DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 6)

Tipos de concreto a utilizar en pavimentos rígidos

Cuando se utilizan cementos con un elevado contenido de adiciones activas, los valores anteriores suelen reducirse en un 15%, para tener en cuenta su ganancia más lenta de resistencias a corta edad.

La categoría de tránsito pesado determina el espesor de la losa de concreto que, en principio, es de concreto vibrado en masa tipo HP-45 para TO, Tl y T2 y de tipo HP-40 para T3 y T4. Los espesores para cada una de las categorías se resumen en la Tabla 21. Se acepta, sin embargo, que en el Pliego de prescripciones técnicas particulares se prescriban respectivamente concretos para pavimentos HP-40 y HP-35, en cuyo caso será necesario aumentar el espesor nominal de las secciones tipo en 2 cm. Ello posibilita elaprovechamiento de determinados agregados. De este modo el espesor de la losa varia

entre 20 y 30 cm.

Hay que destacar que los espesores indicados son mínimos en cualquier punto del carril de diseño, por lo que el espesor medio colocado ha de ser necesariamente 1-2 cm más alto.

Las secciones estructurales del catálogo fueron comprobadas por los métodos de diseño usuales (Portland Cement Association, AASHTO) y cotejadas con otros catálogos europeos (Alemania, Francia, Gran Bretaña) para asegurar que eran adecuadas. De todos modos es conveniente señalar que estos cálculos no pueden ser más que aproximados debido a las diferentes variables usadas en cada método. Compárese, por ejemplo, la resistencia característica a flexotracción del concreto con cargas al tercio de la luz, con la resistencia media a flexotracción con carga central; o las subrasantes definidas por la Instrucción y el Pliego PG3, con las definidas por un módulo de reacción k; o bien la importancia de la distribución de cargas por eje en un método basado en la no fisuración de los pavimentos por fatiga (PCA), respecto a otro método de tipo empírico que evalúa el pavimento por la satisfacción del usuario (AASHTO).

En pavimentos con dos o más carriles por sentido de circulación será posible diseñar por separado cada carril.

La categoría de tránsito pesado en el carril más interior no podrá diferir en más de una unidad de la del carril más exterior, y la variación de espesores será transversalmente lineal, manteniéndose el espesor mínimo normalizado en el borde izquierdo de cada carril.

Así, por ejemplo, en el caso de una autopista de tránsito Tl (carril de diseño) y dos carriles por sentido, el pavimento de concreto vibrado HP-45 puede tener un espesor uniforme de 25 cm o bien tener una sección trapezoidal. En este caso, y como el carril inferior ha de tener un espesor mínimo de 23 cm (para tránsito T2) en el borde izquierdo del carril y 25 cm en el eje, las losas tendrán 27 cm en el borde derecho. La cantidad de concreto es la misma, pero con una distribución estructuralmente más favorable.

Si se trata de una autopista urbana de tres carriles y tránsito Tú en el carril de diseño, la sección transversal, también con HP-45, tendrá 30 cm en el borde derecho y 25 cm en el borde izquierdo, con lo que se cumplirá con los mínimos prescritos en los bordes izquierdos de los 3 carriles (28,3, 26,6 y 25 cm).

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 5)

5.2.4 Estructuras de pavimentos rígidos en calzada

Hay 7 soluciones básicas como máximo, que van desde pavimentos totalmente asfálticos a pavimentos de concreto vibrado. Entre ambos se sitúan los pavimentos mixtos con capas estabilizadas o tratadas con cemento, incluyendo también entre estas últimas las de concreto compactado con capa de rodadura bituminosa. Las secciones de pavimento se destinan con números de tres cifras así: La primera, según la categoría de tránsito pesado, la segunda, según la categoría subrasante y la tercera es una cifra de orden: Las secciones que terminan en 6 ó 7 tienen pavimento de concreto vibrado.

Hay que indicar que la Instrucción proporciona además unos esquemas de soluciones de pavimentos de vía y berma exterior para cada tipo de sección de catálogo, tema que será abordado posteriormente con más detalle. Para las capas de concreto vibrado se admite el empleo de tres tipos de concreto, los cuales se definen por su resistencia característica a flexotracción a los 28 días de edad (método de carga en los tercios de la luz).

Tipo de concreto

Resistencia característica mínima fckf a flexotracción a 28 días

(método de carga en tercios de la luz)

HP-45 HP-40 HP-35

4,5Mpa 4,0Mpa 3,5MPa

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 4)

b) Drenaje

El criterio seguido es categórico en cuanto a la necesidad de asegurar un drenaje adecuado a la subrasante y al pavimento. Se exige que la subrasante quede al menos a 60 cm por encima del máximo nivel freático donde el suelo sea seleccionado, a 80 cm donde sea adecuado y a loo cm donde sea tolerable. Cuando ello no suceda se adoptarán las medidas adecuadas de elevación de rasante, profundización, de cunetas, colocación de drenes subterráneos, interposición de geotextiles o de una capa de drenantes, etc.

También se llama la atención sobre el interés de asegurar la evacuación de las aguas in filtradas a través de las capas del pavimento de la vía y bermas o a través de la junta entre éstos.

5.2.3 El factor clima

Aunque el clima se reconozca como un factor a considerar en el comportamiento de los pavimentos, son muy pocos los métodos que tienen en cuenta algún aspecto del mismo por la dificultad de estimar cuantitativamente su influencia. En la Instrucción únicamente se dan directrices relacionadas con el clima al que va a estar sometido el pavimento al tratar de juntas transversales de contracción del mismo.

Se distinguen en España dos zonas pluviométricas - zona lluviosa y zona poco lluviosa según que la precipitación media anual sea o no superior a 800 mm, y que a grandes rasgos separa la España húmeda de la España seca (Figura 16). Se podría hacer también una clasificación basada en el número anual de días con lluvia, pero el resultado no seria muy diferente.

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 3)

5.2.2 El factor subrasante

Los criterios generales, ya adoptados en las Normas publicadas en lg75, pueden resumirse en los siguientes puntos:

Los pavimentos deben asentarse sobre subrasantes constituidas por materiales que reúnan unos requisitos mínimos, claramente establecidos.

Son capas de pavimento las de rodadura, base y subbase, pudiendo no existir esta última.

El tratamiento a dar los terraplenes, terraplenes y cortes deben ser congruentes. La situación anterior a 1975 era en este punto especialmente desigual, pues mientras en los terraplenes se exigía una coronación de 0,50 m de materiales adecuados y un núcleo de materiales tolerables, con unas prescripciones rigurosas, en los cortes no se exigía a los suelos de la subrasante una cierta calidad ni un espesor determinado.

La escasez de materiales locales apropiados y la cada vez más obligada utilización de los materiales de la propia explanación, hacen recomendable el empleo de los suelos estabi lizados con cemento o con cal.

La capacidad de soporte de la subrasante se evalúa mediante el CBR.

Se considera fundamental el adecuado drenaje de la subrasante, no aceptando la posibilidad de un drenaje deficiente a compensar con un mayor espesor del pavimento.

Las características de los materiales quedan especificadas en el Pliego de Prescripciones

Técnicas Generales y en las prescripciones complementarias señaladas en la Instrucción.

a) Clasificación de las subrasantes

La categoría le corresponde a las subrasantes normales, utilizadas hasta ahora, por ejemplo en terraplenes con coronación de suelo adecuado. A partir de 1986 este tipo de subrasante se considera como insuficiente para carreteras importantes con un tránsito pesado e intenso, como las autopistas y autopistas, por lo que no se admiten.

En 1975 se aplicó el método or19inal CBR de cálculo de espesores de pavimento al caso de un terraplén constituido por un núcleo y una capa de coronación de diferentes CBR, obteniéndose el espesor de material necesario sobre cada zona del terraplén para un tránsito dado. Por diferencia se calculó el espesor de la capa de coronación (de CBR da-do) para el CBR del núcleo.

Los espesores así hallados dan la pauta de los valores mínimos exigidos en la clasificación de cortes. En cambio en los terraplenes y pedraplenes se mantuvo el espesor tradicional de 50 cm de la coronación, criterio algo conservador, particularmente con núcleos de buena calidad y coronaciones de calidad estricta. El diferente tratamiento dado a terraplenes y cortes justifica por la mayor repercusión económica que tendría el criterio citado en los cortes, al obligar a una mayor excavación y sustitución de materiales. En el caso de los terraplenes, se tratará en general de una adecuada distribución de los suelos excavados.

En secciones a media ladera se adoptará para el corte la misma solución que para el terraplén.

Actualmente se encuentra en revisión, pues las distintas alternativas no pueden considerarse estrictamente equivalentes; y por otra parte, los avances experimentados por los equipos de estabilización de suelos permiten obtener con total garantía espesores de capas estabilizadas muy superiores a los 15 cm contemplados en la Instrucción.

Una clasificación de la subrasante más tradicional en los pavimentos rígidos basada, por ejemplo, en el módulo de reacción k, no mejoraría el diseño del pavimento y complicaría el trabajo del diseñador, en particular al estudiar soluciones equivalentes de pavimentos rígidos y flexibles. Por ello el factor subrasante tiene la misma consideración para ambos tipos de pavimento. Salvo justificación en contrario, las subrasantes se dividirán de forma que cada tramo de una cierta categoría tenga al menos una longitud de 500 m.

En la tabla 18 se relacionan los posibles materiales a utilizar, para los que el pliego de prescripciones técnicas particulares deberá tener en cuenta las complementarias que se expresan en dicha tabla. Se aceptan también otros materiales como escorias o cenizas volantes, que han de clasificarse por analogía o mediante estudios especiales.

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE 2)

c) Vehículos pesados

Para efectos de diseño, sólo se consideran los vehículos pesados. La estructura del pavimento es función de la intensidad media diaria de los vehículos pesados (IMDp) que se

prevé para el carril de diseño en el año de puesta en servicio. La IMDp inicial ha de estimarse a partir de los aforos existentes y de los datos disponibles para prever su evolución, especialmente del tránsito inducido y generado después de la puesta en servicio, que puede cambiar la categoría de tránsito pesado.

d) Categorías de tráfico

Estimada la intensidad media diaria de vehículos pesados lMDp en el carril y periodo de diseño, se establecen 5 categorías de tránsito pesado, definiendo unos intervalos que suponen un saldo significativo pero pequeño, en el espesor de pavimento necesario (2-3 cm para pavimentos de concreto).

TABLA16. Categorías de tránsito pesado (instrucción española).

Los pavimentos de autopistas y autopistas han de proyectarse como mínimo para la categorja Ti, es decir que la lMDp inicial mínima considerada para estas vías es de 800 vehiculos pesados en cada sentido.

Se considera también la posibilidad de adoptar una categoría de tránsito pesado inmediatamente superior (en las inferiores Tú) cuando se está cerca del limite superior de la

categoría o donde se justifique que los ejes de los vehículos pesados estén especialmente sobrecargados. Desde 1g83 se vienen realizando en España aforos de pesaje con báscula dinámica portátil para conocer la distribución de cargas por eje.

Por último, en las vías con dos o más carriles de circulación por sentido, la categoría de tránsito pesado de los carriles que no sean el exterior no puede ser inferior en más de una a la del carril exterior. Esta cláusula es particularmente conservadora en pavimentos con 3 ó más carriles de circulación.

DISEÑO SEGUN NORMATIVA ESPAÑOLA (PARTE I)

5.2 Factores de diseño

El tránsito y la subrasante son dos factores fundamentales que afectan el comportamiento de los pavimentos, y todos los métodos modernos de diseño los califican mediante patrones similares que, en esencia, miden respectivamente el tránsito pesado que ha de resistir el pavimento y la capacidad de soporte de la subrasante. Se examina también breve-

mente el factor climatológico, que en España tiene un carácter secundario.

5.2.1 El factor tránsito pesado

La Instrucción da las reglas sobre el periodo y el carril de diseño, estableciendo finalmente unas categorías de tránsito pesado para el diseño de los pavimentos.

a) periodo de servicio

Los pavimentos se proyectan para el tránsito previsto durante un cieno periodo de servicio, concepto teórico difícil de definir exactamente. Puede decirse que es el periodo durante el cual se espera que los fallos producidos por el tránsito en el pavimento que se proyecta no alcancen un grado incompatible con la comodidad del usuario. Dicho de otra manera, se supone que durante el periodo de servicio no será necesario un refuerzo de cierta consideración, es decir, más allá de los supuestos de la conservación ordinaria o, como mucho, de una rehabilitación.

Mientras que para los pavimentos flexibles y semirrigidos se ha considerado un periodo de diseño de 20 años, en los pavimentos rígidos es en cambio de 30 años. En este último caso se trata de un plazo mínimo, dada la gran durabilidad de este tipo de pavimentos y la ínfima repercusión que tendría un plazo menor en el espesor de los mismos (a lo sumo un par de centímetros de concreto).

b) Carril de diseño

En general el espesor del pavimento es uniforme aun cuando no lo sea la solicitación del tránsito a lo ancho de la calzada. Como carril de diseño de adopta aquél por el que circula el mayor número de vehículos pesados, que son los determinantes en el diseño del pavimento. Cuando hay dos o más carriles por sentido, existe la posibilidad de estudiar por separado carriles y de llegar a una sección transversal con capas del pavimento de espesor variable linealmente.

CATÁLOGOS DE PAVIMENTOS: LA NORMATIVA ESPAÑOLA

Introducción

Como ya se ha mencionado, varios países europeos han desarrollado unos catálogos de estructuras de pavimentos, en los que en lugar de variar de forma continua los espesores en función del tránsito de diseño (como ocurre, al menos en teoría, en el método inglés), este último se divide en una serie de intervalos, a cada uno de los cuales se asigna un espesor fijo de cada una de las capas que componen el pavimento, can independencia del valor del tránsito dentro de dicho intervalo. Esta tendencia se inició en Francia en l971, habiendo sido seguida por España y Alemania en 19g75, y después por otros países

(entre ellos Japón) y algunos estados de USA. Como ejemplo de uno de estos catálogos,

se va a exponer a continuación con detalle el español, del que la versión vigente en la

actualidad está contenida en la Instrucción 6.1 y 2-lC "Secciones de firme" (1989), aprobada por O-M- de 23 de mayo de 1989.

Se recoge en la misma la experiencia de los 14 años transcurridos desde la publicación en lg75 de las anteriores Normas 6.1 y 6.2 1C para firmes flexibles y rígidos respectivamente, en las que por primera vez se adoptó en España un método de diseño en forma de catálogo. Se tiene también en cuenta la evolución del tránsito y de los materiales constitutivos de las distintas unidades de obra. Algunas de ellas de empleo más reciente, como el concreto y el concreto compactado.

En la citada Instrucción se encarece a los ingenieros que concentren su atención en la selección de las subrasantes y secciones estructurales más adecuadas entre las tipificadas en función de las disponibilidades locales de materiales, con independencia del tipo de pavimento. Se unifican los criterios de diseño y se dan directrices para redactar los pliegos de prescripciones técnicas particulares.

La instrucción se aplica a pavimentos de nueva construcción y también, en general, a la reconstrucción total de pavimentos existentes. Para los refuerzos de pavimento sigue en principio vigente la Norma 6.3 1C, actualmente en fase de revisión.