en sentido contrario. Cada ciertio espacio se hace un sobreancho (apartadero) para que pueda pararse un vehículo y que pase el otro.

3.1 Designación de caminos

Se usa una denominación radial y se parte de la población principal. Los caminos de primer orden se denominan con una letra mayúscula, en sentido de las agujas del reloj, empezando por uno que vaya de sur a norte.

Para los caminos de 2º orden se usa una cifra con la letra del camino principal. Los caminos que salen a la izquierda llevan un número impar y los de la derecha usan números pares. Con los del tercer orden se usa lo mismo.

• Criterios generales de diseño de vías

El primer criterio dice que la red ha de quedar integrada en el sistema de vías existente.

El segundo dice que hay que conservar todas las vías interiores existentes que sean válidas.

El tercer criterio dice que el trazado debe respetar la parcelación de la zona.

En cuarto lugar hay que procurar tener la densidad mínima de la red.

En quinto lugar hay que considerar los caminos con las características técnicas precisas.

En sexto lugar hay que minimizar el beneficio de transporte (las vías deben ser lo más cortas posibles).

• Tráfico

El análisis microscópico considera cada vehículo de manera individual. Aquí el tráfico es un conjunto de vehículos y se usa en ciudades.

En caminos lo estudiamos como un flujo continuo (macroscópico).

Consideramos la intensidad y la velocidad

• Heterogeneidad

La variabilidad de vehículos que usan la vía.

En vías rurales la heterogeneidad es mayor que en vías urbanas. Pasan vehículos con medidas no normalizadas, con dimensiones normalizadas, con variable tracción, ganado...

!Doble uso

Las vías que dan uso a un núcleo tienen dos sentidos de uso:

• Sentido centrípeto: de la periferia al núcleo: mayor uso

• Sentido centrifugo: del núcleo a la periferia: los vehículos van descargados y hay menor desgaste

!Intensidad

La intensidad varía y es mayor en primavera-verano. Es mayor en las vías próximas al núcleo.

!Velocidad

En velocidad hay variación desde tractores que circulan a 20 km/h hasta camiones que circulan a 80.

!Cargas

Las cargas pueden ser de 3Tm/eje hasta 8.

Toda esta heterogeneidad dificulta la elección del camino.

• Intensidad

Uno de los elementos fundamentales del tráfico es la intensidad (número de vehículos que pasan por una sección, fija, de una carretera, por unidad de tiempo). Se mide en vehículos/día o vehículos/hora.

Normalmente se mide la intensidad con la intensidad media diaria (número de vehículos, que como media, circulan por una vía en un día). En caminos rurales es ligera o media. Si la estudiamos, en una serie de años, crece por aumentar la motorización y el nivel de vida y disminuye en zonas deprimidas. Las mayores intensidades se dan en primavera-verano.

Se han clasificado los caminos según el número de vehículos de más de 1,3 T que pasan. Se establecen 4 clases de caminos (A, B, C y D).

El problema es determinar la intensidad de tráfico:

+ Método analógico: por analogía con otras vías. Se buscan vías con características similares a la vía que yo voy a construir. Se mide el tráfico en el camino semejante y se supone que nuestro camino va a tener ese tráfico

+ Método analítico: hacer un inventario, valorado, de los factores que influyen en el tráfico y ponderarlos. Propugna:

• determinar a que superficie va a servir

• tener en cuenta las parcelas

• tener en cuenta la producción

• la mecanización del área

• la intensidad de cada cultivo

• tráfico inducido

+ Método empírico: establece una fórmula

IMD=Q x S x E½ x K

500

Q=producción bruta de la zona (T/ha)

S= superficie a la que sirve

E= número de parcelas a las que sirve

K= coeficiente que depende del tipo de camino

IMD= intensidad media diaria

k

Camino principal 1,5

Camino secundario 1,3

Camino terminal 1

Otro sistema es clasificar los caminos y la intensidad, en función del tráfico estimado.

Hay otro concepto que es la intensidad media diaria de vehículos pesados, entendiendo vehículos can carga útil mayor de 3 Tm (camiones articulados, vehículos con remolque o para transporte de pasajeros). Esto se usa en la Instrucción de Carreteras 6.1 y 6.2, sobre secciones de firmes, que establece una clasificación (T0, T1, T2, T3, T4).

Lo que deforma un firme son los vehículos pesados y por eso se usa en carreteras.


Las vías rurales están en T4.

• Velocidad

La velocidad base del proyecto, específica o de proyecto es un valor convencional fijado para determinar y coordinar, entre sí, los elementos geométricos del camino.

Se toma como la velocidad que puede ser mantenida por un vehículo aislado, de forma continuada en condiciones de seguridad y comodidad en cada tramo del camino cuándo las únicas limitaciones vienen impuestas por las características geométricas del mismo. Esta velocidad es para cada tramo.

Va a depender de:

+ la topografía

+ el diseño de traza y secciones

Para determinarla hay varias clasificaciones. La antigua Instrucción de Carreteras lo hacía según el terreno. La AASHO estableció las velocidades en función del terreno y la IMD. Eugenio Del Barrio las estableció, en zonas regables, en función de la IMD.

Estas velocidades siempre oscilan entre 30 y 70 (80) km/h.

Siempre hablamos de tramos de camino y hay que evitar los cambios frecuentes y bruscos de esta velocidad. La variación no debe sobrepasar 20 km/h.

TEMA 3: ELEMENTOS DE LA GEOMETRÍA DEL CAMINO

• Trazado en planta

El camino se representa con:

• Trazado en planta, traza o proyección en planta de su eje longitudinal: sobre unas parcelas del terreno se describe el eje del camino

• Perfiles longitudinales, alzado o alzado de su eje longitudinal: se usan diferentes escalas en la horizontal y en la vertical (es mayor). Se dibuja el terreno y la rasante (pendiente del camino)

• Perfiles transversales o secciones transversales: corte perpendicular en la sección longitudinal

En el trazado en planta hay alineaciones:

+ rectas

+ curvas: hay que tomar consideraciones atendiendo a la visibilidad y a la fuerza centrífuga.

• Visibilidad

Se trata de asegurar una conducción segura y cómoda.

La distancia de visibilidad de parada es la distancia mínima para la que un vehículo en marcha, a la velocidad de proyecto, puede detenerse antes de chocar contra un objeto. Tiene dos aspectos:

• d1: distancia que se recorre en el tiempo de reacción

• d2: distancia que se recorre en el frenado

En alineaciones curvas hay que tener una visual que nos permita ver algún obstáculo en la curva.

Otro aspecto es la distancia de visibilidad de adelantamiento (distancia necesaria para un vehículo adelantar a otro sin peligro de chocar contra otro que venga en sentido contrario y sin reducir la velocidad). Se calcula a partir de la velocidad específica. Depende de la velocidad y las condiciones meteorológicas.

• Trazado de curvas

Debemos asegurar la velocidad y que la fuerza centrífuga, al entrar en ella, no provoque una salida. Hay que asegurar un buen giro y una conducción no brusca.

Se contemplan 3 elementos de seguridad:

• peralte: inclinación de la plataforma hacia el centro.

El peralte debe ser entre un 6 y un 10%.

• Coeficiente de rozamiento transversal: relación entre la componente lateral y normal.

Se determina usando unas expresiones.

En función de la velocidad específica se determina el máximo.

En firme, sin revestimiento asfáltico, se usa 0,2, y, cuando tiene revestimiento se usa 0,15.

• Radio mínimo. Aquel que evita el deslizamiento y el vuelco del vehículo

Se determina en función de la velocidad específica y el peralte.

Curvas de transición

Se entra en la curva de manera paulatina, porque al entrar en la curva aparecen fuerzas centrífugas.

Los acuerdos de las curvas de transición se trazan de varios modos gráficos. Se usa mucho el modelo propuesto por Eugenio del Valle. La curva de transición es una curva con un radio mayor.

Todas las curvas de transición vienen representadas en la traza.

Sobreancho

Ampliación que se hace en la sección transversal y que aumenta la sección del camino, en curvas, hacia la parte interior. Esto es porque las ruedas traseras de vehículos hacen una curva menor que las curvas delanteras.

Este sobreancho se traza en función de la longitud del vehículo (L) y el radio de la curva.

• Entronque de caminos

Hay que considerar cuál es el camino que incide y cuál es el colector, porque el entronque no debe formar un ángulo menor de 45º. Lo ideal es un ángulo de 90º.

Se recomienda que haya buena visibilidad y que las pendientes no sean superiores del 5%.

El entronque debe ser redondeado y con amplitud, para facilitar las maniobras.

• Trazado en alzado

Con él vamos a determinar las pendientes y esto influye en el movimiento de tierras, que es la partida más importante económicamente.

Las pendientes máximas son problemáticas porque:

• obligan a velocidad más lenta

• debe haber mayor distancia de frenado

• aumentan los costes de producción

• aumentan los costes de conservación

Si la inclinación es pequeña podemos tener problemas de desagüe de aguas pluviales.

Valores máximos de la inclinación de la rasante según el IRYDA

+ En llanuras o zonas con declives moderados ------------- 4%

+ En zonas con relieve colinar ----------------------------------7%

+ En zonas montañosas y mientras no sea frecuente

el riesgo de heladas o nevadas --------------------------------- 10%

Estos valores máximos serán aceptados sólo después de cumplidas justificaciones y siempre que la modificación de la traza del camino presente serias dificultades técnicas y/o económicas.

La instrucción de carreteras da la pendiente máxima en función de la orografía y la IMD.

Se producen cambios de rasante cuándo la pendiente cambia de magnitud o de signo. El cambio de rasante practica una circunferencia. Esto se hace para evitar el efecto despegue.

Estos acuerdos se diseñan según una serie de normas que establecen el radio que deben tener las curvas. Ese acuerdo varía según tengamos un acuerdo cóncavo o convexo y según la velocidad.

La longitud de la curva se define según el radio y la diferencia de pendientes.

L= G X R/ 100 G= pendientes

• Sección Transversal

Condiciona el trazado, desde el punto de vista económico.

• Elementos

• Plataforma: calzada y arcenes o guardafirmes (protegen el firme y permiten parar a los vehículos).

La calzada está formada por los carriles que es por donde deben ir los vehículos.

El bombeo es la inclinación transversal del firme, para evacuar las aguas. Hay uno por carril

• Firme

+ Capa de rodadura: en contacto con los vehículos. A veces tiene revestimiento asfáltico.

+ Capa base: por debajo. Soporta las acciones transmitidas por la capa de rodadura

+ Subbase: a veces no aparece, si el camino es muy económico

• Explanada mejorada

• Cunetas: con talud interior (más próximo a la capa del firme. Suelen tener inclinación 3/2) y exterior (inclinación 1/1). Las hay siempre. Si hay un solo carril se suele hacer una sola cuneta.

• Firme y arcén

En la anchura va a influir:

• La dimensión de los vehículos. Hay vehículos normalizados y no

• La velocidad: máxima 70 - 90 km

• la intensidad del tráfico

• la separación de los vehículos cuándo se cruzan

Según Dal-Ré se dan los anchos en función del tipo de camino.

Cuando hablamos de caminos de 1 carril se proponen 3 m de firme, y no se habla de arcenes, por lo que se diseñan apartaderos.

	Caminos principales		Caminos secundarios		Camino terminal
Anchura	Mínima (m)	Máxima (m)	Mínima (m)	Máxima (m)	Única (m)
Firme	5	6	4	5	3
Total	7	8	6	7	3

En caminos terminales hay que hacer, al final, un volvedero, raqueta o fondo de saco (un espacio que permita dar la vuelta a los vehículos).

Los arcenes tienen entre 0,75 y 1 m.

• Pendiente transversal

Bombeo que hay que tener para que se evacuen las aguas de lluvia. Esa pendiente depende de los factores:

• rugosidad del firme

• pluviometría

• tipo de tráfico

• pendiente longitudinal

Cuándo se hace un camino de un solo carril se inclina hacia un lado.

La pendiente transversal se suele calcular en función de la longitudinal. Está entre 1,5 y 3%.

El hacer mayor pendiente cuesta más y con pendientes excesivas hay una circulación incómoda.

• Cunetas

La función, fundamental, es la conservación. Ayuda a que se evacue el agua, que produce deformaciones, al pasar los vehículos.

La finalidad es:

• canalizar las aguas que caen en la plataforma

• unir las aguas que se infiltran por el firme

• acumular la nieve

• limitar el nivel de la capa freática

Cada cierto tramo hay que hacer una salida para el agua. Su limpieza es fundamental, para la conservación.

Lo normal es que tengan la misma pendiente que el camino, pero si es muy alta se producen erosiones. Para evitar esto se hacen saltos de agua.

El talud interior es 3:2 y el exterior suele ser 1:1.

La profundidad es de 0,5 m.

3.5 Taludes

Los taludes tienen inclinación que depende de:

• La seguridad: cuánto más pronunciado es, más inseguridad hay

- La estabilidad de la tierra: cuánto menor inclinación hay mayor es la estabilidad

• El precio: a mayor inclinación sale más barato, por pagar menos terreno y hacer menor movimiento de tierras

• El paisaje: interesan taludes suaves

La AASHIO hace una serie de recomendaciones en función de la altura de terraplén o desmonte y de la topografía del terreno. Nos da valores entre 4/1 y 1,5/1.

Es importante que la última capa quede lisa (refino) porque facilitamos que el agua circule por ella y haya menor erosión.

• Representación gráfica

Se plantea el diseño de las vías con foto aérea, que permite numerar los caminos (permite hacer el trazado y ver si todas las parcelas tienen servicio). Ayuda a establecer relación con las vías existentes y ver la red que tenemos y permite ver los entronques de los caminos.

Se representa la traza con un levantamiento topográfico del eje longitudinal sobre el parcelario. Normalmente se dibujan los desmontes y terraplenes, para conocer la ocupación y los perfiles transversales. Con esto sabemos quién es el dueño al que hay que abonar.

El perfil longitudinal es lo último que se dibuja. Se da información sobre el terreno y se dibuja la línea roja, para saber lo que se desmonta y lo que se terraplena. Con la cota roja sabemos la diferencia de la rasante y el terreno. Cada punto se referencia a los perfiles transversales.

Se colocan las cotas de ordenadas de la rasante y del terreno y las distancias al origen y entre perfiles y la pendiente.

En ocasiones dan valores de las alineaciones.

Las escalas son diferentes (1:2.000 horizontal y 1:200 vertical)

También se suele dar información de las obras de fábrica y de los entronques con caminos.

Se dibujan los caños de desagüe (tubería, que va por debajo del firme, para facilitar la evacuación de agua). Se suelen poner en las zonas bajas, donde cambia la pendiente.

Perfiles transversales

Se da la referencia del plano y del perfil. Siempre se hace la referencia con respecto al eje del camino.

A veces se reseñan las obras de fábrica.

Da el punto kilométrico. La distancia y la superficie en que vamos a actuar al mover tierra, o al suministrarla. Hay programas que calculan la cantidad de tierra vegetal que hay (teniendo en cuenta perfiles consecutivos).

Con todo esto se hace una relación de la superficie total desmontada y terraplenada. Hay que procurar que el terraplén y el desmonte sean parecidos o, como mucho, algo mayor el terraplén (la tierra sacada está muy compactada y no se llega a esa compactación mecánicamente).

TEMA 4: ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

• Suelo estable

Un suelo es estable cuando presenta buena resistencia a la deformación y es poco sensible a la presencia de agua.

• Capacidad portante

Carga crítica que aportada a un suelo produce en él una deformación irreversible consistente, normalmente, en un deslizamiento de capas adyacentes.

Cuánto mayor sea la capacidad portante mayor es la carga crítica.

La capacidad portante es el límite de resistencia y se mide a través del CBR. A mayor CBR mayor es la capacidad portante.

También influye la relación entre las cargas cortantes, que regía la Ley de Coulomb y las tensiones normales.

Un suelo estable es el que tiene cierta cohesión y cierto rozamiento entre partículas.

En un suelo de arcilla pura no hay rozamiento interno entre las partículas y, exclusivamente, tendrá cohesión. La relación entre tensiones cortantes y normales será constante, c.

En un suelo con gravas y arenas no hay cohesión, por no haber elementos finos (c es cero) y sólo hay rozamiento interno.

• Estabilización de suelos

La estabilización del suelo, respecto a la característica de dar resistencia a la deformación, añade al suelo aquello de lo que adolece. Si hay un suelo arcilloso hay que añadir material granular. Si es un suelo granular hay que añadir un ligante (material arcilloso).

Respecto a la baja sensibilidad a la presencia de agua se obtiene compactando el suelo. Con esto disminuimos el número de poros, con lo que entra menos cantidad de agua en los poros.

• Tipos de estabilización

Se mezcla un suelo con otro para conseguir una mejor granulometría.

Hay dos maneras:

• Estabilización granulométrica, mecánica o natural: se mezclan dos, o más, tipos de suelo de diferente granulometría, y que sean complementarios.

• Estabilización química: se le añade al suelo algún producto industrial, o un ligante, para darle cohesión, o disminuir la excesiva plasticidad. Se le suele añadir cemento, cal o productos bituminosos.

• Estabilización granulométrica

Hay mezclas binarias (lo más normal) y terciarias. Sólo suelen ser viables mezclas binarias por el coste.

Se busca una combinación de material granular y limo-arcilloso. Si hay exceso de material limo-arcilloso hay problemas por entumecimiento. Si hay exceso de material granular hay una falta de cohesión y la única interacción es el rozamiento.

Se llegó a la conclusión de que la capacidad de compactación (mayor o menor posibilidad de compactar un suelo, es decir, conseguir mayor o menor densidad) tiene relación con la granulometría de la mezcla. Una buena compacidad va a implicar que sea mayor la densidad seca, con lo que la permeabilidad es menor, lo mismo que la sensibilidad al agua. Además aumentamos el rozamiento interno de las partículas y hay mayor capacidad cementante de la arcilla.

Cuánto más compactado está un material la capacidad de la arcilla es mayor.

Para establecer las granulometrías existen dos métodos:

• Según la ecuación de Talbot

P=%, en peso, de las partículas que pasan por el tamiz de apertura d

D= tamaño máximo de las partículas que pasan

n= valor que varía en función de D

D=2'' n=0.5

D=11/2'' n=0.4

D=1'' n=0.33

• Según el huso granulométrico (límites entre los que se comprenden diferentes granulometrías).

Esos husos se han ido comprobando experimentalmente, y se comprobó que para cada tamiz no se desvirtúa la capacidad estabilizante del suelo cuya granulometría esté comprendida entre los máximos y los mínimos.

Se establecieron diferentes husos (B, C, D, A, ¾). El huso B tiene como tamiz máximo el de 2'', el C el de 1 ½'', el D y el A usa el de 1''.

Estos husos son experimentales.

Consejos

+ Evitar la estabilización con el huso de ¾, porque tiene poca cantidad de elementos gruesos

+ Evitar que el tamaño máximo sea superior a 1/3 del espesor de la capa de camino a estabilizar.

+ El material retenido en el tamiz de ½´´ debe tener más del 50% del material procedente de machaqueo con 2 caras de fracción como mínimo.

Las caras de fractura son más irregulares y se favorece la unión con el resto de las partículas.

La curva debe tener una curvatura continua y no tener codos.

Características :

• Suelo pesado, denso y de resistencia notable

• De bajo hinchamiento; su fracción fina (>tamiz nº 200) es inferior al 25%

En un suelo arcilloso aportamos arena para reducir la plasticidad. En un suelo arenoso aportamos arcilla para que tenga coherencia.

El aporte de arcilla no debe ser superior al 15-18%.

Los elementos que se suelen usar suelen ser arenas angulosas y de sílice. Las arcillas deben ser homogéneas, de plasticidad moderada y bajo hinchamiento.

Para realizar la mezcla se suele pedir un control de la humedad. Si la arcilla está muy húmeda dificulta la mezcla. Si está más dura se van a formar terrones. La arcilla debe estar entre el límite de retracción y el límite plástico.

Mezclas de suelo

Atendiendo a la granulometría hay dos métodos que nos dicen la cantidad a mezclar de un suelo y de otro.

• Método del módulo granulométrico

Suelen interesar mezclas binarias.

Este método consiste en conseguir una mezcla de suelos cuyo módulo granulométrico coincida con el de la curva deseada.

El módulo granulométrico es el resultado de dividir, por 100, la suma de cantidades retenidas acumuladas en los distintos tamices de una mezcla de suelos.

Siempre es necesario que estén los tamices nº4, 10, 20 y 200.

Al mezclar dos suelos uno es de granulometría gruesa y otro de granulometría fina (menor módulo granulométrico)

Si tengo 2 suelos A y B y quiero la granulometría del huso 1 ½ cojo el huso y busco los valores intermedios. Obtengo los valores del % retenido acumulado y consigo el módulo granulométrico para ese huso. Luego calculo el módulo granulométrico para el suelo A y B.

XA x módulo + YB x módulo= 100 x módulo intermedio

XA + YB= 100

• Método de Rothfuchs o gráfico

Parto del suelo A y B y quiero llegar a cierta granulometría. Para ello hacemos el gráfico de granulometrías para el huso al que queremos llegar. Modifico el eje de abscisas para que quede una recta, que corresponde a los valores medios de estabilización.

Represento la curva del suelo A y del suelo B y trazo una recta de modo que las superficies entre la recta y la curva sean iguales, para la parte de arriba y para la de abajo. Trazadas estas rectas trazo una recta que une el inicio del suelo B con el final del A. Donde corta a la recta inicial marca los % de cada suelo.

Hay otros métodos que usan la plasticidad.

• Michigan State Highway Department

Usa la expresión:

L= %, en peso, de ligante en la mezcla

K= constante que se calcula sabiendo, primero, el IP de la mezcla, luego mirando el IP del material granular y, por último, mirando el del ligante.

g40 = 5 del material granular que pasa por el tamiz nº 40

l40 =%de material ligante que pasa por el tamiz nº 40

El valor de K depende del índice de plasticidad del ligante, de la mezcla y del material granular.

Construcción de capas de mezcla

• Con suelos aportados

Una vez hecha la traza del camino se aportan suelos

Al estar con suelos aportados se prepara el material en cantera (se tritura, criba, al necesitar caras de fractura, y mezcla). Se transporta al punto de aportación y se descarga formando cordones longitudinales. Posteriormente se trae el otro suelo y se echa encima de los cordones. A continuación se pasa una motoniveladora o mototrailla para mezclarlos y se va aportando agua, entre las pasadas, y se compacta. El acabado suele ser con rodillo neumático.

• Con explanada mejorada

Se estabiliza el suelo con técnicas de estabilización

Cuando mejoramos la explanada el proceso es similar. Lo que hacemos es escarificar el suelo (hasta 20 cm), para que quede suelto, se forman cordones, se aporta el suelo para la estabilización y el proceso sigue siendo el mismo.

• Estabilización con cemento: suelo-cemento

Se aplica cemento y agua a un suelo granular para que sea más cohesivo. La cantidad máxima de cemento debe ser menor del 7%.

La estabilización puede ser:

+ por cemento: menos del 7%

+ suelo-cemento: mezcla con más del 7% de cemento

También se habla del hormigón pobre (mezcla de arena, grava, cemento y agua), con muy poco cemento.

Esta estabilización disminuye el límite líquido y el índice de plasticidad, aumenta la cohesión, aumenta los ángulos de rozamiento, disminuye el hinchamiento, aumenta la resistencia a compresión, los esfuerzos cortantes y el índice de retracción.

La máxima estabilización se produce a los 28 días, pero hay que hacerlo, como máximo, en 2 horas, porque empieza a fraguar. Por eso se debe hacer menos de 250 m de camino a la vez.

Los condicionantes del suelo para esta estabilización son:

• Granulometría: Prácticamente admite cualquier tipo de suelo. Influirá en el % de cemento a emplear. Con un % de cemento superior al 7% se desaconseja económicamente su uso

• Plasticidad: No apto para suelos con elevada plasticidad. Hay de cumplir con LL< 40 y IP<18.

• Contenido máximo de sulfatos (SO3):1% (PPTP Xunta)

• Suelo sin materia orgánica. (PPTP Xunta)

• Estabilización con cal

Se mezcla cal aérea, con el suelo arcilloso y con agua. Se recomienda en suelos arcillosos, porque facilita la floculación (las partículas se unen unas a otras y precipitan) de partículas de arcilla.

Disminuye el límite líquido y el índice de plasticidad, aumenta la resistencia a compresión y el CBR y disminuye la capilaridad.

El de cal no debe superar al 7%.

Los condicionantes del suelo para estabilizar son:

• Granulometría: < ½ espesor tongada compactada

< 75 mm (PPTP Xunta)

Tamiz nº 40 ----------------" 75% en peso que pasa

Tamiz nº 200 --------------" 35% en peso que pasa

• Plasticidad: 17" IP" 40

Suelos sin materia orgánica (PPTP Xunta)

• Estabilización grava-cemento

Tiene un alto coste y es poco usada.

La mezcla se ha de hacer en planta y se usa grava que se mezcla con cemento.

El cemento no debe ser superior al 5%.

• Estabilización con productos bituminosos

Son de elevados costes y poco usadas.

Es una mezcla de suelo, agua y producto bituminoso.

Mejora las características resistentes, disminuye la absorción de agua y aumenta la cohesión.

Se impermeabiliza la arcilla.

TEMA 5: EXPLANACIÓN. EXPLANADA

Parte del camino sobre la que se estabiliza el firme.

Viene definida por los perfiles transversales y longitudinales.

Está formada por desmontes y terraplenes usados para poder alcanzar la rasante.

• Estudio geotécnico

Va a tener mucha importancia. Vamos a tomar una serie de muestras, en el trazado del camino. Se debe evitar la capa vegetal para tomar la muestra.

Durante el levantamiento topográfico se pueden ir tomando muestras, a ambos lados del camino, y a una profundidad de 0.5 m. Tras hacer la rasante en las zonas de desmonte se vuelven a tomar muestras a más profundidad, hasta 1.5 m.

Hay que tomar muestras cada vez que cambia el terreno, cuando cambia la topografía, o cuando cambie el uso del suelo.

Los terraplenes se hacen con material de desmonte.

También puede suceder que el terreno que tomamos no sea suficiente con el de desmonte. Si tomamos terreno de otro sitio hay que hacer muestras.

Hay que ver las características de los suelos a optimizar para el firme.

• Funciones de la explanada

+ Soporta las acciones que transmite el firme: es sencillo de cumplir porque las cargas llegan a la explanada mejorada muy amortiguadas.

+ Defiende al firme de humedades: va a ser importante.

La explanada puede recibir humedad de:

• la capa de rodadura

• la capa freática que está a nivel alto

• agua de escorrentía de los desmontes

• agua de las cunetas

El agua en la explanada puede producir hinchamiento y retracción del suelo. Esto ocurre en diferentes partes, con lo que unas zonas se asientan más que otras y se producen roderas y deformaciones.

• Drenajes

Son varias las formas:

+ buen perfilado de las cunetas

+ cuándo la explanada está en desmonte la cuneta no es suficiente para evacuar el agua y se construyen drenes.

La forma más habitual es excavar el suelo y meter material fino y material grueso.

Otra forma es colocar capas anticontaminantes entre la explanada y el firme (es lo que se protege). Se trata de cortar la capilaridad y se coloca una capa de arena o geotextiles (láminas sintéticas).

• Terraplenes

Podemos considerar que están formados por 3 zonas:

+ cimiento: parte inferior, por debajo del nivel del terreno.

Está compactado al 95% del Proctor normal, cuando el espesor sea mayor de 30 cm. Si es menor se compacta al 100% del Proctor normal.

+ núcleo: parte más gruesa. Facilita llegar a la rasante.

Es una capa con terreno extraído del desmonte y se suele construir en tongadas o capas. Se compacta al 95%.

+ coronación: en contacto con el firme.

• Desmontes

Dependen de la naturaleza del terreno.

Se contemplan 3 tipos de terreno:

• Roca: se usan explosivos

• De tránsito: rocas blandas o arcillas duras. Se retiran sin explosivos y hay un escarificado previo

• Tierra: excavación con Bulldozer

Según el terreno necesitamos diferente maquinaria y el coste es distinto.

2.4. Taludes

Al hacer perfiles transversales se hacen acotaciones diciendo si el terreno es en roca, tránsito o tierra.

La inclinación va a venir influenciada por el tipo de material que nos vamos a encontrar.

Al hacer un desmonte se recomiendan las inclinaciones según el terreno.

La roca presenta pendientes mayores y menor ocupación del terreno y terreno a mover.

DESMONTES

Zonas inestables o en las que puede existir peligro para una construcción cercana............................ 3/2

Terrenos de consistencia normal...........................................................................................................1/1

Terrenos de tránsito...............................................................................................................................2/3

Terrenos rocosos............................................................................................................................1/4

TERRAPLENES (entre) ............................................................................................................1/1 y 2/1

• Coeficientes de esponjamiento y reducción de volúmenes

Nos interesa el volumen y el tipo de material. El volumen no es constante y tenemos:

+ un volumen de terreno natural (Vn): m3 que ocupa el terreno puesto en el suelo

+ un volumen de terreno suelto (Vs): m3 que ocupa el terreno tras excavarlo, amontonarlo y subirlo a camión.

+ un volumen de terreno compactado (Vc)

Para una misma cantidad de terreno los volúmenes varían según esté el terreno.

Vs>Vn>Vc

Esto hay que tenerlo en cuenta porque nosotros presupuestamos volúmenes.

COEFICIENTES DE ESPONJAMIENTO Y DE REDUCCIÓN DE VOLUMEN

Tipos de suelo	Vn/ Vc	Vs/Vc	Vs/Vn
Mezcla bien graduada de gravas y arenas, arenas y finos	1,05	1,17	1,11
Gravas y arenas limosas o arcillosas	1,10	1,35	1,22
Suelos limosos y suelos arcillosos	1,15	1,45	1,26

2.6 Espesores de capas a compactar

El grado de compactación hay que fijarlo en el proyecto, y hay que cumplirlo en todo el proyecto. Para conseguir esa compactación constante es importante el espesor que voy a compactar.

La eficiencia del rodillo depende del espesor de la capa.

Al hablar del firme las 3 capas no tienen espesor excesivo y cada una se compacta por separado. La explanada, a veces, si tiene un espesor excesivo y se construye por capas que se compactan por separado. Esto se llama tongada.

El espesor de la tongada se expresa con la relación entre el espesor de la tongada y la densidad. Al compactar una capa esta no es homogénea. Hacia la mitad de la capa se da un máximo de compactación.

A medida que profundizo disminuye la densidad.

Compactando hay una separación entre las 2 capas, en densidad. Buscamos que coincida la densidad para unir las 2 capas. Hay que buscar la profundidad para la cual hay igual densidad en la capa superior e inferior, para hacer otra tongada y que no haya saltos en densidad.

El espesor máximo suele ser de 25-30 cm, dependiendo del tipo de terreno y la maquinaria de compactación.

La maquinaria suele tener su espesor de compactación según la casa comercial. También recomiendan las máquinas según el tipo de suelo.

• Explanada mejorada

La última capa de la explanada, que va a estar en contacto con el firme, se estabiliza (se mejoran sus características). Se usan estabilizaciones mecánicas o químicas.

Cuando se estabiliza granulométricamente se usa estabilización arena-arcilla.

La capa suele tener 10-20 cm y se suele estabilizar para conseguir un CBR " 8.

En mejora química se usa cal (en suelos arcillosos con dosis menores del 5%, Índice de Plasticidad " 10 y CBR "8) o cemento (menos usado).

ESTABILIZACIÓN ARENA-ARCILLA

GRANULOMETRÍA	PLASTICIDAD	CAPACIDAD PORTANTE
Ø<½ del espesor del estrato (Ø< 0,080 UNE) <25%	LL" 30 IP<10	CBR"3
DENSIDAD	DESGASTE	EQUIVALENTE DE ARENA
PN>95%		EA>25
PESO ESPECÍFICO

TEMA 6: EL FIRME

Su función es transmitir las cargas que llegan a él hacia la explanada, proteger la explanación de la humedad y facilitar la circulación de los vehículos.

• Firmes rígidos

Son, relativamente, poco usados en caminos rurales.

Alguna de sus capas tiene gran rigidez por ser de hormigón en masa o armado.

Se distingue:

+ base: Actúa como capa de rodadura

La base se hace con losas de hormigón de 5-6 m de largo y 3 m de ancho. También la podemos encontrar armada y la armadura es un contorno de redondo de 8 mm. Para unir las losas se suelen disponer redondos de 16 mm y 0.5 m de longitud. Cada cierto número de losas se pone una junta de dilatación.

+ subbase

La subbase suele ser de zahorra, natural o artificial, no plástica (no contenga finos). El espesor no es menor de 20 cm y debe estar bien compactada.

• Firmes flexibles

Tienen una resistencia a la flexión reducida.

Son más adecuados para caminos rurales y permiten utilizar los materiales del entorno, con lo que se abarata el coste.

Su cálculo va a depender de los elementos que usamos y de la explanada.

A veces no tienen todas las capas.

• Subbase

Parte que descansa sobre la explanada o la explanada mejorada.

Puede actuar como capa aislante, anticontaminante, amortigua las tensiones y se usa como una base de peor calidad, para reducir costes.

Hay veces que se confunde con la explanada mejorada.

Sus materiales no varían de volumen y están estabilizados.

Hay varios tipos de subbase:

+ sub-base granular: gravas naturales, zahorras naturales o material grivado previamente, sin M.O.

Lo normal es que sea material estabilizado a 2'' o 1 ½''.

+ Sub-base de arena-arcilla: en ocasiones se puede confundir con la explanada mejorada, pero la sub-base puede tener más de 15 cm de espesor.

+ sub-base estabilizada con cal: nunca hay una explanada mejorada estabilizada con cal.

• Base

Es lo más importante y hay firmes que sólo tienen base (capa base-rodadura).

Es mejor un material de mayor calidad que la sub-base.

Es a la que transmiten las acciones del tráfico, indirectamente, si hay capa de rodadura.

Los materiales son de alta calidad. Suele tener 15-20 cm de espesor.

Es una capa que tiene que ser, prácticamente, indeformable, tiene que resistir a los agentes meteorológicos, en especial a la humedad y, cuando actúa como capa de rodadura, las exigencias de calidad van a ser mayores. Es una capa de alto coste.

Tipos de bases

+ Bases de Macadam

Es un material constituido por áridos de granulometría discontinua. Se obtiene extendiendo una capa de áridos gruesos, compactándola y extendiendo una capa de áridos finos (recebo) que entran entre los huecos de los áridos gruesos.

El árido grueso debe proceder de machaqueo o trituración, o ser gravas naturales, con un 70% en peso, como mínimo, con 2 caras de fractura. Deben presentarse limpio, resistente y uniforme.

El coeficiente de desgaste de los Ángeles debe ser menor del 35%.

HUSOS GRANULOMÉTRICOS PARA MACADAM

Tamices UNE (ASTM)	Cernido ponderal acumulado (%)
		Huso M2 (A. Grueso)	Huso Recebo
80 (3 ½´´)	100	-
63 (2 ½´´)	90 - 100	-
40 (1 ½´´)	0 - 10	-
20 (3/4´´)	0 - 5	-
10 (3/8´´)	-	100
5 (Nº4)	-	85 - 100
0.008 (Nº200)	-	10 - 25

El recebo no debe de tener plasticidad y debemos ir a arenas. Suele provenir de arenas naturales o detritus de machaqueo. El equivalente de arena debe ser superior a 30.

Este Macadam tiene elevada resistencia específica y hace que sea una base muy usada. Puede actuar como base de rodadura aunque tiene peligro de disgregación. Es importante asentarlo sobre una buena sub-base o explanada. No es conveniente sobre explanadas arcillosas.

Suele tener 15-20 cm y son recomendables usarlos con revestimiento asfáltico. Si no lo hay el diámetro medio del recebo debe ser 6 veces más pequeño que el diámetro medio del árido grueso. El límite líquido debe ser menor de 25 y el índice plástico entre 4 y 10.

Para su ejecución se hace una explanada bien compactada. Al hacerlo con 15 cm de espesor se aplica una capa, de 10 cm, de árido grueso que se compacta con rodillo vibrante liso y se extiende una tongada de recebo, con la mitad del recebo, que también se compacta con rodillo vibrante. A continuación, se extiende otra capa de árido grueso y se vuelve a compactar. Se echa otra capa de recebo y se compacta. El acabado suele ser con rodillo no vibrante (neumático).

+ Base granular

Se usan material granular, natural o seleccionado establo o estabilizado.

La estabilización arena-arcilla se hace, como mínimo, para caminos secundarios. Debe haber un buen bombeo, una compactación del 100% y un buen saneamiento. Se recomienda para tratamiento asfáltico.

La zahorra natural es aquella en la que tomamos los materiales directamente. En la zahorra artificial trituramos y cribamos los materiales sacados de cantera.

La estabilización a 1´´ es la mejor.

+ Base de suelo-cemento

Suelos a los que añadimos menos de un 7% de cemento para que actúe como ligante.

Se recomienda para espesores mayores de 15 cm. Es una base de alta calidad usada poco para caminos rurales (sólo en los de gran circulación) y lleva capa de rodadura bituminosa.

+ Base de grava-cemento y estabilizada con productos bituminosos

Se usa con espesor mayor de 15 cm.

Son poco usadas

• Capa de rodadura

La capa de rodadura facilita el tráfico (lo hace más cómodo y seguro). Soporta las acciones del tráfico y los agentes atmosféricos. Es la capa final, de mayor calidad, suele ser fina (3-6 cm) y se realiza con productos bituminosos y gravilla.

La helada puede perjudicar a la capa de rodadura. Suele ser la de mayor coste unitario. Es de una calidad excelente y se clasifican en 4 tipos:

• Riego asfáltico sin gravilla

+ Riego antipolvo: impregnamos la parte superior con asfalto para aunar las partículas finas y que tengan más peso y cohesión. Se usa al diseñar caminos en blanco (sin capa asfáltica).

+ Riego de curado: cando hacemos estabilización suelo-cemento para hacer el fraguado y unir el árido. Se suele perder agua por evaporación y para evitar esa pérdida y que se perjudique el fraguado se hace un riego asfáltico.

+ Riego de imprimación: se usa para aplicarlo, directamente a la base, y propiciar una capa intermedia antes de la capa de rodadura.

+ Riego de adherencia: se usa cuándo vamos a aplicar una segunda capa asfáltica. Es una interfase entre 2 capas asfálticas.

• Tratamiento asfáltico con gravilla

+ Tratamiento superficial monocapa, capa de rodadura simple: se aplica sobre la base, que ha sido barrida, un riego de impregnación y se aplica el ligante bituminosos e, inmediatamente, después la gravilla compactando todo con rodillo neumático.

+ Tratamiento superficial bicapa: es el mismo que el monocapa pero se hace 2 veces

+ Tratamiento de penetración o Macadam bituminoso: una capa de árido grueso, de 1-2'', se extiende y se compacta echando un riego con producto bituminoso usado como ligante, que penetra por los huecos. Introducido el ligante se extiende un árido fino (se introduce entre el árido grueso) que se compacta.

• Aglomerado asfáltico en frío: se hace una mezcla de ligante asfáltico y árido que se extiende a temperatura ambiente y se compacta. Estos riegos asfálticos se aplican en caliente para que sean líquidos.

• Lechada asfáltica (slurry): se hace una mezcla de árido fino y filler (árido muy fino, como polvo) con agua y emulsión asfáltica. La mezcla se hace previamente y se extiende en caliente. Al enfriarse se evapora el agua y el árido fino forma el esqueleto y el filler y la emulsión asfáltica forman el ligante.

• Dimensionamiento de firmes flexibles

Se va a determinar el espesor de la sub-base, la base y la capa de rodadura. Para esto existen varios métodos.

Nos fijamos en el trafico, en las características de la explanada y en los materiales de las capas del firme.

Los métodos son empíricos.

Método del Indice de grupo

Exigencias:

• Drenaje de la explanada tal que la capa freática no ascienda hasta más de un metro del firme.

• La explanación debe de estar como mínimo compactada al 95% del Proctor Normal.

Espesor de base + capa de rodadura: Dependerá del tráfico

• Tráfico ligero (menos de 50 camiones al día): 15 cm.

• Tráfico medio (entre 50 y 300 camiones al día): 22,5 cm

• Tráfico pesado (más de 300 camiones al fía): 3º cm

Espesor de sub-base

e= 11/4* IG - 1/16* IG2 cm

IG= (índice de grupo) es un número entero obtenido de calcular el valor de la expresión siguiente:

IG= 0,2 * a + 0,005 * a* c + 0,01 * b *d

a= % que, en exceso sobre 35 y sin pasar de 75, pasa por el tamiz 200; número entero y positivo. Varía de 0 a 40.

b= % que, en exceso sobre 15 y sin pasar de 55, pasa por el tamiz 200; número entero y positivo. Varía de 0 a 40.

c= es la parte del límite líquido (LL) que excede de 40 sin pasar de 60; número entero y positivo. Varía de 0 a 20.

d= es la parte del índice plástico (IP) que excede de 10 sin pasar de 30; número entero y positivo. Varía de 0 a 20.

Indefiniciones: si IG=0 y ¿camiones? .... Cuestiona su utilidad.

Sirve para contraste con otros métodos de cálculo.

La capa de rodadura suele tener espesor fijo.

Ejercicio. Hallar el espesor del firme de un camino rural que va a soportar tráfico ligero sabiendo que el análisis granulométrico del terreno sobre el que se asentará ha dado el resultado:

% que pasa por el tamiz 200 es 65

LL= 52

IP= 34

Dibujar y nombrar las diferentes capas de la sección del terreno

Método del Indice del CBR

Permite calcular el espesor de cada capa de firme. Es un método empírico y el dimensionamiento se hace en función del tráfico y del CBR de la explanada.

En el eje de abscisas está el % de CBR y en el eje de ordenadas el espesor del firme en cm.

Nos da el espesor en función del CBR y del tráfico.

Las curvas relacionan el espesor con el CBR. Usamos la curva A, B, C o D en función del tráfico (número diario de vehículos de más de 1,5 Tm).

Los valores de espesor que nos dan son los del suelo tipo, con una calidad 1 (es un suelo estabilizado, granulométricamente, a 1´).

En función del coeficiente de calidad se establece la diferencia entre el suelo tipo y el que tenemos.

Este método permite ver las capas y el tipo de material a emplear, para cierto espesor.

Normas de firmes 6.1-I.C.

Propone una serie de firmes definidos gráficamente con símbolos y espesores.

Es para carreteras, pero existen firmes que si pueden ser usados.

Lo primero es definir la categoría de la explanación, en función del CBR. Luego se definen secciones según el tráfico. La categoría T4 nos vale para caminos rurales porque el IMDp es menor de 50.

• Caminos en tierra o blanco

No tienen revestimiento asfáltico y tienen una capa base-rodadura que está estabilizada granulométricamente. Está formado por una explanación, que suele estar compactada al 95% del Proctor normal, con menos de 25 cm de espesor de las tongadas, y una base-rodadura, que suele llevar tierras sacadas del desmonte o de canteras próximas, y los espesores son de 15-20 cm, compactado, como mínimo, al 95% del Proctor normal, con bombeo transversal del 3%. El material de la base-rodadura debe tener un Índice de Plasticidad de menos del 10%.

Son caminos de bajo coste.

PROCESO PARA HACER UN CAMINO

Grava	30/70 cm de diámetro de los elementos granulométricos
1º riego	Emulsión asfáltica 4 kg/m2 Gravilla 12/18 22 l/m2
2º riego	Emulsión asfáltica 2 kg/m2 Gravilla 6/12 10 l/m2
3º riego	Emulsión asfáltica 1 kg/m2 Gravilla 3 5 l/m2

Prene: excavación sobre el camino, más baja que la capa, que facilita la salida del agua infiltrada.

• Se hacen las cunetas y montículos de arena, en la parte superior, y el bombeo

• Se echa la gravilla

• Se pasa la motoniveladora

• Se hace una pasada manual

• Se hace una pasada de rodillo

• Se da un riego asfáltico con cisterna de 10 Tm de capacidad que está caliente. Se distribuye a través de unos microaspersores que producen un riego. Es regulable el ancho de la rampa y se riega todo el camino de una pasada. Además se usa una canilla, para riego manual.

Se puede regular para que aplique una cierta cantidad de emulsión.

• Sin esperar a que se seque se distribuye gravilla. Lo normal es regar un tramo lo suficiente para distribuir la gravilla

La dosificación y la temperatura del riego asfáltico se regulan. Si está muy caliente percola mucho por entre la grava.

Se hace un repaso manual, para colocar la gravilla (debe estar limpia, siendo lavada, normalmente).

Se pasa el rodillo, que no suele ser vibrante.

• Se repite el riego y la extensión de gravilla 2 veces más, variando la dosificación.

El camión, a la hora de extender va marcha atrás, y pisa la gravilla, pero no el riego asfáltico.

En caminos forestales recomienda usar mono o bicapas, pero se usan caminos con tricapas, porque, además de dar servicio a fincas dan servicio a casas.

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