4.4 CRITERIOS DE PROYECTO PARA LA ESTRUCTURA DEL FIRME

Una vez diseñada la sección del cimiento en cada tramo de proyecto, se diseñará la estructura del firme teniendo en cuenta los siguientes condicionantes:

• El diseño del firme debe realizarse de manera que se mantenga la misma sección al menos, en cada uno de los tramos de proyecto definidos, y a ser posible, en todos aquellos con idéntica categoría de cimiento.
• El objetivo del diseño será seleccionar, entre los posibles materiales y espesores, los más adecuados técnica y económicamente, teniendo en cuenta el cimiento del firme definido, el tráfico previsto, el clima de la zona, las necesidades de drenaje, las disponibilidades de materiales para ejecutar las distintas unidades de obra, y su coste de construcción y conservación.

Los espesores mínimos de proyecto serán al menos los obtenidos en el dimensionamiento, y deberán exigirse en los Pliegos de Prescripciones Técnicas Particulares para cada una de las unidades de obra.

4.4.1 FIRMES CON PAVIMENTO BITUMINOSO Y CAPAS INFERIORES NO TRATADAS CON CEMENTO

En el diseño de firmes con capas bituminosas, o granulares y bituminosas, se tendrá en cuenta, además de lo indicado en el capítulo 8 "Materiales para capas de firme" lo siguiente:

• El espesor mínimo de las capas granulares será de 20 cm para la zahorra y 15 cm para el macadam, en tongada única, o de 15 cm en varias. El espesor máximo de tongada será de 25 cm en todos los casos.
• El espesor mínimo del conjunto de las capas de mezcla bituminosa será de 18 cm para tráficos T0 y T1 , y de 12 cm para tráficos T2.
• Los espesores de las distintas capas de las mezclas bituminosas (rodadura, intermedia y base), serán crecientes de las capas superiores a las inferiores, y se seguirán los criterios del capítulo 8 para su definición. Las capas bituminosas más inferiores deberán tener en general el mayor espesor que sea posible desde el punto de vista constructivo, a fin de minimizar el numero de superficies de contacto.

4.4.2 FIRMES CON PAVIMENTO BITUMINOSO Y CAPAS INFERIORES TRATADAS CON CEMENTO

En el diseño de firmes con capas inferiores tratadas con cemento se tendrá en cuenta, además de lo indicado en el capítulo 8 "Materiales para capas de firme", lo siguiente:

• De entre las posibles secciones con materiales tratados con cemento se utilizarán preferentemente aquellas con capas inferiores de suelocemento y capas superiores de materiales bituminosos.
• El hormigón compactado podrá utilizarse únicamente para tráficos T3 ó T4.
• El espesor mínimo de tongada de las capas tratadas con cemento será de 20 cm para tráficos T3 ó superiores, y de 18 cm para los tráficos T4. El espesor máximo de tongada será de 25 cm.
• El espesor mínimo del conjunto de capas bituminosas sobre las capas tratadas con cemento, será de 12 cm para tráficos T2 y T3, y de 15 cm para tráficos T0 y T1. En las zonas climáticas ZT4, el espesor mínimo será de 15 cm en todos los casos. Con tráficos T 4 podrán utilizarse menores espesores e incluso tratamientos superficiales para cualquier zona climática.
• Cuando se utilicen rodaduras de mezcla bituminosa drenante, las exigencias de espesores mínimos del conjunto de mezclas bituminosas se incrementarán en la mitad del espesor de la mezcla drenante.
• Los espesores de las distintas capas de las mezclas bituminosas (rodadura, intermedia y base en su caso), serán crecientes de las capas superiores a las inferiores, y se seguirán los criterios del capítulo 8 para su definición. Las capas bituminosas más inferiores deberán tener en general el mayor espesor que sea posible desde el punto de vista constructivo, a fin de minimizar el numero de superficies de contacto.
• Las capas de base de gravacemento para tráficos T2 ó superiores, deben apoyarse en otras capas de firme o de asiento tratadas con cemento.
• Las capas de gravacemento y hormigón compactado deberán siempre prefisurarse en fresco. Además, para tráficos T2 ó superiores, y zonas térmicas ZT1 , ZT2 y ZT4, se dispondrá un sistema "antifisuras" del tipo arena-betún o geotextil impregnado. Las capas de suelocemento se prefisurarán únicamente para tráficos T2 ó superiores. En todos los casos, la fisuración se realizará transversalmente cada 3 ó 4 m, y longitudinalmente, a las mismas distancias, si la anchura de la calzada es superior a 7 m.
• Se tendrá en cuenta que los firmes con capas tratadas con cemento se comportan mejor sobre cimientos de firme cuya capa de asiento superior esté estabilizada con cemento.

4.4.3 FIRMES CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN

En el diseño de firmes con pavimento de hormigón se tendrá en cuenta, además de lo indicado en el capítulo 8 "Materiales para capas de firme", lo siguiente:

• Para las categorías de tráfico pesado T0 y T1 se utilizarán pavimentos de hormigón en masa con juntas, provistos de pasadores. Si se justificase su conveniencia podrán ser también de hormigón armado. Para tráficos T2 ó inferiores el pavimento será de hormigón en masa con juntas sin pasadores.
• Si se utilizasen pavimentos de hormigón armado se pueden reducir en 4 cm los espesores del pavimento obtenidos para firmes de hormigón en masa. La cuantía geométrica de cada una de las armaduras longitudinales y transversales será del 0, 7% para hormigones HP-45 y del 0,6% para hormigones HP-40. Se dispondrán anclajes al terreno en las extremidades de los pavimentos continuos de hormigón armado y en las secciones especiales que lo requieran.
• El espesor mínimo del pavimento de hormigón en masa será de 20 cm para tráficos T2 ó superiores, de 18 cm para tráfico T3, y de 15 cm para tráfico T4.
• Bajo el pavimento de hormigón se dispondrá, en el caso de tráficos T2 ó superiores, una capa de espesor mínimo 15 cm de hormigón magro o gravacemento resistente a la erosión, o bien, una capa drenante bituminosa o una capa tratada con cemento. En el caso de tráfico T4, el pavimento de hormigón podrá disponerse directamente sobre el cimiento del firme.

4.4.4 DISPOSICIÓN TRANSVERSAL

En la disposición de las distintas capas del firme en la sección transversal se cumplirán las siguientes prescripciones:

• La anchura de la capa de rodadura será al menos igual a la teórica de la calzada entre líneas de borde, incluido el sobreancho en curva, más 20 cm por cada borde.

Tabla 4.5. Valores de los sobreanchos (cm)

• Cada capa del firme tendrá una anchura, a, en su cara superior, igual a la de la capa inmediatamente superior, a_s, más la suma de los sobreanchos d y s indicados en la tabla 4.5 (ver figura 4). El sobreancho podrá aumentarse si así lo exigiera el disponer de un apoyo para la extensión de la capa superior. a = a_s + 2d + 25

Figura 4. Esquema de sobreanchos para la sección del firme

• La anchura extendida y compactada será siempre igualo superior a la teórica y comprenderá las anchuras teóricas de la calzada y/o arcenes más los sobreanchos mínimos fijados en los planos. El Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares fijará las anchuras máximas y mínimas de extendido, así como la situación de las juntas longitudinales y transversales necesarias.
• Se eliminarán los excesos laterales sin la compactación adecuada, excepto si forman parte del borde exterior de la plataforma.

Se considerarán, salvo para categoría de tráfico pesado T4, secciones de firme distintas entre carriles de una misma calzada cuando disponga de dos o más carriles por sentido de circulación, con las siguientes prescripciones:

• La máxima diferencia de categoría de tráfico pesado entre carriles será de una⁽⁷⁾
• La categoría del cimiento será la misma.
• Se utilizará la misma tipología de sección de firme.
• Las variaciones de espesor se harán en la capa más resistente entendiendo por tal aquella que tenga el mayor módulo de Young, sin incumplir las limitaciones de espesor contenidas en la presente Instrucción. Además, en las secciones con pavimento de hormigón podrá variarse el espesor en esta capa.
• Las variaciones de espesor serán transversalmente lineales, debiendo mantenerse los espesores mínimos correspondientes en el borde izquierdo (según el sentido de circulación) de cada carril (ver figura 5).

(7) A estos efectos se entenderá como una diferencia entre categorías, en los casos en que viene representada por un número y una letra (T2A, por ejemplo), la que sea una cifra inferior y termine en la misma letra T3A, en el ejemplo). En el caso T1, se considerará como una categoría inferior la T2A.

Figura 5. Variación de espesores de capas en la sección del firme

• La compensación de las variaciones de espesor para mantenerlas pendientes transversales mínimas en el cimiento del firme, se harán en la capa inferior del firme o en la superior de las capas de asiento.

4.4.5 SECCIONES ESPECIALES PARA TRAVESIAS URBANAS

En travesías urbanas es conveniente disponer firmes que aseguren una larga duración sin rehabilitaciones importantes, para disminuir las molestias originadas por las obras y evitar el recrecido y por tanto la disminución de la altura de los bordillos. Por otro lado, en muchas ocasiones discurren bajo la calzada conducciones de servicios que son objeto de frecuentes actuaciones de mantenimiento lo que aconseja el uso de materiales de fácil reparación.

Por estas razones resultan muy adecuados los pavimentos de hormigón o los firmes mixtos con base de hormigón y pavimento bituminoso. En este último caso pueden disminuirse las exigencias de espesores mínimos de capas bituminosas a 8 cm para tráficos T3, 10 cm para tráficos T2 y 12 cm para tráficos superiores, ya que debido a la baja velocidad de los vehículos que atraviesan las poblaciones las juntas de retracción que inevitablemente aparecen en superficie no sufren grandes deterioros.

4.4.6 SECCIONES DE FIRMES PROVISIONALES

Se entiende por firmes provisionales aquellos proyectados para un período de tiempo limitado. En general, serán necesarios en alguna de las siguientes situaciones:

• a. Cuando se esperen asientos considerables en los terraplenes.
• b. Cuando sea necesaria la construcción de desvíos provisionales.
• c. Cuando el clima sea desfavorable para la construcción de las capas superiores del firme.

Una vez transcurrido el período de tiempo, deberá construirse dentro del mismo contrato el firme definitivo. La realización del firme definitivo deberá estar obligatoriamente contemplada en el proyecto del firme provisional, y por tanto, no podrá considerarse el firme provisional como parte de una estrategia de construcción por etapas a medio o largo plazo.

En el caso de que se esperen asientos en el terraplén, no podrán emplearse secciones de firme con capas inferiores tratadas con cemento, debiéndose proyectar firmes formados por capas granulares y bituminosas. Cuando sea necesaria la construcción de firmes para desvíos provisionales se justificará su sección mediante su dimensionamiento siguiendo los criterios generales del capítulo 5 "Dimensionamiento de firmes".

Los firmes provisionales se proyectarán siempre con todo el espesor de las capas granulares que correspondan al firme definitivo y un pavimento formado por:

• En tráficos T2 y superiores, una capa de mezcla abierta en frío sellada con una lechada, o una capa de gravaemulsión, de 6 cm de espesor, sellada con tratamiento superficial.
• En tráficos T3 e inferiores, un triple tratamiento superficial

4.4.7 ENSANCHES DE CALZADA

Cuando se proyecte un ensanche de calzada, deberá comprender la rehabilitación o refuerzo del firme antiguo, con el mismo período de proyecto para ambas actuaciones. Deberá acompañarse por tanto de una evaluación detallada del estado del firme existente, en cuanto a deterioros superficiales, capacidad de soporte (deflexiones) y condiciones de drenaje, junto con la descripción de los espesores y materiales que lo constituyen. En función de estos datos, junto con aquellos otros que se consideren necesarios, se proyectará el refuerzo para el firme existente de acuerdo con la Norma 6.3.- I.C. del Ministerio de Fomento [Ref. 9].

El diseño del firme del ensanche deberá cumplir lo indicado en esta Instrucción para firmes de nueva construcción. El diseño del firme nuevo se realizará de manera que se enrase su plano de explanada con el del firme existente. En el diseño del cimiento del firme se podrá disminuir la categoría exigida, permitiendo la categoría media para tráficos T2 ó inferiores y la baja para tráficos T3 ó inferiores. En general, se utilizarán suelos estabilizados con cemento en la formación de las capas de asiento para no aumentar de manera innecesaria la profundidad del escalón lateral.

En la selección de materiales se tendrán en cuenta los criterios señalados en el apartado 4.10.1 de esta Instrucción, así como las posibles limitaciones en su extensión y compactación. Deberá estudiarse detalladamente la forma de dotar al firme de las pendientes transversales necesarias.

Si la obra se proyecta de manera que no se interrumpa el tráfico, se utilizarán materiales que minimicen las molestias derivadas de su construcción. No será necesario mantener los mismos materiales del firme antiguo. En algunas situaciones, y especialmente, en ensanches que requieran un incremento importante de la capacidad de soporte, puede ser conveniente proyectar secciones con capas tratadas con cemento o mezclas de alto módulo.

Las capas del firme existente deberán cortarse verticalmente y retranquearse, de manera que no coincidan las distintas juntas longitudinales. Asimismo, deberá prestarse especial atención a que la junta de la capa superior del ensanche con el pavimento existente no coincida en el mismo plano vertical con las nuevas zonas de rodada (puede situarse en el centro de los carriles, o en todo caso, muy próxima a la línea de separación de carriles).

En el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares del proyecto de construcción deberán figurar las especificaciones necesarias para que no se produzcan situaciones de peligro para el tráfico por la existencia de escalones laterales durante la construcción (señalización adecuada, balizamiento, construcción con varios equipos para evitar el escalón, etc.). También figurarán las condiciones necesarias para que se permita el paso del tráfico sobre las unidades construidas (temperatura de las mezclas bituminosas, tiempos de fraguado en materiales tratados con cemento, etc.)

4.4.8 RECICLADO IN SlTU EN FRIO

En general, podrán reciclarse capas de mezclas bituminosas, de materiales granulares o tratados con cemento, o conjuntos de capas en la que existan estos materiales. La anchura mínima del tratamiento será la correspondiente a un carril o al arcén, salvo en situaciones muy justificadas, como por ejemplo ensanches deteriorados uniformemente a lo largo de un tramo. En estos casos, podrá contemplarse el reciclado de parte de un carril.

El reciclado in situ en frío se realizará añadiendo emulsión, o una mezcla de emulsión y un ligante hidráulico (cemento o cal), o bien cemento, a los materiales previamente fresados. En los dos primeros casos, se trata de una técnica de rehabilitación estructural, y en el último, de reconstrucción. Aunque en el objeto de esta Instrucción sólo entraría el segundo caso, se dan aquí criterios para ambos tipos de reciclado, hasta que se desarrolle la correspondiente normativa de refuerzos de la red de carreteras de Andalucía.

El reciclado in situ en frío es una técnica alternativa al fresado y reposición de firmes, o a la reconstrucción, actuaciones con las que deberá compararse su coste. Si como resultado de esa comparación en las que se incluirá el coste de la contaminación por transporte de los materiales, el coste del reciclado es análogo (±5%) o más económico, deberá llevarse a cabo la rehabilitación mediante reciclado in situ siempre que se cumplan las siguientes condiciones:

• Que antes de iniciarse los trabajos, se hayan llevado a cabo los estudios previos establecidos en 4.4.8.1.
• Que el pavimento a reciclar presente alguno de los condicionantes señalados en 4.4.8.2.

4.4.8.1 Estudios previos de la carretera

Antes de iniciarse los trabajos deberá llevarse a cabo un reconocí miento de la carretera con el fin de caracterizar adecuadamente el firme existente. Deberán definirse el tipo y espesor de las capas que la componen, las características de los materiales y su humedad in situ, la contaminación, en su caso, con arcilla de las capas granulares, la existencia de bordillos, obras de fábrica o ensanches, etc.

Para ello la campaña de reconocimiento comprenderá al menos una inspección visual del tramo, la medida de deflexiones y la toma de muestras representativas (al menos 2 testigos por perfil y un perfil cada 500 m en tramos homogéneos, complementado con una cata por zona homogénea). Además, deberán analizarse los datos históricos de la carretera que facilite la administración titular de la vía.

4.4.8.2 Condicionantes necesarios para el reciclado

La solución de reciclado in situ en frío se considerará cuando los firmes a reciclar presenten alguno de los siguientes condicionantes:

• Pavimentos agrietados por fatiga.
• Pavimentos sobre capas tratadas con cemento en los que aparezcan grietas transversales reflejadas de las de retracción, con una frecuencia de aparición importante y estando un elevado porcentaje de las mismas muy deterioradas en superficie (grietas ramificadas y/o con pérdidas graves de materiales).
• Firmes con superficies no agrietadas pero sobre las que no sea conveniente la aplicación directa de nuevas capas. En general, se trata de superficies con numerosos baches, bacheos, saneos, heterogéneas transversalmente, con casos evidentes de despegue de capas o de defectos en mezclas, que puedan corregirse mediante la técnica del reciclado.
• Firmes básicamente granulares, con recubrimientos bituminosos inferiores a 6 cm, en los que se quiera estabilizar el material granular existente; bien para aumentar su capacidad de soporte, o para disminuir su susceptibilidad al agua.

4.4.8.3 Reciclado in situ con emulsión bituminosa

En los reciclados con emulsión se distinguirán dos tipos. Se denominarán de tipo I a aquellos tratamientos que afecten única o fundamentalmente a capas bituminosas, y de tipo II, a aquellos otros que se realicen sobre capas granulares con recubrimientos bituminosos de pequeño espesor. Para su clasificación se atenderá a lo indicado en el apartado 8.12 " Materiales reciclados en
frío in situ con emulsión bituminosa ".

Además de lo indicado en el capítulo 8 "Materiales para capas de firme", se tendrá en cuenta lo siguiente:

• En todos los casos los criterios a emplear para la determinación de espesores serán los señalados en la Orden Circular 323/97 " Recomendaciones para el proyecto de actuaciones de rehabilitación estructural de firmes con pavimento bituminoso" del Ministerio de Fomento [Ref. 6], para las soluciones de fresado y reposición del firme existente. Para ello, se tomará la siguiente equivalencia de espesores: 1 cm de mezcla reciclada en frío tipo I equivaldrá a 0,75 cm de mezcla convencional, y de tipo II, a 0,5 cm de mezcla convencional.
• El espesor mínimo del tratamiento vendrá dado por el mayor de los dos valores siguientes: 6 cm, o el espesor de la capa o capas a reciclar más 1 cm. La primera limitación es un mínimo de compactación, dados los tamaños máximos usuales en los fragmentos de mezcla fresada. La segunda limitación va dirigida a evitar que queden pequeñas porciones de capa entre lo reciclado y el firme antiguo.
• El espesor máximo del tratamiento será de 15 cm, siendo sin embargo recomendable no superar los 12 cm. En caso de hacerlo, deberá considerarse la adición de cal o cemento. Con espesores mayores de los señalados es muy difícil conseguir la eliminación del agua, y por tanto una adecuada cohesión en el fondo de la capa.
• Para cualquier volumen de obra con tráfico T0, y en aquellas obras en las que se reciclen más de 60.000 m² con tráficos T1 ó T2, deberá trabajarse con dos máquinas en paralelo o con una que permita reciclar un carril de una sola vez. Podrá obviarse esta exigencia si se demuestra en el tramo de prueba, que las irregularidades transversales, medidas con transversoperfilógrafo o regla de 3 m, son inferiores a 8 mm.
• Deberá considerarse en el proyecto la posibilidad de recurrir a riegos de protección en situaciones desfavorables.
• A efectos de conseguir una regularidad adecuada, con tráficos T2 y superiores, deberá colocarse sobre la capa reciclada un espesor mínimo de 10 cm de mezcla bituminosa en dos capas. Dentro de éste podrá incluirse el espesor medio de la regularización precisada. Con tráficos menores, se podrá disponer una única capa de rodadura sobre el material reciclado, bien de mezcla bituminosa en caliente, de mezcla abierta en frío, una lechada, o un simple tratamiento superficial. La necesidad de colocar dos capas podrá obviarse si en el tramo de prueba se demuestra que con una única se obtiene la regularidad requerida. En este caso, la longitud del tramo de prueba será como mínimo de 1 km.
• Las mezclas a utilizar sobre las capas recicladas serán del tipo semidenso (S) o denso (D). En la capa de rodadura sobre mezclas densas o semidensas, podrán también utilizarse mezclas discontinuas para capas finas o mezclas drenantes.
• Se considerará expresamente el drenaje del agua que pueda infiltrarse en la capa reciclada.

Deberá hacerse un estudio detallado de posibles medidas correctoras a aplicar siempre que se dé alguna de las situaciones siguientes:

• Cuando existan roderas por deformación plástica de la mezcla bituminosa.
• Cuando haya pérdida de adhesividad entre el árido y el ligante. En cuyo caso, deberá estudiarse qué tipo de emulsión o aditivo es el más adecuado.
• Cuando en el firme a reciclar aparezcan mezclas drenantes o abiertas, macadam o macadam por penetración, o capas sucesivas de lechadas. En este caso, si es necesario, se estudiará la posibilidad de reciclar capas inferiores en el espesor preciso, o de incorporar árido de aportación, para que el conjunto tenga la granulometría adecuada.

4.4.8.4 Reciclado in situ con cemento

Se trata de una técnica adecuada para firmes que necesiten una reconstrucción total o un refuerzo importante. En su aplicación, además de lo indicado en el capítulo 8 "Materiales para capas de firme", se atenderá a lo siguiente:

• Para la determinación de espesores se considerará que el material reciclado con cemento es análogo estructuralmente a un suelocemento. Se debe llegar, mediante el procedimiento de cálculo analítico descrito en el capítulo 5, a estructuras de firme formadas por una base de suelo-cemento y un pavimento de mezcla bituminosa. En el dimensionamiento de estas secciones se considerarán los módulos del cimiento indicados en la tabla 5.5.
• El espesor mínimo del tratamiento será de 20 cm. Para espesores menores las capas de materiales tratados con cemento pudieran presentar roturas prematuras.
• El espesor máximo del tratamiento será de 35 cm, no siendo recomendable superar los 30 cm. Estas limitaciones están impuestas sobre la base de las posibilidades de compactación de los equipos actuales.
• Deberá considerarse en el proyecto el riego de protección y curado correspondiente.
• En lo referente a la prefisuración de las capas y la colocación de sistemas "antifisuras ", se atenderá a lo indicado en este capítulo para el suelocemento.

4.4.9 TRAMOS DE ENSAYO

Podrá preverse en el proyecto la ejecución de tramos experimentales. La longitud total del tramo experimental no será superior a un kilómetro o al diez por ciento (lo que sea menor) de la longitud del tramo de proyecto.

El diseño de los tramos experimentales deberá ser aprobado por la Dirección General de Carreteras de la Junta de Andalucía, que señalará los firmes o materiales a ensayar.