Manual Completo

DE CAPAS TRATADAS CON CEMENTO

IECA

MANUAL DE CAPAS TRATADAS CON CEMENTO LISTADO DE PARTICIPANTES DIRECCIÓN TÉCNICA SECRETARÍA Y COORDINACIÓN TÉCNICA

Aurelio Ruiz Rubio (CEDEX) Carlos Jofré Ibañez (IECA) José Miguel Baena Rangel (CEDEX)

SUPERVISIÓN TÉCNICA

José Miguel Baena Rangel (CEDEX) Carlos Jofré Ibáñez (IECA) Carlos Kraemer Heilperno (U.P.V.)

COMITÉ DE REDACCIÓN

Aurelio Ruiz Rubio (CEDEX) José Miguel Baena Rangel (CEDEX) Jesús Díaz Minguela (IECA) Carlos Jofré Ibáñez (IECA) Ricardo López Perona (AFCA) Iñaki Zabala Zuazo (IECA)

COMITÉ TÉCNICO

Aurelio Ruiz Rubio (CEDEX) José Miguel Baena Rangel (CEDEX) Jesús Díaz Minguela (IECA) Carlos Jofré Ibáñez (IECA) Ricardo López Perona (AFCA) Iñaki Zabala Zuazo (IECA) José Antonio Fernández Cuenca (DRAGADOS) Carlos Kraemer Heilperno (U.P.V.) Miguel Angel Ortiz de Landaluce (D.F.A) Marco Rodríguez Vidal (BEGAR C. Y C.) Julio José Vaquero García (IECA)

COLABORADORES

José Calleja Carrete (IECA)

ACRÓNIMOS DE EMPRESAS E INSTITUCIONES CEDEX IECA U.P.V. AFCA DRAGADOS D.F.A. BEGAR

Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas Instituto Español del Cemento y su Aplicaciones Universidad Politécnica de Valencia Asociación de Fabricantes de Cemento de Andalucía DRAGADOS, Obras y Proyectos Diputación Foral de Álava BEGAR Construcciones y Contratas, S.A.

1

Capítulo

LOS MATERIALES TRATADOS CON CEMENTO EN LOS FIRMES SEMIRRÍGIDOS Este capítulo sirve de introducción a los materiales tratados con cemento como partes integrantes de los firmes denominados semirrígidos. Se definen sus características, se presentan sus ventajas y se describe el desarrollo que han tenido en España.

1.1

INTRODUCCIÓN Se conoce como materiales tratados con cemento a aquellos materiales para firmes que utilizan cemento como conglomerante. Se dosifican de manera que resulte un material de consistencia seca, apto para ser compactado con rodillos, y que cumpla unas determinadas características resistentes a una cierta edad. Los materiales tratados con cemento se utilizan como base o subbase de firmes. A los firmes compuestos por una o dos capas de materiales tratados con cemento sobre las que se disponen capas superiores bituminosas se les denomina firmes semirrígidos. En los firmes semirrígidos las capas de materiales tratados con cemento son las que esencialmente aportan la resistencia estructural al firme. El pavimento bituminoso, que soporta directamente las solicitaciones de tráfico, proporciona fundamentalmente las características superficiales y la impermeabilidad. Bajo la acción de las cargas de los vehículos las capas de materiales tratados con cemento trabajan a flexión, como una losa, disminuyendo y uniformizando muy apreciablemente las tensiones y deflexiones que originan dichas cargas. Por lo tanto, los esfuerzos y deformaciones que se producen en la explanada y, en su caso, en las capas inferiores del firme, son también muy reducidos. Como consecuencia, el empleo de capas tratadas con cemento normalmente permite reducir los espesores del firme o aumentar su vida de servicio, lo que les hace muy interesantes desde los puntos de vista técnico y económico.

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El objetivo de este Manual es proporcionar unos criterios sencillos y prácticos para poder proyectar y construir adecuadamente los firmes semirrígidos con materiales tratados con cemento.

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TIPOS DE MATERIALES TRATADOS CON CEMENTO La adición de cemento a un material granular tiene como objetivo principal dotarle de cohesión para mejorar sus propiedades mecánicas y su durabilidad. Incluso con contenidos moderados de cemento, el material granular aumenta de forma notable su rigidez. La técnica de materiales tratados con cemento comprende una serie de unidades de obra que se diferencian en función de las características del material granular utilizado y de los porcentajes de cemento añadidos a la mezcla. Dentro de los mismos se pueden encontrar desde sueloscemento, con una resistencia a compresión a largo plazo del orden de 5 MPa y un módulo de elasticidad del orden de 8.000 MPa, hasta hormigones compactados con una resistencia a compresión a largo plazo superior a 35 MPa y un módulo de elasticidad del orden de 33.000 MPa.

Foto 1.1

Testigos extraídos de un firme con base de suelocemento.

En este Manual sólo se van a contemplar los materiales cuya compactación se realiza con rodillo, que son los que habitualmente se utilizan en los firmes semirrígidos. No son objeto del mismo aquellos otros que se ponen en obra mediante la técnica de vibrado. Tampoco se consideran las capas de suelos estabilizados para explanadas o los materiales obtenidos mediante el reciclado con cemento de firmes existentes.

Los materiales tratados con cemento se clasifican en función de las características del material granular utilizado y de la resistencia alcanzada por la mezcla a una determinada edad. La resistencia depende, esencialmente, del contenido de cemento, por lo que también se pueden clasificar en función de éste, salvo en el caso del suelocemento, en donde el tipo de suelo tiene también una gran influencia. En la Fig. 1.1 se han representado los intervalos de

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resistencia que se pueden considerar típicos para las distintas familias de materiales tratados con cemento en función de su edad.

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (MPa)

40

30

HC HMC

20

GCA 10

GC SC

0 1

10

100

1000

EDAD (DÍAS)

Figura 1.1 Resistencias de materiales tratados con cemento

1.2.1 Suelocemento (SC) Se trata de un material fabricado con suelos granulares o zahorras, cuyo contenido de cemento en masa suele ser del orden del 3 - 7 %. A largo plazo, su resistencia a compresión suele ser superior a 4 MPa (según las especificaciones incluidas en el PG-3∗, a 7 días debe ser mayor de 2,5 MPa), y su módulo de elasticidad presenta valores del orden de 6.000 MPa con suelos granulares y superiores a 10.000 MPa si se emplean zahorras. Se usa normalmente como capa de apoyo (subbase) de otros materiales tratados con cemento, o bien como capa resistente (base inferior) bajo capas bituminosas. También hay ya una amplia experiencia en su utilización como base y subbase de un mismo firme semirrígido, con resultados muy positivos. Se fabrica normalmente en central, aunque se puede ejecutar in situ mediante equipos similares a los empleados en estabilización de explanadas o en el reciclado de firmes con cemento.

1.2.2 Gravacemento (GC) Se trata de un material constituido por áridos de machaqueo, sin finos plásticos y con una granulometría ajustada, y contenido de cemento del orden del 3,5 - 5 %, cuya fabricación se realiza en central. A largo plazo, su resistencia a compresión suele ser superior a 8 MPa (según el PG-3, a 7 días debe ser mayor de 4,5 MPa) y su módulo de elasticidad es del orden de 20.000 MPa. Se emplea como capa de base bajo pavimentos bituminosos.

∗

Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para obras de carreteras y puentes del Ministerio de Fomento.

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1.2.3 Gravacemento de alta resistencia (GCA) Este material no figura por el momento en las especificaciones españolas, si bien ha sido incluido en el catálogo francés de firmes publicado en 1998. En la fabricación de este material, que se realiza en central, se emplean áridos con las mismas exigencias que los de la gravacemento, y un contenido de cemento algo más elevado, en el intervalo del 5 al 7%. Ello se traduce en una resistencia a compresión a largo plazo superior a 14 MPa (a 7 días debería presentar valores superiores a 8 MPa) y un módulo de elasticidad del orden de 25.000 MPa. Su empleo como base supone una reducción de espesores con respecto a los necesarios para una gravacemento convencional.

1.2.4 Hormigón magro compactado (HMC) Este material tampoco está aún recogido en las especificaciones españolas, si bien se ha utilizado en alguna obra importante. Es similar al hormigón magro vibrado, pero con consistencia seca. Se trata de un material, fabricado en central, constituido por áridos similares a los empleados en la gravacemento, y con un contenido de cemento del orden del 5 al 10 %. A largo plazo, la resistencia a compresión suele ser superior a 22 MPa (a 7 días debería presentar valores superiores a 12 MPa) y el módulo de elasticidad es del orden de 30.000 MPa. Se emplea fundamentalmente como capa de base.

1.2.5 Hormigón compactado (HC) Se trata de un material fabricado en central, constituido por áridos similares a los empleados en la gravacemento y un contenido de cemento del orden del 10 14 %. A largo plazo, la resistencia a compresión suele ser superior a 35 MPa (a 7 días debería presentar valores superiores a 18 MPa) y el módulo de elasticidad es del orden de 33.000 MPa. Por sus características mecánicas puede soportar, directamente o con un tratamiento superficial, el paso de vehículos pesados. Sin embargo, para tráficos circulando a velocidad elevada es preciso disponer una capa de rodadura bituminosa para mejorar la regularidad superficial, actuando entonces como capa de base.

1.3

TIPOLOGÍA DE LOS FIRMES SEMIRRÍGIDOS Los firmes semirrígidos están constituidos por los siguientes materiales: Mezclas bituminosas en caliente, en una o varias capas. Aportan principalmente las características superficiales, si bien también colaboran en las estructurales. Materiales tratados con cemento, en capas de base y/o subbase, con las funciones resistentes típicas de estas capas. Normalmente se han venido utilizando dos tipos de firmes semirrígidos: En el primero (Fig. 1.2.a), se suele disponer una sola capa de suelocemento. En estos casos la mezcla bituminosa tiene un espesor importante y comparte el papel estructural con las capas tratadas con cemento. En el segundo tipo (Fig. 1.2.b), los materiales tratados con cemento desarrollan la principal función resistente. Generalmente se disponen dos capas de estos Página - 4 -

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materiales, aunque con tráficos medios o bajos se puede utilizar una capa única. La inferior suele ser de suelocemento y la superior de gravacemento, hormigón magro u hormigón compactado. El pavimento de mezcla bituminosa suele tener un espesor relativamente pequeño y sus funciones principales son las de dotar al firme de unas características superficiales adecuadas y de la necesaria impermeabilidad. Otro tipo, del que en España sólo hay aplicaciones experimentales, es el denominado firme inverso (Fig. 1.2.c), en el que se dispone una capa de zahorra de unos 12 cm de espesor entre la mezcla bituminosa y la capa tratada con cemento para prevenir la reflexión de grietas.

MEZCLA BITUMINOSA

15 CM

GRAVACEMENTO

22 CM

SUELOCEMENTO

22 CM

CIMIENTO

a)

MEZCLA BITUMINOSA

20 CM

SUELOCEMENTO

25 CM

MEZCLA BITUMINOSA

18 CM

ZAHORRA

12 CM

GRAVACEMENTO

22 CM

CIMIENTO

CIMIENTO

c)

b)

Figura 1.2 Tipos de firmes semirrígidos: a) con base de suelocemento; b) con base de gravacemento; c) inverso

Los espesores de las capas varían en función del tráfico al que vaya a estar sometido el firme, de la explanada sobre la que se disponga y del tipo de firme semirrígido de que se trate. Como intervalos de variación de los mismos se pueden indicar los siguientes: Mezclas bituminosas en caliente: 5 a 30 cm en una o varias capas. En firmes de baja intensidad de tráfico pueden sustituirse por tratamientos superficiales con gravilla. Suelocemento: 20 a 35 cm en una sola capa. Gravacemento, gravacemento de alta resistencia, hormigón magro compactado y hormigón compactado: 20 a 32 cm en una sola capa. A igualdad de tráfico pesado de proyecto, los mayores espesores de mezclas bituminosas corresponden a aquellos firmes en los que la única capa de material tratado con cemento es una subbase de suelocemento. Sobre bases de gravacemento o de otros materiales de mayor resistencia se disponen espesores de mezcla bituminosa menores que los anteriores, pero en cualquier caso superiores a los estrictamente necesarios desde un punto de vista funcional con el objeto de retrasar en lo posible la reflexión de las fisuras de retracción. Las técnicas de prefisuración en fresco, que se tratan con detalle en este Manual, permiten disminuir estos espesores con respecto a los que han sido habituales en este tipo de firmes.

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VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LOS FIRMES SEMIRRÍGIDOS Se indican a continuación algunas ventajas y limitaciones de los firmes semirrígidos:

1.4.1 Ventajas técnicas Entre las ventajas técnicas de este tipo de firmes se pueden mencionar las siguientes: Excelente capacidad estructural y elevada vida de servicio. Las capas bituminosas superiores no sufren tracciones que las fatiguen siempre que estén adecuadamente adheridas entre sí y a la capa tratada con cemento. Las deformaciones de la explanada originadas por las cargas de tráfico son muy reducidas, por lo que no se producen asientos ni descompactaciones en la misma.

1.4.2 Ventajas económicas y ambientales Entre las ventajas económicas y ambientales de este tipo de firmes pueden mencionarse las siguientes: Costes de construcción considerablemente inferiores a los de otros tipos de firmes con mezclas bituminosas en caliente, para tráficos pesados y muy pesados (T0, T00). Excelente relación coste/vida útil. Posibilidad de utilización de suelos granulares y zahorras locales en las capas de suelocemento. Reducción importante del volumen de mezclas bituminosas. Empleo en su construcción de equipos (extendedoras, rodillos, etc.) usuales en otras unidades de obra

1.4.3 Limitaciones Las limitaciones de este tipo de firmes son las siguientes: Su comportamiento se puede ver afectado sensiblemente por una fabricación o una puesta en obra incorrecta. La posibilidad de aparición de fisuras en la superficie del firme, si bien hoy en día se resuelve mediante la prefisuración a distancias cortas de la capa de material tratado con cemento.

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Firme semirrígido con grietas reflejadas selladas.

DESARROLLO HISTÓRICO

1.5.1 Inicio de la técnica La concepción actual del suelocemento para su uso en carreteras se remonta a principios del siglo XX. Un avance muy importante se dio en Estados Unidos en los años 30 con la construcción de varios tramos de ensayo en Carolina del Sur, lo que permitió profundizar en el conocimiento de estos materiales. A partir de 1936 la técnica se difundió en otros Estados de EE.UU. Algunos años más tarde comenzaron a emplearse en California las denominadas bases tratadas con cemento (cement-treated bases), en las que se utilizaban materiales granulares con una granulometría más o menos continua. Durante la Segunda Guerra Mundial, el Cuerpo de Ingenieros del ejercito norteamericano desarrolló aún más la técnica, que comenzó a ser de aplicación general a partir de entonces. En Europa, a principios de los años 60, se introdujo y generalizó la gravacemento (grave-ciment) con la puesta en marcha por las autoridades francesas del Programa de Autopistas, a fin de obtener un material menos deformable que la zahorra artificial y más resistente que el suelocemento. El hormigón compactado es bastante anterior al hormigón vibrado. El primer pavimento de hormigón conocido se construyó en Escocia hacia 1865. Se utilizó en varios países hasta los años 30, en los que se empezó a imponer la técnica de la vibración, ya que con ella se lograban pavimentos de mayor calidad. La crisis del petróleo de los años 70 despertó de nuevo el interés por este material.

1.5.2 Desarrollo de la técnica en España En las Fig. 1.3, 1.4 y 1.5 se ha resumido el empleo de firmes con capas con cemento en la Red de Carreteras del Estado. Los firmes con base de gravacemento se introdujeron en España para hacer frente al considerable incremento de la intensidad del tráfico pesado que se produjo en los años 60. La técnica, recién importada de Francia, se utilizó por Página - 7 -

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primera vez en 1963 en el tramo Las Rozas-Villalba de la carretera N-VI, en la provincia de Madrid. A raíz del éxito de esta obra, la técnica se popularizó y se construyeron con ella diversas carreteras del Plan de Accesos a Madrid, del Plan REDIA y de los accesos a Galicia, la Meseta y Málaga. Además, se introdujeron de forma generalizada en las obras que comenzaron a construirse dentro del Plan Nacional de Autopistas de 1967.

Semirrígidos 25% Rígidos 4%

Flexibles (MB < 15 cm) 19%

Flexibles (MB > 15 cm) 52%

Figura 1.3

Distribución de firmes por tipos en la Red de Carreteras del Estado (datos hasta el año 1998).

En la Instrucción de Carreteras 6.1-IC de 1963 no figuraba todavía la gravacemento, pero en el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales de la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Obras Públicas de 1965 apareció por primera vez un artículo sobre este material. En 1975 se publicó la Norma 6.1-IC de firmes flexibles, que ya incluía en su catálogo secciones tipo con bases de gravacemento y subbases de suelocemento o granulares. La crisis del petróleo del año 1973 llevó al abandono de las bases bituminosas en los firmes para tráficos pesados, las cuales fueron sustituidas de forma generalizada por bases de gravacemento. Sin embargo, algunos fallos que se produjeron a finales de los años 70, debidos principalmente a la fatiga de la gravacemento apoyada sobre subbases granulares, frenaron su desarrollo. Por ello, la Dirección General de Carreteras mediante la Orden Circular 287/84 P.I. de 12 de noviembre de 1984 proscribió las secciones del catálogo de la Norma 6.1 I.C. con bases de gravacemento sobre subbases de materiales granulares.

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MB/GC/SC 41%

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MB/HC 1% MB/GE 5%

MB/GC 16%

Figura 1.4

MB/SC 37%

Distribución por tipos de los firmes semirrígidos con base tratada con cemento en la Red de Carreteras del Estado (datos hasta el año 1998).

Dos años más tarde, y ante la inminente puesta en marcha del Programa de Autovías dentro del Plan Nacional de Carreteras 1984 - 1991, se acometió la revisión de la Instrucción sobre Secciones de Firmes. Ello se tradujo, en primer lugar, en la Instrucción sobre Secciones de Firme en Autovías, y finalmente en la Instrucción 6.1 y 2 –IC de 1989. En ambas se introdujeron nuevas prescripciones para la gravacemento. Durante el período comprendido entre 1986 y 1993, dentro del Plan General de Carreteras, se emplearon profusamente en autovías las secciones con base de gravacemento. A lo largo de todo este tiempo se han construido miles de kilómetros de firmes con bases tratadas con cemento. Por ejemplo, en la Red de Carreteras del Estado se han construido unos 2.500 km en autopistas de peaje, y más de 2.500 km de calzada y unos 1.000 km en ensanches en la red estatal. A pesar de la dilatada experiencia y de los últimos avances técnicos, el problema de la reflexión de fisuras ha provocado que este material haya sido poco utilizado en los últimos años, con algunas excepciones, como los 50 km de la N-I construidos en la provincia de Álava, cuyo comportamiento ha sido muy satisfactorio. Uno de sus tramos, la Circunvalación de Vitoria, puesta en servicio en 1989, había soportado hasta finales de 2002 más de 22 millones de camiones por sentido, sin haber sido preciso realizar ningún tipo de refuerzo.

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Circunvalación de Vitoria (N-I).

Los firmes con subbase de suelocemento se empezaron a desarrollar en España en la misma época que los de gravacemento, si bien antes de 1964 había ya alguna experiencia en la utilización de este material en caminos rurales, casi siempre mediante mezcla in situ, por parte del entonces Instituto Nacional de Colonización. La realización más importante fue la ya citada del tramo Las Rozas-Villalba de la N-VI (20 km), donde en una de las dos calzadas se construyeron 4 km con suelocemento y mezclas bituminosas. En 1968 se construyó el tramo Alcobendas-San Agustín de Guadalix de la N-II, también en la provincia de Madrid, con un comportamiento magnífico durante más de 20 años. A pesar de ello su desarrollo no tuvo continuidad. En carreteras con tráficos elevados se prefirieron los firmes con gravacemento, ya que se consideraban más duraderos, y para otros tráficos, los firmes con base granular ya que resultaban más económicos. La normativa sobre suelocemento evolucionó en paralelo a la de la gravacemento, de manera que ambas unidades de obra fueron incluidas por primera vez en la Norma 6.1 – IC del año 1975. La construcción de firmes con suelocemento, muy esporádica en los años 70 y 80, se aceleró a partir de 1990 por el buen comportamiento de los tramos construidos, y porque las secciones estructurales con subbase de suelocemento resultaban más económicas que otras para tráficos elevados. En numerosos tramos de autovías y de autopistas de peaje construidos en los últimos años se han utilizado firmes con suelocemento y mezclas bituminosas. Por otro lado, la Junta de Castilla y León, basándose en sus experiencias, inició a finales de 1980 el uso generalizado de la técnica del suelocemento para aprovechar en lo posible los suelos de la traza en la construcción de ensanches o nuevos tramos y solucionar la carencia de zahorras de calidad en muchas zonas de la Comunidad. Actualmente existen unos 2.200 km de calzada con subbase de suelocemento en la Red de Carreteras del Estado (1.000 km de calzada de autovía), de los que solamente unos 700 km son anteriores a 1987. Además, en la Red Autonómica

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de Carreteras de Castilla y León se han construido unos 1.500 km de calzada con base y/o subbase de suelocemento. Distribución de la edad de los firmes semirrígidos

kms 1000 MB/SC

900

MB/GC/SC

800

MB/GC

700

MB/HC

600 500 400 300 200 100

Figura 1.5

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

1984

1983

1982

1981

1980

75-79

70-74

>1970

0

Distribución de las fechas de ejecución de los firmes semirrígidos con bases tratadas con cemento en la Red de Carreteras del Estado (datos hasta el año 1998).

Los firmes con hormigón compactado se comenzaron a utilizar en España en 1984 en carreteras importantes, aunque había experiencias desde los años 70 en vías de baja intensidad de tráfico, y se incluyeron en la Instrucción sobre Secciones de Firme en Autovías publicada en 1986. Rápidamente se pudo comprobar que era necesaria la realización de juntas transversales de contracción para evitar la reflexión de fisuras en superficie, y en la Instrucción 6.1 y 2 –IC de 1989 se hicieron obligatorias (espaciadas entre sí no más de 7 m y con un esviaje 1:6 con respecto al eje longitudinal de la calzada). Con estas nuevas directrices se acometieron, entre 1988 y 1992, la ejecución de 121 km de calzada de la autovía A-92 Sevilla-Granada. Durante este periodo se realizó otra importante obra: el refuerzo de la CL-803, en el tramo SanchidriánSan Pedro del Arroyo, en la provincia de Ávila, pero ninguno de los primeros sistemas empleados se mostró eficaz para evitar la reflexión de fisuras, al haberse dispuesto las juntas, que se ejecutaron por serrado, con una separación excesiva (6 – 7 m). En 1990, se construyó un tramo de ensayo de 4,5 km de longitud en la Autovía Madrid-Zaragoza, entre Alcalá de Henares y Meco, sometido a un tráfico de más de 3.000 camiones diarios por sentido. En este tramo se probaron varios procedimientos para evitar la reflexión de fisuras con distintas distancias entre juntas ejecutadas en fresco. Ese mismo año se ejecutó un tramo en la Variante de Archidona prefisurado en fresco a distancias de 5 m. Posteriormente, y aplicando la técnica de juntas en fresco con separaciones cortas, se han construido otras obras: la variante de Irurzun y el tramo Huarte Arakil-Lacunza de la autovía Pamplona-Vitoria, y la autovía Jaén-Torredonjimeno, todos ellos con un buen comportamiento. En el año 2001 se empezaron a ejecutar en Navarra y el País Vasco distintos tramos con gravacemento de altas prestaciones prefisurada: variante de UrrozPágina - 11 -

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Campanas y ramales en la variante de Zeanuri y en el enlace de Apario. Lógicamente, el muy escaso tiempo transcurrido desde su puesta en servicio no permite extraer todavía conclusiones sobre los mismos. No obstante, los datos disponibles en el momento de la elaboración de este manual son muy alentadores. Finalmente, en el año 2002 se ha revisado la normativa sobre secciones de firme con la publicación de la Norma 6.1 – IC y del Artículo 513, materiales tratados con cemento, del PG-3. En estos documentos se recoge ya la necesidad de prefisurar las capas tratadas con cemento de firmes con tráficos T2 o superior y con espesores de mezcla bituminosa iguales o inferiores a 20 cm.

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Capítulo

PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS TRATADAS CON CEMENTO En este capítulo se describen las propiedades fundamentales de las mezclas tratadas con cemento: los efectos de la incorporación del cemento, las propiedades en estado fresco, las propiedades físicas y mecánicas después del endurecimiento y, finalmente, aquellas relacionadas con los cambios dimensionales y la durabilidad del material.

2.1 INTRODUCCIÓN Los materiales tratados con cemento presentan ciertas características que los diferencian de las mezclas con otros tipos de ligantes o conglomerantes. Entre otras se pueden citar las siguientes: Elevados módulos de elasticidad: éstos son muy superiores a los de los materiales de partida, bien sean áridos o suelos, así como a los de las mezclas de éstos con ligantes bituminosos (Fig. 2.1). Ello se traduce en una gran capacidad de reparto de cargas, de forma que las tensiones que llegan a las capas inferiores y al cimiento son muy reducidas.

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HORMIGONES COMPACTADOS

GRAVASCEMENTO

SUELOSCEMENTO

M. BITUMINOSAS CONVENCIONALES

MAT. GRANULARES

SUELOS

0

10000

20000

30000

40000

50000

Módulos a 25ºC (MPa)

Figura 2.1 Rangos de módulos de elasticidad de materiales utilizados en capas de firmes .

Comportamiento a edades tempranas: el proceso de puesta en obra (desde la fabricación hasta el final de la compactación) se debe realizar dentro del llamado plazo de trabajabilidad, que normalmente se encuentra entre 2 y 3 horas salvo que se empleen retardadores de fraguado. Estabilidad inmediata: si es necesario, los materiales tratados con cemento (salvo algunos sueloscemento sin gruesos) se pueden abrir inmediatamente a la circulación una vez compactadas, lo que las hace muy interesantes para su utilización en refuerzos bajo tráfico. Evolución rápida de resistencias: estas mezclas tienen un desarrollo rápido de resistencias, alcanzando valores apreciables a edades tempranas.

Resistencia a compresión a 7 días (MPa)

Importancia del grado de compactación: como en la mayoría de las unidades de obra, la densidad alcanzada tras la compactación es un factor decisivo ya que de ella depende la resistencia mecánica final de la mezcla. Un ligero descenso en la densidad obtenida implica una importante disminución de la resistencia y viceversa (Fig. 2.2).

12 10 8 50 %

6 4 2 0 2,15

5% 2,2

2,25

2,3

2,35

3

Densidad (g/cm )

Figura 2.2

Ejemplo de relación entre la resistencia y la densidad de una gravacemento

Comportamiento a fatiga: la curva de fatiga de los materiales tratados con cemento es una recta muy tendida. Por consiguiente, una pequeña Página - 2 -

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disminución de las tensiones generadas en el fondo de capa, como consecuencia por ejemplo de un ligero incremento del espesor de la capa, aumenta mucho la durabilidad del firme y viceversa. Fisuración por retracción térmica: la fisuración de los materiales tratados con cemento es un hecho inherente a su naturaleza, y no debe ser atribuida en general a fallos de ejecución. Debido a su elevado módulo de elasticidad y a su coeficiente de dilatación térmica, las tensiones debidas a las variaciones de temperatura diarias y estacionales pueden llegar a rebasar la de rotura del material, incluso a pesar del efecto protector de la capa o capas superiores. Resistencia a la abrasión: los sueloscemento, las gravascemento y, en menor medida, los hormigones magros compactados, son materiales que directamente no pueden soportar el paso de un gran número de vehículos pesados sin que se produzcan importantes desgastes. Ello obliga a disponer sobre ellos una capa de rodadura de mezcla bituminosa. Por el contrario, los hormigones compactados, con mayores resistencias mecánicas, presentan una notable resistencia a la abrasión y por tanto únicamente precisan una capa de rodadura para mejorar su regularidad superficial en el caso de que vaya a circular tráfico a elevada velocidad.

2.1 EFECTOS DE LA INCORPORACIÓN DEL CEMENTO La adición de cemento a un material granular modifica prácticamente todas sus características, mejorándolas, como se verá a lo largo de este capítulo. No obstante, hay que destacar dos de ellas en las que se basa fundamentalmente su aplicación en firmes: la reducción de la sensibilidad al agua y el endurecimiento de la mezcla El desprendimiento de CaOH que tiene lugar durante la hidratación del cemento produce la floculación y estabilización de las partículas arcillosas presentes en los suelos y materiales granulares empleados en explanadas y capas de firme, impidiendo de forma definitiva que vuelvan a experimentar cambios de volumen y de capacidad de soporte. La reducción de la sensibilidad al agua puede tener una importancia considerable en la fabricación de materiales para la explanada donde se pueden utilizar suelos con una cierta plasticidad. Pero el efecto más importante es el fraguado, que consiste en la formación, en presencia de agua, de silicatos y aluminatos de calcio, que dotan al conjunto de una gran cohesión y estabilidad, además de una apreciable resistencia mecánica. Los silicatos son estables y poco solubles en agua, y la reacción es progresiva e irreversible. El resultado es un material capaz de resistir los esfuerzos de flexión generados por la acción de las cargas del tráfico y muy adecuado para capas de firme. El comienzo del fraguado y la velocidad con que se desarrolla dependen de la naturaleza de los constituyentes (cemento y áridos o suelos) y de la temperatura a la que se produzca el proceso, pero en cualquier caso se empieza a producir a las pocas horas del mezclado y se extiende durante un periodo de tiempo que puede durar varios meses. Las características mecánicas del material endurecido se pueden controlar variando el contenido de cemento o actuando sobre otros

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factores relacionados con los componentes, de manera que para una obra determinada se obtengan las resistencias deseadas, dentro de un tiempo también prefijado. Se obtiene el máximo partido del fraguado y endurecimiento cuando la mezcla se compacta adecuadamente y con un contenido de humedad que facilite la densificación del material.

Entre las ventajas obtenidas tras este proceso de endurecimiento del material se pueden citar las siguientes: Un contenido moderado de cemento es suficiente para obtener materiales con una resistencia y módulo de elasticidad elevados, lo que se traduce en una gran capacidad de reparto de cargas. La capacidad de soporte alcanzada supera considerablemente la que se puede conseguir con otros materiales para firmes (materiales granulares o mezclas bituminosas). Disminuyen las tensiones que llegan a la explanada (Fig. 2.3) y las que se producen en las capas superiores, con lo que se disminuye el espesor total de la sección estructural y se proporciona al tráfico de obra una plataforma de trabajo estable y resistente. Se reducen los efectos negativos que sobre el firme tienen los cambios de humedad del soporte. 0,80 MPa 25 cm

DISTRIBUCIÓN DE TENSIONES A LA EXPLANADA

CAPA DE BASE: ZAHORRA NATURAL O GRAVACEMENTO

Tensión vertical (MPa)

0,00 -0,05 -0,10 -0,15

ZAHORRA NATURAL GRAVACEMENTO

-0,20 -0,25 0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

Distancia al centro de la carga (m)

Figura 2.3

Diferencia entre las tensiones distribuidas a la explanada por capas granulares y tratadas con cemento.

2.2 PROPIEDADES EN ESTADO FRESCO Una vez realizada la mezcla del material granular con el cemento y el agua, el producto debe presentar unas determinadas propiedades en estado fresco. Por un lado, ha de permanecer trabajable durante cierto tiempo para permitir su

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puesta en obra y su compactación sin que el endurecimiento del mismo las dificulte o impida. Por otro lado, a veces se hace necesario que, tras ser compactado, el material posea una estabilidad suficiente para permitir la apertura al tráfico sin que las deformaciones producidas por las cargas de los vehículos rompan los enlaces creados entre las partículas de material granular.

2.2.1 Trabajabilidad A medida que se va desarrollando el proceso de hidratación del conglomerante, empiezan a formarse enlaces entre los áridos o las partículas del suelo. Si se efectúa la compactación tras haberse creado un número importante de los mismos, éstos podrían ser destruidos sin posibilidad de que se regeneren y su rotura perjudicaría de forma apreciable el comportamiento posterior del material. Se define como plazo de trabajabilidad el tiempo transcurrido a partir de la finalización del proceso de mezclado del material, y durante el cual es posible efectuar la compactación del mismo sin merma apreciable de sus propiedades mecánicas finales. La compactación de la mezcla debe finalizar antes de que transcurra el plazo de trabajabilidad ya que después resulta muy difícil y además se puede dañar, de forma irreversible, la capa de material tratado con cemento.

Generalmente, los áridos muy absorbentes y los bajos contenidos de agua reducen el plazo de trabajabilidad, mientras que los cementos con elevados contenidos de adiciones lo aumentan. El plazo de trabajabilidad es muy sensible a los aumentos de temperatura, por lo que su determinación debe realizarse en unas condiciones lo más parecidas a las que vayan a darse durante la puesta en obra. Como regla general, en épocas estivales las temperaturas más elevadas suelen producirse entre las 12 y las 15 horas. En condiciones normales el plazo de trabajabilidad se encuentra entre 2 y 3 h, y para su determinación se puede efectuar alguno de los ensayos que se citan en el Capítulo 4. En general, es recomendable el empleo de retardadores de fraguado en cualquier circunstancia. Debido a que la temperatura es uno de los factores que más influyen en el plazo de trabajabilidad (Fig. 2.4), se hacen imprescindibles con temperaturas ambiente por encima de los 30 ºC, o cuando sea conveniente aumentar el mismo, por ser largo el tiempo de transporte entre la planta y el punto de puesta en obra.

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2,5 Retardador (% s/cem)

Temperatura (ºC)

45

T R A T A D A S

40 35 30 25 20 15

2 1,5 1 0,5 0

0

60

120

180

240

300

Tiempo de trabajabilidad (min)

Figura 2.4

0

60

120

180

240

300

360

Tiempo de trabajabilidad (min)

Efecto de la temperatura (izquierda) y la incorporación de retardadores (derecha, a 40 ºC) sobre el plazo de trabajabilidad

2.2.2 ESTABILIDAD INMEDIATA La estabilidad inmediata es aquella característica del material por la cual, tras la compactación, es capaz de soportar los esfuerzos del tráfico sin experimentar deformaciones que perjudiquen su posterior comportamiento. Esta propiedad del material en fresco depende básicamente del rozamiento interno de los áridos, y se consigue dotando al material de un esqueleto mineral suficiente y compactándolo adecuadamente, de manera que las deformaciones originadas por los vehículos sean mínimas. La posibilidad de conseguir una estabilidad inmediata elevada facilita las obras de refuerzo, en las que es fundamental permitir el paso inmediato del tráfico. Si se trata de una obra en la que ello no resulta imprescindible es preferible esperar al endurecimiento del material. Suele ser fácil alcanzar una estabilidad inmediata adecuada cuando mezcla contiene un porcentaje importante de áridos de machaqueo.

la

La gravacemento, el hormigón magro compactado y el hormigón compactado suelen tener una estabilidad adecuada para el paso inmediato del tráfico. En el caso del suelocemento, dependerá del tipo de suelo utilizado, aumentando al crecer el porcentaje de elementos gruesos del mismo. Si el suelocemento se realiza con zahorras o bien con arenas con una granulometría adecuada, también suele presentar una estabilidad inmediata suficiente. Para la estimación de la estabilidad inicial se utiliza el denominado índice de capacidad de soporte inmediata (IPI), que se describe en el Capítulo 4. El IPI es también un indicador de la posibilidad de circulación de los equipos de obra sobre el material.

2.3 PROPIEDADES FÍSICAS 2.3.1 Densidad y humedad En general, los valores de la densidad máxima y la humedad óptima de un material tratado con cemento no presentan grandes diferencias con respecto a

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los que se obtienen sin añadirle el cemento. En la Tabla 2.1 se indican los rangos habituales de estos parámetros. El elevado contenido de finos que habitualmente presentan las arenas o suelos tratados con cemento, da lugar a mezclas de densidades relativamente bajas y mayores contenidos de humedad de compactación en comparación con los valores obtenidos al utilizar otros materiales granulares. Tabla 2.1

Rangos de densidades máximas y humedades óptimas Proctor Modificado de materiales tratados con cemento.

MATERIAL Zahorras con cemento Arenas con cemento

DENSIDAD MÁXIMA (g/cm3) 2,15 – 2,35 1,8 – 2

HUMEDAD ÓPTIMA (%) 5–7 5 – 10

2.3.2 Permeabilidad La permeabilidad de un material viene definida por su coeficiente de permeabilidad, que expresa la velocidad de paso de un líquido a través de un medio poroso. En general, la permeabilidad de los materiales tratados con cemento es muy baja, por la falta de huecos de la pasta endurecida que rellena los huecos entre los áridos. Sin embargo, el agua puede penetrar por succión un cierto espesor, directamente proporcional al coeficiente de permeabilidad, lo que podría afectar a la durabilidad del material en zonas sometidas a fuertes heladas. En la Tabla 2.2 se muestran rangos habituales del coeficiente de permeabilidad de las mezclas compactadas. Tabla 2.2

Rangos aproximados del coeficiente de permeabilidad para materiales tratados con cemento.

MATERIAL Zahorras con cemento Arenas con cemento

COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (m/s) 10-10 – 10-12 10-5 – 10-10

2.4 PROPIEDADES MECÁNICAS Para poder dimensionar los firmes semirrígidos es necesario evaluar el comportamiento mecánico de los materiales tratados con cemento que integran su estructura, y para ello se requiere el conocimiento de cuatro parámetros fundamentales: La resistencia a la rotura, que indica la máxima tensión que puede soportar el material sometido a una carga estática. El módulo de elasticidad, que representa la relación entre la tensión aplicada y la correspondiente deformación unitaria, y es indicativo de la deformabilidad del material. El coeficiente de Poisson , que representa la relación entre la deformación transversal y la deformación axial del material, al aplicarle una carga también axial. Influye en la distribución de tensiones en el seno del material, aunque en pequeña medida para los valores usuales de este parámetro.

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La resistencia a fatiga, que representa la capacidad del material para soportar la aplicación repetida de cargas inferiores a la de rotura sin que se agriete. Esta característica se suele definir mediante leyes que relacionan las tensiones que se producen en el material por una determinada carga con el número de repeticiones de la misma que admite el material hasta su rotura. A partir de los tres primeros parámetros se puede estimar la respuesta del material, en tensiones y deformaciones, ante una determinada solicitación. Con el cuarto parámetro se estima el número de aplicaciones de carga necesario para que se agriete. Las propiedades mecánicas de los materiales tratados con cemento dependen, no sólo de las características y proporciones de los materiales constituyentes, sino también de su edad y de las condiciones de humedad y temperatura a las que hayan estado sometidos durante su fraguado y endurecimiento. Sin embargo, a diferencia de los materiales bituminosos, no se ven prácticamente influidas ni por la temperatura a la que se encuentra el material, ni por la velocidad de aplicación de la carga.

2.4.1 Resistencia a la rotura Los ensayos más usuales para determinar la resistencia a la rotura son los de compresión, tracción indirecta, tracción directa y flexotracción (Fig. 2.5).

FLEXOTRACCIÓN

Figura 2.5

COMPRESIÓN TRACCIÓN INDIRECTA

TRACCIÓN

Esquema de diferentes ensayos para caracterizar la resistencia a rotura.

El ensayo de flexotracción es el que mejor reproduce la forma de trabajo del material en los firmes al paso de las cargas de tráfico. Sin embargo, la dificultad de confeccionar probetas prismáticas para ser ensayadas a flexotracción lleva en general a estimar dicha resistencia a partir de resultados de otros tipos de ensayos, y a reservar los de flexotracción, en su caso, para estudios especiales. El ensayo de rotura a compresión simple es el más utilizado para clasificar los distintos materiales. En la Tabla 2.3 se indican los rangos habituales de resistencias a compresión a largo plazo de los materiales tratados con cemento incluidos en este Manual. Tabla 2.3

Resistencias a largo plazo de materiales tratados con cemento.

MATERIAL Suelocemento Gravacemento Gravacemento de alta resistencia Hormigón magro compactado Hormigón compactado

RESISTENCIA COMPRESIÓN (MPa) 4–8 8 –14 14 – 22 22 – 35 35 – 45

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Las características mecánicas de estos materiales, y por tanto sus resistencias, están influidas por varios factores, y en particular por: El contenido de cemento. La humedad de la mezcla. La densidad alcanzada en la compactación. La naturaleza y granulometría de los áridos o del suelo. La edad del material. Las temperaturas a las que se ha visto sometido durante el fraguado. En los siguientes apartados se analiza la influencia que cada uno de ellos tiene en las características resistentes del material. 2.4.1.1 Influencia del contenido de cemento El contenido de cemento tiene una gran importancia en la resistencia alcanzada por el material tratado, ya que al aumentar éste se crea un mayor número de enlaces entre partículas. En los materiales tratados con cemento, en las que el tipo de árido a utilizar se encuentra muy tipificado, el contenido de cemento tiene una influencia determinante en las resistencias alcanzadas, sirviendo incluso para clasificar los distintos materiales. Sin embargo, en el suelocemento las resistencias alcanzadas se ven también muy influidas por la calidad del suelo utilizado. Esto se aprecia claramente en el ejemplo de la Fig. 2.6, donde, para un mismo contenido de cemento, la resistencia alcanzada es muy superior utilizando una zahorra en lugar de un suelo seleccionado.

Resistencia a compresión a 7 días (MPa)

5 4 3 2 SUELO SELECCIONADO ARENA GRUESA NP ZAHORRA NP

1 0 0

Figura 2.6

2

4 6 Cemento (%)

8

Relación entre la resistencia y contenido de cemento para varios tipos de sueloscemento.

2.4.1.2 Influencia del contenido de agua Al ir aumentando el contenido de agua de una mezcla con cemento entran en juego dos factores contrapuestos: por una parte, se aumenta la relación agua/cemento, lo que tiende a disminuir las resistencias mecánicas, pero por otra

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se aumenta la densidad, hasta alcanzar la humedad óptima, y con ello la resistencia. Normalmente, la resistencia máxima de un material tratado con cemento no se obtiene con su humedad óptima de compactación (Fig. 2.7), sino con un valor algo más reducido. 7 6 2,28

5 4

2,23

3

2,18

RC a 7d

2

Densidad

1

2,13

Resistencia a compresión a 7 días (MPa)

3

Densidad (kg/cm )

2,33

0 3

4

5

6

7

Humedad (%)

Figura 2.7

Influencia del contenido de humedad en la densidad y resistencia alcanzadas por una gravacemento.

2.4.1.3 Influencia de la densidad Existe una gran relación entre la densidad de compactación y la resistencia alcanzada (Fig. 2.2) ya que los huecos existentes en los materiales mal compactados constituyen puntos débiles por donde se puede iniciar la rotura del material. Un descenso del 100 al 95% en la densidad de compactación se puede traducir en una disminución de la resistencia de hasta un 50%. Los ensayos para la determinación del contenido de cemento se deben realizar sobre probetas fabricadas con la densidad exigida en obra.

2.4.1.4 Influencia del material En este punto hay que distinguir en primer lugar entre tipos de materiales de partida. En general, a igualdad de contenido de conglomerante, la resistencia de las zahorras con cemento es muy superior a la de los suelos con cemento, porque en las primeras, el esqueleto mineral formado por los áridos tiene una contribución muy importante en la resistencia mecánica. Este hecho se aprecia con claridad en el ejemplo de la Fig. 2.6. Las zahorras y suelos bien graduados y con finos no plásticos requieren, para alcanzar una cierta resistencia, un contenido de cemento sensiblemente menor que los suelos limosos o arcillosos.

Por otra parte, se puede afirmar que: Con zahorras se obtienen resistencias más altas si se emplean áridos calizos de machaqueo en lugar de áridos silíceos rodados, ya que en comparación

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presentan mejor adherencia con la pasta de cemento por su forma angulosa, su superficie más rugosa, y su mayor afinidad química. Con suelos se obtienen mayores resistencias cuanto menor sea su porcentaje de finos (hasta un cierto límite en el entorno del 5 %). Por otra parte, cuanto menos plástico es un suelo, menos cemento hace falta para conseguir una determinada resistencia. Otro factor que influye de forma importante en la resistencia del material tratado es su granulometría porque condiciona la densidad alcanzada. Cuanto mayor sea la compacidad del material, es decir la relación entre su volumen real y su volumen aparente, menor será el volumen de huecos a rellenar con la pasta de cemento y mayor su resistencia. 2.4.1.5 Evolución de las resistencias con el tiempo La variación de la resistencia con la edad guarda una relación lineal con el logaritmo de esta última. Además, la pendiente de la curva aumenta al crecer el contenido de cemento (Fig. 2.8).

Resistencia a compresión (MPa)

60 80 kg/m^3 50

160 kg/m^3 240 kg/m^3

40 30 20 10 0 1

10

100

1000

Edad en días

Figura 2.8

Evolución de la resistencia a compresión con el tiempo de un mismo material tratado con diferentes contenidos de cemento.

La curva de evolución de la resistencia con el tiempo depende a su vez de dos factores: El contenido de adiciones activas del cemento utilizado: cuanto mayor es el mismo, mayor es la relación entre las resistencias a corto y a largo plazo (Fig. 2.9). Si se emplean cementos para usos especiales (ESP), con un elevado contenido de adiciones activas, las especificaciones de resistencia se deben fijar a 90 días de edad, o bien reducir en un 15-20 % las establecidas a 7 días, con el fin de evitar contenidos exagerados de conglomerante que puedan intensificar los fenómenos de reflexión de fisuras en el caso de no prefisurar la capa de material tratado con cemento.

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En el control de obra de los materiales tratados que incorporen cementos con elevado contenido de adiciones es conveniente establecer correlaciones entre los ensayos de resistencia a 7 y a 90 días, o bien reducir entre un 15 y un 20 % las exigencias normales de resistencia a 7 días.

Relación entre resistencias a compresión

2,5 2,25

R28/R7

2

R90/R7

1,75 1,5 1,25 1 20

30

40

50

60

70

80

Cenizas v olantes (%)

Figura 2.9 Ganancia de resistencias de un hormigón compactado (300 kg/m3 de cemento) en relación a las alcanzadas a 7 días, para distintos contenidos de adiciones activas en el cemento.

La resistencia del material a edades tempranas, pues cuanto mayor es el desarrollo de éstas tanto más disminuye la relación entre la resistencia a largo y corto plazo (Fig. 2.10).

Relación entre resistencias a compresión a 365 y a 7 días

4

3,5

3

2,5

2 0

5

10

15

20

25

30

Resistencia a compresión a 7 días (MPa)

Figura 2.10 Relación entre la resistencia a compresión a 365 y a 7 días para materiales granulares mezclados con distintos contenidos de cemento con aproximadamente un 50% de adiciones activas.

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2.4.1.6 Influencia de la temperatura La resistencia de un material tratado con cemento aumenta al ir progresando las reacciones de hidratación del conglomerante. A su vez, el ritmo de desarrollo de estas últimas en la etapa inicial se incrementa con la temperatura.

2.4.2 Módulo de elasticidad El módulo de elasticidad de una capa de firme es indicativo de su capacidad de reparto de tensiones, tanto hacia las capas inferiores, en caso de existir, como a la explanada. A igualdad de espesor, cuanto mayor es dicho módulo, las deflexiones que se originan son más reducidas y uniformes, sin valores máximos acusados bajo los puntos de aplicación de las cargas (Fig. 2.3). En general, los materiales tratados con cemento presentan un comportamiento elástico marcadamente lineal al menos hasta alcanzar un porcentaje importante de su tensión de rotura, y su módulo de elasticidad puede considerarse prácticamente constante en el rango de tensiones dentro del cual suelen trabajar. En la Tabla 2.4 se indican valores habituales del módulo de elasticidad a largo plazo de materiales tratados con cemento. Tabla 2.4

Valores habituales del módulo de elasticidad (dinámico) a largo plazo de materiales tratados con cemento.

MATERIAL Suelocemento con suelos granulares Suelocemento con zahorras Gravacemento Gravacemento de alta resistencia Hormigón magro compactado Hormigón compactado

MÓDULO (MPa) 5.000 – 8.000 8.000 – 18.000 18.000 – 22.000 22.000 – 28.000 28.000 – 32.000 32.000 – 35.000

Por otra parte, se debe tener en cuenta que puede haber diferencias entre los módulos de elasticidad obtenidos a partir de ensayos de compresión y de tracción directa (Fig. 2.11), o entre los hallados a partir de ensayos estáticos y dinámicos (estos últimos suelen dar valores más altos, entre un 10 y un 15%).

1,75 TRACCIÓN

COMPRESIÓN / MÓDULO A

RELACIÓN MÓDULO A

2

1,5 1,25 1 0,75 0,5 0

20 40 RESISTENCIA A COMPRESIÓN (MPa)

60

Figura 2.11 Relación entre los módulos a compresión y a tracción para materiales tratados con cemento.

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2.4.3 Coeficiente de Poisson Normalmente, se suele adoptar en los cálculos analíticos un coeficiente de Poisson de 0,25 para mezclas con cemento de materiales granulares, o de suelos con porcentajes apreciables de grava, si bien pueden presentar valores inferiores, de 0,20 ó incluso menores. En el caso de utilizar suelos más finos, el valor del coeficiente aumenta hasta 0,25-0,30 para suelos limosos ó 0,30-0,35 para suelos arcillosos. No obstante, el valor adoptado tiene poca influencia en la estimación de las tensiones provocadas por las cargas.

2.4.4 Comportamiento a fatiga Los materiales tratados con cemento están sujetos a fenómenos de fatiga, es decir, que, para solicitaciones repetidas, la rotura se produce para una tensión inferior a la que produce la rotura bajo carga estática. Dado que el tráfico actúa por repetición de cargas, resulta fundamental conocer la relación entre las tensiones soportadas y el número de repeticiones de estas solicitaciones que producen el agrietamiento del material (ley de fatiga). El comportamiento real del material indica la existencia de un límite de fatiga, es decir, que por debajo de un determinado valor de la tensión repetida que soporta el material (normalmente en torno al 40 - 50% de su resistencia a flexotracción), el material podría soportar teóricamente un número infinito de aplicaciones de la carga que la provoca (Fig. 2.12).

Cociente tensional (σ/RF )

1 RANGO EN QUE LA LEY DE FATIGA PUEDE CONSIDERARSE LINEAL

0,9

0,8

0,7

0,6 ASÍNTOTA 0,5 1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

1,E+06

1,E+07

1,E+08

Número de aplicaciones de carga Figura 2.12 Ejemplo de ley de fatiga.

Aunque la función f que relaciona log N con el cociente tensional σ/RF no es exactamente lineal, sí se asemeja mucho a una recta. Por ello, se suelen adoptar

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como leyes de fatiga de las mezclas con cemento relaciones lineales∗ como la siguiente:

σ RF

 1 = 1 −   · log N a

en donde: σ: tensión de flexotracción provocada por una determinada carga; RF : resistencia a flexotracción del material; N: número de aplicaciones de la carga provocando la tensión σ que puede soportar el material hasta rotura. a: coeficiente cuyo valor está comprendido entre 12 y 15. La tensión máxima que puede soportar el material durante un millón de ciclos varía entre el 40 y el 50% de la tensión de rotura.

REDUCCIÓN DE LA VIDA TEÓRICA DE SERVICIO

Las leyes teóricas de fatiga utilizadas habitualmente para materiales tratados con cemento presentan pendientes muy reducidas, por lo que ligeros aumentos del espesor de las capas, al reducir el valor de la relación σ/RF, aumentan notablemente la vida de servicio del firme y viceversa (Fig. 2.13).

100% 80% 60% 40% 20% 0% 0%

5%

10%

15%

20%

VARIACIÓN SOBRE EL ESPESOR ORIGINAL

Figura 2.13 Reducción del número teórico de aplicaciones de carga que puede soportar un firme semirrígido (18cm MB+20cm SC sobre explanada E3) al disminuir el espesor teórico de la capa de material tratado con cemento.

En España se suele utilizar para gravascemento la ley de fatiga del Instituto Eduardo Torroja (1979):

σ RF

= 1− 0,065 · log N

∗

Hay que indicar, no obstante, que la aproximación de la curva de fatiga mediante una recta es válida dentro del rango comprendido entre 102 y 107 aplicaciones de carga. Por encima del mismo, la curva de fatiga suele disminuir su pendiente, tendiendo hacia la horizontal (Fig. 2.12).

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que corresponde a un valor de “a” muy próximo a 15. Esta misma ley se considera válida para todos los materiales tratados con cemento, introduciendo el valor de RF que corresponda al material que se considere. Sin embargo, en el caso de sueloscemento algunos organismos (IECA, Ministerio de Fomento) aplican los criterios franceses y adoptan para “a” un valor igual a 12, con lo que la ley de fatiga puede escribirse entonces en la forma:

σ RF

= 1− 0,0833 · log N

Otro aspecto a destacar es que al tratarse de materiales frágiles sólo admiten pequeñas deformaciones a tracción antes de su rotura, del orden de 20 a 40 microdeformaciones.

2.4.5 Correlaciones entre características mecánicas En muchas ocasiones es útil disponer de correlaciones entre los resultados de diferentes ensayos, de manera que se pueda estimar razonablemente una determinada característica mecánica del material aunque no se disponga de datos directos. Las correlaciones más utilizadas son las existentes entre las características que se miden habitualmente, resistencia a compresión y a tracción indirecta, y otras más difíciles de evaluar mediante ensayos, como la resistencia a flexotracción del material (que es la que mejor reproduce su forma de trabajo) o su módulo de elasticidad (parámetro fundamental para evaluar su respuesta estructural). Las correlaciones entre las propiedades mecánicas difieren según el tipo de material tratado con cemento, y en cualquier caso, se deben utilizar únicamente para estimar órdenes de magnitud.

2.4.5.1 Relación entre la resistencia a compresión y a flexotracción En estos materiales, tal y como se puede apreciar en la Fig. 2.14, la resistencia a flexotracción aumenta en menor medida que su resistencia a compresión. Por tanto, la relación (RC/RF) es mayor para los materiales que presentan resistencias más altas.

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RESISTENCIA A FLEXOTRACCIÓN (MPa)

7 6 5 4 3 2 1 0 0

10

20

30

40

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (MPa)

Figura 2.14 Relación entre resistencia a compresión y a flexotracción para materiales tratados con cemento.

En la Tabla 2.5 se muestran valores aproximados de esta relación para los distintos materiales tratados con cemento incluidos en este Manual. Se puede comprobar como la relación aumenta con la resistencia del material. Tabla 2.5

Relación entre resistencias a compresión y a flexotracción para materiales tratados con cemento.

MATERIALES Sueloscemento Gravascemento y hormigones compactados

RELACIÓN (RC/RF) 4–5 5–6

2.4.5.2 Relación entre la resistencia a compresión y a tracción indirecta Pese a que ambas resistencias son sencillas de medir, puede resultar interesante conocer la correlación existente entre ambas. Para sueloscemento y gravascemento la relación (RC/RTI) suele encontrarse entre 8 y 10 (véase el ejemplo de la Fig. 2.15). Al igual que ocurre en el caso de la resistencia a flexotracción, cuando las resistencias del material aumentan, la relación pierde la condición lineal y la resistencia a tracción crece en menor medida que la de compresión.

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RESISTENCIA A T. INDIRECTA(MPa)

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1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0

4

8

12

16

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (MPa)

Figura 2.15 Ejemplo de correlación entre la resistencia a compresión y a tracción indirecta de una gravacemento (datos para edades de 7 y 90 días). Se puede apreciar que la relación entre dichas resistencias presenta un valor en torno a 10.

2.4.5.3 Relación entre la resistencia a compresión y el módulo de elasticidad Generalmente, no se dispone de medidas directas del módulo de elasticidad del material, y por tanto se suele estimar a partir de expresiones de tipo potencial, similares a las admitidas para el hormigón vibrado, que lo relacionan con su resistencia a compresión (véanse Fig. 2.16 y 2.17).

60 COMPRESIÓN (GPa)

MÓDULO DE DEFORMACIÓN EN

70

50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

RESISTENCIA A COMPRESIÓN (MPa)

Figura 2.16 Relación entre el módulo de elasticidad (estático) y la resistencia a compresión de materiales tratados con cemento de distintas edades y características.

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10000 COMPRESIÓN (MPa)

MÓDULO DE DEFORMACIÓN A

12000

8000 6000 4000 2000 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

RESIST. COMPRESIÓN (MPa)

Figura 2.17 Relación entre módulo de elasticidad (dinámico) y la resistencia a compresión para sueloscemento de distintas edades y características.

Cada tipo de material tiene una relación distinta entre el módulo de elasticidad y la resistencia a la rotura. Por ejemplo, para una misma resistencia, el módulo de una gravacemento, aún con un contenido de cemento más reducido, es mayor que el de un suelocemento, como consecuencia de su esqueleto mineral (Fig. 2.18).

Módulo en compresión (GPa)

30 Zahorras con cemento Suelos y arenas con cemento

25 20 15 10 5 0 0

2

4 6 8 Resistencia a compresión (MPa)

10

Figura 2.18 Módulo de elasticidad (dinámico) en función de la resistencia a compresión para distintas mezclas con cemento.

2.5 PROPIEDADES TÉRMICAS Las propiedades térmicas de las mezclas con cemento tienen un gran interés, puesto que de sus valores dependen: El desarrollo de gradientes de temperatura en las capas del firme provocados fundamentalmente por los cambios de temperatura entre el día y la noche.

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Los cambios de longitud entre verano e invierno en las “losas” en que queda dividida la capa de material tratado, que dan lugar a una mayor o menor abertura de las juntas y grietas de retracción. Y, por lo tanto, las tensiones de origen térmico. Todos estos fenómenos tienen una gran influencia tanto en el desarrollo de fisuras en las capas tratadas con cemento como en su posible reflexión en las capas superiores de mezcla bituminosa. En la Tabla 2.6 se muestran algunos valores medios de los parámetros térmicos de materiales tratados con cemento. Tabla 2.6

Valores aproximados de los parámetros térmicos de materiales tratados con cemento.

PARÁMETRO TÉRMICO

VALORES APROXIMADOS 0,6.10-5 /ºC ARIDO CALIZO ARIDO SILÍCEO 1,3.10-5 /ºC 1,5 W/ºC.m GC, GCA, HMC Y HC 1,15 W/ºC.m SC 840 – 1170 J/kg.ºC 3 – 6 .10-3 m2/h

Coef. de dilatación térmica Conductividad térmica Calor específico Difusividad térmica

El coeficiente de dilatación térmica, el cual depende fundamentalmente de la naturaleza de los áridos, es uno de los factores que más influye en los cambios dimensionales de los materiales tratados con cemento. Los áridos calizos presentan los valores más bajos para este parámetro y por tanto se ven menos afectados por las variaciones térmicas.

2.6 RETRACCIÓN Durante el fraguado y endurecimiento de los materiales tratados con cemento se produce una pérdida paulatina de agua como consecuencia de los procesos de hidratación y de secado. Esto conlleva un cambio de volumen del material conocido como retracción. El valor de ésta depende de factores tales como el contenido de cemento, el tipo de suelo o material granular, el contenido de agua, el grado de compactación y las condiciones de curado del material. Ahora bien, esta retracción tiene escasa importancia en los materiales tratados con cemento en comparación con los cambios dimensionales originados por las variaciones de temperatura entre el día y la noche o entre verano e invierno (retracción térmica).

2.7 CAMBIOS DIMENSIONALES Los cambios dimensionales que se producen en los materiales tratados con cemento, ya sean por retracción hidráulica o térmica, tienen una gran influencia en el fenómeno de su fisuración. Los cambios volumétricos debidos a la retracción provocan la fisuración inicial del material que se produce a edades tempranas, mientras que los debidos a gradientes térmicos provocan la apertura de estas fisuras y su reflexión a las capas superiores de mezclas bituminosas. El fenómeno se produce de la siguiente manera:

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Durante el fraguado inicial del material se produce una contracción por pérdida de agua y temperatura. El movimiento de retracción hace que aparezcan esfuerzos de rozamiento entre la capa y su soporte. Cuando estos esfuerzos igualan o superan la resistencia a tracción del material tratado con cemento, que a edades tempranas es muy reducida, se produce la fisuración en losas. Por lo tanto, la resistencia a tracción R, el coeficiente de rozamiento con el soporte µ y la densidad del material γ son los elementos que influyen de manera esencial en la iniciación de las grietas de retracción. Igualando los esfuerzos de rozamiento a la resistencia a tracción (Fig. 2.19) se obtiene la relación: L =

2R

µ .γ

L/2

TENSIONES TOTALES MOVILIZADAS

h

R. h

γ . h . L/2 . µ

VARIACIÓN DE TENSIONES DE ROZAMIENTO

EQUILIBRIO: γ . h . L/2 . µ = R. h

Figura 2.19 Determinación de la separación media entre fisuras en capas tratadas con cemento.

La distancia media L entre fisuras en los materiales tratados con cemento es directamente proporcional a la resistencia a tracción del material a corto plazo. Si se dejaran fisurar libremente, las distancias entre fisuras serían normalmente del orden de 3 a 6 m para suelocemento, 5 a 10 m para gravacemento y 8 a 15 m para hormigones compactados.

A largo plazo, una vez que el material tratado con cemento ha sido recubierto con una capa bituminosa, los movimientos de las fisuras, debidos a las variaciones diarias o estacionales de la temperatura, pueden iniciar a su vez fisuras en la mezcla bituminosa y provocar su propagación hasta la superficie de la carretera (fenómeno de reflexión de grietas). El fenómeno se puede evitar si el material tratado se prefisura a distancias cortas.

2.8 DURABILIDAD 2.8.1 Comportamiento frente a heladas El fraguado de los materiales tratados con cemento se puede ver retardado, e incluso detenido, cuando tiene lugar en periodo de heladas, debido entre otras

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causas a que las reacciones químicas que dan lugar al mismo dependen de la temperatura. Por otra parte, la acción expansiva del agua intersticial puede dar lugar a una descompactación del material. En los firmes en servicio, las capas bituminosas suelen asegurar la necesaria protección térmica para evitar que se produzca la congelación del agua dentro del material tratado con cemento. En capas de hormigón compactado sin ninguna protección superficial, la gran compacidad de este material es suficiente para garantizar una adecuada resistencia a las heladas.

2.8.2 Comportamiento frente a temperaturas elevadas Las propiedades mecánicas de los materiales tratados con cemento no varían con la temperatura, al contrario de lo que ocurre con las mezclas bituminosas. No obstante, hay que indicar que en obras ejecutadas en inviernos fríos se pueden producir fenómenos de pandeo al experimentar la capa construida una elevación de temperatura, como consecuencia por ejemplo de una ola de calor, cuyos efectos pueden verse aumentados si coincide con la extensión en la misma época de la mezcla bituminosa de la capa superior. Dichos pandeos se producen sobre todo en juntas de construcción en las que no se haya cuidado su verticalidad mediante alguna de las medidas que se indican en el Capítulo 6.

2.8.3 Comportamiento frente a ambientes agresivos Los terrenos y aguas subterráneas con yeso u otros tipos de sulfatos (de sodio, magnesio o potasio) pueden atacar a las mezclas con cemento. Dicho ataque se puede originar de varias formas, pero el más peligroso se produce al reaccionar los sulfatos con el aluminato tricálcico hidratado de la pasta de cemento, lo que da lugar a cristales de sulfoaluminato tricálcico hidratado, también conocido como ettringita. Esta reacción es muy expansiva (el aumento de volumen es de unas dos veces y media) y puede llevar a la desintegración de la capa tratada con cemento. La rapidez y la importancia de estos ataques aumentan a medida que se incrementan tanto la concentración de los sulfatos en las aguas que pueden ponerse en contacto con las capas tratadas, como la temperatura (Capítulo 3). Cuando se prevea la posibilidad de ataques por sulfatos se deben utilizar cementos resistentes a estos compuestos.

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Capítulo

MATERIALES BÁSICOS En este capítulo se describen las características de los diversos materiales básicos que se emplean en las mezclas con cemento. Se han tenido en cuenta los criterios contenidos en las especificaciones españolas y se han incluido algunas recomendaciones complementarias.

3.1

INTRODUCCIÓN Los materiales tratados con cemento están constituidos por una mezcla homogénea de materiales granulares (áridos o suelos), cemento, agua, y en su caso, aditivos. Los materiales granulares son los que intervienen en mayor proporción en la mezcla ya que constituyen aproximadamente el 90 – 95 % de la masa total. En el caso de las gravascemento u hormigones compactados (GC, GCA, HMC y HC) se utilizan zahorras artificiales obtenidas a partir de la composición de dos o más fracciones granulométricas de árido. En los sueloscemento es más frecuente el empleo de suelos o zahorras naturales, aunque también se pueden utilizar materiales machacados procedentes de cantera, excavaciones, o incluso zahorras artificiales, siendo suficiente en estos casos que cumplan las mismas prescripciones exigidas a los suelos. Por otra parte, en estas aplicaciones se suelen utilizar cementos con contenidos elevados de adiciones y resistencias moderadas, que presentan retracciones térmicas reducidas y mayores plazos de trabajabilidad de las mezclas. En general, se pueden utilizar aguas potables o que hayan sido sancionadas por la experiencia como aceptables. Los únicos aditivos que se suelen emplear son los retardadores de fraguado para aumentar los plazos de trabajabilidad. En el curado de las mezclas con cemento se suelen emplear emulsiones bituminosas que impermeabilizan la superficie del material para evitar que pierda agua.

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ÁRIDOS Los áridos empleados deben proceder de la trituración de piedras de cantera o gravera, tener buena calidad, y presentar una granulometría ajustada a un huso, especialmente para su empleo en gravascemento, donde se deben conseguir resistencias apreciables con contenidos bajos de cemento. En los materiales de mayor resistencia que la gravacemento la calidad de los áridos no influye excesivamente en el valor final de la resistencia, pero sí juega un papel importante en su comportamiento.

Foto 3.1

Áridos de diferentes tamaños.

Se pueden emplear asimismo productos inertes de desecho o subproductos industriales o mineros estables. En España hay experiencias, por ejemplo, con materiales reciclados de firmes, estériles de mina de carbón o escorias de horno alto. Para obtener un material con una adecuada calidad, el conjunto de los áridos debe tener las siguientes características: Esqueleto mineral compactable y no segregable, que proporcione un material homogéneo y con una superficie de capa regular. Estabilidad de la mezcla compactada antes de endurecer, para soportar el paso del tráfico de obra sin deformarse. Adherencia adecuada con la pasta de cemento, que permita obtener una resistencia suficiente. Ausencia de componentes que puedan ser lixiviados, dando lugar a disoluciones que puedan significar un riesgo potencial para el medio ambiente o para los elementos de construcción situados en sus proximidades. Estabilidad físico-química y volumétrica, incluso en presencia de agua. Los áridos no deben ser susceptibles de meteorización o de otras alteraciones apreciables bajo las condiciones más desfavorables en servicio. Se debe controlar especialmente la presencia de áridos que puedan reaccionar con los álcalis del cemento. Ausencia de sustancias perjudiciales, que afecten a la durabilidad de la capa o al fraguado del cemento.

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En la Tabla 3.1 se recomiendan una serie de características que deben cumplir los áridos para que al mezclarlos con cemento resulte un material con un comportamiento adecuado. Tabla 3.1

Características recomendables de los áridos para la fabricación de gravacemento y hormigón compactado.

CARACTERÍSTICA

LIMITACIÓN

Máx. % de finos (pasa UNE 0,063)

7%

Mín. % de finos (pasa UNE 0,063)

3%

Tamaño máximo

25 – 50 mm*

OBJETIVO DE LA LIMITACIÓN Mejorar estabilidad del esqueleto mineral. Evitar contenidos excesivos de cemento. Evitar dificultades en la compactación. Evitar dificultades en la compactación. Evitar pastas de material cementante poco resistentes. Evitar segregaciones superficiales. Facilitar la compactación. Evitar segregaciones. Mejorar la regularidad superficial. Esqueleto mineral estable. Facilitar la compactación. Disminuir el contenido de cemento necesario. Aumentar el rozamiento interno de los áridos.

Continuidad granulométrica dentro de un huso

Plasticidad del árido fino

(tráfico pesado) NP y EA > 35 –40 * o bien EA > 30 y VAM < 10 g/kg (tráfico ligero) LL10) suelen surgir problemas de segregación de los gruesos al verter en la tolva de recepción de la amasadora, y de adherencia del suelo a las paredes de las tolvas, si bien esto último se puede intentar solucionar disponiendo placas de teflón en las mismas. Estos hechos producen un gran desgaste de sus paredes y problemas de alimentación a la amasadora, ya que se forman con gran frecuencia bóvedas que hay que eliminar mediante picado con varilla. En estos casos puede ser interesante la mezcla in situ del suelocemento. Se debe vigilar periódicamente el estado de las paletas de la amasadora y sustituirlas en caso de rotura, ya que se originan problemas por falta de homogeneidad de la mezcla, lo que provoca una merma importante de la calidad del producto. Hay que resaltar también los problemas que suelen surgir en las operaciones de arranque o parada de la planta, principalmente en las básculas de pesaje, de los áridos y el cemento, y en todos los elementos móviles, hasta alcanzar el régimen de funcionamiento apropiado. Por ello, se debe prestar especial atención a la calidad del producto fabricado en las primeras amasadas tras cada parada. Además, se debe realizar un mantenimiento regular de la planta, que evite problemas tales como: Averías de cintas transportadoras: correas trapezoidales destensadas, rodillo en mal estado, reductor averiado, etc. Averías en el sinfín del cemento: atascos, fugas, rotura de los manguitos de unión, etc. Desajuste de las básculas o sistemas de dosificación. Fugas de aire en los sistemas neumáticos. Averías de los sistemas eléctricos. La limpieza de toda la planta en general y particularmente de la amasadora y equipos de dosificación, con agua y/o aire a presión, la limpieza de los filtros (compresores, agua, respiradero de las tolvas de cemento) y el engrase de todos los motores es una tarea fundamental para el mantenimiento y correcto estado de toda la planta. No se debe olvidar nunca, que un mal aprovechamiento de la planta instalada o un bajo rendimiento, repercute en la ejecución de la capa (falta de regularidad superficial) y en el coste de la unidad de obra.

6.15.2 Problemas durante el transporte Durante las operaciones de transporte hay que cuidar que no se produzcan segregaciones de los áridos o pérdida de humedad de la mezcla. Para reducir ésta última, especialmente en épocas calurosas o con presencia de viento, se debe cubrir la caja del camión con lonas. Además, hay que coordinar adecuadamente estas operaciones con el rendimiento de la extendedora para

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evitar tanto una alimentación irregular de la misma como la acumulación de camiones parados en el tajo de extensión.

Foto 6.14

Descarga desde la amasadora al camión en tres montones para evitar que se produzcan segregaciones.

6.15.3 Problemas durante la extensión En la extensión se pueden presentar problemas de segregación de los áridos o formación de nidos de áridos gruesos. Los primeros están producidos generalmente por los sinfines de las extendedoras y se suelen presentar en los bordes o en el centro de la franja extendida. Una posible solución, aparte de ajustar mejor la fórmula de trabajo o resolver problemas del equipo como la falta de topes en el centro del sinfín, es ampliar el ancho teórico de extensión para evitar que los bordes con segregación formen parte del mismo. Para la corrección de pequeñas segregaciones puntuales se puede disponer de personal que retire los gruesos segregados con un rastrillo. Por otro lado, hay que cuidar que el tensado del cable de nivelación del equipo de extensión sea adecuado y que las distancias entre piquetes no sean excesivas.

6.15.4 Problemas durante la compactación Nunca se debe extender aquel material que visualmente se aprecie seco a su llegada al tajo de extensión. Si no se detecta en la recepción pero durante la compactación sí se aprecia que la mezcla está seca, se debe intentar obtener la densidad de referencia aumentando la energía de compactación. Si no se consigue, hay que rechazar el material. Si la desecación es únicamente superficial, se puede humedecer el material pulverizando agua en su superficie, teniendo en cuenta que esto puede suponer una disminución de su resistencia en los centímetros superiores de la capa.

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Extensión de un material excesivamente seco y con algunos problemas de segregaciones.

Si por el contrario el material está excesivamente húmedo, resulta difícil lograr la densidad adecuada ya que ello da lugar a “colchoneos” o desplazamientos del material, que se ondula escapando del rodillo. Además, se producirá una caída de la resistencia del material. En estos casos, la solución más adecuada es eliminar el material, para lo cual es imprescindible disponer permanentemente de una retroexcavadora junto a la extendedora. Otra solución consiste en airear el material un cierto tiempo con el fin de reducir ligeramente su humedad. Sin embargo, este último procedimiento se debe controlar escrupulosamente intentando que se compacte el material lo antes posible, ya que al seguir avanzando el tajo y ante la monotonía del trabajo, es usual que los compactadores no vuelvan a las zonas hasta que están excesivamente secas, quedando entonces estos tramos con una densidad reducida. La aparición de arrollamientos, huellas o marcas superficiales suele ser debida a pequeñas variaciones de la fórmula de trabajo, principalmente de la humedad o de la granulometría, sobre todo en cuanto al contenido de finos. Otro problema que se puede presentar es el de la obtención de una densidad media análoga a la especificada pero con una fuerte dispersión, o bien, una densidad media inferior a la de referencia. El primer caso, es decir, de una fuerte dispersión de las densidades obtenidas, puede deberse a alguna de las siguientes causas: Heterogeneidad en el trabajo de los equipos de compactación. Es recomendable, en este caso, dar nuevas instrucciones a los maquinistas. Variaciones en la granulometría del material, lo cual puede ser originado por un mal funcionamiento de la planta, que debe entonces ser corregida. Heterogeneidad del soporte. Lo más adecuado es adecuar el plan de compactación a las variaciones del mismo. El segundo caso, es decir, de una densidad inferior a la de referencia, se puede deber a alguna de las siguientes causas:

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Superación del tiempo de trabajabilidad del material. En tal caso, hay que emplear un retardador de fraguado, o bien corregir la dotación del mismo. Desajuste de los parámetros del compactador. En este caso, hay que ajustar de nuevo la amplitud, la frecuencia o la presión de las ruedas. Incumplimiento del plan de compactación. En tal caso, hay que efectuar un control más intenso. Modificación de la granulometría incrementándose el porcentaje de gruesos y reduciéndose el de finos. En este caso, hay que corregir la misma o bien cambiar el plan de compactación. Capacidad de soporte de la base inferior a la supuesta o espesores mayores que los especificados. En este caso, hay que incrementar la energía de compactación. Además de cuidar los aspectos mencionados, es fundamental mentalizar a los maquinistas de la importancia de su trabajo, quizás el más monótono y aburrido de toda la obra, dándoles instrucciones claras y simples. Es necesario, sobre todo, controlar la correcta realización y compactación de los tramos próximos a las juntas de trabajo, ya que se realizan a última hora del día, cuando el personal está más cansado y menos mentalizado para la obtención de una calidad adecuada.

6.15.5 Problemas durante el curado Durante la extensión del riego de curado los problemas que se producen más frecuentemente son: El riego de humectación no se hace, se hace tarde o no se repite cuando sea necesario. El riego de curado es escaso o no se cubre adecuadamente la superficie. No se elimina el riego de curado antes de extender el de adherencia. No se cubren los bordes y juntas de trabajo para evitar desecaciones.

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Capítulo

CONTROL DE CALIDAD En este capítulo se describen aquellos aspectos relativos al control de calidad de los materiales tratados con cemento para su utilización en capas de firme. Se analizan los controles que se deben realizar en cada uno de los procesos de construcción de la capa y del producto final. Asimismo, se recomiendan algunos sistemas para el análisis de los resultados de los ensayos de control y se indican las normas de aplicación para los mismos.

7.1

INTRODUCCIÓN El control de calidad está constituido por todas aquellas actividades que permiten comprobar, con un grado de confianza suficientemente elevado, que se cumplen las especificaciones del proyecto. Sirve de apoyo por tanto a la Dirección de Obra, pero también al Contratista que puede así determinar si el procedimiento de ejecución es adecuado y de esta manera disminuir el riesgo de que la capa construida no reúna las características especificadas y sea rechazada. El control de calidad se puede organizar mediante planteamientos muy simples, en los que un único equipo de control cubre las necesidades de la Propiedad y de la Contrata, o mediante otros planteamientos más complejos en los que hay un autocontrol por parte del contratista y un control por parte de la Propiedad. En algunos países se separa totalmente el control del proceso, realizado por el Contratista, del control del producto terminado, realizado por la Propiedad. En este capítulo se exponen los procedimientos de control más usuales para las unidades de obra de materiales tratados con cemento, sin diferenciar entre aquellos propios del control de la Propiedad o de la Contrata, ya que la división entre unos y otros puede variar en función de la organización específica de la obra. Los procedimientos de control incluyen una serie de actividades que se pueden agrupar en inspecciones y ensayos. Las inspecciones se deben dirigir a todo el proceso de manera que se asegure, en la fabricación del material y en la

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ejecución de la capa, que se cumplen las reglas de buena práctica expuestas en los Capítulos 5 y 6. Los ensayos específicos de control tienen la función de comprobar que el material se fabrica según la fórmula de trabajo y que la capa colocada en el firme cumple con las especificaciones del proyecto. Una parte se basa en la toma de muestras del material fabricado y en su ensayo en laboratorio, y otra se realiza directamente en la capa ejecutada. Una parte muy importante del control es la calibración y puesta a punto de todos los equipos de ensayo para evitar que las variaciones en los resultados se puedan deber a fallos o imprecisiones de los mismos.

7.2

ORGANIZACIÓN DEL CONTROL DE CALIDAD La obra debe contar con un plan o esquema de calidad que señale como se organiza el control para conseguir un producto dentro de la calidad exigida. El Plan de Calidad debe definir claramente las siguientes cuestiones: La organización de la obra para garantizar el correcto ordenamiento de las diferentes tareas elementales. La forma de ejecutar los distintos tajos o tareas que tengan incidencia en la calidad de la obra, y en particular, la composición de los diferentes equipos de obra. La organización del proceso de control, que incluirá la definición de los siguientes aspectos: –

Lotes y frecuencias de ensayo o inspección.

–

Determinaciones o comprobaciones por lote.

–

Características a ensayar o inspeccionar.

–

Calibraciones periódicas.

–

Puntos de control.

–

Métodos de toma de muestras.

–

Métodos de ensayo.

–

Sistema de archivo y almacenamiento de muestras.

–

Informes periódicos, registro y archivo de los resultados

Sistemas de detección y aviso de anomalías o no-conformidades (incumplimiento de procesos o especificaciones). En este sentido deben definirse: –

Tolerancias.

–

Niveles de alarma.

–

Niveles de no-conformidad.

–

Criterios de aceptación y rechazo.

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Sistemas de corrección de anomalías y tratamiento de noconformidades (colocación del material, previa aceptación de la Propiedad; reubicación del material, para una aplicación alternativa; o rechazo del material). En su caso debe incluir también cómo se organiza y coordina el trabajo de las distintas unidades de control presentes en la obra y el tratamiento que se debe dar a los resultados discrepantes de los distintos laboratorios. El Plan de Control se aplica a las siguientes fases de la fabricación y ejecución: 1. Control de materias primas en origen. 2. Control de fabricación de la mezcla con cemento. 3. Control de ejecución. 4. Control de producto terminado. Actualmente, en obras de una cierta importancia la organización del control de calidad de la obra se basa en el autocontrol por parte del Contratista (control interior), que crea su propia organización y asigna los medios suficientes para realizar los ensayos y vigilar los procesos constructivos. La Propiedad se encarga de comprobar que se ha implantado el sistema de autocontrol y que éste funciona (control exterior), realizando únicamente algunos ensayos de contraste para comprobar los efectuados por el Contratista. Al final de la obra, la Propiedad realiza las determinaciones necesarias para la aceptación final del producto. Este control exterior lo realiza la Dirección de Obra con el auxilio de personal de la Propiedad o bien mediante contrato de una asistencia técnica. Para realizar el control interior de una determinada obra, el Contratista sigue las directrices marcadas por un Plan de Aseguramiento de la Calidad (PAC), que responde básicamente a lo señalado anteriormente. La realización del mismo es responsabilidad del Contratista, y su supervisión está a cargo de la Dirección de Obra. Dentro de la propia empresa constructora se establecen dos escalones de control, el interno y el externo. En el primero, el Contratista con sus propios medios (personal, laboratorio propio o contratado) realiza su propio control. En el segundo, se confía el control a agentes no relacionados directamente con los procesos de ejecución, que vigilan que el control interno se realice de acuerdo a los procedimientos establecidos.

Foto 7.1

Vista general de un laboratorio de obra.

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LOTES Y MUESTRAS En general, el control de calidad que se realiza sobre la mayoría de las unidades de obra de una carretera (salvo para algún elemento especial de gran repercusión) y en concreto sobre las capas de materiales tratados con cemento, es por muestreo. Es decir, a efectos de control se divide la obra en partes sucesivas denominadas lotes, y de cada uno de ellos se extraen una serie de muestras representativas, sobre las que se efectúa el control estadístico. La aceptación o rechazo del material que constituye el lote se decide sobre los resultados de las muestras tomadas. Los lotes son grupos, constituidos por elementos de una misma unidad de obra, que se pueden considerar homogéneos a efectos de su control (idénticos componentes, procesos de construcción, condiciones de ejecución, etc.). Algunos parámetros que puedan estar afectados por factores variables a lo largo del día pueden descomponerse en sublotes (humedad, densidad, etc. ). El tamaño del lote debe establecerse considerando: El ritmo de producción de la unidad de obra (uniformidad del proceso de ejecución y de las condiciones ambientales). El tiempo de reacción ante posibles resultados inconvenientes (tamaños de lote compatibles con la duración del ensayo de control). La definición del tamaño del lote se debe realizar cuidadosamente ya que tiene una repercusión importante en el coste de los medios asignados a tal efecto. Los mayores tamaños de lote llevan a un menor número de muestras y de ensayos, pero si la producción no es aceptable, el rechazo afecta a un mayor volumen de material. Por esta razón los lotes tienden a ser relativamente pequeños, y rara vez son superiores a un día de producción. En general, los lotes se suelen definir en función del tiempo o la cantidad producida (por ejemplo, la producción diaria, 500 m3 fabricados o 3.500 m2 ejecutados). La definición del lote por tiempo tiene la ventaja de que se disminuye el riesgo de materiales heterogéneos (al estar fabricado todo el lote en un tiempo dado, bajo los mismos condicionantes externos), y el inconveniente de que los lotes pueden contener cantidades distintas de material. La definición del lote por cantidad tiene las ventajas de que los lotes son constantes y los ensayos representan una misma cantidad de muestra. El principal inconveniente es que pueden contener materiales fabricados en distintos periodos de tiempo (días, horas, etc.) lo que aumenta el riesgo de que el material sea heterogéneo. De cada lote se deben tomar una serie de muestras representativas. La definición del lote no tiene un peso excesivo en los riesgos de aceptación, pero el número o tamaño de las muestras dentro del lote si la tiene, ya que afecta directamente al riesgo. Generalmente, un mayor número de muestras o un mayor tamaño de las mismas reducen el riesgo tanto del Contratista (que se rechace un material adecuado) como de la Propiedad (que se acepte un material inadecuado). Por tanto, la selección del tamaño de la muestra se debe realizar considerando los siguientes aspectos: El grado de dispersión de las unidades a controlar El grado de confianza que se desee obtener en el control

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El número de muestras, o frecuencia de ensayo, se puede definir también en varios niveles (normal, reducido, elevado) en función de los resultados que se vayan obteniendo. En los siguientes apartados de este capítulo se dan recomendaciones sobre el número de muestras a considerar para cada parámetro de control. Por otro lado, se debe tener en cuenta que las variaciones de los resultados de ensayos pueden tener su origen, además de en la heterogeneidad de los materiales, en las técnicas de muestreo y en la propia realización de los ensayos, por lo que es importante que estos aspectos queden definidos con precisión (procedimiento, puntos de toma de muestras y técnicas de ensayo). Conviene elegir las zonas de toma de muestras de forma aleatoria, de manera que cada punto de la superficie tenga la misma probabilidad de ser ensayado. No obstante, el muestreo aleatorio se debe realizar en determinadas franjas de la sección transversal (bordes, ejes, rodadas, etc.).

7.4

CONTROL DE MATERIAS PRIMAS

7.4.1 Control en origen Este control pretende garantizar que la calidad de las materias primas requeridas para la fabricación de las mezclas con cemento sea adecuada, que exista un volumen suficiente de las mismas, y que su suministro pueda ser continuo y sus características regulares. En esta fase se han debido realizar todos los ensayos previos para comprobar que se cumplen las características exigidas en las prescripciones técnicas para las materias primas que se vayan a utilizar: cemento, áridos o suelos, agua, retardadores o aditivos en su caso, productos de curado, etc. Los ensayos más comunes para estos materiales se describen en el Capítulo 3 y se revisan en el Apartado 7.4.2 al tratar del control de calidad en la central de fabricación. Se debe realizar un muestreo de los acopios de áridos o yacimientos de suelos que se vayan a utilizar en la obra para determinar la homogeneidad de sus características y, en caso necesario, tener en cuenta las desviaciones en sus propiedades en el estudio de la fórmula de trabajo. Por otra parte, se pueden detectar acopios o zonas del yacimiento inválidas para ser utilizadas. Es conveniente que las materias producidas fuera de la obra dispongan de un certificado de conformidad con las especificaciones que asegure que se fabrican de acuerdo con un procedimiento controlado, definido y riguroso. Además de la garantía que esto supone, se simplifican las tareas de control, que se pueden limitar en este caso a un muestreo de las características certificadas.

7.4.2 Control en central de fabricación El control de las materias primas en central de fabricación tiene por objeto verificar que son acordes con las prescripciones.

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7.4.2.1 Cemento Al comenzar la fabricación de las mezclas con cemento se deben realizar los ensayos físicos, químicos y mecánicos correspondientes a la recepción del conglomerante, según lo indicado en la Instrucción para la Recepción de Cementos. En el caso de suministros continuos o cuasi-continuos, el lote sometido a recepción debe ser la cantidad mensual recibida de un mismo tipo de cemento, siempre que no sobrepase la cantidad de 200 t en peso. Si el suministro mensual a obra supera dicha cantidad, el número de lotes sometidos a recepción será igual al de porciones de 200 t que puedan formarse, más un último lote con la fracción residual si ésta supera las 100 t. En el caso de suministros discontinuos, cada uno de ellos constituirá un lote. Estos ensayos podrán ser eximidos o simplemente muestreados por la Dirección de Obra cuando el cemento posea marca de calidad oficialmente reconocida por la Propiedad (AENOR o similar), debiendo no obstante guardar una muestra preventiva durante 100 días. A este respecto hay que indicar que el marcado CE no es una marca de calidad y por tanto no exime de la realización de los ensayos. Las muestras preventivas se deben tomar tanto de los vehículos de suministro como de los silos de la central de fabricación para detectar posibles contaminaciones o mezclas en la obra. También se debe comprobar que no se producen mezclas de cementos de distintos orígenes, aunque sean del mismo tipo. 7.4.2.2 Áridos Los áridos se examinan durante la descarga al acopio o alimentación a la central, desechando aquellos que a simple vista presenten materia vegetal o tamaños superiores al máximo. Se debe vigilar la altura de acopios, de tal forma que no se produzcan segregaciones, así como el estado de sus elementos separadores, en su caso.

Foto 7.2

Toma de muestras de áridos en la cinta transportadora.

Conviene tomar al menos 10 muestras por acopio para comprobar su homogeneidad. En caso de acopios heterogéneos, se puede proceder a su homogeneización por mezclado con otros más regulares. En su caso, hay que comprobar si la heterogeneidad existente permite fabricar un material con las características especificadas.

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Durante la fabricación del material tratado con cemento se recomienda realizar los ensayos especificados en la Tabla 7.1 seleccionando la periodicidad que se considere adecuada para la obra y teniendo también en cuenta la homogeneidad observada en los ensayos precedentes. Tabla 7.1

Frecuencias de muestreo recomendadas para ensayos sobre áridos.

CARACTERÍSTICA Granulometría Humedad natural Equivalente de arena Lajas Caras de fractura Coeficiente Los Angeles Materia orgánica Sulfatos

X (Baja) Cada 2 días ó 1.500 m3 Cada día ó 750 m3 Cada 2 días ó 1.500 m3

FRECUENCIA DE MUESTREO Y (Media) Z (Alta) Cada día ó 750 m3 2 cada día ó 400 m3 2 cada día ó 400 m3 4 cada día ó 200 m3 3 Cada día ó 750 m 2 cada día ó 400 m3

Cada mes ó 25.000 m3 Cada mes ó 25.000 m3 Al inicio de las obras

Cada 7 días ó 6.000 m3 Cada 7 días ó 6.000 m3 Cada mes ó 25.000 m3

Cada 3 días ó 3.000 m3 Cada 3 días ó 3.000 m3 Cada 7 días ó 6.000 m3

Cada mes ó 25.000 m3 Al inicio de las obras

Cada 7 días ó 6.000 m3 Cada mes ó 25.000 m3

Cada 3 días ó 3.000 m3 Cada 7 días ó 6.000 m3

Los resultados de granulometría se utilizan para analizar la homogeneidad del material. Las determinaciones de humedad permiten ajustar el agua que se añadirá en el mezclador. Conviene hacer al menos dos determinaciones diarias porque puede haber variaciones importantes. Si las tolvas están equipadas con sensores de humedad se deben calibrar a diario. La humedad se debe medir fundamentalmente en las arenas. Las características físicas de los áridos (coeficiente Los Angeles, lajas, caras de fractura) suelen ser bastante regulares y por tanto no necesitan una comprobación continua, salvo que se sospeche algún cambio en las mismas. Los análisis de elementos que puedan perturbar el fraguado de cemento se hacen en origen, y se comprueban en planta esporádicamente o cuando se sospeche alguna irregularidad de suministro. 7.4.2.3 Suelos Se deben examinar durante la descarga al acopio o alimentación a la central, desechando los suelos que a simple vista presenten materia vegetal, terrones de arcilla o tamaños superiores al máximo. Se acopiarán aparte aquellos que presenten alguna anomalía de aspecto, tales como distinta coloración, plasticidad, etc.

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Toma de muestras de suelos en el acopio.

Los criterios de control de suelos son similares a los que se han descrito para los áridos. Las frecuencias de muestreo recomendadas se indican en la Tabla 7.2. Tabla 7.2

Frecuencias de muestreo recomendadas para ensayos sobre suelos.

CARACTERÍSTICA Granulometría Humedad natural Límite líquido e índice plástico Materia orgánica Sulfatos

X (Baja) Cada 2 días ó 1.500 m3 Cada día ó 750 m3

FRECUENCIA DE MUESTREO Y (Media) Z (Alta) Cada día ó 750 m3 2 cada día ó 400 m3 2 Cada día ó 400 m3 4 cada día ó 200 m3

Cada 7 días ó 6.000 m3

Cada 3 días ó 3.000 m3

Cada día ó 750 m3

Cada mes ó 25.000 m3 Al inicio de las obras

Cada 7 días ó 6.000 m3 Cada mes o 25.000 m3

Cada 3 días ó 3.000 m3 Cada 7 días ó 6.000 m3

La aplicación de los resultados es similar a la señalada para los áridos. La plasticidad de los suelos es un elemento de aceptación o rechazo. En caso de sucesivos incumplimientos se deben localizar zonas del yacimiento que cumplan los requisitos o bien buscar otro yacimiento. 7.4.2.4 Agua Cuando no se posean antecedentes de su utilización se deberán realizar ensayos periódicos de las siguientes características del agua: pH, sulfatos, sustancias disueltas, hidratos de carbono y sustancias orgánicas solubles. Los resultados deben cumplir las especificaciones señaladas en el Capítulo 3. Estas características se pueden comprobar semanal o mensualmente si se considera suficiente. Además, se debe vigilar que no se produzcan contaminaciones en las instalaciones de almacenamiento o en las conducciones. 7.4.2.5 Retardadores de fraguado No se podrán utilizar aditivos que no se suministren correctamente etiquetados y acompañados del certificado de garantía del fabricante. Sobre el producto aceptado se llevarán a cabo comprobaciones periódicas de sus características de acuerdo con la norma UNE-EN 934-2.

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CONTROL DE FABRICACIÓN DE LA MEZCLA Esta fase de control tiene por objeto verificar que la mezcla fabricada cumple las especificaciones técnicas fijadas. Para alcanzar este objetivo se deben realizar las siguientes tareas: Inspeccionar y poner a punto los equipos o procedimientos de la central de fabricación para asegurar que el material producido se ajusta a la fórmula de trabajo y que es suficientemente homogéneo. Comprobar que las desviaciones de las proporciones de los constituyentes de la mezcla, a la salida de la planta de fabricación, no superan las tolerancias admitidas con respecto a la fórmula de trabajo. El control se dirige tanto a operaciones preventivas de inspección de los equipos y procedimientos de la central de fabricación, como a la evaluación directa del material fabricado.

7.5.1 Control de la central de fabricación 7.5.1.1 Inspección inicial de equipos y acopios Esta tarea consiste en la inspección visual de los elementos que componen la central, para comprobar si se cumplen las prescripciones establecidas para la obra y si son compatibles con un proceso de fabricación adecuado. Se deben verificar, entre otras, las siguientes cuestiones: Que la central cuenta con los dosificadores ponderales contemplados en las prescripciones. Que el número de silos o tolvas es compatible con la producción esperada. Que el mezclador se encuentra en buen estado y con sus elementos en la posición correcta. Asimismo, se deben verificar los elementos de pesada o de dosificación volumétrica, los elementos de control, alarma y regulación de la central y los de registro de datos. Otro aspecto importante es la inspección de acopios. Se debe verificar que los de material granular se encuentran adecuadamente separados, que se han realizado por tongadas, sin segregaciones ni contaminaciones, con materiales aprobados y en volumen suficiente. Asimismo, los dispositivos de almacenamiento de agua, cemento y, en su caso, aditivos deben tener capacidad suficiente para una operación continua. 7.5.1.2 Puesta a punto de la central La puesta a punto de la central consiste en ajustar el procedimiento de fabricación para obtener el material de acuerdo a la fórmula de trabajo establecida. Se puede considerar que el material fabricado se ajusta a la fórmula de trabajo cuando: Las desviaciones entre la masa teórica de áridos y la medida son inferiores al 2% en una muestra de al menos 10 t de áridos.

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Las desviaciones entre la masa teórica de conglomerante y la medida son inferiores al 1% en una muestra de al menos 50 kg de conglomerante. Si se utilizase un sistema de dosificación volumétrico, lo que no se recomienda porque da lugar a materiales muy heterogéneos, la muestra debe ser de unos 200 kg. Las desviaciones entre la cantidad teórica del agua y la medida son inferiores al 2% en una muestra de al menos una tonelada de agua. En la fase de puesta a punto de la central se debe comprobar además la resistencia sobre probetas fabricadas con el material producido. Los resultados que se obtengan posteriormente en el tramo de prueba pueden hacer necesaria una nueva modificación de la fórmula de trabajo, especialmente del contenido de agua. En caso de observarse que con un material fabricado de acuerdo con la fórmula de trabajo de laboratorio las resistencias difieren de las obtenidas en probetas de laboratorio y se considera necesario reajustar la misma lo más práctico es modificar la dosificación de cemento.

7.5.1.3 Control del funcionamiento de la central durante la ejecución de las obras Además de la inspección y puesta a punto inicial, se debe comprobar regularmente el correcto funcionamiento de los elementos de la central de fabricación, y en particular de los siguientes: Sistemas de dosificación de los distintos materiales de partida (cemento, suelo o áridos, aditivos y agua). Sistemas de registro. Tensión de las cintas transportadoras. Estado de las paletas. Acopios.

Figura 7.1 Sonda para la medida de la humedad de áridos en los acopios o las tolvas.

Los sistemas de dosificación de áridos, cemento y agua se deben calibrar en general una vez por semana y siempre que se detecten desviaciones continuadas respecto a la fórmula de trabajo. Las calibraciones se deben realizar en las proximidades del caudal que se vaya a dosificar y se debe contrastar en su Página - 10 -

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caso la exactitud de las pesadas, tomando muestras dosificadas de árido de las cintas y pesándolas posteriormente con un conjunto adecuado de pesas patrón. Se debe controlar regularmente el estado de los acopios y comprobar que se toman las muestras necesarias para determinar si las granulometrías y calidades determinadas en origen se mantienen. Para determinar la cantidad de agua que es necesario añadir a la mezcla resulta imprescindible controlar la humedad de los áridos diariamente, especialmente la de las arenas.

Si la central dispone de un sistema automatizado de toma de datos, se recomienda realizar un registro continuo de la composición del material fabricado de manera que se puedan detectar las desviaciones y disponer las medidas correctoras oportunas.

Foto 7.4

Caudalímetros.

En centrales discontinuas se debe vigilar periódicamente la duración del amasado para comprobar que coincide con el tiempo establecido. La calidad del mezclado se comprueba observando el aspecto de la mezcla a la salida del mezclador o en los camiones de transporte. Se deben rechazar todas aquellas partidas que estén segregadas o cuya envuelta no sea homogénea. En cualquier caso, se tendrá en cuenta lo siguiente: Si hay dudas de la homogeneidad del mezclado, se pueden tomar distintas muestras correspondientes a la carga de un camión o a una amasada, y comprobar sus constituyentes y resistencias. Si la central no es capaz de mezclar homogéneamente los componentes, se debe reducir la producción horaria hasta conseguir la homogeneidad necesaria. Si se producen segregaciones, se debe buscar su origen y modificar el proceso convenientemente.

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7.5.2 Control del material fabricado En esta fase, se deben determinar los contenidos de los distintos componentes de la mezcla (material granular, cemento y agua) sobre muestras del material fabricado, y compararlos con los especificados en la fórmula de trabajo: Si las desviaciones son inferiores a las tolerancias establecidas para la fórmula de trabajo, se acepta el material. En caso contrario, se rechaza o se adoptan las medidas contempladas en los documentos contractuales. Por consiguiente, será necesario definir por una parte unas tolerancias aceptables para el material fabricado y por otra una frecuencia de ensayos para el control de las mismas. Las tolerancias y la frecuencia de los controles dependerán de la importancia de la obra, del material de que se trate o de la capa donde se vaya a utilizar este material. Por tanto, será también necesario definir unos niveles de control adecuados a las exigencias de calidad deseadas y asociar a cada nivel unas tolerancias aceptables y una frecuencia de ensayos adecuada. Además, en obras importantes en las que haya un gran volumen de producción se podría disminuir la frecuencia de ensayos si se ha comprobado el correcto funcionamiento de la central. Las definiciones de los niveles de control para las tolerancias y las frecuencias de muestreo recomendadas se recogen en el Anejo 3. Se deben realizar al menos medidas de los siguientes parámetros: La granulometría de la mezcla de componentes en seco (UNE-EN 9331). La humedad de la mezcla (UNE 103300). El contenido de cemento de la mezcla. Al margen de esto, en la Tabla 7.3 se muestra un resumen de las tareas que se deben realizar durante la fase de control de la fabricación del material.

Figura 7.2 Mezcladora de doble eje horizontal con sensor para la medida automática de la humedad de la mezcla.

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Tabla 7.3 Resumen de tareas durante el control de fabricación INSPECCIÓN/ENSAYO Comprobación visual Granulometría, contenido de cemento, humedad Densidad y resistencia de probetas Registro de hora de fabricación Limpieza de los vehículos de transporte

PROPÓSITO Comparar con la apariencia normal respecto a granulometría, homogeneidad, envuelta y humedad. Asegurar que el material cumple especificaciones. Asegurar que el material cumple las especificaciones. Como referencia para ensayos de compactación. Comprobar que se ejecuta dentro del plazo de trabajabilidad. Evitar contaminaciones.

FRECUENCIA Cada camión Según prescripciones Según prescripciones

Cada camión Antes de cada carga

7.5.2.1 Toma de muestras Las muestras se deben tomar durante la descarga del mezclador o en algún punto del camión, generalmente a media altura de la carga (NLT-148). No es conveniente tomar muestras a la entrada del mezclador para determinar la granulometría combinada, ya que entonces no se tiene en cuenta la posible degradación granulométrica o la producción de finos debida al mezclado, y no se podría determinar el contenido de agua, que se debería hacer posteriormente. 7.5.2.2 Control de la composición granulométrica La granulometría se puede determinar en todos los tamaños que figuren en la fórmula de trabajo o si se desea simplificar el análisis y seguimiento, únicamente en una serie de tamaños característicos (con cinco suele ser suficiente). En este último caso, se suelen tomar el tamaño máximo, otro tamaño grueso característico, el tamiz de 2 mm, otro fino característico, y el tamiz de 63 micras. 7.5.2.3 Control del contenido de cemento En la actualidad, el contenido de cemento en el material fresco no se puede determinar mediante un método directo suficientemente preciso, lo que hace necesario recurrir a estimaciones o procedimientos indirectos. Los más usuales son: Fabricación de probetas y determinación de la resistencia mecánica del material a 7 días, ya que si la granulometría y contenido de agua son homogéneos, la resistencia depende directamente del contenido de cemento. Determinación del contenido de finos (material que pasa por el tamiz 0,063 mm UNE) sobre el material fresco. Si previamente se ha obtenido la granulometría del material a la entrada del mezclador y se ha estimado asimismo el porcentaje de finos que se produce en el mezclado, se puede calcular a su vez el contenido de cemento. Este procedimiento tiene el problema de que las desviaciones pueden ser relativamente importantes.

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Control del consumo medio de cemento. El principal inconveniente de este sistema es que no se basa en datos directamente recogidos por el control, sino en las informaciones suministradas por el fabricante. Registros de dosificación de la central. Este sistema puede presentar inconvenientes similares a los del anterior. Hay otros procedimientos para medir el contenido de cemento (ensayo químico BS 1924: Part 2; 1990, ASTM D5982-02; ASTM D2901-99; calorímetro UNE 80118), pero son de realización lenta, necesitan personal especializado, requieren calibraciones previas y no tienen una gran precisión, por lo que se deben considerar también como estimaciones. Dado que ninguno de los métodos de estimación del contenido de cemento es demasiado preciso, lo más recomendable es recurrir a más de uno de ellos simultáneamente para contrastar la validez de los resultados obtenidos.

7.5.3 Control de resistencias Aunque es más representativo el material tomado en el tajo de extensión, el control de la resistencia mecánica del material se suele realizar, por comodidad, sobre probetas fabricadas con material tomado a la salida del mezclador. La toma de muestras en el tajo de extensión se realiza bien en la tolva de la extendedora o bien en la cuchilla de la motoniveladora. Normalmente se determina la resistencia a compresión simple, y a veces la de tracción indirecta, sobre todo en el caso de hormigón compactado. En el control de la resistencia se debe verificar que la densidad a la que se compactan las probetas corresponde a la mínima exigida en obra y que la conservación de las mismas se realiza adecuadamente, y no a temperaturas superiores a las normalizadas. Por cada lote se deben comprobar como mínimo tres amasadas, valor que se puede reducir a dos en obras sometidas a tráficos ligeros. El número de probetas de cada amasada no deberá ser inferior a tres. La resistencia de referencia del lote se suele tomar como la media de las probetas fabricadas con material del mismo.

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CONTROL DE EJECUCIÓN Los objetivos del control de ejecución son los siguientes: Determinar si el apoyo de la capa es adecuado. Determinar si la resistencia del material se encuentra entre los límites, mínimo y máximo, especificados. Comprobar que la puesta en obra de los materiales es correcta. Determinar si la compactación del material ha sido adecuada. Comprobar que las juntas (de trabajo y en su caso las de prefisuración) se ejecutan correctamente. Comprobar que la geometría de la capa (espesor, anchura y cota) se ajusta a la de los planos. Evaluar si la regularidad superficial, longitudinal y transversal, cumple las prescripciones.

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Comprobar que el riego de curado, y el de protección en su caso, se ha ejecutado correctamente. Dentro del control de ejecución se pueden distinguir las siguientes actividades:

7.6.1 Control de la superficie de asiento En esta fase se determina la conformidad de la superficie de asiento con las prescripciones, especialmente en lo que se refiere a regularidad superficial, homogeneidad, integridad, ausencia de segregaciones, cota, densidad, y en su caso, capacidad de soporte. Antes de la extensión se debe comprobar también que la zona a pavimentar está limpia y despejada de obstáculos, que el tajo está debidamente acotado y señalizado para facilitar el acceso y la maniobra de los camiones, y que se han colocado y comprobado en su caso los elementos de guía de las extendedoras, tanto en perfil longitudinal como en cota. El control de la superficie de asiento se debe hacer con la antelación suficiente para permitir una puesta en obra sin interrupciones de la capa superior. En función de los resultados obtenidos se puede decidir la recompactación o reperfilado del apoyo, o la mejora puntual o general de la capacidad de soporte. Es muy importante conseguir una buena terminación en la capa de asiento, ya que sus irregularidades pueden reflejarse en la capa superior tratada con cemento en forma de variaciones de espesor, que en estos materiales tienen una gran importancia en el comportamiento del firme. Las irregularidades del apoyo influyen también en la regularidad superficial de la capa tratada con cemento. Si antes de la extensión de la capa superior, se riega con agua la superficie de apoyo, se debe comprobar que no quedan zonas secas o encharcadas.

7.6.2 Inspección de equipos de puesta en obra Antes del comienzo de la obra se debe comprobar que los equipos de puesta en obra son los requeridos y que se encuentran en buenas condiciones. Se debe verificar el estado y funcionamiento de todos los equipos que intervienen en el proceso, y especialmente: Elementos de transporte: limpieza antes de entrar a cargar, disponibilidad de elementos de cobertura, etc. Extensión: estado general del equipo y disponibilidad de los elementos necesarios, limpieza, buen funcionamiento de los controles, comportamiento en el tramo de prueba, especialmente de los sistemas de nivelación, y ausencia de segregaciones. Compactación: peso de compactadores, limpieza, colocación del lastre, funcionamiento de los elementos de vibración y de los manómetros que indican la presión de inflado. Ejecución de juntas en fresco: véase el Apartado 8.5. Curado: funcionamiento y posición de difusores, uniformidad y cobertura del riego. A lo largo de la obra se deben repetir periódicamente las inspecciones de los equipos (semanal o quincenalmente), y de forma especial si se detectan defectos en el material ejecutado, tales como falta de densidad, irregularidades

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superficiales, segregaciones, etc. Cada día se debe comprobar que el estado de limpieza de los equipos es adecuado.

7.6.3 Control de la puesta en obra Durante el proceso de ejecución hay que observar si las operaciones de transporte, extensión y compactación se realizan adecuadamente. Para ello se llevan a cabo las siguientes tareas: Inspección visual de la mezcla. Control de tiempo de ejecución. Control de la temperatura ambiente. Control de la temperatura de la mezcla. Control de la humedad del material. Control de la segregación del material. Control de la velocidad de extensión. Control de la prefisuración. Control de la compactación de la capa tratada. Control de las juntas de trabajo. Control del curado. La inspección visual de la mezcla a su llegada a obra tiene por objeto determinar, por el aspecto (color, homogeneidad y brillo), si se han producido segregaciones o pérdidas importantes de humedad. En caso de que se sospechen anomalías, se debe analizar la composición de los materiales mediante ensayos de laboratorio. Si se confirman las desviaciones, se debe entonces localizar el origen de las mismas para corregirlas. El control del tiempo que transcurre entre la fabricación y el final de la compactación, sirve para determinar si se está dentro del plazo de trabajabilidad definido para la temperatura de puesta en obra. El tiempo transcurrido se obtiene por diferencia entre la descarga del mezclador y la finalización de la compactación y debe llevarse a cabo para todo el material puesto en obra. Se suele realizar mediante los partes de salida de planta o mediante comunicación entre los equipos de inspección. En aquellos casos en que se haya sobrepasado el plazo de trabajabilidad para la temperatura de obra se debe retirar el material y modificar el proceso para evitar que se repita esta situación. Para los maquinistas puede ser útil que se les indique que se está alcanzando el final del plazo de trabajabilidad, empleando para ello por ejemplo pequeñas pizarras de distintos colores (roja la de la hora límite, verde hasta media hora antes y amarilla en la última media hora). Se debe medir la temperatura ambiente a lo largo del día para comprobar que no se superan los límites que fijan las prescripciones para la extensión del material, y que se corresponde con la adoptada para la determinación del plazo de trabajabilidad y para, en su caso, ajustar la dotación de retardador. El control de la humedad del material durante la compactación es una de las determinaciones más importantes, ya que influye decisivamente en el comportamiento de la mezcla. Se realiza para comprobar si la humedad se encuentra dentro del rango fijado (humedad definida más una tolerancia que generalmente debe estar comprendida entre –1 y +0,5%). Desde un punto de vista práctico es preferible llevar a cabo la medida al terminar la compactación, ya Página - 16 -

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que en una única medida se pueden controlar la humedad y la densidad. No obstante, siempre que se sospechen anomalías por el aspecto del material o bien por su comportamiento durante la extensión se debe pasar a controlar antes de la compactación, y preferiblemente antes de la extensión, para poder tomar las decisiones oportunas. Una manera de estimar rápidamente si la mezcla tiene exceso de humedad es tomar una muestra con la mano para ver su consistencia. Es conveniente realizar como mínimo dos determinaciones diarias de la humedad, y siempre que las condiciones meteorológicas (lluvia o subidas repentinas de la temperatura) o de extensión, puedan modificar el contenido de agua. Si el contenido de agua es más bajo que el admisible, se puede humedecer el material o aumentar la energía de compactación. Si por el contrario es más elevado, se debe rechazar el material antes de la puesta en obra, si se ha detectado a tiempo, o después de la compactación, si se comprueba que no se han podido conseguir las densidades mínimas fijadas. En los materiales tratados con cemento, la influencia del contenido de agua en las características del material, tanto en fresco como ya endurecido, es de gran importancia y del mismo orden que la del contenido de cemento.

Si se sospecha que se producen segregaciones en la extensión, se debe proceder al control de la segregación mediante la comparación de la densidad o de la granulometría en distintas muestras extraídas a la salida de la extendedora o del material extendido con la motoniveladora. Se pueden comparar muestras tomadas del borde y del centro de la banda extendida, o de las zonas superior e inferior de un mismo punto. Si se controla mediante la granulometría se debe comprobar que las diferencias en el contenido de arenas (cernido por el tamiz 4 mm UNE) no superen el 10% en ningún caso, o bien el 5% en obras que exijan una gran calidad de los materiales. Si se detectan anomalías, se deben verificar los procesos de vertido al camión desde el mezclador, de transporte y de extensión. Si se está colocando el material con extendedora, se debe comprobar que la velocidad de extensión no supera la definida en el tramo de prueba, la cual es generalmente del orden de 1-2 m/min. Si se ha definido una determinada precompactación, se debe vigilar que se mantiene la frecuencia de vibración y se debe controlar la densidad a la salida de la extendedora. Si se realiza una prefisuración de la capa, se debe controlar, antes de iniciar la compactación, que se han creado todas las juntas y que éstas se han dispuesto con la separación especificada El control de la compactación de la capa tratada se puede llevar a cabo mediante dos sistemas diferentes: Control de procedimiento: se controla el procedimiento de compactación previamente definido en el tramo de prueba (o por el Director de las Obras): número de pasadas, plan de pasadas y velocidad de marcha.

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Control del producto terminado: se comprueba que la densidad supera la exigida en las prescripciones, la cual es generalmente un porcentaje de la densidad de referencia. Lo más recomendable es combinar ambos métodos, ya que con el segundo únicamente es factible llevar a cabo un limitado número de medidas. En cualquier caso, se deben llevar a cabo determinaciones previas de la humedad del material y terminar el proceso dentro de plazo de trabajabilidad de la mezcla. La medida de densidades con equipos nucleares es relativamente rápida y económica. Son preferibles los equipos de transmisión directa frente a los de retrodispersión que presentan mayores dispersiones en los resultados. El vástago del densímetro se debe introducir hasta el fondo de la capa (Fig. 7.1) ya que el valor medido por el equipo es el promedio de la densidad del material entre el punto de emisión (situado en la punta del vástago) y el de recepción (situado en la base del equipo). Dicho valor corresponde a la densidad media de todo el espesor. Es conveniente realizar un número elevado de medidas en puntos aleatoriamente distribuidos. Se recomienda considerar al menos el nivel medio de frecuencia de control indicado en la Tabla 7.4.

Foto 7.5

Equipo nuclear para la medida de densidad y humedad de la capa.

Dentro de los parámetros que afectan al comportamiento de una capa del firme, la densidad es el que tiene mayor importancia. Por otro lado es uno de los que se pueden optimizar de una manera más económica. Por ello es muy importante controlar exhaustivamente la densidad en cualquier tipo de obra y circunstancia. Tabla 7.4

Frecuencias de muestreo recomendadas para medida de densidades.

MEDIDA DE DENSIDADES Número de ensayos por lote

FRECUENCIA Y (Media) Z (Alta) Cada 50 m de extensión Cada 20 m de extensión

La densidad de referencia y sus tolerancias se deben definir en el proyecto y confirmar en el tramo de prueba. Normalmente se exige que la densidad de la capa supere el 98% de la densidad máxima Proctor Modificado definida en la Página - 18 -

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fórmula de trabajo. No obstante se deben comprobar diariamente las densidades obtenidas sobre probetas de material fabricado por si se observan variaciones importantes que hagan necesario modificar el valor de referencia. Generalmente, se suele fijar que la densidad media en cada lote supere el valor de la densidad de referencia y que no haya desviaciones superiores a 2 puntos porcentuales. En caso de duda, se deben realizar ensayos mecánicos sobre testigos. Con respecto a las juntas de trabajo, se debe comprobar cada día, antes de comenzar la puesta en obra del material, que el borde de la junta transversal del material realizado anteriormente es vertical y homogéneo en todo el espesor. Cuando la ejecución de la obra se realice por bandas paralelas, se debe controlar que el desfase entre ambas permite compactar el material dentro del plazo de trabajabilidad de la extendida en primer lugar. También es importante localizar la posición de las juntas, de manera que no se superpongan verticalmente las de distintas capas. El curado tiene un papel decisivo en el comportamiento de la capa tratada con cemento. Un curado defectuoso perjudicará el endurecimiento del material, especialmente de su superficie, lo que puede llevar a su disgregación impidiendo la adherencia con la capa superior. Se debe comprobar visualmente el estado de humedad superficial hasta el momento en que se aplica la emulsión de curado, verificar que el riego se efectúa correctamente y con la dotación especificada, y vigilar que no se levanta durante la ejecución de la obra. Las dotaciones de emulsión se comprueban por la diferencia de peso de planchas de superficie conocida colocadas sobre la capa, antes y después del paso del equipo de extensión del riego de curado.

7.7

CONTROL DE LA CAPA TERMINADA Para el control del material terminado se definen lotes de material que se aceptan o rechazan en su totalidad. En la definición de estos lotes se debe tener en cuenta lo señalado anteriormente en este capítulo. Se suelen utilizar dos formas para definir los lotes: En función del tiempo: usualmente se toma lo fabricado en un día. En controles intensos se puede tomar lo fabricado en la mitad de tiempo (media jornada), y en otros más ligeros, en el doble (dos jornadas). En función del volumen: se suele definir por superficie ejecutada (por ejemplo, cada 3.500 m2 de calzada), con las mismas relaciones anteriores para controles más intensos o ligeros.

7.7.1 Control geométrico 7.7.1.1 Espesor y cota El control del espesor y de la cota de cada capa se emplea para determinar si la ejecución se ha realizado de acuerdo a las exigencias del proyecto. Además, el control del espesor también se utiliza para determinar el volumen de material realmente puesto en obra.

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Existen dos procedimientos para determinar el espesor de la capa: mediante extracción de testigos (véase Apartado 7.7.2), que es el sistema recomendable aunque tiene el inconveniente de que hay que esperar un cierto tiempo, muy prolongado en el caso del suelocemento, para poder extraerlos, o por nivelación topográfica.

Foto 7.6

Medida del espesor de la capa sobre testigos.

Si se desea determinar los espesores mediante nivelación topográfica es necesario tomar medidas en diferentes perfiles repartidos de forma equidistante a lo largo del tramo (cada 10 ó 20 m, según la intensidad de control fijada para la obra y la capa). Para poder deducir el espesor de la capa se debe haber medido el nivel de la capa inferior en los mismos perfiles. En curvas puede ser necesario disminuir la separación entre perfiles de control con respecto a la adoptada en tramos rectos. En cada perfil se mide el espesor en distintos puntos (tres como mínimo), evitando que coincidan con el borde de la calzada por las inevitables caídas de pendiente que se suelen producir en esta zona. Generalmente, se exige que el espesor medio sea igual o superior al que figura en los planos, admitiéndose que no más de dos individuos de la muestra ensayada de un lote presenten valores que bajen del especificado en más de un 10%. En cuanto a la rasante de la superficie terminada, ésta no debe superara a la teórica en ningún punto ni quedar por debajo de ella en más de 15 mm. Las zonas que no cumplan las tolerancias, o que retengan agua en superficie, se deben corregir. Si se está dentro del plazo de trabajabilidad del material, éste se puede recortar y recompactar. En caso contrario, habrá que reconstruir totalmente la capa en la zona afectada. Cuando el problema se debe únicamente a puntos altos, éstos se pueden eliminar por fresado con discos de diamante, siempre que ello no suponga una reducción del espesor de la capa por debajo del valor especificado. Si el espesor de la capa queda por debajo del teórico en más de las tolerancias admitidas, nunca se deberá recrecer con capas delgadas. Por el contrario, se incrementará el espesor de la capa superior o se reconstruirá la zona afectada. En cualquier caso, se debe tener en cuenta que los

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incrementos de espesor en la capa superior bituminosa resultan más caros y no mejoran la resistencia a fatiga del firme original.

7.7.1.2 Control de la pendiente y de la regularidad transversal Se debe verificar que la capa tratada con cemento tiene la pendiente asignada en los planos de proyecto. Generalmente, no se establecen tolerancias para esta característica, aunque es recomendable hacerlo (por ejemplo, 0,5 % en bases, 0,75 % en subbases y 1 % en arcenes, con criterios adicionales para desviaciones puntuales). La comprobación se realiza topográficamente y los perfiles de medida pueden ser los mismos en los que se comprueba la cota. La regularidad del perfil transversal se puede comprobar mediante regla fija de 3 m o mediante perfilómetros. Es recomendable establecer distintos niveles de tolerancia (0,5 cm, 1 cm ó 2 cm, según la obra). 7.7.1.3 Control de la regularidad longitudinal La regularidad longitudinal se comprueba generalmente obteniendo mediante perfilómetro el parámetro IRI (Índice de Regularidad Internacional, NLT-330), aunque también se puede llevar a cabo mediante regla rodante. Es conveniente tomar varios perfiles de medida, como mínimo una en cada carril y normalmente en su eje. Se suelen exigir los valores mostrados en la Tabla 7.5, o bien, que la superficie no varíe en más de 10 mm con regla rodante de 3 metros. Si los resultados exceden el límite establecido en cada caso, deberán corregirse los defectos mediante fresado.

Foto 7.7

Equipo Dipstick para la medida de la regularidad.

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Tabla 7.5

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Valores máximos recomendados para el IRI (dm/hm) en capas tratadas con cemento.

PORCENTAJE DE HECTÓMETROS 50 80 100

TIPO DE VÍA Y CAPA Subbases en tronco de Bases en tronco de autopistas autopistas y autovías y bases y autovías en resto de vías < 2,5 < 3,0 < 3,0 < 3,5 < 3,5 < 4,0

7.7.1.4 Control de la anchura de capa La anchura de la capa se puede comprobar con cinta métrica. Se suelen considerar tolerancias del orden de 2, 3 ó 5 cm según la obra.

7.7.2 Testigos Los testigos se utilizan fundamentalmente para la determinación del espesor y densidad de la capa o de la resistencia del material. Se pueden emplear también para comprobar la adherencia entre capas tratadas con cemento y capas bituminosas. Además de la extracción de testigos, es recomendable complementar el control de espesores con medidas topográficas, y así disponer de un mayor número de valores. Hay que tener en cuenta que hay que esperar un cierto tiempo hasta que pueden extraerse los testigos.

Foto 7.8

Extracción de testigos.

Resulta conveniente extraer como mínimo dos testigos por lote, localizados aleatoriamente, debiéndose aumentar hasta cinco si el espesor de alguno de los dos primeros fuera inferior al prescrito. Si se van a utilizar posteriormente para la medida de resistencias, deben ser de 15 cm de diámetro. Las tolerancias que se aplican a los espesores se han señalado anteriormente (véase Apartado 7.7.1). Los orificios producidos se deben rellenar con material de la misma calidad que el utilizado en el resto de la capa, el cual debe ser correctamente compactado y enrasado. En casos de litigio, o para comprobación de las condiciones de ejecución, se pueden comparar las resistencias de los testigos con las obtenidas en testigos de edad similar extraídos en el tramo de prueba. Generalmente, las resistencias sobre testigos son menores que las medidas sobre probetas, debido a que los

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primeros suelen presentar puntos débiles producidos durante el proceso de extracción. Se deben también considerar las temperaturas a las que se han visto sometidos los materiales, ya que pueden haber acelerado o retrasado el proceso de fraguado.

ANÁLISIS DE RESULTADOS Un control adecuado de la calidad no se puede basar únicamente en la obtención de una serie de resultados de ensayos, sino que exige su interpretación y un análisis de la tendencia de los mismos. Esto puede hacerse de forma sencilla con la ayuda de herramientas de análisis estadístico. Lógicamente, la aplicación de técnicas estadísticas es más limitada en obras pequeñas, donde hay menos datos disponibles y es difícil conseguir que se mantengan las mismas condiciones de ejecución. Sin embargo, no es realista basar decisiones en pocos ensayos, ya que se producen variaciones debidas al muestreo o al propio ensayo. Un instrumento muy útil para ver cambios en los procesos de ejecución son los gráficos de control. Una vez detectada la variación se pueden tomar las medidas correctoras para eliminar las causas del desajuste. Uno de los gráficos de control más utilizados es el de las medias móviles a partir de 4 ó 5 valores consecutivos. Uno de los sistemas más adecuados para detectar posibles desajustes en los procedimientos de ejecución es el análisis de gráficos de control (por ejemplo, diagramas de medias móviles como el mostrado en la Figura 7.2). Este sistema permite adoptar medidas correctoras si se produce alguna variación inesperada de los resultados, o evaluar las consecuencias de las modificaciones introducidas.

104

Densidad (% PM)

7.8

102 100 98

Límite inferior prescripción: 98%

96

Puntual Media móvil

94 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15

Ensayos Figura 7.3 Ejemplo de utilización de medias móviles de cuatro ensayos para controlar la compactación de una capa. Los ensayos 6 y 7 muestran que la densidad media está bajando por lo que se tendrán que adoptar medidas para incrementar la misma.

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Las medias móviles se representan junto a los límites y las tolerancias de cada valor y los umbrales de aviso en su caso, de manera que sea fácil detectar las noconformidades.

7.9

LISTADO DE NORMAS DE ENSAYO Para que los resultados de los ensayos aporten alguna información que permita adoptar decisiones es necesario que en su valoración se utilicen procedimientos normalizados, que vienen recogidos en forma de normas reguladas o establecidas por organismos oficiales. En la Tabla 7.6 se incluye un listado de las normas que son de aplicación para el control de calidad de los materiales tratados con cemento. Tabla 7.6

Listado de normas de ensayo de materiales tratados con cemento.

ENSAYO Toma de muestras de material granular Límite líquido Límite plástico Contenido de materia orgánica Contenido de sulfatos solubles agua Contenido de sulfatos solubles en ácido Equivalente de arena Valor del índice azul de metileno Granulometría del material granular Proporción de terrones de arcilla Coeficiente de desgaste Los Ángeles Proporción de partículas trituradas Índice de lajas Humedad de la mezcla Densidad de referencia Proctor Modificado Plazo de trabajabilidad Fabricación de probetas Conservación de probetas Resistencia a compresión simple Resistencia a tracción indirecta Sensibilidad al agua Regularidad superficial (IRI) Densidad de la capa por el método de la arena Contenido de cemento de sueloscemento en fresco (método del calor de neutralización) Contenido de cemento de sueloscemento en fresco Contenido de cemento de mezclas con cemento

NORMA UNE-EN 932-1 UNE 103103 UNE 103104 UNE 103204 UNE-EN 1744-1 UNE-EN 1744-1 UNE-EN 933-8 UNE-EN 933-9 UNE-EN 933-1 UNE 7133 UNE-EN 1097-2 UNE-EN 933-5 UNE-EN 933-3 UNE 103300 UNE 103501 41240 NLT-310 UNE 83301 NLT-305 UNE 83306 NLT-312 NLT-330 UNE 103503 ASTM D5982 ASTM D2901 BS 1924:Part2

7.10 GUÍA PRÁCTICA DE IDENTIFICACIÓN DE PROBLEMAS Se presenta a continuación en forma de tabla, una guía práctica de identificación de algunos de los problemas más comunes que pueden surgir durante el control de calidad de los materiales tratados con cemento y de las causas que suelen provocarlos.

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Tabla 7.7 PROBLEMA

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Guía práctica de identificación de problemas durante el control de calidad. CAUSAS POSIBLES Se ha dosificado menos cemento del indicado en la fórmula de trabajo. La humedad de la mezcla es alta. Posible contaminación del acopio, generalmente por plasticidad.

La resistencia de las probetas es inferior a lo La fabricación de probetas es requerido incorrecta.

Exceso de humedad.

Curado defectuoso. Falta de compactación. Se está utilizando otro cemento al de la fórmula.

COMENTARIO Comprobar consumos diarios y tarar los dosificadores. Comprobar la humedad del acopio y los dosificadores. Verificar la densidad in-situ. Si se sospecha, acotar el acopio y realizar una campaña de límites. La humedad nunca puede ser mayor a la de obra. Averías en la cámara de curado. Densidad de la probeta inferior a la requerida. Comprobar todos los albaranes.

Examinar la amasadora, paletas y tiempo de amasado. Por lluvias o por razones de fabricación. La La humedad de puesta en obra es alta. densidad es muy sensible de la humedad. Por número de pasadas o por peso de los La densidad Falta energía de compactación. compactadores. que se obtiene en obra es El proctor de referencia es alto. Contrastar el acopio. inferior a la Es muy raro, pues se ve al ejecutar la Las capas de debajo no están bien. que se propia capa. prescribe Es poco usual y antieconómico, pero a Exceso de espesor en la capa. mayor espesor e igual número de pasadas, menor densidad. Se están produciendo segregaciones en el La superficie de rodadura se pela. extendido. Revisar la descarga de planta a camión. Revisar la granulometría de la mezcla. El acabado de rodadura está segregado, Revisar la extendedora, puede haber hay nidos. desgaste. El compactador neumático mejora este problema. No se está compactando bien. La velocidad del extendido es alta. Se está El acabado de rodadura presenta secando la superficie por viento y hay ondulaciones. arrollamientos al compactar. Puede haber Problemas exceso de finos. asociados al acabado o Falta de berma. Los bordes se están terminacion Los bordes están muy deformados. secando y no tienen consistencia. Se está pisando mal. Exceso de resistencias. Curado La capa está rompiendo por donde inadecuado. Mala ejecución de quiere. prefisuración. Observar evolución. Mala ejecución de las juntas. Curado Los labios de prefisuración se rompen. inadecuado. Las mezclas tratadas con cemento son muy sensibles a los movimientos. Nunca Otros aspectos de la fisuración. se deben colocar en un terraplén de cierta entidad sin tiempos de espera. Problemas Nos hemos equivocado en la fórmula de La resistencia a 90 días se dispara. asociados a un trabajo por no formular a 90 días. exceso de Se debe prefisurar a menor distancia. conglomerante Fisuración violenta sin orden. Dejarlo evolucionar antes de tomar decisiones. Comprobar la temperatura del Temperatura de la mezcla. conglomerante. Estamos queriendo cumplir sobrados a Se debe formular siempre a 90 días, 7días. incluso cuando lo carguemos antes. Amasado en planta defectuoso.

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CAUSAS POSIBLES Contaminaciones de acopio.

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COMENTARIO Cuando se producen y son detectadas se suele sobredosificar como mal menor y esto genera unas dispersiones tremendas.

8

Capítulo

PREFISURACIÓN DE CAPAS TRATADAS CON CEMENTO En este capítulo se describen las causas de la fisuración de los materiales tratados con cemento y la técnica de la prefisuración como el mejor método para controlar e incluso eliminar la reflexión de estas fisuras en la superficie del pavimento.

8.1

INTRODUCCIÓN La fisuración por retracción y cambios volumétricos debidos a gradientes térmicos (véase Apartado 8 del Capítulo 2) es una característica inherente a las capas de materiales tratados con conglomerantes hidráulicos. El principal inconveniente que se achaca a los firmes semirrígidos, frente a las evidentes ventajas que presentan desde el punto de vista estructural, es la posibilidad de que estas fisuras se reflejen en la superficie del firme. Los firmes semirrígidos son y han sido ampliamente utilizados tanto en España como en el resto del mundo, especialmente en Europa y Estados Unidos. No obstante, y pese a sus numerosas ventajas, la aparición de fisuras reflejadas en la superficie del firme comenzó a preocupar debido al posible rechazo que podía sufrir esta técnica. Se inició así un importante esfuerzo de investigación encaminado a estudiar el fenómeno de la fisuración así como a encontrar sistemas adecuados para retardar, y en lo posible evitar, la reflexión de estas fisuras. Entre las medidas estudiadas la más sencilla consistía en la disposición de juntas transversales de contracción a distancias próximas. La aplicación de esta medida se fue optimizándo con el tiempo y derivando hacia una ejecución en fresco antes de la compactación de la capa de material tratado con cemento, adoptándose el termino de "prefisuración" para referirse a la misma.

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De todos los métodos estudiados hasta la fecha, la prefisuración de las bases tratadas con cemento ha demostrado ser el más eficiente para minimizar, e incluso eliminar, la reflexión de fisuras en la superficie del firme.

La eficacia mostrada por la prefisuración ha hecho que países como Francia, Alemania y España hayan incluido esta técnica en sus catálogos de secciones de firme (Francia, 1998, Alemania, 2001 y España 2002).

8.2

LA REFLEXIÓN DE FISURAS DE RETRACCIÓN Las fisuras de la superficie del firme, producidas por la reflexión de grietas de retracción o juntas de contracción de las capas tratadas con cemento, se caracterizan por ser sensiblemente rectilíneas, perpendiculares al eje de la calzada y regularmente espaciadas. En ocasiones pueden aparecer también grietas longitudinales paralelas al eje de la calzada hacia la mitad de la anchura de la misma. Cuando se permite la libre fisuración de estas capas sin realizar juntas de contracción, el espaciamiento entre las fisuras suele variar entre los 3 y los 20 m, dependiendo de la naturaleza de los materiales, la dosificación de conglomerante utilizada y las condiciones climáticas. La abertura de los labios de las fisuras es inicialmente muy pequeña, pudiendo evolucionar con rapidez en función de la intensidad y agresividad del tráfico, de las variaciones térmicas en la zona, y de la naturaleza de la mezcla bituminosa del pavimento.

Foto 8.1

Detalle de grieta transversal reflejada en superficie.

8.2.1 Causas de la reflexión de fisuras La reflexión de fisuras en superficie se produce por procesos cíclicos de abertura y cierre de las mismas, y por movimientos verticales diferenciales, producidos como consecuencia de la combinación de diferentes factores: Variaciones estacionales de temperatura, que dan lugar a movimientos horizontales como consecuencia de los acortamientos y alargamientos experimentados por las losas. Página - 2 -

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Variaciones diarias de temperatura, generalmente producidas entre el día y la noche, que dan lugar a la existencia de gradientes térmicos en las losas que pueden provocar su deformación por combado. Las cargas de tráfico pesado, que originan movimientos verticales diferenciales de los labios de las fisuras al pasar de una losa a otra.

Foto 8.2

Grieta reflejada deteriorada con escalonamiento.

En general, los movimientos verticales son los que más favorecen la reflexión de fisuras; en particular cuando su magnitud se incrementa debido a un insuficiente o inexistente engranaje entre los labios de la fisura. La insuficiente transferencia de cargas puede ser consecuencia de una distancia excesiva entre las fisuras, que propiciará que las aberturas producidas por fenómenos de contracción térmica sean mayores y no haya contacto entre bordes, por un desgaste de los áridos producido por diversas causas (dureza inadecuada, insuficiente número de caras de fractura, erosión producida por la entrada de agua, etc.), o por el serrado de las juntas a profundidades excesivas. Los movimientos debidos a variaciones térmicas son tanto mayores cuanto mayor es la separación entre fisuras. El acortamiento de una losa provocado por un descenso de temperatura será mayor cuanto mayor sea la longitud de ésta. Lo mismo ocurre con los movimientos verticales diferenciales: cuanto más larga sea la losa, mayor puede ser el despegue de ésta con respecto a su soporte. Si las fisuras son muy finas y próximas, los movimientos horizontales son muy reducidos y los verticales diferenciales están impedidos por el engranaje de las partículas resistentes de los áridos. Sin embargo, con fisuras más espaciadas aumenta la abertura de la fisura y disminuye dicho engranaje, y estos movimientos alcanzan valores que no puede soportar el pavimento bituminoso, salvo que se disponga con espesores importantes (superiores a 18 cm), lo que suele resultar antieconómico. El objetivo fundamental de la prefisuración a distancias cortas es limitar la separación entre fisuras, ya que es el factor que más influye en los

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movimientos de las mismas, y por tanto, en su reflexión en la superficie del firme.

8.2.2 Consecuencias de la reflexión La reflexión de fisuras tiene una serie de consecuencias negativas para el firme. Por un lado, con tráfico pesado e intenso, si no se tratan, las fisuras se van abriendo y pueden constituir una vía de entrada de agua o de partículas sólidas, ocasionándose importantes degradaciones en los labios de la fisura tanto al producirse la dilatación de las losas por el aumento de la temperatura como por los impactos de los vehículos pesados. Sólo en el caso de tráfico ligero sus consecuencias son limitadas y no requieren atención. Por otra parte, perjudican el aspecto del firme, si bien el usuario no aprecia en general la existencia de las fisuras hasta que su abertura ha ido progresando y se ha llevado a cabo un ponteado como actuación de conservación.

Foto 8.3

Vista de grietas reflejadas selladas.

8.2.3 Factores que influyen en la reflexión Resulta difícil valorar la influencia que los distintos factores tienen sobre la fisuración o la reflexión de estas fisuras. Sin embargo, sí se han podido observar tendencias de comportamiento de los firmes ante parámetros tales como los siguientes: Características de la capa de material tratado con cemento. Condiciones de adherencia con las capas superior e inferior. Características y espesor de las mezclas bituminosas superiores. Condiciones de puesta en obra. Factores climáticos y condiciones de tráfico. Ejecución o no de juntas prefisuradas. Las características del material tratado con cemento que más influyen son: La naturaleza y granulometría de los áridos, y la naturaleza y contenido de conglomerante de la mezcla.

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Se ha puesto de manifiesto que la utilización de áridos calizos, por su coeficiente de dilatación térmica más reducido, así como la de cementos con elevado contenido de adiciones, debido a su desarrollo más lento de resistencias y a su menor calor de hidratación, dan lugar a mezclas que presentan menores problemas de fisuración. Por otra parte, cuanto mayor sea el rozamiento entre la capa y su soporte y menor la resistencia del material a edades cortas, mayor será la proximidad entre fisuras y menor será la abertura de las mismas. Las características de las mezclas bituminosas que se coloquen sobre la capa tratada tienen también una importante influencia en la evolución de la reflexión de fisuras (véase Capítulo 9). En general, la evolución será más lenta en mezclas con altos contenidos de ligante. Por otro lado, el espesor total de mezclas bituminosas tiene una importancia decisiva ya que al aumentar éste, disminuyen los gradientes térmicos en la base tratada con cemento, se reducen los movimientos de la fisuras, y éstas tardan más en reflejarse en superficie. La falta de adherencia con la capa superior bituminosa, no sólo reduce la vida de fatiga del firme, sino que también tiene su importancia en la naturaleza y evolución de la fisuración. Con una adherencia deficiente, la fisura se refleja de forma ramificada, experimentando un grave y rápido deterioro. Las condiciones climáticas, tanto durante la puesta en obra como a lo largo de la vida del firme, así como el tráfico, influyen también en la fisuración, tal y como ya se ha explicado. Los movimientos de las fisuras debidos a gradientes térmicos (sobre todo entre el día y la noche) unidos al efecto del tráfico favorecen la rápida propagación de fisuras. En este sentido, se ha comprobado que la reflexión de fisuras en climas marítimos templados es mucho menor que en climas continentales, como es el caso de la meseta española.

8.3

CONTROL DE LA REFLEXIÓN DE FISURAS DE RETRACCIÓN Existen varias formas para tratar de controlar y limitar la reflexión de fisuras en la superficie del firme, entre las que se pueden destacar las siguientes: Reducir las tensiones transmitidas por la base tratada al pavimento bituminoso. Para ello, se pueden formar fisuras más finas y próximas mediante la técnica de la prefisuración, además de actuar sobre la dosificación y naturaleza de los materiales componentes de la base tratada. Interponer sistemas, del tipo membrana o capas de arena-betún, que absorban las tensiones existentes en la interfase base-pavimento. Esta técnica está más extendida en conservación, situando el sistema entre las capas de refuerzo y el firme antiguo, frecuentemente tras la extensión de una capa de regularización. Aumentar la capacidad resistente del pavimento a la propagación de fisuras. Esto se puede lograr utilizando mezclas bituminosas con elevado contenido de mortero, e incrementando el espesor de las mismas. La segunda técnica permite controlar los esfuerzos tangentes producidos por los movimientos de abertura y cierre de las fisuras, pero no así los esfuerzos de Página - 5 -

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cizallamiento producidos por el paso de las cargas del tráfico, y que son tanto mayores cuanto menor es el coeficiente de transmisión de cargas entre fisuras. La tercera técnica, aún siendo eficaz, no es eficiente, ya que resulta claramente antieconómico aumentar el espesor de las capas bituminosas únicamente para impedir que se reflejen las fisuras. Una medida también empleada es la de imponer un límite superior a la resistencia del material a edades cortas, ya que de esa manera se consigue que las fisuras surjan a menor distancia. Esta medida se ha traducido en muchos casos en dotaciones reducidas de conglomerante lo que en ocasiones puede resultar más perjudicial que beneficioso (menores resistencia mecánica, durabilidad, resistencia a la abrasión, etc).

Foto 8.4

Vista de una capa prefisurada en fresco.

La prefisuración hace innecesario imponer un límite superior a la resistencia de los materiales tratados y permite utilizar bases de elevadas prestaciones (gravascemento de alta resistencia, hormigones magros compactados u hormigones compactados) sin riesgos de que se produzcan fisuras con una separación excesiva, con tendencia a degradarse por efecto del tráfico. Lógicamente, la prefisuración será necesaria cuando el riesgo de reflexión de fisuras sea elevado y las consecuencias sean incompatibles con el nivel de funcionamiento deseado para el firme. Dando por hecho que tanto las mezclas bituminosas utilizadas, como la adherencia entre capas, son adecuadas, se han de tener en cuenta básicamente cuatro parámetros para tomar la decisión: El tráfico. La zona climática. El espesor de la mezcla bituminosa superior. La resistencia del material tratado. La decisión sobre cuándo prefisurar se puede basar en las indicaciones de la tabla 8.1. En general, es necesario prefisurar todos los materiales con una resistencia igual o superior a la de una gravacemento, salvo en el caso de tráficos bajos y

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clima litoral, y resulta necesario prefisurar el suelocemento únicamente con tráficos altos. Tabla 8.1

Recomendaciones acerca de la necesidad de prefisurar la capa tratada con cemento.

CLIMA RCS7 < 4 MPa RCS7 ≥ 4 MPa CONTINENTAL Obligatorio (1) IMDP ≥ 200 Obligatorio LITORAL Recomendable (1) CONTINENTAL No necesario IMDP < 200 LITORAL Recomendable (2) RCS7: Resistencia compresión simple a 7 días del material tratado con cemento. (1) No necesario cuando el espesor de MB ≥ 18 cm. (2) No necesario cuando la IMD de vehículos pesados en el carril de proyecto sea inferior a 25, durante el primer año de puesta en servicio. TRÁFICO

La distancia más adecuada entre juntas transversales de contracción es de 2 a 3 metros, aunque en los casos menos críticos como el del suelocemento bajo espesores de mezcla bituminosa superiores a 10 cm se puede aumentar esta distancia a 4 m. Con esta separación entre juntas se intenta garantizar que todas ellas se abrirán y trabajarán como tales y limitar la abertura de las mismas. De este modo, los movimientos debidos al tráfico y las variaciones térmicas podrán ser soportados por las capas superiores de mezcla bituminosa, evitándose la reflexión de grietas en superficie, y en caso de que se llegaran a producir, serían lo suficientemente finas para no degradarse por efecto del tráfico. Actualmente, la técnica más eficiente para impedir que se produzca la reflexión de fisuras de la base tratada en las capas de mezcla bituminosa es la formación de juntas en fresco a distancias cortas de unos 3 m (2 a 4 m), lo que permite disminuir de forma drástica los movimientos horizontales y verticales de las fisuras.

8.4

SISTEMAS DE PREFISURACIÓN Desde hace más de tres décadas se vienen desarrollando técnicas para la creación de juntas próximas en las capas tratadas con cemento, a fin de minimizar los movimientos, tanto verticales como horizontales, de las mismas. Dichas juntas se consiguen mediante la creación de entallas, con o sin inclusión de algún elemento en las mismas, las cuales se pueden agrupar en dos familias: Entallas que abarcan menos de la mitad del espesor de la capa (normalmente entre 1/3 y 1/4 del espesor de la misma), realizadas en fresco o por serrado del material endurecido. Entallas que abarcan la práctica totalidad del espesor de la capa, realizadas en fresco y en las que se introduce algún elemento en el surco realizado que impida el fraguado conjunto de ambos lados de la junta formada. En las entallas realizadas por serrado se pueden provocar deterioros en los labios de las juntas si el material no presenta la suficiente resistencia. Esto obliga, en general, a esperar un cierto plazo para poder proceder al serrado de la capa, lo que puede causar la fisuración incontrolada del material. Además, el serrado de

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juntas puede producir una pérdida significativa de transferencia de cargas entre bordes. El sistema de prefisuración en fresco a espesor parcial, sin inclusión de ningún elemento, plantea la duda de si las entallas se cerrarán tras el paso de los rodillos y de si, aún sin cerrarse, el debilitamiento será suficiente para que se forme la junta en todas ellas. Para evitar este problema se recomienda prefisurar en fresco un espesor importante de la capa incorporando en el surco formado algún elemento que evite la adherencia entre los labios de la fisura y asegure un debilitamiento real de la junta realizada (emulsión bituminosa, láminas de plástico flexible o perfiles ondulados de plástico rígido). No se recomienda la creación de juntas por serrado en el material endurecido. Por su mayor eficacia, sencillez y economía se recomienda la ejecución de juntas profundas en fresco.

8.5

EJECUCIÓN DE LAS JUNTAS EN FRESCO La ejecución de juntas transversales en fresco (prefisuración) es una de las tareas que más va a influir en el correcto funcionamiento del firme semirrígido. La importancia de esta operación requiere los medios humanos y materiales necesarios, así como suficiente atención. Existen dos sistemas para realizar las juntas en fresco, el mecanizado mediante equipos automáticos, y el manual mediante bandejas vibrantes con una cuchilla acoplada. Los equipos automáticos (Apartado 5.3.4) ejecutan las juntas en fresco de forma mecanizada y sencilla sin interferir en el resto de las operaciones de puesta en obra. Estos sistemas automáticos (tipo CRAFT, OLIVIA o JUNTAS ACTIVAS) ofrecen gran calidad, elevado rendimiento, sencillez y facilidad de ejecución. Con los sistemas manuales, tipo placas vibrantes, se deben extremar las precauciones durante la ejecución, ya que la calidad del corte de las juntas depende mucho de los operarios. Debido a la gran dureza del trabajo, a las pocas horas éstos tienden a no introducir la cuchilla de la bandeja vibrante en la profundidad requerida, con peligro de que no se cree posteriormente la junta en todo el espesor de la capa. Se recomienda la utilización del sistema automatizado CRAFT ya que cumple la doble condición de que garantiza suficientemente la calidad en el corte de las juntas y se ha utilizado con éxito en España. Los sistemas manuales únicamente se deberían utilizar en carreteras secundarias o en tramos de poca longitud, o bien como recurso de emergencia en caso de que se averíe el equipo automático.

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Prefisuración en fresco con equipo mecanizado tipo CRAFT.

Sea cual fuere el sistema utilizado, la ejecución de las juntas debe comenzar inmediatamente después de finalizar la extensión y antes de iniciar la compactación del material tratado. Las juntas se cortan perpendicularmente a la dirección de la calzada y, siempre que sea posible, en todo el espesor de la capa tratada con cemento. Una vez creadas las entallas y después de introducir en su caso la emulsión o el elemento de separación, se lleva a cabo la compactación de la capa mediante el paso de rodillos.

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Compactación de la capa tras la creación de las fisuras transversales en fresco.

8.5.1 Sistemas mecanizados Se han desarrollado equipos de gran potencia con los que se realiza un corte que afecta una gran parte (más del 50%) o la totalidad del espesor de la capa, aún en el caso de que ésta tenga una cierta precompactación, y que al mismo tiempo efectúan algún tipo de tratamiento (vertido de emulsión en el equipo CRAFT, inclusión de una lámina de plástico flexible en el sistema OLIVIA, o inclusión de un perfil ondulado de plástico rígido en el sistema de JUNTAS ACTIVAS) para evitar que se vuelvan a adherir las caras de la junta. El sistema CRAFT consiste en un equipo acoplado al sistema tractor de una motoniveladora o retroexcavadora, que realiza las operaciones de ejecución de la junta de forma automática, vertiendo emulsión bituminosa en las paredes del surco a medida que lo va creando. Su alto rendimiento le permite adaptarse perfectamente al ritmo de puesta en obra, tanto en extendidos en ancho completo como por semianchos, sin provocar retrasos en la ejecución.

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Detalle de la cuchilla del equipo CRAFT.

La duración de un ciclo de trabajo, desde que la máquina inicia el corte de un surco hasta que se coloca sobre el siguiente, es inferior a 30 segundos. Por otra parte, el movimiento del brazo articulado no supone un obstáculo para el resto de los equipos. Dada la operatividad y eficacia de este equipo, está especialmente indicado para la ejecución de juntas transversales de contracción en capas de base tratadas. Además, sus dimensiones le permiten trabajar cómodamente por bandas, por lo que su empleo en obras bajo tráfico (refuerzos, ensanches, reciclados in situ) no plantea ningún tipo de problema. El sistema OLIVIA consiste en un equipo montado en el chasis de una carretilla elevadora de carga frontal que crea un surco transversal en la capa de material tratado y simultáneamente inserta en él una cinta de plástico.

Foto 8.8

Detalle de la inserción de una tira de plástico con el sistema OLIVIA.

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Para evitar ser arrastrada por los equipos de puesta en obra, la cinta se coloca a una profundidad de 6 a 10 cm por debajo de la superficie del material sin compactar. Con ello se tiene en cuenta tanto el descenso de la cota de esta última tras el paso de los rodillos como un eventual refino para mejorar la regularidad superficial.

Foto 8.9

Testigo extraido de una junta realizada con el sistema de juntas activas.

Un último sistema es el denominado de JUNTAS ACTIVAS. Esta técnica consiste en practicar un surco en todo el espesor de la capa, una vez extendida y tras haber sufrido una ligera compactación, introduciendo a continuación en el mismo un perfil ondulado de plástico rígido. Posteriormente, la misma máquina cierra el surco y se finaliza la puesta en obra de la forma usual.

8.5.2 Sistemas manuales En general, estos sistemas utilizan placas vibrantes con una cuchilla triangular soldada a su cara inferior para crear entallas interesando únicamente parte del espesor. Las placas pueden ser desplazadas manualmente, en cuyo caso disponen de ruedas que permiten su elevación y facilitan su traslado, o bien se pueden acoplar a otros equipos que lleven a cabo su desplazamiento (rodillo compactador, pala excavadora, etc.).

Foto 8.10

Ejecución manual de juntas transversales y detalle de cuchilla acoplada a placa vibrante.

También se pueden utilizar con el mismo fin pequeños rodillos vibrantes provistos de una cuchilla anular, o bien rodillos con un disco cortante giratorio acoplado a uno de sus laterales. Los equipos desplazados manualmente, y en particular las cuchillas acopladas a bandejas vibrantes, no suelen dar resultados satisfactorios cuando en el extendido se utiliza maquinaria con elevada precompactación, ya que resulta muy difícil introducir la cuchilla. El acoplamiento de la bandeja a una retroexcavadora o rodillo, o bien el empleo de cuchillas anulares, o discos incorporadas a rodillos, puede ayudar a resolver este problema.

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En cualquier caso, si se decide realizar la prefisuración mediante métodos manuales, se recomienda adoptar las siguientes medidas: Facilitar el manejo del dispositivo (estudiar la conveniencia de organizar varios turnos de 4-5 horas por día para evitar el cansancio de los operarios). La entalla se debe realizar como mínimo a 1/3 del espesor total sin compactar. La entalla debe generar un surco claro y ser lo más recta posible. Introducir algún tratamiento antiadherente, tipo emulsión o similar, en el surco creado. Extremar el control de calidad sobre todo el proceso.

8.5.3 Juntas longitudinales Siempre que se prefisure transversalmente la capa y la anchura de la calzada sea superior a 5 m se deben realizar también juntas longitudinales para evitar que surjan fisuras cuya reflexión pueda coincidir con la zona de rodada de los vehículos. En general se pueden situar en el centro de los carriles, o en todo caso, muy próximos a la línea de separación de los mismos, procurando que se formen losas con una relación entre sus lados mayor y menor no superior a 2. Se realizarán preferentemente por prefisuración en fresco con placas vibrantes, o bien, cuchillas o discos acoplados a la extendedora o a los rodillos compactadores. Si esto no fuera posible, se pueden realizar por serrado del material endurecido creando una entalla del orden de un tercio del espesor de la capa.

Foto 8.11

Creación de junta longitudinal con un equipo manual.

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Capítulo

MEZCLAS BITUMINOSAS En este capítulo se revisan las técnicas más adecuadas en relación con las mezclas bituminosas empleadas en pavimentos y bases de firmes semirrígidos con capas tratadas con cemento, desde el punto de vista de su espesor en el firme, dosificación de sus componentes y condiciones de ejecución.

9.1

INTRODUCCIÓN La colocación de mezclas bituminosas sobre capas tratadas con cemento tiene por objeto: Dotar al firme de una superficie de rodadura segura, cómoda y duradera, ya que en general, las capas tratadas con cemento no suelen permitir, ni por su resistencia a la abrasión ni por su regularidad superficial, que el tráfico pueda circular directamente sobre ellas. La única excepción la constituyen los firmes de hormigón compactado con circulación a velocidad reducida Evitar o reducir la reflexión de fisuras de retracción propias de los materiales tratados con cemento. En algunos casos, aportar capacidad estructural a la sección. Las funciones anteriores son comunes a todo tipo de firmes, salvo la relativa a evitar o reducir la posible reflexión de las grietas de retracción, que por tanto marca algunas características diferenciadas de los pavimentos bituminosos para los firmes semirrígidos, en cuanto a espesor, tipo de mezcla bituminosa y condiciones de puesta en obra. Se debe tener en cuenta que aunque las medidas que se señalan en este capítulo ayudan a retrasar la reflexión de grietas, los espesores de mezclas bituminosas inferiores a 18 cm pueden no ser suficientes para evitarla y se deben complementar, en las situaciones recomendadas en el capítulo anterior, con la prefisuración. Las recomendaciones que se indican a continuación deben tenerse

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también en cuenta cuando las mezclas bituminosas se coloquen sobre capas prefisuradas.

9.2

ELECCIÓN DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS

9.2.1 Mezclas bituminosas para capas de rodadura Las mezclas en caliente más usuales para capas de rodadura (Art. 542 y 543 del PG-3) para capas de rodadura son las mezclas continuas de tipo denso (D) o semidenso (S), las discontinuas para capas finas (F ó M) y las drenantes (PA). Todas ellas se pueden utilizar como capa de rodadura en firmes semirrígidos.

Foto 9.1

Detalle del aspecto superficial de una capa de rodadura drenante.

En las mezclas bituminosas para capa de rodadura sobre bases de gravacemento o de hormigón compactado, la dosificación debe evitar que se produzca un envejecimiento prematuro, ya que las mezclas envejecidas son relativamente frágiles y propagan rápidamente las fisuras. Además, una vez reflejadas, se produce un rápido deterioro de las mismas con el paso del tráfico. Las mezclas discontinuas y las drenantes no suelen tener problemas de envejecimiento prematuro, por sus contenidos usuales de ligante, pero las mezclas semidensas o densas pueden tenerlos. En estas mezclas se debe dosificar un contenido de ligante ligeramente mayor que en otros tipos de firmes, dentro del intervalo en el que no se presenten problemas de deformaciones plásticas. Las mezclas densas o semidensas en capas de rodadura sobre gravacemento u hormigón compactado se deben dosificar con un contenido de ligante algo más elevado, dentro del intervalo de seguridad frente a las deformaciones plásticas (ensayo de deformación en pista de laboratorio NLT – 173).

9.2.2 Mezclas bituminosas para capas inferiores Dentro de las mezclas bituminosas en caliente para capas intermedias y de base hay definidos dos tipos generales de granulometría continua: las mezclas semidensas y las gruesas. Además, existe un tipo especial de mezcla semidensa basado en la utilización de betún duro y que se conoce como mezcla de alto módulo (MAM). Las mezclas semidensas y las MAM suelen tener contenidos de

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huecos entre el 4 y el 6%, y las gruesas entre el 6 y el 9%, aunque ambos tipos se pueden diseñar con más o menos huecos que los señalados. Los husos granulométricos se subdividen en función del tamaño máximo del árido. Las mezclas bituminosas sobre capas tratadas con cemento no sufren deformaciones de tracción de entidad como para que presenten problemas de fatiga. Su dosificación se debe dirigir fundamentalmente a que no se produzcan grietas de reflexión en la superficie o que éstas sean lo más finas posible, especialmente en el caso de gravascemento u otros materiales de mayor resistencia, donde los esfuerzos de corte que soportan las mezclas son más importantes. Las mezclas más adecuadas para evitar la reflexión de fisuras son aquellas con un contenido de mortero algo más elevado, es decir con dotaciones de betún del orden del 4,7% en peso sobre áridos y un contenido de árido fino (cernido por el tamiz 2 mm UNE) entre el 30% y el 35%, lo que implica porcentajes de huecos del orden del 4%. Un aumento del contenido de huecos eleva rápidamente la velocidad de transmisión de grietas.

Foto 9.2

Probeta para la realización del ensayo de resistencia a la reflexión de fisuras.

Los criterios anteriores los cumplen las mezclas semidensas, así como algunas mezclas gruesas situadas en la parte alta del huso y con contenidos altos de betún (más del 4,5% de ligante en peso sobre áridos). El buen comportamiento de las mezclas semidensas se ha comprobado tanto en laboratorio como en obra. Por el contrario, las mezclas de tipo grueso con contenidos de ligante entre el 4% y el 4,5%, muy utilizadas en capa de base, no tienen apenas capacidad de amortiguar la reflexión de grietas. Con respecto a las mezclas de alto módulo no se tiene aún experiencia suficiente sobre su comportamiento en este sentido.

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Las mezclas bituminosas en caliente más adecuadas en capas intermedias o de base sobre materiales tratados con cemento son las de tipo semidenso con contenidos de betún del orden del 4,7% y huecos próximos al 4%. Estas mezclas reúnen las características adecuadas en cuanto a amortiguación de la propagación de fisuras, resistencia a las deformaciones plásticas y módulo de rigidez.

En estas mezclas con elevados contenidos de ligante se debe cuidar especialmente su dosificación para que no sean susceptibles a las deformaciones plásticas. En obras de cierta importancia y en caso de duda es aconsejable realizar sobre ellas el ensayo de deformación en pista de laboratorio (NLT-173).

9.3

ESPESOR DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS El espesor de mezclas bituminosas varía en función de las características que vayan a aportar al firme: Regularidad superficial Capacidad estructural Resistencia a la reflexión de fisuras Si su principal función es mejorar la regularidad superficial de las capas tratadas con cemento con objeto de obtener una rodadura cómoda para vehículos que circulen a velocidades superiores a 100 km/h, generalmente bastará con dos capas de mezcla bituminosa de pequeño espesor. Para velocidades inferiores, suele ser suficiente una única capa. Si el principal objetivo es el de aportar capacidad estructural al firme se proyectará el espesor que sea necesario para ello, siempre que cumpla el resto de las funciones. Si la principal función es evitar o retrasar la reflexión de fisuras de capas tratadas con cemento no prefisuradas se deben proyectar unos espesores mínimos en función del tipo de material tratado sobre el que se apoye y del tráfico que vaya a soportar. Los materiales más resistentes presentarán mayores aberturas de fisuras y por tanto precisarán de un pavimento más grueso, salvo que se prefisuren. Con tráficos ligeros no suele tener tanta importancia la reflexión de las fisuras. Los espesores mínimos para evitar la reflexión de fisuras en firmes con capas no prefisuradas son del orden de 10 cm sobre suelocemento y de 12 cm sobre gravacemento, teniendo en cuenta además que las intensidades más elevadas de tráfico suelen exigir también mayores espesores. Con tráfico pesado, el espesor de mezclas bituminosas que se suele disponer por motivos estructurales sobre capas de suelocemento supera estos valores. En firmes con gravacemento u otros materiales tratados con cemento de mayor resistencia, la técnica de la prefisuración reduce en gran medida la reflexión de fisuras, permitiendo proyectar los espesores de mezcla bituminosa necesarios únicamente desde el punto de vista estructural o por motivos de regularidad superficial.

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Resulta conveniente que el espesor de la tongada bituminosa que se dispone directamente sobre la capa tratada con cemento sea lo mayor posible, ya que se ha comprobado que desde el punto de vista de la reflexión de fisuras es más eficaz colocar una sola tongada gruesa que dos finas; así, por ejemplo, es preferible extender una tongada de 10 cm que dos de 5 cm.

9.4

COMPOSICIÓN DE LA MEZCLA Para reducir la reflexión de fisuras se puede también actuar directamente sobre los componentes de las mezclas bituminosas. Las siguientes medidas son beneficiosas en este sentido: Utilizar tamaños máximos de árido no muy elevados (20 mm) y, cuando se disponga de ellas, arenas calizas para aumentar la cohesión del mortero. Evitar la utilización de betunes duros tipo B 40/50 en las capas intermedias o inferiores, ya que su escasa deformabilidad acelera la reflexión de grietas. Quedan exceptuados los betunes para mezclas de alto módulo que se disponen con dotaciones no inferiores al 5,5% en peso sobre áridos. Emplear ligantes modificados con elastómeros (tipos BM-3b y BM-3c), que favorecen la consecución de altos contenidos en mortero sin riesgos de deformaciones plásticas.

9.5

PUESTA EN OBRA En la colocación de capas bituminosas en firmes semirrígidos hay que adoptar una serie de medidas de buena práctica: Compactar adecuadamente las capas de mezcla bituminosa, manteniendo el nivel de huecos en mezcla dentro de los valores proyectados. Una vez iniciada la puesta en obra de las capas de mezcla bituminosa, colocar todas ellas lo más rápidamente posible, y en ningún caso permitir que llegue el invierno sin haber extendido el espesor total de mezclas bituminosas. Asegurarse de que se ponen en obra los espesores previstos.

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Extensión de una mezcla bituminosa en caliente.

Además, y siempre que sea posible: No ejecutar el material tratado con cemento en épocas de fuerte calor. Posponer la extensión de la mezcla bituminosa hasta que se haya producido el primer agrietamiento por retracción (aproximadamente un mes).

9.6

ADHERENCIA ENTRE CAPAS BITUMINOSAS Como ya se ha comentado en el apartado 6.12, es fundamental conseguir la máxima adherencia entre todas las capas del firme para evitar su agotamiento prematuro. La unión de dos capas de mezcla bituminosa se consigue de forma relativamente sencilla aplicando entre ellas un riego de adherencia. El riego de adherencia consiste en la extensión de una emulsión bituminosa entre ambas capas bituminosas. La dotación más adecuada de ligante residual del riego dependerá del tipo de mezclas bituminosas que se vayan a unir, según se indica en la Tabla 9.1. Las emulsiones más adecuadas para esta aplicación son las termoadherentes, las de rotura rápida convencionales de los tipos ECR-1 o EAR-1 (según Art. 213 del PG-3) y las modificadas con polímeros de los tipos ECR-1-m o ECR-2-m (según Art. 216 del PG-3). Tabla 9.1

Dotaciones habituales de ligante para riegos de adherencia.

CAPA BITUMINOSA Bajo capas de mezclas bituminosas convencionales Bajo microaglomerados en caliente (tipos F y M) Bajo capas de rodadura drenantes (tipo PA)

LIGANTE RESIDUAL 300 g/m2 400 g/m2 500 g/m2

Previamente a la ejecución del riego se debe comprobar que la superficie existente está limpia de polvo, suciedad y materiales sueltos. En caso contrario se debe limpiar utilizando barredoras mecánicas u otros equipos adecuados. La aplicación del riego se debe realizar con camión cisterna regador y hay que coordinarlo con la extensión de la capa bituminosa superior de forma que la emulsión haya roto, pero sin que haya perdido su efectividad como elemento de

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unión. Además hay que evitar que los vehículos de obra levanten o dañen la emulsión aplicada.

Foto 9.4

Extensión de riego de adherencia con camión cisterna con rampa de riego.

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Capítulo

10 PROYECTO Y DIMENSIONAMIENTO DE FIRMES SEMIRRÍGIDOS En este capítulo se tratan aquellas cuestiones relativas al proyecto y dimensionamiento de los firmes semirrígidos. En particular se describen los métodos de dimensionamiento existentes, se definen los factores de diseño necesarios y se detalla el procedimiento que se debe seguir para el cálculo analítico de las secciones del firme.

10.1 INTRODUCCIÓN El objetivo del proyecto de un firme es diseñar y dimensionar todos los elementos que lo componen de manera que constituya una vía cómoda y segura para la circulación de vehículos, combinando de manera óptima la durabilidad, el coste y el respeto por el medio ambiente. El proyecto incluye el dimensionamiento de la sección estructural de la calzada y de los arcenes, así como, en su caso, el diseño de los elementos de drenaje del firme y de evacuación del agua superficial. El dimensionamiento de la sección estructural del firme debe partir del conocimiento del tráfico, la capacidad de soporte de la explanada, el clima y los materiales disponibles en la zona y, en algunos casos, también del entorno o las características de la carretera. A partir de estos datos, y para un determinado período de proyecto, se pueden dimensionar diferentes tipos de firmes que cumplan las condiciones fijadas y sean técnicamente adecuados. Posteriormente se realiza la selección del más apropiado mediante un análisis comparativo que permita establecer una relación entre la vida de servicio del firme y el coste de su construcción y de su mantenimiento en unas condiciones adecuadas.

10.2 MÉTODOS DE DIMENSIONAMIENTO Los métodos de dimensionamiento de firmes se pueden clasificar en empíricos y analíticos, aunque en la práctica lo más habitual es encontrarse con métodos que combinan ambos procedimientos.

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Existe una amplia variedad de métodos empíricos. En uno de los extremos se encuentran aquellos basados únicamente en la experiencia del ingeniero y cuya evolución en el tiempo se basa en su periódica revisión al ir acumulándose dicha experiencia. En el otro extremo están aquellos otros que son el resultado de una recogida sistemática de datos sobre el comportamiento de los firmes y de una adecuada correlación de las variables de diseño con dicho comportamiento. Un ejemplo muy ilustrativo de este segundo caso son las primeras versiones del método de la AASHTO, basadas en regresiones sobre los datos obtenidos en el ensayo del mismo nombre llevado a cabo entre 1959 y 1961. En los métodos analíticos la respuesta del firme, en forma de tensiones, deformaciones o deflexiones de sus capas, se determina a través del uso de modelos matemáticos denominados modelos de respuesta. Estas respuestas se relacionan con el comportamiento de la estructura del firme mediante modelos de comportamiento o deterioro basados en ensayos de laboratorio o en datos de comportamiento en servicio. La observación de dicho comportamiento es necesaria para diseñar firmes de una manera realista. Entre las ventajas potenciales de este método frente a los empíricos se encuentran las siguientes: Se acomoda a los cambios de los tipos de carga. Se utilizan mejor los materiales disponibles. Se pueden incluir nuevos materiales. Mayor grado de confianza de las predicciones de comportamiento. Mejora la adaptación a las prácticas de construcción. Las propiedades de los materiales se relacionan mejor con el comportamiento real del firme. Se mejora la definición de las propiedades de las capas del firme. Permite incorporar efectos climáticos y de envejecimiento de materiales. Sin embargo, en la práctica su aplicación presenta muchos problemas, debido a la falta de datos sobre las características reales de los materiales (propiedades mecánicas, leyes de fatiga, etc.), y a que la mayoría de los técnicos que deben emplearlos no son especialistas en dimensionamiento de firmes. Por otra parte, estos modelos se deben ajustar de acuerdo con una serie de factores de carácter práctico, como por ejemplo las dispersiones de los materiales y espesores de las capas obtenidos realmente en obra. También hay que tener en cuenta que en la elaboración de los modelos matemáticos son necesarias simplificaciones que, lógicamente, no pueden prever todas las situaciones posibles que se puedan producir en la realidad. Hay ya en España un método de dimensionamiento analítico publicado por la Junta de Andalucía (Instrucción para el diseño de firmes de la Red de Carreteras de Andalucía, 1999) que puede servir de referencia para este tipo de estudios. Por los problemas que presentan los métodos analíticos, desde los años 70 en muchos países europeos se ha recurrido al establecimiento de unos catálogos de firmes en cuya elaboración se han tenido en cuenta tanto modelos analíticos como consideraciones empíricas. En España, el dimensionamiento de firmes mediante catálogos ha sido utilizado desde 1975, año en el que se elaboraron las Normas 6.1-IC y 6.2-IC. La última revisión del catálogo español fue llevada a cabo en el año 2002. Paralelamente, algunas otras Administraciones han

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publicado catálogos de firmes, como por ejemplo la Diputación de Vizcaya (Normas técnicas para las carreteras de Vizcaya, 1986) o la Junta de Castilla y León (Recomendaciones de proyecto y construcción de firmes y pavimentos, 1996 y actualización de 2001).

Foto 10.1

Portadas de diversas normas españolas para el diseño de firmes.

10.3 FACTORES DE DISEÑO Cualquier procedimiento de dimensionamiento requiere la definición de una serie de factores de entrada, como son: El período de proyecto, es decir, la vida útil para la que se diseña el firme. El tráfico de proyecto (intensidad y composición del tráfico, distribución de cargas por eje, etc.). La capacidad de soporte de la explanada. Las características de los materiales que componen las distintas capas del firme. Las condiciones climáticas que puedan afectar al comportamiento del firme (temperaturas, pluviometría, etc.) Aparte de los anteriores, existen otros factores que pueden condicionar el proyecto de un firme, como son la disponibilidad de materiales, las dimensiones de la obra, el plazo de ejecución, el equipamiento y experiencia de las empresas constructoras, los firmes adyacentes, consideraciones políticas o sociales (para promover el empleo o la competencia empresarial), o bien otros relacionados con el entorno o el medio ambiente (ruido, limpieza, estética, etc.).

10.3.1 El tráfico En general, el parámetro del tráfico que interesa conocer para el dimensionamiento del firme es el número de vehículos pesados que circularán por la carretera durante el periodo de proyecto que se considere. Los vehículos ligeros, en comparación con los pesados, prácticamente no deterioran el firme; por ello, no se suelen tener en cuenta, salvo en algunas ocasiones para la elección de la capa de rodadura.

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Por otro lado, el dimensionamiento se realiza siempre para el carril de la calzada por donde va a circular un mayor número de vehículos pesados, al cual se denomina carril de proyecto. Se parte generalmente de la estimación de la intensidad media diaria (IMDp) de vehículos pesados durante el año de puesta en servicio. Algunos métodos empíricos y todos los analíticos utilizan el denominado tráfico equivalente de proyecto (TEP), o lo que es lo mismo, el número de ejes tipo que solicitarán el firme durante el periodo de proyecto considerado. La intensidad media diaria (IMDP) de vehículos pesados de la carretera se obtiene generalmente a partir mapas o aforos de tráfico. A continuación, este valor se multiplica por el porcentaje de vehículos pesados que utilizan el carril de proyecto. A falta de otros datos se pueden adoptar las siguientes hipótesis: En carreteras de dos carriles y doble sentido de la circulación, sobre el carril de proyecto circulará la mitad del total de vehículos pesados en los dos sentidos, salvo que se trate de una carretera de anchura de calzada menor de 6 m. En este caso, si el ancho de la calzada está comprendido entre 5 y 6 m, sobre el carril de proyecto circularán las tres cuartas partes del total de vehículos pesados, y si es menor de 5 m, la totalidad de vehículos pesados. En carreteras de dos carriles por cada sentido de circulación, sobre el carril de proyecto circulará el total de vehículos pesados en el sentido considerado. En carreteras con tres o más carriles por sentido de circulación, sin contar los carriles adicionales (carriles lentos, de aceleración o deceleración, ramales, etc.), sobre el carril de proyecto circulará el 85% del total de vehículos pesados en el sentido considerado. Para calcular el tráfico equivalente de proyecto (TEP), se parte de la IMDP durante el año de la puesta en servicio y se estima el número acumulado de vehículos pesados que circularán por el carril de proyecto de la carretera a lo largo del periodo de diseño (en general, 20 años). Para ello es preciso considerar el incremento anual de este tipo de tráfico durante el periodo de proyecto definido. Se suele adoptar una tasa de crecimiento, r, constante, entre el 3 y el 4% anual. De acuerdo con dichas hipótesis, el número de vehículos pesados NVP que circularán por el carril de proyecto durante el periodo de proyecto, será: NVP = IMDP · 365 · F

siendo: IMDP F

Intensidad media diaria de vehículos pesados en el carril de proyecto en el año de puesta en servicio del tramo Factor de crecimiento. Este factor representa la acumulación del tráfico durante el periodo de proyecto, n. En el caso de una tasa de crecimiento anual del tráfico de vehículos pesados constante, r (en tanto por uno), el factor de crecimiento es igual a:

F=

(1 + r )n − 1 r

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En el dimensionamiento analítico es necesario adoptar una carga tipo de cálculo (Fig. 10.1). En España, se suele utilizar el eje simple con ruedas gemelas y una carga de 13 t. Por tanto, es necesario conocer la equivalencia entre un vehículo pesado y dicho eje tipo de 13 t. Este parámetro es el denominado coeficiente de equivalencia.

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13 t

P=0,8 MPa En teoría, se debería calcular un coeficiente de equivalencia para la silueta de vehículos pesados típica de cada carretera, a partir de la distribución de cargas por eje de los vehículos. Para ello, sería preciso conocer previamente, mediante campañas de R=11,35 cm d=37,5 cm pesaje en movimiento, el espectro de cargas de una muestra representativa del tráfico que circule por la carretera en Figura 10.1 Carga tipo adoptada en el cálculo analítico. cuestión en el caso de acondicionamientos o modificaciones de trazado, o en carreteras del mismo corredor en el caso de nuevos trazados. Además, el coeficiente de equivalencia depende de la configuración del eje (simple, doble, o triple), del tipo de firme (flexible, semirrígido, rígido), del tipo de deterioro considerado, de la suspensión utilizada por los vehículos, etc.

Foto 10.2

Equipo para la adquisición de datos de pesaje en movimiento: báscula dinámica y esteras capacitivas.

Normalmente no se suele disponer de estos datos, por lo que se utiliza un coeficiente de equivalencia medio, CE, que se calcula mediante técnicas estadísticas para una determinada zona o red de carreteras. Actualmente, para los firmes semirrígidos de la red de carreteras españolas se suele considerar una equivalencia media de 0,6 ejes tipo de 13 t por cada

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vehículo pesado (CE=0,6).

En consecuencia, el tráfico equivalente de proyecto, TEP, se obtendrá de la siguiente expresión:

TEP = Tp ·CE = IMDP · 365 · F ·CE En muchos métodos de dimensionamiento se definen categorías de tráfico, generalmente en función de la IMD de vehículos pesados en el carril de proyecto en el año de puesta en servicio del tramo (IMDP), aunque también en función del tráfico equivalente o incluso de ambos parámetros. Por ejemplo, en la Tabla 10.1 se muestra la clasificación del tráfico, en función de la IMDP que figura en la Norma 6.1 - IC “Secciones de firme” del Ministerio de Fomento (2002). Tabla 10. 1

Clasificación del tráfico pesado según la Norma 6.1 - IC (2002). CATEGORÍA DE TRÁFICO T00 T0 T1 T2 T31 T3 T32 T41 T4 T42

IMDP ≥ 4000 < 4000 y ≥ 2000 < 2000 y ≥ 800 < 800 y ≥ 200 < 200 y ≥ 100 < 100 y ≥ 50 < 50 y ≥ 25 < 25

10.3.2 La explanada Las características de la explanada tienen una influencia considerable en el dimensionamiento del firme. Para una misma carga las explanadas más débiles se deforman más y por tanto provocan mayores tensiones y deformaciones en el firme. El parámetro más importante para caracterizar la explanada es su capacidad de soporte o resistencia a la deformación por esfuerzo cortante bajo cargas del tráfico. En el proyecto, se fija una capacidad de soporte mínima en función de los suelos disponibles para la coronación y de las características del terreno subyacente, en desmontes, o del material previsto para el relleno, en terraplenes. No hay que olvidar, además, la posibilidad de estabilizar los materiales de coronación. Los ensayos de laboratorio permiten, a partir de la granulometría y la plasticidad de las muestras tomadas, asignar una capacidad de soporte al suelo. No obstante, es preciso complementar esta primera estimación bien mediante ensayos mecánicos de laboratorio, de los que el más extendido es el índice CBR, o bien mediante ensayos de campo en el caso de desmontes. En estos últimos, la caracterización del terreno se hace directamente mediante equipos tales como el penetrómetro, la placa de carga, el deflectómetro de impacto, etc. El procedimiento más utilizado en España es la determinación del índice CBR en laboratorio, complementada en ocasiones con ensayos de penetración en campo.

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Foto 10.3

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Compactación de un suelo para la formación de la explanada.

En la mayoría de los métodos de dimensionamiento se suelen fijar unas categorías de explanada en función de su capacidad de soporte mínima. En general, se utiliza como parámetro de clasificación el índice CBR o el módulo equivalente del conjunto formado por los suelos de aportación y el terreno natural, o incluso únicamente de los utilizados en coronación (0,5 - 1 m ). Por ejemplo, tanto en la Norma 6.1 – IC (2002) como en las Recomendaciones de proyecto de Castilla y León (1996 y 2001) se definen tres categorías de explanadas: E1, E2 y E3. En la primera, en función del módulo de compresibilidad en el segundo ciclo, Ev2, del ensayo de carga con placa que se prevé para cada categoría, y en la segunda, en función del índice CBR exigido a los suelos de coronación (Tabla 10.2). Además, en ambos casos dentro de cada categoría se proponen diferentes combinaciones de suelos de aportación y estabilizaciones para la coronación de la explanada en función de la capacidad de soporte del macizo subyacente (fondo de desmonte o núcleo del terraplén). Tabla 10.2

Clasificación de explanadas según la Norma 6.1 – IC (2002) del Mº de Fomento y las Recomendaciones de proyecto y construcción de firmes y pavimentos (1996 y 2001) de la Junta de Castilla y León. CATEGORÍA DE EXPLANADA E1 E2 E3

Norma 6.1- IC Ev2 ≥ 60 Ev2 ≥ 120 Ev2 ≥ 300

Recomendaciones de Castilla y León CBR ≥ 5 CBR ≥ 10 CBR ≥ 20

10.3.3 El clima Aunque el clima se suele tener más en cuenta en la selección de los materiales y en otros elementos constructivos, como el drenaje, su influencia en el dimensionamiento de la estructura del firme puede ser también significativa, especialmente sobre el módulo de rigidez de las mezclas bituminosas que experimenta variaciones muy importantes con la temperatura.

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10.4 DIMENSIONAMIENTO MEDIANTE CATÁLOGOS Una vez determinados los factores de diseño, el dimensionamiento de firmes se puede realizar en la práctica mediante la utilización de nomogramas, ábacos, fórmulas de regresión, etc. No obstante, el sistema más habitual es el catálogo de secciones cuyo desarrollo se realiza mediante la utilización de métodos analíticos o empíricos, calibrados con el análisis del comportamiento de firmes en tramos de carretera con tráfico real, tramos experimentales o pistas de ensayo. Dichos catálogos presentan una gama de secciones estructurales de firmes, formadas por materiales de características normalizadas, definidas en función de la capacidad de soporte de la explanada y del tráfico de vehículos pesados que vaya a soportar la carretera, aunque pueden intervenir otros factores. Para cada combinación de categoría de tráfico y explanada se definen varias secciones posibles de firme. No obstante estas soluciones no son estrictamente equivalentes debido a factores tales como la distinta evolución bajo el tráfico o los diferentes costes de conservación y del usuario. Por consiguiente, la elección de las mismas se ha de hacer teniendo en cuenta consideraciones tanto técnicas como económicas. En las Tablas 10.3 y 10.4 se presentan ejemplos de secciones de firmes semirrígidos extraídas de los catálogos de la Norma 6.1-IC (firmes con suelocemento y gravacemento) y de las recomendaciones de firmes de Castilla y León (firmes con hormigón compactado). Tabla 10. 3

Secciones de firmes con base o subbase tratada con cemento incluidas en el catálogo de la Norma 6.1 – IC (2002).

TRÁFICO Y EXPLANADA

E1

SUELOCEMENTO E2

T00

-

T0

E3

E1

-

25 MB 30 SC(1)

-

-

-

20 MB 25 SC (1)

-

T1

-

20 MB 25 SC (1)

20 MB 20 SC (1)

-

T2

18 MB 30 SC (1)

18 MB 22 SC (1)

15 MB 20 SC (1)

-

15 MB 30 SC 12 MB 30 SC 8 MB 30 SC 5 MB 25 SC

12 MB 30 SC 10 MB 30 SC 8 MB 25 SC 5 MB 22 SC

12 MB 22 SC 10 MB 22 SC 8 MB 20 SC 5 MB 20 SC

T31 T32 T41 T42 (1)

GRAVACEMENTO E2 E3 20 MB 22 GC (1) 25 SC 18 MB 22 GC (1) 20 SC 15 MB 22 GC (1) 22 SC 15 MB 20 GC (1) 20 SC

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Estas capas se deberán prefisurar con espaciamientos de 3 a 4 m. MB: mezcla bituminosa; SC: suelocemento RC7>2,5 MPa; GC: gravacemento RC7>4,5 MPa. Los espesores son mínimos y están indicados en centímetros.

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Tabla 10.4

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Secciones de firmes con hormigón compactado incluidas en el catálogo de las Recomendaciones de firmes de la Junta de Castilla y León (1996 y 2001). TRÁFICO Y EXPLANADA T31 T32 T41 T42

E1

E2

8 MB 20 HC (1) 15 SC 8 MB 18 HC (1) 15 SC 5 MB 18 HC (1) 15 SC 5 MB (2) 16 HC (1) 20 ZN

8 MB 20 HC (1) 20 ZN 8 MB 18 HC (1) 20 ZN 5 MB 18 HC (1) 20 ZN

E3 8 MB 18 HC (1) 8 MB 18 HC (1) 5 MB 18 HC (1)

5 MB (2) 16 HC (1)

5 MB (2) 16 HC (1)

(1)

Estas capas se deberán prefisurar con espaciamientos de 3 a 4 m. Se puede sustituir por un doble tratamiento superficial si la IMD3,3 MPa; SC: suelocemento RC7>2,5 MPa; ZN: zahorra natural. La definición de categorías de tráfico coincide con la de la Norma 6.1- IC. Los espesores son mínimos y están indicados en centímetros. (2)

El catálogo francés de secciones de firmes publicado en 1998 incluye distintas soluciones con materiales tratados con cemento. Considera dos categorías de red, estructurante y no estructurante, cuyos periodos de proyecto son de 30 y 20 años respectivamente. En la Tabla 10.5 se muestran algunas de las secciones propuestas para la red no estructurante (VNRS) con objeto poder compararlas con las incluidas en los catálogos españoles. Tabla 10.5 EXPLANADA TRÁFICO * (vp/s/d)

Catálogo francés de secciones de firme (1998). SUELOCEMENTO

GRAVACEMENTO

EV2 ≥ 50

EV2 ≥ 120

EV2 ≥ 200

EV2 ≥ 50

EV2 ≥ 120

EV2 ≥ 200

> 5.000

-

-

-

-

2.000-5.000

-

22 MBC 21 SC3

20 MBC 19 SC3

-

750-2.000

23 MBC 22 SC3

20 MBC 19 SC3

19 MBC 18 SC3

300-750

21 MBC 20 SC3

-

-

150-300

9 MBC 29 SC3

9 MBC 24 SC3

9 MBC 22 SC3

11 MBC 18 GC3+ 28 SC2 9 MBC 18 GC3 24 SC2 7 MBC 18 GC3 22 SC2

15 MBC 18 GC3+ 19 SC2 11 MBC 18 GC3+ 18 SC2 9 MBC 16 GC3 18 SC2 7 MBC 15 GC3 18 SC2

15 MBC 15 GC3+ 18 SC2 11 MBC 15 GC3+ 17 SC2 9 MBC 15 GC3 16 SC2 7 MBC 15 GC3 15 SC2

9 MBC 27 SC3 7 MBC 27 SC3

9 MBC 22 SC3 7 MBC 22 SC3

9 MBC 20 SC3 7 MBC 19 SC3

-

-

-

-

-

-

50-150 < 50

Período de Proyecto: 30 años SC2: Características mecánicas similares al suelocemento. SC3 y GC3: Características mecánicas similares a lagravacemento. * vp/s/d = vehículos pesados / sentido / día. + Prefisuración obligatoria, aunque se recomienda en todos los demás casos.

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Es necesario llamar la atención sobre el contenido de la Tabla 10.3, en la que es fácil observar la gran diferencia existente entre el espesor de las secciones semirrígidas propuestas para cada categoría de tráfico y explanada. Esto probablemente provocará que los firmes con gravacemento y suelocemento presenten una vida de servicio distinta de aquellos otros que únicamente tienen una capa de suelocemento. La principal ventaja de los catálogos radica en su sencillez y facilidad de uso, lo que minimiza posibles errores en el proceso de dimensionamiento. Por otro lado, al definir secciones concretas para los mismos factores de diseño se facilita la recogida de experiencia sobre su comportamiento. Sin embargo, no facilitan la inclusión de materiales distintos a los que figuran en el catálogo y no se pueden extrapolar a ámbitos distintos de aquellos para los que fueron desarrollados. Para no excluir la posibilidad de emplear otras soluciones adecuadamente justificadas, es importante que los catálogos vengan acompañados de documentos que indiquen los criterios que se han utilizado para la definición de las secciones, con el fin de poder desarrollar firmes alternativos en caso necesario.

10.5 DIMENSIONAMIENTO ANALÍTICO El dimensionamiento analítico se basa en la asimilación del firme a una estructura representando las distintas capas del mismo y la explanada, en la que se pueden calcular, mediante un modelo de respuesta, las tensiones, deformaciones y desplazamientos provocados por las cargas de tráfico, combinadas con los efectos climáticos. Los valores críticos obtenidos en el modelo de respuesta se comparan con los límites admisibles en cada caso, en función de los modelos de comportamiento o deterioro adoptados. Estos modelos de comportamiento son generalmente de tipo empírico o semiempírico.

10.5.1 Etapas del dimensionamiento analítico En general, el dimensionamiento analítico de un firme, semirrígido o de otro tipo, se realiza en varias etapas: Predimensionamiento Cálculo de la respuesta estructural del firme Comprobación de la vida del firme para las formas de deterioro consideradas. Análisis de sensibilidad del cálculo. Ajuste de los espesores calculados. Definición de la sección transversal del firme. En la etapa de predimensionamiento se eligen los espesores de las distintas capas, tomando como referencia otros casos similares que hayan tenido buen comportamiento y, en cualquier caso, teniendo en cuenta las recomendaciones sobre espesores mínimos de proyecto (véase el Apartado 10.6). Posteriormente, mediante el cálculo estructural del firme se determinan las tensiones, deformaciones y desplazamientos provocados por las cargas del tráfico en el modelo matemático adoptado para representar dicha estructura. A

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continuación, se estima el número de vehículos que pueden solicitar la sección en función de los distintos modelos de comportamiento adoptados (generalmente, fatiga de las capas del firme y deformación permanente de la explanada). Comparando este resultado con el tráfico estimado para el periodo de proyecto se valora si la sección calculada es correcta (Fig. 10.2).

Figura 10.2 Esquema general de las fases del dimensionamiento del firme.

Hay que destacar, a este respecto, que resulta muy conveniente realizar un análisis de sensibilidad del cálculo frente a variaciones en las hipótesis consideradas (Fig. 10.3), para tener en cuenta factores tales como: El riesgo de cálculo admitido (se puede permitir una mayor probabilidad de fallo en una carretera secundaria que en una autopista de mucho tráfico). Los efectos térmicos. Defectos localizados de espesor. Merma de la adherencia entre capas. Las discontinuidades en las capas (fisuras de retracción o juntas). Las dispersiones de espesores y resistencias de las capas. Las heterogeneidades en la explanada, con la posible presencia de puntos con una capacidad de soporte inferior a la prevista. Posteriormente, se realiza un ajuste de los espesores calculados, para tener en cuenta algunos factores que no se consideran en el cálculo. Por ejemplo, se suelen limitar los espesores de las capas para asegurar, según los casos, una compactación correcta, una adecuada regularidad superficial, o en el caso de bases de materiales tratados con cemento, una suficiente protección térmica de la capa para disminuir los gradientes térmicos y por tanto el riesgo de reflexión de fisuras en la superficie.

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Figura 10.3 Influencia del espesor de la base de gravacemento en la vida de útil del firme.

Tras las etapas anteriores se obtienen los espesores de las distintas capas del firme en el carril de proyecto. Hay que realizar entonces una definición de la sección transversal del firme para tener en cuenta posibles variaciones de dichos espesores en función de factores tales como: El tráfico en los distintos carriles. Las características geométricas del trazado. Las diferencias de pendientes transversales entre la explanada y la capa de rodadura. Los sobreanchos por motivos constructivos o para alejar las cargas de tráfico del borde de las capas.

10.5.2 Modelos de respuesta Se trata de modelos matemáticos que permiten obtener la respuesta estructural del firme (tensiones y deformaciones) sometido a una determinada carga. Actualmente existen modelos de respuesta con diversos grados de complejidad y que se pueden clasificar en dos categorías principales: los basados en la teoría elástica multicapa y los basados en técnicas de elementos finitos. La mayor parte de los métodos de dimensionamiento que se utilizan habitualmente para el cálculo analítico de firmes semirrígidos se basan en el modelo elástico multicapa desarrollado por Burmister. A efectos prácticos, este modelo proporciona resultados suficientemente satisfactorios en la mayoría de los casos.

Los modelos elásticos multicapa se basan en las siguientes hipótesis simplificadoras: El firme está formado por capas horizontales, paralelas entre sí, de espesor constante, indefinidas en su plano, y apoyadas en un espacio semiinfinito de Boussinesq. Cada capa y el semiespacio son un medio elástico lineal, homogéneo, isótropo y continuo. Se caracterizan mecánicamente por el módulo de elasticidad, E, y el coeficiente de Poisson, ν.

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Existe un apoyo continuo entre capas con adherencia total, parcial o nula. Las fuerzas de inercia y los efectos térmicos son despreciables. Las solicitaciones térmicas no se tienen en cuenta por sí mismas sino únicamente al fijar el módulo de elasticidad de los materiales tratados con ligantes bituminosos. Las deformaciones del sistema son pequeñas. Los esfuerzos cortantes son despreciables en el contacto ruedapavimento. El cálculo numérico se realiza con programas de ordenador basados en este modelo (por ejemplo, Alizé, Bisar, Circly, Elsym 5, etc.). Los archivos de salida de los mismos varían con el programa, pero como mínimo proporcionan las tensiones y deformaciones críticas en aquellos puntos en donde alcanzan su valor máximo, los cuales se suelen localizar generalmente en las interfaces. Los modelos basados en el método de elementos finitos pueden considerar, dependiendo del programa utilizado, distintas leyes constitutivas para los materiales: elástica, viscoelástica, viscoelastoplástica, y simular además diferentes condiciones de contorno, tales como las derivadas de la presencia de juntas o grietas. Sus principales inconvenientes son que suelen precisar en general bastante tiempo para preparar las entradas de datos simulando los distintos casos analizados, son complejos y más difíciles de utilizar que los métodos multicapa y, sobre todo, que los resultados dependen en gran medida del tipo de malla utilizada no existiendo un acuerdo sobre cuál es la más adecuada para cada caso. En consecuencia, hoy en día son todavía una herramienta de investigación, con una cierta aplicación únicamente en los firmes de hormigón.

10.5.3 Caracterización de los materiales Un firme semirrígido está constituido en esencia por unas capas superiores de mezcla bituminosa de cierto espesor, una base de suelocemento, gravacemento u hormigón compactado y en su caso por una subbase tratada con cemento (normalmente suelocemento o gravacemento). La subbase descansa a su vez sobre la explanada. Como ya se ha señalado, en los análisis multicapa todos estos materiales se suponen linealmente elásticos, homogéneos y, en general, isótropos. Los parámetros que intervienen en el análisis son el módulo de elasticidad, E, y el coeficiente de Poisson, ν. Estos valores se pueden medir en laboratorio, pero los ensayos son complejos, y en consecuencia de coste elevado, y no están disponibles en todos los laboratorios. Debido a ello, es usual en la fase de proyecto estimar unos valores a partir de las características mínimas de los materiales que se vayan a utilizar, como por ejemplo su resistencia, o en su defecto, de las fijadas en las prescripciones técnicas.

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Medida del módulo dinámico de un material tratado con cemento.

10.5.3.1 Explanada En la mayoría de los métodos de dimensionamiento existentes la explanada se caracteriza como un macizo elástico semiindefinido de Boussinesq. Sin embargo, se suelen emplear dos métodos diferentes para modelizar el macizo de la explanada: Suponer que todo el macizo indefinido tiene las características mecánicas de los materiales utilizados en su coronación, normalmente en una profundidad mínima de 50 a 100 cm. Modelizar todos los suelos que se encuentren por debajo del firme hasta una profundidad en la que se considere que las tensiones y deformaciones no son significativas, a partir de la cual se supone indefinido. En ambos casos, para la caracterización de los suelos es habitual suponer la existencia de una relación entre su módulo de elasticidad y su índice CBR, empleándose habitualmente la siguiente:

E (MPa) = CBR · 10 Para el coeficiente de Poisson se suele adoptar un valor de 0,35 a 0,40. Si el terreno natural está constituido por un macizo rocoso, se le puede asignar un coeficiente de elasticidad igual a 10.000 MPa, y un coeficiente de Poisson igual a 0,25. En el caso de suelos estabilizados in situ para explanadas se suelen adoptar los valores del módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson mostrados en la Tabla 10.5. Tabla 10.5

Características mecánicas de suelos estabilizados in situ para explanadas (valores a un año de edad). MATERIALES Suelo estabilizado S-EST1 Suelo estabilizado S-EST2 Suelo estabilizado S-EST3

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E (MPa) 100 200 2.500

ν 0,35 0,35 0,25

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Cuando las explanadas se definían por su CBR (antigua Norma 6.1 y 2 – IC) se seguía usualmente el primer tipo de simulación y se les asignaba el módulo correspondiente al CBR de los suelos de coronación, con el que se clasificaba el tipo de explanada. Así se suponía que si un firme se apoyaba sobre una explanada E2, con índice CBR entre 10 y 20, el módulo del macizo semiindefinido, considerando el extremo inferior del intervalo, era de E = 10 x 10 = 100 MPa. Este procedimiento tiene el inconveniente de que puede llevar a infradimensionamientos ya que, por ejemplo, el módulo equivalente de una explanada formada por 50 cm de suelo con CBR 10 es muy inferior si se apoya sobre un suelo de CBR 1 que si lo hace sobre uno de CBR 5. Con la nueva Norma 6.1–IC se suele seguir también un procedimiento simplificado, suponiendo que el módulo de elasticidad del macizo seiindefinido es análogo al Ev2 mínimo que figura en la definición de explanadas. El segundo procedimiento de simulación se ha utilizado en el método de dimensionamiento de firmes de Andalucía, donde se incluyen en el modelo las capas de suelo de la explanada hasta un espesor del orden de 2 m y a partir de ese espesor se asimila esta última a un macizo semiindefinido. 10.5.3.2 Capas granulares En general, se suele considerar que el módulo de elasticidad de las capas granulares depende del de las capas sobre las que se apoyan, aumentando con el de éstas hasta alcanzar su valor máximo correspondiente a la capacidad de soporte propia del material.

Foto 10.5

Riego y compactación de una capa granular.

En consecuencia, el módulo de elasticidad de cálculo de cada capa de material granular adopta un valor función del módulo de la capa subyacente según la expresión:

Ei = c · Esub,i − 1 donde: Ei : Ei-1:

Módulo de la capa i. Módulo de la capa i-1, situada debajo de la anterior.

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c:

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Coeficiente de proporcionalidad, que suele tomar el valor 2,5 para zahorras naturales y 3 para zahorras artificiales.

El módulo de cada capa está acotado superiormente por la capacidad de soporte propia de su material constituyente, que se suele situar en torno a los 500 MPa en las zahorras naturales y a los 600 MPa en las artificiales. Por ejemplo, una capa de zahorra natural apoyada sobre un suelo de CBR = 30, tendría, aplicando la regla de la capa inferior, un módulo de 300 x 2,5 = 700 MPa, pero como este valor es superior al máximo considerado para estos materiales, se le asignaría únicamente 500 MPa. En las capas granulares se suele adoptar un coeficiente de Poisson similar al de los suelos, es decir, entre 0,35 y 0,40. 10.5.3.3 Materiales tratados con cemento Tanto la resistencia mecánica como el módulo de elasticidad de los materiales tratados con cemento aumentan con el tiempo, si bien a partir de un año de edad estos parámetros tienden a estabilizarse. Por tanto, para cálculos a largo plazo es recomendable utilizar los valores del módulo de elasticidad a un año. Sin embargo, si se desea evaluar el comportamiento estructural del firme a edades tempranas, por ejemplo para analizar el efecto del paso del tráfico de obra, se deben adoptar los valores correspondientes a la edad del material. En general, el condicionante principal de la vida útil de los firmes semirrígidos suele ser el agotamiento estructural de las capas tratadas con cemento, ya que debido a los elevados módulos de deformación de los materiales de las mismas, las mezclas bituminosas apenas sufren deformaciones por tracción. DEFORMACIÓN HORIZ. XX SEGÚN EJ E ZZ VARIAS SECCIONES 0,00 0,05 0,10

MB

MB

ZA

MB

GC ZA

SC

EXP

Figura 10.1

0,20 0,25 0,30 0,35 BAJ O CENTRO DE RUEDA(431) BAJ O BORDE INT. RUEDA (231) BAJ O BORDE INT. RUEDA (232) BAJ O EJ E RUEDA (233) BAJ O EJ E RUEDA (234)

0,40

SC EXP

0,15 Profundida d (m)

MB

EXP

EXP

0,45 0,50 250

200

150

100

50

0

-50

-100

-150

De forma ción XX e n e je de ca rga (Eje ZZ) e n microde forma cione s

Deformaciones de la mezcla bituminosa en distintos tipos de firmes.

El agotamiento de estas capas depende de la relación entre las tensiones de tracción a que estén sometidas y la resistencia a flexotracción del material. Para la misma carga, las tensiones aumentan cuando se incrementa el valor del módulo de elasticidad del material. En consecuencia, para evitar fallos prematuros es recomendable adoptar valores altos de los módulos de elasticidad dentro de los rangos habituales para estos materiales. A título indicativo, en la Tabla 10.6

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figuran los valores del módulo de elasticidad a un año de edad y del coeficiente de Poisson considerados normalmente para el cálculo analítico de firmes. Tabla 10.6

Características mecánicas de materiales tratados con conglomerantes hidráulicos para el dimensionamiento analítico (valores a un año de edad).

MATERIALES Suelocemento con suelos granulares Suelocemento con zahorras Gravacemento Gravacemento de alta resistencia Hormigón magro compactado Hormigón compactado

E (MPa) 5.000 – 8.000 8.000 – 18.000 18.000 – 22.000 22.000 – 28.000 28.000 – 32.000 32.000 – 35.000

E cálculo (MPa) 8.000 18.000 22.000 28.000 32.000 35.000

ν 0,25 0,25 0,25 0,25 0,20 0,20

10.5.3.4 Mezclas bituminosas Las capas bituminosas presentan un comportamiento mecánico de carácter viscoelástoplástico y dependiente de la temperatura, lo cual hace que en su módulo de rigidez influyan tanto esta última como, en menor medida, el tiempo de aplicación de la carga (Fig. 10.4).

Módulo dinámico (MPa)

20000 5Hz 15000

10Hz 20Hz

10000

5000

0 0

5

10

15

20

25

30

35

Temperatura (ºC)

Figura 10.4 Variación del módulo dinámico (NLT-349) de una mezcla bituminosa semidensa S en función de la temperatura y la frecuencia de carga.

Para el cálculo analítico de firmes es habitual adoptar los módulos correspondientes a los límites inferiores de las frecuencias de carga habituales producidas por los vehículos pesados. El rango inferior de velocidades de los vehículos pesados en condiciones normales de circulación se suele situar entre los 50 y los 70 km/h que se corresponde aproximadamente con un frecuencia de unos 10 Hz. Las temperaturas elevadas del verano reducen enormemente el módulo de rigidez de las mezclas bituminosas y provocan que su comportamiento sea aproximadamente viscoelástico. Por el contrario, a temperaturas bajas propias del invierno, la mezcla alcanza un módulo elevado y su comportamiento es prácticamente elástico. Este fenómeno se suele abordar de varias formas: Se puede adoptar un módulo de elasticidad medio para todo el año que sea representativo del conjunto de valores a lo largo del mismo. Página - 17 -

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O bien, se puede considerar la variación del módulo mediante la adopción de un valor diferente en función de la época del año. Si se elige el primer procedimiento, se recomienda que para las condiciones climáticas españolas se adopte el valor del módulo de las mezclas bituminosas a 20 ºC. En este sentido, en la Tabla 10.7 figuran los módulos a dicha temperatura para las mezclas bituminosas habitualmente utilizadas en España. Por otra parte, para simplificar los cálculos suele ser habitual caracterizar conjuntamente las diferentes mezclas bituminosas, en cuyo caso se recomienda adoptar un módulo de 6.000 MPa, siempre que no se incluyan entre las mismas mezclas de alto módulo. Tabla 10.7

Características mecánicas de mezclas bituminosas (a 20ºC y 10 Hz). TIPO DE MEZCLA Densas y semidensas Gruesas De alto módulo Drenantes Discontinuas en capa fina Abiertas en frío

E ( MPa ) 7.000 5.000 11.000 4.000 4.000 1.500

ν 0,33 0,33 0,30 0,35 0,35 0,35

En el segundo procedimiento, es habitual dividir el año en estaciones climáticas y tomar un módulo diferente para cada una: por ejemplo, uno en primavera – otoño, otro en verano y otro en invierno. A este respecto, se puede considerar en primavera y otoño el módulo a 20ºC, en invierno aumentarlo en un 50%, y en verano disminuirlo en la misma magnitud. En la Tabla 10.8 se puede apreciar la variación que experimentaría el módulo de una mezcla bituminosa convencional. Tabla 10.8

Valores del módulo de elasticidad de mezclas convencionales en función de la época climática. ESTACIÓN CLIMÁTICA Primavera – otoño Invierno Verano

E (MPa) 6.000 9.000 3.000

bituminosas

µ 0,33 0,30 0,35

10.5.4 Adherencia entre capas Uno de los parámetros que más influye en la respuesta tenso-deformacional de un firme frente a las solicitaciones del tráfico es la adherencia entre las capas del mismo. Así, por ejemplo, si en un firme semirrígido la capa bituminosa inferior se encuentra unida a la base tratada con cemento, generalmente trabaja en compresión. Si por el contrario la capa inferior bituminosa y la tratada con cemento se encuentran despegadas, se producen tensiones y deformaciones de tracción en la parte inferior de las mezclas bituminosas, las cuales suelen alcanzar en general valores importantes por el pequeño espesor de dichas capas. De igual modo, si entre una base tratada con cemento y una subbase tratada asimismo con cemento se consigue, mediante una puesta en obra adecuada, que se produzca un cierto grado de adherencia entre ambas capas, las tracciones en la parte inferior de la base se reducen de forma significativa con respecto a las que se originan cuando entre ambas capas no existe adherencia (Fig. 10.5).

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Figura 10.5 Ejemplo de variación de las tensiones de tracción en el firme según la condición de adherencia en la interfase gravacemento-suelocemento.

En cuanto a la adherencia entre capas, en general se plantean tres posibilidades: Adherencia completa: los desplazamientos en sentido horizontal en la interfaz entre dos capas son iguales en ambas, lo que da lugar a la aparición de esfuerzos rasantes en dicha interfaz. Deslizamiento completo: no existe ningún tipo de adherencia en sentido horizontal entre las dos capas. Los desplazamientos en sentido horizontal son diferentes en ambas, y no se producen esfuerzos rasantes. Las cargas de tráfico producen tracciones en el fondo de la capa superior. Adherencia parcial: existe una cierta transmisión de esfuerzos horizontales en la interfaz, de forma que, aunque los desplazamientos en las caras en contacto de ambas capas no son iguales, si se produce la aparición de esfuerzos rasantes. La mayoría de los modelos de respuesta elásticos multicapa presentan la posibilidad de considerar adherencia completa o deslizamiento completo en las interfaces, y en muchos casos permiten asimismo considerar adherencia parcial, generalmente introduciendo un factor de proporcionalidad entre los desplazamientos horizontales de las caras en contacto. En cualquier caso, la adherencia parcial se puede abordar considerando para las tensiones y deformaciones los valores medios de los obtenidos en las hipótesis de adherencia completa y deslizamiento completo. La hipótesis que se suele adoptar en el dimensionamiento de firmes semirrígidos es que la adherencia entre todas las capas del firme es completa, salvo entre dos capas tratadas con cemento, que es parcial.

10.5.5 Modelos de comportamiento Los modelos de comportamiento se utilizan para simular la evolución, en función del número y magnitud de las cargas de tráfico, de los distintos tipos de deterioros. Se expresan generalmente en forma de relaciones entre las deformaciones o tensiones críticas producidas por las cargas de tráfico y la vida Página - 19 -

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de fatiga del firme en relación con una forma concreta de deterioro. En la mayoría de los métodos de dimensionamiento se consideran habitualmente dos formas de deterioro: Exceso de deformación permanente acumulada en la superficie de las capas granulares o explanadas no estabilizadas, como consecuencia tanto del paso del tráfico como de las variaciones climáticas. Agotamiento estructural por fatiga de las capas con cohesión, ya sean de mezclas bituminosas o de materiales tratados con cemento. Por tanto, la vida de servicio se podría definir como la magnitud del tráfico expresado en número de ejes equivalentes que puede soportar el firme antes de que se deteriore en términos de fisuración, o de acumulación de deformaciones permanentes, en un cierto porcentaje de su longitud. Cabe reseñar que las mayores diferencias entre los métodos de dimensionamiento existentes se producen precisamente en las leyes de fatiga. Los modelos de comportamiento se pueden definir directamente de manera empírica, observando el comportamiento de los firmes y obteniendo una ley de comportamiento en función del número de ejes tipo que han solicitado la sección o, lo que es más frecuente, ensayando los materiales en laboratorio sometiéndoles a cargas repetidas y asociando un número de repeticiones de carga hasta el fallo a cada nivel de solicitación. Estas leyes de laboratorio se deben después calibrar mediante ensayos a escala real. A continuación se describen los modelos de comportamiento, asociados a las formas de deterioro antes mencionadas, habitualmente utilizados para el dimensionamiento de firmes a nivel de proyecto. 10.5.5.1 Modelos de fisuración por fatiga en capas bituminosas Estos modelos se basan en la hipótesis ampliamente aceptada de que el número de aplicaciones de carga que soporta una mezcla bituminosa está directamente relacionado con su deformación horizontal por tracción máxima, localizada generalmente en la fibra inferior de la capa. Como ya se ha mencionado, en general las leyes de fatiga se obtienen en laboratorio y se debe incorporar un factor de conversión para poder predecir el nivel de fisuración por fatiga de las mezclas colocadas en la carretera. Dichos factores de conversión difieren mucho entre los distintos modelos, dependiendo, entre otros factores, del nivel de fisuración que se vaya a tolerar en función del tráfico de proyecto, pero generalmente se hallan dentro del rango del 10 al 45%. Esta diferencia entre las vidas a fatiga de las mezclas en laboratorio y sometidas a tráfico real se puede atribuir a factores tales como las distintas condiciones de carga, incluido el tipo de vehículo y configuración del eje, los períodos de reposo entre cargas, las variaciones cíclicas de temperatura, el efecto de las tensiones residuales y el endurecimiento, la propagación de grietas y la distribución transversal de las cargas en la zona de rodada.

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Foto 10.6

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Detalle firme agotado por fatiga de la mezcla bituminosa.

En algunos métodos de dimensionamiento se relaciona el número de repeticiones de carga, además de con la deformación unitaria de tracción, con otras características de la mezcla tales como su contenido de ligante, los huecos en mezcla, los huecos rellenos de ligante o su módulo de rigidez a flexión. Sin embargo, en la mayoría de las ocasiones el efecto de la deformación es muy superior al del resto de parámetros, por lo que estos últimos se suelen despreciar. En este caso la ley de fatiga genérica adopta la forma siguiente:

ε t = f1 ⋅ Nf− f

2

donde εt es la deformación unitaria de tracción en la mezcla bituminosa, Nf es el número de aplicaciones de carga hasta que se produce el fallo, y f1 y f2 unos coeficientes que dependen del tipo de mezcla. Para las mezclas bituminosas utilizadas en España, se recomienda adoptar la ley de fatiga del CEDEX, que se basa fundamentalmente en los resultados obtenidos en su pista de ensayos. La ley está calibrada para mezclas gruesas empleadas en capas inferiores bituminosas y un 20% de fisuración superficial, y se expresa mediante la siguiente relación:

ε t = 6,443 ⋅ 10−3 ⋅ Nf−0,27243 Cuando la mezcla colocada en la capa bituminosa no sea del tipo grueso, se recomienda aplicar a la vida teórica de servicio calculada mediante la ley anterior, el correspondiente factor de corrección k1 indicado en la Tabla 10.9. Tabla 10.9

Factores de corrección de la ley de fatiga CEDEX para distintos tipos de mezclas. TIPO DE MEZCLA Gruesa

k1 1

ε t = 6,443 ⋅ 10 −3 ⋅ N f−0,27243

Semidensa o densa

1,3

ε t = 6,920 ⋅ 10 −3 ⋅ N f−0,27243

Con betún modificado en dotación > 5% s.p.a. De alto módulo

1,5 1,1

ε t = 7,195 ⋅ 10 −3 ⋅ N f−0,27243

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LEY DE FATIGA

ε t = 6,612 ⋅ 10 −3 ⋅ N f−0,27243

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La Norma 6.1-IC (2002) del Mº de Fomento permite excepcionalmente el dimensionamiento analítico de secciones de firme para lo cual se proponen para las mezclas bituminosas las leyes de fatiga mostradas en la Tabla 10.10, que son una simplificación de las del CEDEX. Tabla 10.10 Leyes de fatiga para mezclas bituminosas propuestas en la Norma 6.1IC (2002). TIPO DE MEZCLA Gruesa, semidensa o densa De alto módulo

LEY DE FATIGA ε t = 6,925 ⋅ 10 −3 ⋅ N f−0,27243 ε t = 6,617 ⋅ 10 −3 ⋅ N f−0,27243

10.5.5.2 Modelos de deformación permanente en la superficie de las capas granulares y explanadas no estabilizadas Los modelos de deformación permanente más extendidos utilizan relaciones entre el número de repeticiones de carga admisibles, Nd, y la deformación vertical unitaria, εd, en la superficie de la capa granular o explanada sin estabilizar, mediante la siguiente expresión de tipo general:

ε d = f4 ⋅ Nd− f

5

donde f4 y f5 son unos coeficientes que dependen del tipo de material. En el modelo de deformación de la capa granular o explanada se asume que, si ésta no alcanza un cierto valor, las deformaciones en la superficie del firme serán también admisibles. En España se recomienda utilizar el modelo siguiente:

ε d = 1,58 ⋅ 10−2 ⋅ Nd−0,25 No se consideran en principio las deformaciones permanentes de las mezclas bituminosas, las cuales se pueden evitar mediante una dosificación adecuada de las mismas y su comprobación mediante la pista de ensayo de laboratorio (NLT173).

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Foto 10.7

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Detalle de firme agotado por exceso de deformaciones superficiales permanentes causadas por las de los suelos de la explanada.

10.5.5.3 Modelos de agotamiento estructural por fatiga de capas tratadas con conglomerantes hidráulicos Estos modelos de deterioro se suelen presentar en forma de leyes de fatiga que relacionan el nivel máximo de tensiones de tracción en el material y el número de repeticiones de carga hasta su agotamiento estructural. Las tensiones calculadas se comparan habitualmente con la resistencia a flexotracción del material. Las expresiones generales presentan la siguiente forma:

σN RF , LP

= 1 + β ⋅ log(N )

en donde σN es la tensión de flexotracción que provoca la rotura del material después de un número N de aplicaciones carga, RF,LP la resistencia a flexotracción a largo plazo del material y β un coeficiente que depende del tipo de material. Al igual que con las mezclas bituminosas, el comportamiento a fatiga de los materiales tratados con cemento se determina en laboratorio. Para las gravascemento y hormigones compactados empleados en España, se recomienda adoptar el modelo del Instituto Eduardo Torroja (1979) que presenta la siguiente expresión:

σN RF ,LP

= 1 − 0,065 ⋅ log N

En los sueloscemento, se puede utilizar también la ley anterior, introduciendo la resistencia a flexotracción de éste material (criterio CEDEX), o bien la ley de fatiga

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definida en Francia (criterio Ministerio de Fomento) que adopta la siguiente expresión:

σN RF ,LP

= 1 − 0,080 ⋅ log N

No suele ser habitual contar con ensayos de resistencia a flexotracción, por lo que esta última se estima en general a partir de correlaciones existentes con la resistencia a compresión o a tracción indirecta (ver apartado 2.5.5). Además, tal y como se ha comentado anteriormente, debido a la limitada pendiente de la ley de fatiga de estos materiales, una pequeña variación en la relación entre la tensión de cálculo y la resistencia a flexotracción (cociente tensional) da como resultado una importante modificación en el número de aplicaciones de carga permisibles. Este hecho hace aconsejable elegir valores de la resistencia bastante conservadores.

Tensión de tracción (MPa)

0,65 CEDEX 0,67

0,55

FOMENTO 0,8

0,45

0,35

0,25 0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

Vida de fatiga (en millones de ejes equivalentes)

Figura 10.2 Leyes de fatiga para el suelocemento recomendadas por el Mº de Fomento (Fomento 0,8) y el CEDEX (CEDEX 0,67).

A efectos prácticos, para el dimensionamiento se han de considerar los valores mínimos de resistencia a compresión a largo plazo de los materiales (Tabla 2.3) y sus correlaciones con la resistencia a flexotracción (Tabla 2.5). No obstante, se recomienda minorar la resistencia de los materiales tratados con cemento al menos para los tráficos más altos (T2 en adelante) ya que los firmes semirrígidos son muy sensibles a pequeñas variaciones en factores tales como el espesor de las capas, las características mecánicas de los materiales, la capacidad de soporte de la explanada, etc. Se recomienda adoptar los valores mostrados en la Tabla 10.11.

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Tabla 10.11 Resistencias a flexotracción (MPa) a largo plazo de materiales tratados con cemento para su utilización en los modelos de comportamiento MATERIAL Suelocemento Gravacemento Gravacemento de alta resistencia Hormigón magro compactado Hormigón compactado (∗)

RC,LP 4 8 14 22 35

RF,LP 0,8 1,6 2,0 3,6 5,8

RF,LP minorada(∗) 0,67 1,33 1,66 3,0 4,8

Se ha considerado un coeficiente de minoración de la resistencia a flexotracción de γ=1,20 .

10.5.6 Dimensionamiento del firme en servicio Para dimensionar el firme, los resultados de los cálculos obtenidos con los modelos de respuesta (tensiones o deformaciones) en localizaciones críticas, se introducen en los modelos de comportamiento para evaluar el número de aplicaciones de la carga tipo que admitirá la sección hasta su deterioro. Si este valor es ligeramente superior al tráfico equivalente, es decir, al número de ejes tipo que se ha estimado que solicitarán la sección durante el periodo de proyecto, el dimensionamiento será correcto. En caso contrario, deberán modificarse los espesores de las capas y, en caso necesario, otras características de las mismas, como la resistencia a flexotracción, y repetir el proceso hasta que así sea. Como ya se ha mencionado, los parámetros críticos asociados a las formas de deterioro descritas en los apartados anteriores y que se deben calcular con los modelos de respuesta, son los siguientes: En las mezclas bituminosas, la máxima deformación horizontal de tracción (agotamiento estructural). En las capas tratadas con conglomerantes hidráulicos, la máxima tensión de tracción en la capa (agotamiento estructural). En las capas granulares y explanadas sin estabilizar, la máxima deformación vertical de compresión (acumulación de deformaciones permanentes).

M.Bituminosa

εr

Capa tratada con cemento

σr

Capa granular Explanada

εv

Figura 10.3 Parámetros críticos del modelo de respuesta asociados a los modos de deterioro de los diferentes materiales del firme.

Sin embargo, en la mayoría de los casos, la capa más crítica es la base o subbase tratada con conglomerantes hidráulicos en contacto con las mezclas bituminosas, es decir, que el agotamiento de dicha capa se produce en general antes que el de las restantes capas. Ello es lógico si se tiene en cuenta que, por Página - 25 -

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una parte, las capas de mezcla bituminosa, en circunstancias normales, están adheridas a dicha capa tratada, por lo que no se producen tracciones en las mismas, y por otra, las deformaciones en la explanada son muy reducidas, por el reparto de tensiones a que da lugar el elevado módulo de deformación de los materiales tratados con cemento. Generalmente, en los firmes semirrígidos la vida útil de la sección viene determinada por el fallo de la capa tratada con cemento en contacto con las de mezcla bituminosa, por lo que suele bastar con evaluar dicha vida útil de acuerdo con las tensiones de tracción en el fondo de esta capa.

10.5.7 Otros posibles factores a considerar Además de las consideraciones anteriores, algunos métodos de dimensionamiento incluyen otras adicionales. Una de las más interesantes es el enfoque probabilístico recogido por el método francés. En este método, los resultados de los modelos multicapa se multiplican por una serie de coeficientes correctores estimados a partir de las variaciones estadísticas de las resistencias y espesores realmente obtenidos in situ, así como de la observación del comportamiento bajo tráfico de los firmes. No obstante, al no disponerse en España de datos suficientes, la extrapolación de los coeficientes adoptados en Francia es arriesgada, por las diferentes prácticas constructivas y especificaciones de materiales de ambos países. Otro planteamiento de interés es la consideración de que una vez que se produce la rotura por fatiga de la base tratada con cemento el firme todavía posee una capacidad estructural residual. Ésta es tanto mayor cuanto más elevado es el espesor de mezcla bituminosa, y puede llegar a ser importante si este último es igual o superior a la mitad del de la base tratada con cemento. Este es el caso, por ejemplo, de los firmes con base de gravacemento o bien con subbase de suelocemento bajo mezclas bituminosas de la Norma 6.1 - IC.

10.5.8 Análisis de sensibilidad a los parámetros de proyecto La ley de fatiga de los materiales tratados con cemento tiene una pendiente muy reducida, lo que significa que ligeras desviaciones en el valor del cociente entre la tensión de cálculo y la resistencia a flexotracción, σ/RF,LP, originan grandes variaciones en el número de aplicaciones de carga que producen el fallo de la capa. Esto puede apreciarse en la Fig. 10.6, en la que se ha representado la ley de fatiga propuesta para las gravascemento y hormigones compactados. Cuando el cociente tensional disminuye en 0,13, la vida a fatiga, es decir, el número de aplicaciones de carga hasta rotura, se multiplica por 100, y viceversa.

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Figura 10.6 Representación gráfica de la ley de fatiga de gravascemento propuesta por el Instituto Eduardo Torroja (1979).

Las desviaciones en el cociente tensional, y por tanto la variación de la vida útil de los firmes semirrígidos dependen, en mayor o menor medida, de parámetros tales como: El tipo de subbase (tratada con cemento o granular). Las propiedades mecánicas del material tratado con cemento. La adherencia entre capas. El espesor de las capas. La capacidad de soporte de la explanada. La presencia de ejes sobrecargados. Con la ayuda de los procedimientos de cálculo descritos se puede analizar de forma aproximada la influencia de los distintos parámetros y su orden de magnitud en la vida útil de un firme semirrígido. A modo de ejemplo se ha elegido una sección de referencia (Fig. 10.7), sometida a una carga de 6,5 t, en la que se le han ido variando los mismos.

Figura 10.7 Sección semirrígida de referencia con base de gravacemento y subbase de suelocemento apoyada sobre una explanada E2 (100 MPa).

En las Figuras 10.8 y 10.9 se han representado gráficamente algunos de los resultados del análisis realizado. En ellas se aprecia la influencia que tienen distintos parámetros en el aumento o la disminución de la vida útil del firme semirrígido (factor multiplicador o divisor de la vida útil con respecto a la del firme original). Así, por ejemplo, se puede ver que una merma de 2 ó 3 puntos

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porcentuales en la densidad final de la capa supone dividir por más de 70 la vida útil de la sección de referencia. Recíprocamente, un aumento de la misma produce también notables incrementos en la vida de servicio del firme.

Disminución categoría de explanada E2 a E1 Reducción del espesor del SC en 10% Reducción del espesor de la MB en 10% Reducción del espesor de la GC en 10% Despegue entre la MB y la GC Disminución de la densidad en 2 ó 3 puntos Disminución del 10% en la resistencia de la GC Apoyo sobre subbase de zahorra 1

10

100

1000

10000 100000

0,0

0,1

0,2

0,3

Figura 10.8 Influencia de distintos parámetros en la disminución de la vida de fatiga en número de ejes equivalentes (izquierda) y en el cociente tensional σ/RF,LP (derecha) con respecto a la sección original.

Aumento categoría de explanada E2 a E3 Aumento del espesor del SC en 10% Aumento del espesor de la MB en 10% Aumento del espesor de la GC en 10% Aumento de la densidad en 2 ó 3 puntos Aumento del 10% en la resistencia de la GC Apoyo sobre subbase de gravacemento 1

10

100

1000

0,0

-0,1

-0,2

Figura 10.9 Influencia de distintos parámetros en el aumento de la vida de fatiga en número de ejes equivalentes (izquierda) y en el cociente tensional σ/RF,LP (derecha) con respecto a la sección original.

A la vista de los resultados anteriores se pueden extraer las siguientes conclusiones o recomendaciones: 10.5.8.1 Rigidez del apoyo El resultado del análisis indica la conveniencia de utilizar subbases tratadas con cemento bajo bases tratadas con cemento, especialmente cuando presentan un módulo de deformación elevado (gravacemento u hormigón compactado). Ello se debe fundamentalmente a que una fuerte diferencia de rigidez entre los módulos de la base y la subbase aumenta notablemente el valor de la relación σ/RF,LP en la base y, por tanto, disminuye drásticamente la vida útil de la sección, pudiéndose incluso producir la rotura del material por el paso del propio tráfico de obra. A lo anterior hay que añadir el hecho de que, como se ha podido comprobar en muchos casos, la compactación que se obtiene en la parte inferior de la base

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tratada con cemento es tanto mejor cuanto mayor es el módulo de deformación de la capa sobre la que se apoya. Además, si se dispone una subbase granular se puede producir una falta de compactación en el fondo de la capa con una acusada caída de la resistencia en esta zona, que es precisamente la más solicitada. En principio, la solución que presenta un menor valor del cociente σ/RF,LP, y por tanto una mayor vida de fatiga, es la que tiene la subbase de gravacemento. Este tipo de firme, con base y subbase de gravacemento, no se ha utilizado en España aunque en Francia se tiene experiencia desde hace más de 20 años con resultados muy satisfactorios. Con carácter general, es conveniente disponer bajo capas tratadas con cemento otros materiales tratados también con cemento, especialmente cuando se proyectan capas de gravacemento u hormigón compactado. Asimismo, el comportamiento de los firmes con suelocemento es mejor si bajo ellos se disponen explanadas estabilizadas.

10.5.8.2 Resistencia del material tratado con cemento En la sección de referencia estudiada se aprecia que un descenso del 10% en la resistencia a compresión de la capa de base, para lo que puede bastar una disminución de 1 ó 2 puntos porcentuales en la densidad, divide por más de 6 la vida de fatiga que puede soportar el firme. Por el contrario, un incremento del 10%, normalmente como consecuencia de un aumento del contenido de cemento, la multiplica aproximadamente por 5. Un descenso en la resistencia de la base tratada, producido por ejemplo por un defecto de compactación o una disminución del contenido de cemento, se traduce en un importante acortamiento de la vida de servicio del firme. En consecuencia, se subraya la importancia de un control adecuado de la fabricación y puesta en obra de los materiales tratados con cemento, especialmente durante la fase de compactación.

10.5.8.3 Adherencia entre capas Una adherencia defectuosa entre una capa de mezcla bituminosa y una capa tratda con cemento no solamente provoca un aumento en las tensiones en esta última sino que, lo que suele ser más importante, se traduce en general en la aparición de tracciones en la primera. En muchos casos ésta pasa a ser entonces la capa crítica del firme, sobre todo cuando la base es de gravacemento o de hormigón compactado, dado el relativamente pequeño espesor de mezclas bituminosas que suele disponerse sobre estos materiales. La vida útil del firme se ve entonces sensiblemente acortada. Resulta imprescindible garantizar una adecuada unión entre la mezcla bituminosa y la base tratada con cemento, e intentar obtener el mayor rozamiento posible entre las capas tratadas con cemento. Para ello es recomendable seguir minuciosamente las prácticas constructivas descritas en el Capítulo 6.

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10.5.8.4 Influencia del espesor de las capas El espesor de las distintas capas es otro de los parámetros que más influencia tienen en la respuesta tenso-deformacional del firme, y por tanto en la vida útil del mismo. Así, una ligera disminución del espesor de las capas, fundamentalmente de la base tratada, con respecto al de proyecto, puede dar lugar a un importante acortamiento de la vida de servicio del firme. Por ejemplo, en el firme de referencia, una disminución del 10% en el espesor de la gravacemento supone reducir la vida a fatiga del orden de 4 veces. Esto justifica sobradamente la exigencia de que los espesores indicados en muchos catálogos deban ser considerados mínimos en cualquier punto del firme. Resulta fundamental respetar escrupulosamente los espesores mínimos de todas las capas del firme exigidos en el proyecto, ya que cualquier merma de los mismos, sobre todo del de la base tratada con cemento, se traduce en una sensible disminución de la vida del firme.

10.5.8.5 Capacidad de soporte de la explanada La capacidad de soporte de la explanada también tiene una influencia importante en la vida útil de un firme semirrígido. Como se puede ver en el ejemplo, disponer una explanada E3 en vez de una E2 puede suponer aumentar casi 8 veces el número de ejes equivalentes que es capaz de soportar el firme, mientras que si la explanada es de categoría E1, la vida útil se divide casi por 9. Por otro lado, no hay que olvidar la incidencia que puede tener la mayor o menor rigidez de la explanada en la densidad de la subbase y, por tanto, en su resistencia. Es importante asegurar la capacidad de soporte de la explanada en todos sus puntos, lo que se puede garantizar en la mayoría de los casos mediante su estabilización.

10.6 DEFINICIÓN DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL 10.6.1 Espesores mínimos de las capas tratadas El elevado módulo de deformación de los materiales tratados con cemento obliga a mantener unos espesores mínimos, por debajo de los cuales se multiplica el riesgo de rotura prematura del firme durante la vida de servicio o incluso durante la etapa de construcción. Se recomienda considerar como espesores mínimos los que figuran en la Tabla 10.12.

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Tabla 10.12 Espesores mínimos recomendados para capas de materiales tratados con cemento. CAPA Base Subbase

TRÁFICO PESADO 20 cm 18 cm

TRÁFICO LIGERO 18 cm 15 cm

10.6.2 Sección variable entre carriles En calzadas unidireccionales, como es el caso de autovías y autopistas, el tráfico de proyecto del carril de la derecha es muy superior al del carril o carriles interiores. En este caso, con el fin de optimizar la utilización de los materiales, se puede proyectar alguna capa del firme con espesor variable de manera que se disponga mayor espesor en el carril con más tráfico pesado. Lo habitual es variar linealmente el espesor de la capa tratada con cemento de mayor rigidez en todo el ancho a construir, de manera que el carril de proyecto tenga al menos el espesor mínimo que haya resultado del dimensionamiento y la máxima reducción de espesor en el carril adyacente sea de 2 cm. A modo de ejemplo, en la Fig. 10.10 se muestra la definición de la sección transversal de un firme semirrígido, con base de gravacemento y subbase de suelocemento, para una calzada unidireccional de 3 carriles por sentido.

Fig. 10.10 Ejemplo de variación transversal de espesor en un firme de una calzada de autovía con 3 carriles por sentido.

10.6.3 Sobreanchos Las capas de materiales tratados con cemento se deben construir con taludes laterales de 45º, y con un sobreancho mínimo de 5 cm a cada lado con respecto al de la capa superior, para lo que hay que tener en cuenta además los taludes de ejecución de esta última (Fig. 10.9).

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Fig. 10.9

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Esquema de sobreanchos para capas tratadas con cemento.

10.6.4 Arcenes ojo julio vaquero Las soluciones más habituales consisten en prolongar la capa de rodadura de la calzada, y disponer bajo la misma suelocemento o gravacemento, con un espesor mínimo de 18 a 20 cm para los tráficos más pesados y de 15 cm para los más ligeros, o bien zahorra artificial. Cuando la rodadura de la calzada es drenante también se suele continuar en el arcén, si bien bajo ésta se suele disponer una capa de mezcla bituminosa densa o semidensa de 5 cm de espesor. Las soluciones con gravacemento o suelocemento en arcenes tienen evidentemente un mayor coste de construcción, pero presentan la ventaja de una mayor capacidad estructural, lo que puede ser de interés para: Impedir una fatiga prematura del arcén cuando sea probable que los camiones invadan frecuentemente la parte adyacente a la calzada. Evitar una diferencia excesiva de rigidez entre la calzada y el arcén, con posibilidad de aparición de escalones laterales por una post-compactación de los materiales granulares. La ejecución de las capas del arcén se deberá coordinar con la de las de la calzada, a fin de evitar que se produzcan “tacones” de material tratado de poco espesor que se suelen romper rápidamente (Fig. 10.11), sobre todo en el caso ya mencionado de que los camiones invadan el arcén.

Figura 10.11 Esquema de solución de arcén con material tratado con cemento.

Otra solución recomendable es la de extender previamente los arcenes retirando el tacón sobrante y dejando una junta lo más vertical posible. De esta forma, al realizarse la compactación de los materiales del firme de forma confinada se alcanzan fácilmente altas densidades.

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10.6.5 Dispositivos de drenaje del firme En los firmes semirrígidos, tanto la impermeabilización proporcionada por las capas de mezcla bituminosa, como la adherencia, al menos parcial, entre la base de gravacemento y la subbase de suelocemento, son suficientes para impedir que se acumule agua en la interfase de las mismas, por lo que en general no se precisa disponer elementos de drenaje para eliminarla.

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EJEMPLO DE DOSIFICACIÓN DE UN SUELOCEMENTO Se presenta un ejemplo de aplicación del procedimiento de dosificación para suelos tratados con cemento desarrollado en el Capítulo 4.

1.

DATOS DE PARTIDA Se desea dosificar un suelocemento para utilizarlo como base en un firme de una carretera cumpliendo las especificaciones técnicas del Artículo 513 del PG-3.

2.

DOSIFICACIÓN

2.1

Análisis granulométrico El primer paso de la dosificación es comprobar que la granulometría del suelo considerado está incluido en el huso SC40. Si se trata de una aplicación para tráficos T3 o T4 o para arcenes se considerará también el huso SC20. El primer huso es muy amplio, e incluye tamaños máximos de partículas entre 40 y 8 mm, pero excluye las arenas que sí son consideradas en el huso SC20. Si como resultado de este análisis el suelo no cumple los criterios granulométricos, puede, en algunos casos, existir la alternativa de combinarlo con otros suelos.

2.2

Propiedades del suelo A continuación se determinan las propiedades del suelo que figuran en las especificaciones y se comprueba si son adecuadas para la aplicación: plasticidad, materia orgánica, compuestos totales de azufre y sulfatos solubles en ácido, y reactividad con los álcalis del cemento. Una alternativa en caso de suelos cuya plasticidad exceda a la prescrita es la estabilización previa con cal.

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Determinación del contenido óptimo de agua El objetivo de esta fase de la dosificación es hallar el contenido óptimo de agua para la compactación de la mezcla del suelo tipo (granulometría media de las analizadas) con una dotación de cemento estimada aproximadamente para que cumpla las resistencias especificadas. Normalmente el estudio de la humedad se realiza con un único contenido de cemento ya que, en general a igualdad del resto de factores, una variación de unos pocos puntos porcentuales en el contenido de cemento tiene una influencia muy limitada en el valor de la humedad óptima1. Si no existe experiencia con el suelo considerado se recomienda partir de un contenido inicial de cemento del 6% sobre el peso del suelo seco. Para determinar el contenido óptimo de agua para la compactación de la mezcla se realizan ensayos de compactación en laboratorio siguiendo la norma NLT-310 con la energía del ensayo Proctor Modificado (UNE103501) utilizando moldes tipo CBR sin disco espaciador (compactación con maza de 4,5 kg en 7 tongadas y 60 golpes por tongada). Suele ser conveniente ensayar cinco contenidos de agua diferentes intentando que el contenido medio del intervalo coincida con el contenido esperado de humedad, que es generalmente del 5-10% en sueloscemento, aunque puede haber desviaciones respecto al intervalo señalado con algunos suelos. En este caso se han elegido 5 porcentajes de agua diferentes, entre el 6 y el 10%. Los resultados de los ensayos realizados se muestran en la Tabla 1. Tabla 1

Resultados de los ensayos de compactación en laboratorio (NLT-310) para un contenido de cemento del 6% sobre el peso del suelo seco. % HUMEDAD RETENIDA 6 7 8 9 10

DENSIDAD (Mg/m3) 1,902 1,960 2,005 2,036 2,022

Estos valores se representan en un gráfico densidad-humedad y se unen con una curva suave (Figura 1). El pico de la curva es el punto con la densidad seca máxima (aproximadamente 2,035 Mg/m3) y el contenido de agua que le corresponde (9,3%) es la humedad óptima de compactación.

Si para una mayor precisión se quiere determinar la humedad óptima con mayor exactitud se pueden obtener las curvas Proctor Modificado para una serie de contenidos de cemento (por ejemplo, 5, 6, 7 y 8%, con suelos arcillosos o 3, 4, 5 y 6% con zahorras ), y seleccionar un contenido óptimo de humedad para cada uno. Luego, tras los ensayos de resistencia, se precisa el óptimo de humedad por interpolación.

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Figura 1

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Resultado gráfico del ensayo de compactación en laboratorio de probetas de suelocemento con el 6% de cemento.

Dosificación del conglomerante Se fabrican series de probetas (3 a 5) para varias dotaciones de cemento (por ejemplo, 4, 5, 6 y 7%) para hallar su resistencia a compresión simple. Las probetas se compactan siguiendo el mismo procedimiento utilizado para la determinación de la humedad óptima (NLT-310) con el contenido óptimo de agua de compactación y la energía2 que proporcione el 98% de la densidad máxima Proctor Modificado (aproximadamente 1,99 Mg/m3). Posteriormente, se curan las probetas en cámara húmeda o cualquier otro procedimiento sancionado por la experiencia y tras 7 días se realizan los ensayos de rotura según la norma NLT-305 (Tabla 2). Tabla 2 Resultados de los ensayos de rotura a compresión simple a 7 días (NLT-305). % CEMENTO 4 5 6 7

RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE A 7 DÍAS (MPa) 1,32 1,48 1,45 1,67 1,72 1,78 2,22 2,19 2,36 3,25 3,17 3,30

RESISTENCIA MEDIA (MPa) 1,41 1,72 2,25 3,24

Dibujando una curva que relaciona la resistencia con el contenido de cemento (Figura 2), se puede obtener de forma sencilla el porcentaje de cemento para el que la resistencia a compresión simple supera la mínima especificada para el suelocemento (2,5 MPa).

Para la fabricación de probetas con una densidad seca previamente establecida se puede utilizar el procedimiento descrito en la norma NLT-310, o bien estimar mediante tanteos la energía (en número de golpes por capa) que se debe aplicar en el ensayo Proctor Modificado para obtener la densidad requerida. 2

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Estimación del porcentaje de cemento necesario.

Lo más recomendable es escoger un contenido de cemento que proporcione una resistencia algo mayor de la especificada. Por tanto, en este caso se puede fijar un contenido de cemento del 6,5% que proporciona aproximadamente una resistencia de 2,7 MPa. En cualquier caso, el contenido de cemento elegido debe ser mayor del 3% y debe permitir cumplir las resistencias especificadas (mínimas y máximas) teniendo en cuenta las tolerancias admisibles (±0,3% del contenido de cemento). Se comprueba por tanto que para la tolerancia inferior (6,2% de cemento) no se rebasa el mínimo de 2,5 MPa, ni el máximo de 4,5 MPa para la superior (6,8%).

2.5

Ajuste final Aunque no suele ser necesario, se puede realizar un nuevo ensayo de compactación con el porcentaje de cemento elegido, 6,5% en este caso, para estimar los valores finales de la humedad óptima y la densidad seca máxima. Se pueden tomar contenidos de agua en el entorno del valor hallado en primera fase de la dosificación variando éstos de medio en medio punto porcentual (8; 8,5; 9; 9,5 y 10 %).

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Comprobación de la densidad máxima y la humedad óptima con el contenido de cemento seleccionado (6,5% s/s).

Haciendo esto resulta un contenido óptimo de agua del 9% y una densidad seca máxima de 2,036 g/cm3 para una mezcla con el 6,5% de cemento. Como se puede apreciar, las diferencias con la primera aproximación son mínimas en este caso. Para esta fórmula de trabajo se debe comprobar la sensibilidad de la resistencia a las variaciones de la dosificación, fundamentalmente de la humedad. Un exceso de humedad provoca la caída de la resistencia del material, por tanto se debe comprobar que con la humedad óptima más el valor de la tolerancia permitida en la fórmula de trabajo (normalmente +0,5%) se supera la resistencia mínima exigida. La comprobación se realiza compactando una serie nueva de probetas3 con la humedad óptima más la tolerancia (9,5%) y el 98% de la nueva densidad máxima hallada (1,995 Mg/m3). Se curan las probetas durante 7 días, y a continuación se ensayan a compresión simple (Figura 4). En este caso, tal y como se puede apreciar, la resistencia para una humedad del 9,5% es superior al valor mínimo especificado (2,5 MPa).

Algunos laboratorios suelen ensayar a rotura las mismas probetas fabricadas para el ensayo de compactación. Esta opción no es recomendable ya que la energía de compactación utilizada (100% de la Prcctor Modificado) es superior a la exigida en obra (98% de la Proctor Modificado). En cualquier caso, si se hiciera así, habría que comprobar posteriormente la sensibilidad de la dosificación a la variación de la densidad de la mezcla.

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Figura 4

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Sensibilidad de la resistencia de la mezcla (6,5% de cemento) frente a cambios en la humedad (humedad óptima más la tolencia).

Por último, se debe comprobar que el plazo de trabajabilidad es superior al tiempo especificado, en este caso de 3 horas (180 min). Para ello, se realiza un ensayo de compactación diferida (UNE 41240) a la temperatura especificada (normalmente, la temperatura que va a prevalecer en obra), para unos tiempos de t0=0 y tt=180 minutos, y se comprueba que la disminución de densidad no supera el 2%. La humedad de la mezcla influye decisivamente en el plazo de trabajabilidad. Este se reduce considerablemente cuando la humedad del material se encuentra por debajo de su valor óptimo de compactación. Por consiguiente, el ensayo de compactación diferida se debe realizar con el valor de la humedad dada por el óptimo menos la tolerancia permitida en la fórmula de trabajo (normalmente, -1%). Tras realizar el ensayo se han obtenido los siguientes resultados: para t0 una densidad de 2,036 y para t180 una densidad de 2,015 lo que supone una bajada de densidad de aproximadamente el 1%, luego el plazo de trabajabilidad es mayor de 3 horas. Si no se supera el valor del plazo de trabajabilidad establecido, resulta casi obligado el empleo de retardadores de fraguado. En ese caso, se deben realizar de nuevo ensayos de compactación diferida empleando distintos porcentajes de aditivo hasta obtener un plazo de trabajabilidad superior al mínimo. Generalmente, basta con pequeños porcentajes de retardador, alrededor del 1% sobre el peso del cemento. Una vez hallado el porcentaje de retardador necesario, se deben repetir los pasos descritos en este apartado. Es decir, volver a realizar otro ensayo de compactación y comprobar de nuevo las resistencias del material, ya que en algunos casos el aditivo puede influir en la evolución de las resistencias con el tiempo.

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PROCEDIMIENTO DE CONTROL DEL MATERIAL FABRICADO 1

INTRODUCCIÓN Una de las fases del control de producto terminado consiste en comprobar que las desviaciones de los constituyentes de la mezcla obtenida a la salida de la planta de fabricación no superan las tolerancias admitidas con respecto a la fórmula de trabajo. Por consiguiente, será necesario definir por una parte unas tolerancias aceptables para el material fabricado y por otra una frecuencia de ensayos para el control de las mismas. Resulta evidente que ni las tolerancias ni la frecuencia de los controles tendrán el mismo grado de exigencia en todos los casos, pues dependerán de la importancia de la obra, del material de que se trate o de la capa donde se vaya a utilizar este material. Por tanto, será también necesario definir unos niveles de control adecuados a las exigencias de calidad deseadas y asociar a cada nivel unas tolerancias aceptables y una frecuencia de ensayos adecuada. Por otro lado, en obras importantes en las que haya un gran volumen de producción y se haya comprobado el correcto funcionamiento de la central durante las primeras fases de la producción, es posible disminuir la frecuencia de ensayos en fases posteriores. Por el contrario, este procedimiento no resulta adecuado para pequeños volúmenes de producción, ya que puede que no haya volumen suficiente de material para determinar si la central tiene un funcionamiento correcto.

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TOLERANCIAS SOBRE LA FÓRMULA DE TRABAJO Para definir el nivel de exigencia de calidad para estos materiales, se proponen dos niveles de control (I y II), cuyas tolerancias asociadas se muestran en la Página - 1 -

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Tabla 1. Además, figuran dos sistemas de cálculo de tolerancias, uno basado en muestras individuales y otro en la media de cuatro muestras. Este último permite disminuir las desviaciones debidas a la propia toma de muestras. Cada nivel de control puede asociarse a un tipo de obra o material: 1. 2.

El nivel I es adecuado para obras importantes o materiales de calidad igual o superior a la gravacemento. El nivel II es más recomendable para obras de importancia media o baja o para suelocemento.

Tabla 1 Control de fabricación: tolerancias (en %) respecto a la fórmula de trabajo. Pasa % Tamaño máximo, D D/2 ó tamaño grueso característico 2 mm Tamaño fino característico 0,063 mm Agua Cemento

Muestras individuales Nivel I Nivel II

Media de cuatro muestras Nivel I Nivel II

-8 a +5

-9 a +5

±4

±5

±7

±9

±4

±4

±6

±7

±3

±3

±4

±5

+2

+2

±2 ±1 ±0,4

±3 ±1 ±0,6

±1 ±0,5 ±0,3

±2 ±0,5 ±0,3

Pueden fijarse otras tolerancias menos exigentes si las características del material (básicamente, el suelocemento) hicieran imposible cumplir las señaladas, pero en ese caso se deberá tener en cuenta dicha circunstancia al definir la fórmula de trabajo. Por el contrario, puede ser necesario reducir las tolerancias si en el estudio de laboratorio se detecta que el comportamiento del material es muy sensible a algún elemento de su composición. Además, puede ser conveniente introducir un nivel de aviso, previo al de no-conformidad.

3

FRECUENCIA DE MUESTREO INICIAL La frecuencia con la que se deben realizar las medidas dependerá del tipo de obra, de la capa de que se trate y del funcionamiento de la central. Por ejemplo, en obras importantes con una gran producción horaria, conviene aumentar la frecuencia de muestreo para evitar el riesgo de rechazar grandes cantidades de material. Sin embargo, en capas de suelocemento, en las que las tolerancias suelen ser mayores que para otros materiales y la influencia de las desviaciones menor, se puede disminuir algo la frecuencia de muestreo. Se definen tres niveles de frecuencia de toma de muestras (X, Y y Z), entre los que se puede seleccionar el que se considere más adecuado para la obra o capa de que se trate en cada caso particular. El nivel Z, de menor frecuencia, puede ser adecuado para obras de pequeña o media entidad; el nivel Y, para grandes obras; y el nivel X, de mayor frecuencia, para obras específicas en las que se requiera un control muy estricto del material.

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En la Tabla 2 se definen las frecuencias de muestreo en función de las cantidades producidas en toneladas. Así, para un nivel de muestreo Z se tomarán muestras para ensayos cada 500 t de producción. También se puede utilizar un sistema definido por tiempos en lugar de por cantidades. Por ejemplo, en el caso de una central con una producción horaria de 120 t y un nivel de frecuencia de ensayos Z, serían necesarios unos dos muestreos por día de funcionamiento de la central (suponiendo 8 horas de funcionamiento diarias).

Tabla 2 Niveles de frecuencia de muestreo Nivel de frecuencia Cantidad (t) por muestreo* X 150 Y 250 Z 500 * Con un muestreo como mínimo cada cinco días de operación.

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REAJUSTE DE LA FRECUENCIA DE MUESTREO Como se ha comentado anteriormente, en obras con volúmenes importantes de producción puede definirse un sistema para reducir la frecuencia de ensayos una vez que se ha comprobado que el funcionamiento de la central es adecuado. Para tomar esta decisión es necesario definir unos niveles de funcionamiento de la central (A, B y C). El nivel de funcionamiento A es el más preciso y el nivel C es el menos preciso. El nivel de frecuencia de muestreo inicial supone que la central trabaja con un nivel de funcionamiento C. La definición del nivel de funcionamiento de la central es progresiva: 3. 4.

5. 6.

Inicialmente se toman muestras con el nivel de frecuencia de muestreo definido (X, Y o Z) Se analiza el número de no-conformidades después de 32 análisis (o de ocho grupos de cuatro muestras, si se ha optado por este procedimiento). En función del número de no-conformidades (véase Tabla 3), se define el nivel de funcionamiento de la central (NFC). Se ajusta la frecuencia de muestreo en función del nivel de funcionamiento de la central y se reinicia el proceso (véase Tabla 4)

Tabla 3 Nivel de funcionamiento de la central de fabricación. RESULTADOS INDIVIDUALES

MEDIA DE 4 RESULTADOS NIVEL DE (núm. de noFUNCIONAMIENTO DE (núm. de no-conformidades en conformidades en los LA CENTRAL (NFC) los últimos 32 ensayos) últimos 8 grupos) 0–2 0 A 3–6 1 B >6 >2 C Si la central acumula más de 8 no-conformidades en las 32 muestras debe revisarse el funcionamiento de la misma.

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Una vez definido el NFC, si éste es superior al nivel C se puede reajustar la frecuencia de ensayos definida inicialmente en la Tabla 2. Dentro del mismo nivel (X, Y ó Z) se reduce la frecuencia de los ensayos, de acuerdo con los valores indicados en la Tabla 4. Tabla 4 Frecuencia de ensayos (toneladas producidas) en función del NFC. Nivel de frecuencia de ensayos(*) X Y Z

Nivel de funcionamiento de la central (NFC) A B C

600 300 150 1000 500 250 2000 1000 500 (*) Con un muestreo como mínimo cada cinco días de operación

Por ejemplo, si se decide un nivel de frecuencia de ensayos Y, inicialmente se tomarán muestras cada 250 t producidas. Si después del análisis del muestreo se ha comprobado que el nivel de funcionamiento de la central es el B, a partir de entonces se puede reducir la frecuencia de ensayos (dentro del mismo nivel Y) a la mitad, esto es a un muestreo cada 500 t. Si en lugar de las cantidades producidas se utiliza el tiempo como parámetro de control, el procedimiento es similar. Para el nivel Z, en el caso de una central que produzca 125 t/h se deben tomar muestras 2 veces al día. Si se comprueba que el NFC es el B, se puede pasar a una frecuencia de muestreo de la mitad, es decir, una vez al día; mientras que si el NFC es el A, es posible recucirla a un ensayo cada dos días de funcionamiento. La no-conformidad se debe aplicar únicamente al volumen de material representado por la toma de muestras específica en que se haya producido, y no al volumen representado por las 32 muestras. Si el fabricante demuestra que el sistema de registro continuo de la central permite la determinación de componentes de forma satisfactoria se pueden tomar esos datos como base, con un contraste periódico con los obtenidos sobre muestras, si bien en este caso con una frecuencia mucho menor.

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