INSTRUCCION para el DISEÑO de FIRMES de la RED de CARRETERAS de ANDALUCIA

3.2 CIMIENTO DEL FIRME

3.2.1 INTRODUCCION

Se entiende como Cimiento del Firme (ver figura 1) el conjunto formado por capas de suelos u otros materiales que se encuentran bajo el firme. El Plano de Explanada constituye la superficie superior del cimiento, sobre la que se apoya el firme.

Figura 1. Esquema del cimiento del firme

 

El cimiento del firme está constituido a su vez por el Terreno Natural Subyacente en fondo de desmonte, los suelos o materiales de aportación en núcleo de terraplenes o pedraplenes, y ambas formaciones en las secciones a media ladera, y generalmente por las Capas de Asiento del firme.

Las capas de asiento están formadas por capas de suelos o materiales de aportación, o por la estabilización de los existentes, cuya finalidad es facilitar las labores de construcción, mejorar y homogeneizar la capacidad soporte del cimiento del firme, proteger los suelos susceptibles al agua mediante impermeabilización o evacuación, y obtener las superficies geométricas precisas.

3.2.2 CARACTERÍSTICAS DE SUELOS Y MATERIALES

En la tabla 3.3 se establecen la clasificación de suelos y materiales así como las características exigibles para su utilización en la formación del cimiento del firme que deberán reflejarse en el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares del proyecto de construcción, junto con los símbolos empleados en esta Instrucción.

Tabla 3.3 Suelos y materiales para el cimiento del firme

SIMBOLO DESIGNACION
DEL MATERIAL
CARACTERISTICAS PRESCRIPCIONES
COMPLEMENTARIAS
PARA SU EMPLEO EN
NUCLEO DE TERRAPLENES
PRESCRIPCIONES
COMPLEMENTARIAS
PARA SU EMPLEO EN
CAPAS DE ASIENTO
SIN SUELO INADECUADO No cumple con las condiciones de los demas tipos de suelos NO UTILIZABLE NO UTILIZABLE
S00 SUELO MARGINAL (*) 75 % < 15 cm ESTUDIO ESPECIAL (COLAPSO, HINCHAMIENTOS, EROSIONABILIDAD)
NO UTILIZABLE EN ZONAS INUNDABLES
NO UTILIZABLE
LL<90 {ó si LL³90 IP<0,73·(LL-20)}
M.O. < 5%
S.S. < 20%
S0 SUELO TOLERABLE (*) 75 % < 15 cm CBR³3 NO UTILIZABLE
LL<30 {ó si 30 < LL £ 65 IP³0,73·(LL-20)}
HINCHAMIENTO < 3%
M.O. < 2%
NO UTILIZABLE EN ZONAS INUNDABLES
S.S. < 5%
S1 SUELO ADECUADO (*) 100 % < 10 cm (1) CBR³5
Pasa # 0,08 < 35%
CBR³3
HINCHAMIENTO < 3%
LL<30 {ó si 30 < LL £ 40 IP³0,73·(LL-20)}
M.O. < 1%
SOLO UTILIZABLE SOBRE SUELO INADECUADO MARGINAL O TOLERABLE
HINCHAMIENTO < 3%
S.S. < 0,2%
S2 SUELO SECCIONADO TIPO 2 (**) 100 % < 10 cm (2) CBR³10
Pasa # 20 > 70%
Pasa # 2 < 80%
CBR³3
Pasa # 0,08 < 25%
HINCHAMIENTO < 1%
LL<30
HINCHAMIENTO < 1%
M.O. < 0,2%
S.S. < 0,2%
S3 SUELO SECCIONADO TIPO 3 (**) 100 % < 8 cm CBR³3 CBR³20
Pasa # 20 > 70%
Pasa # 2 < 75%
Pasa # 0,08 < 20%
HINCHAMIENTO < 1% HINCHAMIENTO < 1%
LL<30
M.O. < 0,2%
S.S. < 0,2%
S4 SUELO SECCIONADO TIPO 4 (**) 100 % < 6 cm CBR³3 CBR³40
Pasa # 2 < 45%
Pasa # 0,08 < 15%
LL<30 HINCHAMIENTO < 1% HINCHAMIENTO < 1%
M.O. < 0,2%
S.S. < 0,2%
SC-1 SUELO ESTABILIZADO CON CAL O CEMENTO TIPO 1 100 % < 10 cm   CBR A LOS 7 DIAS ³ 5
CAL O CEMENTO > 2%
SC-2 SUELO ESTABILIZADO CON CAL O CEMENTO TIPO 2 100 % < 8 cm   CBR A LOS 7 DIAS ³ 10
CAL O CEMENTO > 3%
SC-3 SUELO ESTABILIZADO CON CAL O CEMENTO TIPO 3 100 % < 8 cm   RESISTENCIA A COMPRESION SIMPLE A 7 DIAS 1,5 MPa
Z ZAHORRAS Art. 501 del PPTGCA Art. 501 del PPTGCA Art. 501 del PG3
ROCA DESMONTE EN ROCA Art. 320 del PG3   REGULACION CON HORMIGON H-150
P PEDRAPLEN Art. 331 del PG3 Art. 331 del PG3 NO UTILIZABLE EN CAPAS DE ASIENTO
T.U. TODO UNO Art. 333 del PG3 Art. 333 del PG3 NO UTILIZABLE EN CAPAS DE ASIENTO

3.2.3 RECONOCIMIENTO DEL TERRENO NATURAL SUBYACENTE

Se analizará el terreno natural subyacente al firme en una profundidad de al menos 2 m. El reconocimiento y estudio del terreno natural como cimiento de terraplenes o pedraplenes así como el estudio de la estabilidad de los desmontes quedan fuera del ámbito de la presente Instrucción.

El reconocimiento del terreno natural subyacente, desde el punto de vista del dimensionamiento de firmes, se efectuará de acuerdo con los siguientes criterios mínimos:

FASE 0:

Se utilizará como información de partida la procedente de estudios previos y la recogida en la bibliografía existente (mapa geotécnico general a escala 1:200.000 y mapas geológicos a escalas 1:200.000 y 1:50.000 publicados por el Instituto Tecnológico y Geominero de España, estudios previos de corredores ya realizados, etc.).

Se efectuará un estudio geológico de detalle que permita efectuar una primera tramificación del trazado tomando en consideración las formaciones afectadas. En proyectos de trazado y construcción el estudio geológico se realizará a escala 1:5.000.

FASE 1:

Se efectuará 1 calicata por cada cambio de material y al menos una cada 300 m en categorías de tráfico T2 ó superiores y 1 calicata cada 500 m en categorías de tráfico inferiores. En las calicatas se tomarán muestras de las distintas formaciones afectadas determinándose la humedad a diferentes profundidades, para su análisis en laboratorio.

En los tramos de desmonte en los que no sea posible reconocer el terreno natural de cimiento del firme con calicatas, se efectuarán, salvo que se realice un estudio alternativo debidamente justificado, al menos un sondeo mecánico cada 500 m. En cualquier caso, siempre se realizará al menos 1 sondeo mecánico por desmonte. Los sondeos alcanzarán una profundidad de al menos 2 m bajo las capas previstas de asiento del firme.

Los trabajos de reconocimiento definirán la presencia o ausencia del nivel freático en los 2 m situados bajo las capas previstas de asiento del firme.

FASE 2:

Las muestras procedentes de las calicatas y los sondeos mecánicos se caracterizarán mediante ensayos de identificación (granulometría, límites de Atterberg, humedad natural), y ensayos químicos (sulfatos, sales solubles, materia orgánica).

Se realizará una identificación previa conforme a la tabla 3.3 y se definirán grupos homogéneos entendiendo como tales los suelos contiguos a lo largo de la traza y que, según los ensayos anteriores pertenecen al mismo tipo.

Sobre muestras representativas de cada grupo homogéneo se determinarán la densidad máxima Proctor e índice CBR. Se seleccionará como CBR de proyecto de cada grupo homogéneo el que corresponda aun nivel de confianza del 95%, salvo en el caso en que el número de ensayos sea inferior a 5, para el cual el CBR de proyecto será el menor de los obtenidos. El número de ensayos a realizar por grupo homogéneo de suelo será el indicado en la tabla 3.4, exceptuando el caso en que únicamente se cuente con muestras procedentes de sondeos, sobre los que se realizarán los ensayos que permitan las cantidades disponibles de muestra.

Tabla 3.4 Número mínimo de ensayos de CBR en función de la categoría del tráfico

CATEGORIA DE TRAFICO Nº DE ENSAYOS DE CBR
T2 o superior 6 a 8
T3 4 a 6
T4 1 a 2

 

El Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares del proyecto (PPTP) definirá el ensayo de compactación de referencia (Proctor Normal o Modificado) para la definición de la densidad a alcanzar en obra. A efectos de la clasificación de suelos y para la estimación de valores para el cálculo, el ensayo CBR se realizará con la humedad óptima del ensayo Proctor Normal y una densidad del 95% de la máxima Proctor Normal para suelos de inadecuados, marginales, tolerables o adecuados, y con la humedad óptima del ensayo Proctor Modificado y una densidad del 95% de la máxima Proctor Modificado para suelos seleccionados y estabilizados.

FASE 3:

La consistencia del terreno natural subyacente se determinará mediante su CBR de laboratorio realizado sobre muestras recompactadas, con los criterios señalados anteriormente, o con las técnicas habituales de reconocimiento geotécnico, entre las que se admiten:

Estos ensayos de campo se realizarán, salvo ineludible necesidad, en período húmedo, con la frecuencia necesaria para caracterizar las distintas formaciones afectadas, y al menos 1 ensayo por kilómetro, cuidando que la extrapolación de la información obtenida en estos ensayos se realice mediante procedimientos geológicos o geofísicos debidamente justificados.

A estos efectos se considerará período húmedo aquél en el que el mes anterior a las medidas, en la estación meteorológica más próxima a la zona de estudio se haya producido una precipitación mensual superior a 30 mm, y periodo intermedio cuando éstas sean superiores a 20 mm. A título orientativo, para la programación de los trabajos, se pueden incluir en el período húmedo los meses de diciembre a abril, ambos inclusive, y en el período seco, los meses de julio, agosto y septiembre. En caso de realizar los ensayos en periodo seco se dividirán los valores obtenidos por 2, y en período intermedio por 1,5.

A efectos de dimensionamiento del firme, cada grupo homogéneo del terreno natural se clasificará con los criterios definidos en la tabla 3.3, determinando el índice CBR en laboratorio, o bien, estimándolo mediante correlaciones con otros ensayos geotécnicos. En este sentido, el índice CBR podrá estimarse a partir de los resultados de los ensayos SPT utilizando las correlaciones de la tabla 3.5.

Tabla 3.5. Correlación CBR -SPT

CBR NSPT
MATERIAL GRANULAR MATERIAL COHESIVO
0,2 < 5 < 2
2 10 5
3 12 7
5 15 10
10 20 15
20 25 17
30 30 20

 

Cuando el terreno natural subyacente esté constituido por suelos tolerables o inadecuados con valores del índice de plasticidad mayores de 18, será necesario realizar un estudio especial en el que al menos se determinen los posibles procesos de hinchamiento o retracción que afecten al terreno del cimiento, el espesor de la capa activa, y el potencial de hinchamiento del suelo. Para tráficos T3 ó superiores, este estudio especial incluirá al menos los siguientes análisis:

Para tráfico T 4, se determinarán, al menos, los hinchamientos en el ensayo CBR.

Cuando del estudio especial se deduzca que el terreno es susceptible de presentar procesos de hinchamiento o retracción (hinchamiento libre en edómetro superior al 3%) se llevará a cabo un estudio complementario para analizar la alteración de las condiciones de equilibrio natural de la humedad introducida por las obras:

FASE 4:

El Anejo 7 del proyecto incluirá un perfil geológico-geotécnico en el que se definan los limites del terreno reconocido, los grupos homogéneos de suelo encontrados, la correspondiente tramificación del terreno natural subyacente en sub tramos de al menos 500 m, salvo excepciones debidamente justificadas, junto con las características que definen cada sub tramo, la situación del nivel freático, y en su caso, los estudios especiales y complementarios los cuales deberán tenerse en cuenta para la redacción de los Pliegos de Prescripciones Técnicas Particulares de los proyectos de construcción.

3.2.4 CLASIFICACIÓN DEL CIMIENTO

Se consideran las tres categorías de cimiento del firme que se indican en la tabla 3.6, según su capacidad de soporte, definida por su módulo de Young equivalente Ee, calculado según el procedimiento descrito en el capitulo 5 "Dimensionamiento de firmes". Además, deberán cumplirse todos los criterios definidos en el capítulo 4 "Criterios de proyecto", relativos al cimiento del firme.

Tabla 3.6 Categorías del cimiento del firme

CATEGORIA MODULO DE YOUNG EQUIVALENTE Ee (MPA)
BAJA > 60
MEDIA > 100
ALTA > 160

 

La categoría necesaria del cimiento del firme será función del tráfico del proyecto, según se define en la tabla 4.1 .Si el terreno natural subyacente no cumple los criterios señalados para la categoría correspondiente del cimiento del firme, deberán proyectarse las correspondientes capas de asiento.

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