4.3 CRITERIOS DE PROYECTO PARA EL CIMIENTO DEL FIRME

Una vez definidos los tramos de proyecto, se establecerá para cada uno de ellos la categoría del cimiento del firme a emplear en función del tráfico de proyecto del tramo, atendiendo a los criterios establecidos en la tabla 4.1.

Tabla 4.1. Categorías mínimas del cimiento del firme

La selección de la categoría de cimiento del firme, para aquellos tráficos en los que sea posible utilizar varias categorías, se realizará en función del terreno natural subyacente, de los suelos disponibles, y del coste total de la solución. El diseño del cimiento del firme debe tener como objeto conseguir las capacidades de soporte exigidas y aprovechar al máximo los suelos procedentes de las excavaciones realizadas en la propia obra.

En general, cada tramo de proyecto definido, incluirá a su vez varios subtramos homogéneos⁽⁴⁾ del terreno natural subyacente. Para cada uno de ellos, se dimensionará una sección tipo mínima según el procedimiento descrito en el apartado 5.3.2. La sección tipo mínima de cimiento se entenderá formada por las capas de asiento mínimas necesarias para conseguir la categoría de cimiento deseada.

(4) Se entiende que la división del terreno natural en subtramos homogéneos es previa a la definición de los tramos del proyecto. Para ello, se seguirán las fases descritas en el apartado 3.2.3 "Reconocimiento del terreno natural subyacente".

En cada subtramo se debe disponer al menos la sección mínima del cimiento calculada. Para ello, en desmonte, deberá excavarse hasta la profundidad necesaria para la colocación de la sección mínima, y en el núcleo del terraplén, deberán colocarse bajo ésta los suelos de aportación necesarios para alcanzar la cota del plano de explanada.

Una vez dimensionada la sección tipo de cada subtramo el proyectista podrá optar por agrupar aquellos que considere oportunos tomando como sección tipo común del grupo aquella que permita conseguir la categoría del cimiento del firme en el grupo de subtramos, lo cual deberá justificarse mediante su cálculo⁽⁵⁾ como estructura multicapa.

(5) Esto llevará necesariamente a la realización del cálculo de la capacidad de soporte del cimiento, de cada una de las secciones tipo, sobre el terreno natural subyacente de menor capacidad portante de los subtramos que vayan a agruparse.

4.3.1 DISPOSICION DE SUELOS

La disposición de suelos para la formación del cimiento, tanto en capas de asiento como en núcleo de terraplenes, debe adecuarse a los siguientes criterios:

• La zona superior de las capas de asiento debe ejecutarse con suelos de calidad o con suelos estabilizados (ver tabla 4.2).

Tabla 4.2. Suelos admisibles en capas de asiento

• Los suelos deben disponerse con una gradación adecuada de calidades para evitar contaminaciones y aprovechar al máximo su capacidad de soporte, que depende del apoyo.
• Los suelos inadecuados, marginales, o muy susceptibles al agua si no están tratados con conglomerantes, necesitan sobre ellos suelos impermeables, tipo S0 ó S1, membranas impermeables, o suelos estabilizados, para evitar la entrada de agua.
• Con suelos tolerables o adecuados, el aumento del espesor de capa reduce las tensiones en los suelos subyacentes pero apenas produce una aumento de la capacidad de soporte del cimiento del firme.
• En general, para facilitar la construcción, es conveniente buscar disposiciones sencillas, con un reducido número de suelos distintos.
• El diseño de las capas de asiento debe tratar de aprovechar al máximo los suelos procedentes de las excavaciones realizadas en la propia obra.
• Si se utilizan suelos de préstamo, debe indicarse claramente su localización y los volúmenes disponibles.
• Si sobre un suelo estabilizado tipo SC-3 se coloca una capa granular permeable, debe estudiarse especialmente el drenaje de agua infiltrada a través del firme.
• En secciones a media ladera se adoptará, para las capas de asiento del desmonte, la misma solución que para el terraplén.
• Los espesores de las tongadas de construcción de las capas de asiento se definirán iguales a los de cálculo con los valores definidos en el apartado 5.3.2.2.
• En el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares se exigirá que, antes de colocar el firme definitivo, se estabilicen los asientos diferenciales posteriores a la construcción de rellenos. Se considera que dichos asientos diferenciales se han estabilizado cuando la diferencia entre los asientos absolutos de dos puntos del plano de explanada que disten 20 m, medidos en un intervalo de 3 meses, sea inferior a los límites indicados en la tabla 4.3. Como mínimo deberá comprobarse que se cumplen estos criterios en los siguientes casos:
  • Terraplenes de más de 15 m de altura.
  • Transición de obras de fábrica a terraplenes de más de 5 m de altura.
  • Transición de desmonte a terraplenes de más de 10 m de altura.
  • Terraplenes sobre suelos blandos.

En las transiciones de desmonte a terraplén, o de obra de fábrica a terraplén, deberá considerarse la necesidad de ejecutar cuñas de transición con material de menor deformabilidad. En el primer caso se escalonará el cimiento del terraplén.

Tabla 4.3. Asientos diferenciales máximos postconstructivos para tramos de 20 m en la coronación de terraplenes

4.3.2 AGUA EN EL TERRENO

El sistema de drenaje se diseñará de forma que se garantice que la superficie del plano de explanada queda por encima del nivel de la capa freática. La profundidad mínima del nivel freático respecto al plano de explanada será la definida en la tabla 4.4, en función del tipo de suelo que caracteriza el terreno natural subyacente de cada subtramo homogéneo.

Tabla 4.4. Profundidad mínima del nivel freático respecto al plano de explanada

A tal fin, se adoptarán medidas tales como la elevación de la rasante del plano de explanada, la colocación de drenes subterráneos, la interposición de una capa drenante, etc.; Por otro lado, se asegurará la evacuación del agua infiltrada a través del firme de la calzada y arcenes, y proveniente de los terrenos próximos. La evacuación de agua debe preverse también para la fase de construcción del cimiento del firme, proyectando la red provisional correspondiente de cunetas y bajantes, adecuada para esta fase (ver también apartado 4.8).

En desmonte en roca, se evitará la retención del agua en el plano de explanada mediante los drenajes adecuados, y se rellenarán las depresiones que retengan agua con hormigón tipo H-50.

4.3.3 PENDIENTES TRANSVERSALES

Siendo p la pendiente transversal de la coronación del núcleo del terraplén, fondo de desmonte o plano de explanada, y p' la pendiente transversal de la superficie del pavimento, se cumplirá lo siguiente:

En las fases constructivas del núcleo del terraplén o fondo de desmonte en tierra,

|p| ³ 4%

En rampas puede admitirse que esta pendiente se obtenga hasta con un ángulo de 60 grados con el eje.

En el plano de explanada,

p = p´

4.3.4 CAPAS ANTICONTAMINANTES

Con el fin de evitar contaminaciones, se estudiará la conveniencia de colocar capas filtro o geotextiles separadores entre suelos seleccionados tipo S3 ó superiores y la capa inferior, cuando ésta esté constituida por suelos tolerables, marginales o inadecuados con abundantes finos plásticos.

Las capas anticontaminantes estarán constituidas por alguno de los siguientes materiales:

• Arena o albero⁽⁶⁾ en espesor no inferior a 10 cm.
• Geotextiles de separación.

(6) Con las especificaciones de la tabla 3.3.

La utilización de geotextiles, aunque se prevean con una función de refuerzo, no conllevará la disminución del espesor de los suelos de las capas de asiento.

4.3.5 TRATAMIENTOS SOBRE SUELOS DE GRAN PLASTICIDAD

4.3.5.1 Son suelos de gran plasticidad los suelos tolerables, marginales o inadecuados cuyo índice de plasticidad (IP) sea superior a 18.

Este tipo de suelos puede tener un comportamiento que se vea muy afectado por la humedad, por lo que deben cuidarse especialmente los drenajes superficiales y profundos. En estado de saturación pueden reblandecerse disminuyendo drásticamente su capacidad de soporte. Con los cambios de humedad, el resultado puede ser una pérdida de regularidad de la superficie del firme por hinchamientos o reblandecimientos diferenciales, la rotura de las mezclas bituminosas, especialmente de las más rígidas por falta de capacidad de soporte y el agrietamiento del firme por retracción del cimiento en épocas de sequía.

Una vez identificado el potencial de hinchamiento de este tipo de suelos, tal y como se indica en el apartado 3.2.3, en el caso de que resulten peligrosos (hinchamiento libre en edómetro > 3%) pueden plantearse los siguientes tratamientos:

• Estabilización con cal, o en su caso, mixta con cal y cemento.
• Sustitución por material inerte destinada a reducir la magnitud del hinchamiento y los asientos diferenciales.
• Impermeabilización del firme. El planteamiento de un firme impermeable debe tener en cuenta la formación de fisuras por envejecimiento del firme y prever los trabajos de mantenimiento y refuerzo necesarios. La impermeabilización del firme debe prolongarse al menos a la zona cubierta por los arcenes, cuidando especialmente la unión entre la calzada y los arcenes.
• Impermeabilización del cimiento. Pueden emplearse láminas impermeables o disponer una capa de suelo suficientemente impermeable bajo las capas de asiento del firme.

Es importante evitar la acumulación de agua en el contacto entre el terreno de aportación y el terreno natural potencialmente expansivo. En este sentido, el terreno de aportación situado en contacto con el terreno natural debe ser suficientemente impermeable o, en caso contrario, la superficie del terreno natural debe tener una pendiente suficiente, no inferior al 4%, para evacuar el agua infiltrada. En cualquier caso, con este tipo de suelos deben proyectarse sistemas de drenaje superficial y profundo adecuados.

Además no se utilizarán firmes con capas tratadas con cemento en aquellos tramos cuyo terreno natural subyacente se haya caracterizado como suelo inadecuado o marginal. En estos casos tampoco se utilizarán firmes con pavimento de hormigón, excepto cuando el tráfico sea de categoría T4. Esta limitación no se extiende a las capas de asiento, en las cuales si son convenientes las estabilizaciones.

Si se utilizan en terraplenes, su humedad debe estar próxima al óptimo del ensayo Proctor Normal, la densidad alcanzada no debe ser excesiva (entre el 95% y el 100% de la máxima Proctor Normal), y se deben utilizar preferentemente, para su compactación, rodillos de pata de cabra. Si se utilizan en desmontes, deben trabajarse lo menos posible, ya que si se escarifican y recompactan aumentan los riesgos de hinchamiento.

4.3.6 ACTUACIONES SOBRE SUELOS COMPRESIBLES

Se incluyen aquí los suelos de elevada deformabilidad que pueden dar lugar a asientos de entidad de los rellenos que se cimientan sobre ellos, provocando deformaciones en los firmes.

Son depósitos de capas muy compresibles, generalmente de baja densidad. Suelen encontrarse en zonas bajas y frecuentemente se encuentran saturados. La presencia de materia orgánica en estos depósitos incrementa su deformabilidad y modifica la evolución con el tiempo de las deformaciones.

Los depósitos muy compresibles suelen presentar resistencias bajas, especialmente a corto plazo.

En estas condiciones, antes de proceder al dimensionamiento del firme, debe llevarse a cabo un estudio geotécnico de detalle en el que se cuantifiquen los asientos previsibles, su evolución con el tiempo y las condiciones de estabilidad del relleno sobre el que se sitúa el firme. En los casos, en los que los asientos previsibles no sean admisibles por el firme o las condiciones de estabilidad no sean adecuadas, el estudio geotécnico deberá estudiar las posibles medidas correctoras entre las que pueden citarse:

• Tratamiento de sustitución. Consiste en la retirada del suelo deformable y su sustitución por material adecuado, convenientemente compactado, de forma que las condiciones de estabilidad y los asientos postconstructivos sean admisibles para el firme. Debe tomarse en consideración el hecho de que en determinadas ocasiones, en zonas en las que el espesor de suelo blando es importante, el nivel superior de suelo puede presentar un comportamiento resistente superior al de los materiales infrayacentes (desecación, presencia de raíces con un efecto de armado,...) y su retirada puede ser desfavorable, especialmente en relación con la transitabilidad de la zona.
• Modificación de la geometría del relleno, suavizando los taludes o disponiendo bermas intermedias destinadas a mejorar sus condiciones de estabilidad.
• Consolidación de los suelos mediante precarga. El tratamiento de precarga puede acelerarse en determinadas situaciones mediante el empleo de drenes verticales o mechas drenantes.
• Tratamiento mediante columnas de grava.
• Disposición de inclusiones resistentes en el cimiento, entre las que pueden citarse la hinca de pilotes y los tratamientos mediante jet-grouting.
• Refuerzo del terraplén mediante geotextiles.
• Consolidación dinámica.
• Estabilización del suelo mediante técnicas de inyección.

En estas situaciones, los terraplenes de altura superior a los 3 m requerirán un estudio especial.

En las zonas donde sea previsible el desarrollo de asientos significativos, deben utilizarse exclusivamente firmes flexibles.