14 Disseny de Ferms de carretera

Disseny de ferms i paviments

• Un ferm de carretera és la superestructura que rep les càrregues del trànsit.
• Garanteix la comoditat i la seguretat dels usuaris durant un període determinat.

Funcions d'un ferm de carretera

• Proporciona una superfície de trànsit segura i còmoda per als usuaris.
• Suporta i distribueix les sol·licitacions del trànsit.
• Protegeix l'esplanada de l'erosió.

Característiques d'un ferm de carretera

• Es divideixen en característiques superficials i estructurals.
• Les característiques superficials afecten la comoditat i la seguretat; estan vinculades a la capa superior (de rodolament).
• Factors a destacar: la resistència al lliscament, la regularitat superficial, soroll, desguàs.
• Les característiques estructurals determinen la capacitat de suportar les càrregues del trànsit.
• Depenen del gruix i dels materials emprats a les capes, així com les condicions d'execució.

Classificació dels ferms

• Es classifiquen segons la deformabilitat: flexibles, semiflexibles, semirígids i rígids.
• També hi ha els ferms mixtes i de llambordes.
• El dimensionament es pot fer segons mètodes analítics o empírics.

Normativa de disseny de seccions de ferm de nova construcció

• La instrucció 6.1-IC secciones de firme (2003) és la normativa de referència.
• S'aplica a ferms de nova construcció o a la reconstrucció total d'un ferm existent.
• No és d'aplicació a paviments sobre ponts ni en túnels.
• Les seccions de la norma estableixen gruixos de capa mínims.

Tipus de rehabilitació de ferms

• Superficial: millora les característiques superficials, sobretot la resistència al lliscament.
• Estructural: augmenta la capacitat portant del ferm existent.

L'àrid del ferm

• És el conjunt de partícules pètriques que formen un elevat percentatge (90% en pes i 80% en volum) de les capes.
• Hi ha àrids naturals i artificials.

Reciclat de ferms

• Consisteix en la reutilització dels materials existents a la carretera per a fabricar nous materials.
• Hi ha reciclat in situ amb emulsió o ciment, i reciclat en central en calent.

Lligants bituminosos

• Són materials aglomerants, sòlids o líquids, formats per mescles complexes d'hidrocarburs.
• Principalment, betums asfàltics, betums modificats amb polímers i emulsions bituminoses.
• Són termoplàstics amb bona adhesivitat.

Capa granular

• El PG-3 només contempla el tot-ú com a capa granular.
• És un material granular de granulometria contínua, constituït per partícules triturades.

Estabilitzacions

• Són materials granulars barrejats amb additius per millorar resistència o durabilitat.
• S'afegeix un agent estabilitzant, normalment conglomerant o lligant.
• El sòl estabilitzat in situ, el sòl-ciment i el grava-ciment són exemples típics.

Tractaments superficials

• Són unitats d'obra per a dotar el ferm de certes característiques superficials (textura, impermeabilitat).
• No augmenten directament la capacitat resistent ni la regularitat superficial.
• Hi ha regs d'imprimació, d'adherència, de curat i microaglomerats en fred.

Ferms rígids

• Tenen un paviment de formigó.
• La llosa de formigó adopta les característiques estructurals i funcionals.
• Les capes inferiors proporcionen un recolzament uniforme i estable.

Plantes de fabricació de mescles bituminoses

• N'hi ha de diversos tipus i mides.
• Es distingeixen les plantes per a la fabricació en calent (discontínues o contínues) i les de fabricació en fred.

Control de qualitat

• En mescles bituminoses en calent, es troba definit als articles 542 i 543 del PG-3.
• Per a paviments de formigó es troben als articles 550 i 551 del PG-3.
• És obligatori el marcatge CE, tant per a mescles bituminoses com per a paviments de formigó.
• Cal comprovar la regularitat superficial (IRI) i la resistència al lliscament.

Classificació

• El ferm d'una carretera és la superestructura que garanteix la comoditat i la seguretat dels usuaris.
• La capa de terreny està formada per un conjunt de capes superposades de diferents materials.

L'esplanada

• Són estabilitzacions amb calç o ciment, o l'aportació de nous materials sobre l'esplanada existent.
• Es poden considerar també com a part del ferm.

Les funcions que ha de dur a terme el ferm

• Proporcionar una superfície de trànsit segura i còmoda pels usuaris de la via.
• Suportar i distribuir les sol·licitacions del trànsit, de forma que l'esplanada només en rebi una petita fracció que sigui compatible amb la seva capacitat portant.
• Protegir l'esplanada de l'erosió a què estaria sotmesa si es trobés a la intempèrie.

Projectar i executar un ferm

• Es tindrà en compte que durant un període suficientment llarg de temps (vida útil o període de projecte) no s'han d'ocasionar desperfectes importants que comprometin les funcions anteriorment esmentades.

Característiques superficials del ferm

• Estan relacionades amb la comoditat i la seguretat.
• Resistència al lliscament: Aquesta característica es troba relacionada amb la textura (microtextura en sec i macrotextura en mullat) de la capa de rodolament.
• Regularitat superficial: Interessa que el perfil de la capa de trànsit, tant longitudinal com transversal, sigui el més regular possible
• Soroll: Relacionat també amb el tipus de capa de rodolament i la seva textura.
• Desguàs superficial: Interessa que l'aigua que caigui sobre la capa de rodolament s'evacuï ràpidament.

Característiques estructurals del ferm

• Dependran, per tant, dels tipus de materials que s'hagin disposat a les diferents capes, els seus espessors i de la interacció entre ells.
• Els materials bàsics de què pot estar composta una capa d'una secció de ferm són: sòls granulars, àrids, lligants hidrocarbonats, conglomerants hidràulics i calçs aèries.

Les unitats d'obra

• Són les capes granulars, els materials granulars estabilitzats o tractats, els tractaments superficials i regs bituminosos, les mescles bituminoses i els formigons.

Les especificacions tècniques

• Quant a execució, acabament, control de qualitat, toleràncies i abonament es troben definides al Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3).

Ferms flexibles

• Estan formats per un seguit de capes amb una resistència a la deformació decreixent amb la profunditat.

Ferms semirígids

• Estan constituïts per material bituminós de qualsevol gruix sobre una o més capes granulars tractades o estabilitzades amb conglomerant hidràulic o putzolànic.

Ferms semiflexibles.

• Els que estan constituïts per una mescla bituminosa de gruix superior als 15 cm sobre una o vàries capes granulars sense tractar.
• L'estructura d'aquests ferms presenta certa rigidesa vers la flexió, fet que permet un repartiment horitzontal de les càrregues verticals que fa que els esforços es transmetin a l'esplanada de forma més esmorteïda.

Ferms inversos

• Son aquells on s'interposa entre el paviment bituminós i la capa tractada amb ciment una capa granular formada exclusivament per àrids, per tal d'evitar la reflexió a la superfície de les esquerdes de retracció que se solen donar a les capes tractades.

Ferms rígids

• Són aquells que tenen un paviment de formigó.
• La rigidesa d'aquest material i la de la subbase, que sol ser tractada o estabilitzada, fa que es produeixi un fort repartiment de les càrregues verticals i per tant una disminució de les sol·licitacions a nivell d'esplanada.

Els ferms mixtes

• Son aquells constituïts per una capa de formigó de baixa resistència recoberta per un paviment bituminós.
• Es plantegen com a ferms de carrers i estan justificats per la necessitat de protegir de les sol·licitacions del trànsit els serveis ubicats sota la calçada i que amb freqüència han de ser objecte de reparacions.

Els ferms de llambordes

• Son aquells formats per una capa superior de materials petris (llambordes de pedra o de formigó), assentats sobre una prima capa d'anivellació de sorra i una base.

Els paviments bituminosos

• Formats per ferms flexibles, semiflexibles i semirígids.

Els paviments de formigó

• Formats per ferms rígids.

Anàlisi dels resultats

• Els mètodes de dimensionament analític requereixen d'una modelització prèvia, tant de la secció estructural del ferm, com de les càrregues que ha de suportar i la temperatura ambient existent.
• L'anàlisi del resultats obtinguts es dirigeix a determinar el nombre d'aplicacions de la càrrega-model que pot suportar l'estructura.

Model analític d'una secció

• Cal diferenciar entres ferms rígids i la resta(flexibles, semiflexibles i semirígids).
• Usar el model elàstic multicapa de Burminister per la resta del ferms i el model de Westergaard per els ferms rígids
• El model elàstic multicapa de Burminster es basa en les següents hipòtesis:
  • Les capes del ferms són horitzontals, paral·leles entre sí, d'un espessor constant i indefinides en el pla.
  • Els materials de les capes són homogenis i isòtrops.
  • Es considera adherència total entre capes, excepte el contacte entre capes tractades amb conglomerants, on es considera parcial.
• Definicions necessàries en el procediment iteratiu de dimensionament i comprovació.

El model de Westergaard es basa en les següents hipòtesis:

• La capa de formigó vibrat és una llosa rígida d'espessor constant i cares horitzontals i paral·leles.
• La capa es recolza sobre un medi elàstic indefinit (massís semiindefinit de Winkler), amb un coeficient de balast K
• Es compleix la hipòtesis de Navier
• La capa de formigó es caracteritza per la seva resistència a flexotracció a llarg termini.

Normativa de disseny

• El projecte te com objectiu descriure les característiques geomètriques i mecàniques dels diferents capes i del seu procés constructiu.
• L'ámbit d'aplicació en projectes de carreteres de la instrucció 6.1-IC secciones de firme (2003).
• Aquesta instrucció mostra una amplia gamma de seccions estructurals.

Categories de transit i tipologia de material

• Categories de transit: definides en funció de la intensitat mitjana diária de vehicles pesants, categoritzades com a T00,T0, T1, T2, T3(dividida en T31 i T32), i T4(dividida en T41 i T42).
• Tipus de material: Hi ha tres tipus d'esplanades(E1,E2,E3), definides en funció del mòdul de compressibilitat al segon cicle de càrrega a l'assaig de càrrega amb placa

Altres condicionants a tenir en compte

• Estableixen limitacions pel que fa al gruix i tipus de capes de mescla bituminosa en funció de la capa que formi.
• A més, es tenen en compte un seguit de variables climàtiques com ara: Temperatures estiuenques, Precipitació mitjana anual

Rehabilitació de ferms

• Quan es porta a terme una rehabilitació, és per objectiu de millorar les característiques superficials i estructurals.
• L'objectiu és millorar les característiques resistència al lliscament, deformació longitudinal o transversal o l'estat de fissuració del paviment
• Cal detectar zones singulars i sanejar els flonjalls.

Aquest qüestionari avalua el coneixement sobre ferms de carretera, incloent el reciclat, betums modificats, estabilització de materials i tractaments superficials. També cobreix les funcions de les capes en ferms rígids i les característiques estructurals.