Diseño de Firmes: Factores Clave y Propiedades de los Materiales
Factores de Diseño de Firmes
El diseño de firmes es un proceso complejo que considera diversos factores para garantizar su durabilidad y funcionalidad. A continuación, se describen los factores clave:
Factores Principales
Tráfico: La estructura del firme debe adecuarse a la acción prevista del tráfico, fundamentalmente del más pesado, en el carril de proyecto durante toda su vida útil. También se deben tener en cuenta la repetición de las cargas, los efectos de fatiga, las máximas presiones de contacto y solicitaciones tangenciales.
Explanada: El parámetro fundamental para su dimensionamiento es la capacidad de soporte, es decir, la resistencia a la deformación por esfuerzo cortante bajo las cargas de tráfico. También es importante conocer sus constantes geotécnicas y sus variaciones estacionales.
Clima: Hay que tener en cuenta el clima de la zona en la que se va a colocar el firme para elegir correctamente los materiales y considerar que la lluvia influye mucho en su drenaje, las temperaturas altas o bajas (piel de cocodrilo), y el hielo-deshielo afectan a su comportamiento.
Materiales disponibles: Son determinantes para seleccionar la estructura del firme más adecuada técnica y económicamente. Los principales materiales son áridos, ligantes y conglomerantes, suelos granulares y agua.
Otros: También influyen en el diseño del firme los costes de construcción y explotación, el ruido, la iluminación, la estética, las dimensiones de la obra...
Propiedades de los Áridos
También es necesario medir otras propiedades de los áridos gruesos como su resistencia al pulimento para las capas de rodadura (CPA). La resistencia al pulimento es la resistencia a perder aspereza en su textura superficial, tiene una gran importancia en la seguridad vial cuando el árido se va a utilizar en la capa de rodadura para poder asegurar una resistencia al deslizamiento óptima.
El Ensayo CPA
El Ensayo CPA estudia la resistencia al pulimento de los áridos gruesos por la acción de los neumáticos determinando un coeficiente de pulimento acelerado mediante una máquina de pulimento acelerado que hace girar una rueda hecha de áridos. Otra máquina de fricción mide la rugosidad del árido y su resistencia cuando un vehículo frena gracias a un péndulo con una deslizadera de goma que se deja caer sobre la probeta, se ensaya 5 veces por cada probeta.
Adhesividad de los Áridos
La adhesividad de los áridos con los ligantes asfálticos es muy importante, es la superficie de los áridos que presenta fenómenos fisicoquímicos, puede ser activa (envuelta) o pasiva (en servicio) e intervienen la textura y porosidad del árido, y la viscosidad, espesor y tensión superficial del ligante. Los áridos deben ser afines a los ligantes asfálticos, lo que quiere decir que estando secos deben dejarse mojar fácilmente por los ligantes, si hay mala afinidad se pueden usar activantes.
Existen dos tipos de áridos a la hora de determinar la afinidad con los ligantes:
Áridos Ácidos (-): tienen un alto contenido en sílice, gran afinidad química por el agua (hidrofilia), y polaridad negativa. Al ponerse agua en contacto con el firme se lava la piedra y rompe la resistencia del firme, es difícil que estén secos ya que absorben la humedad del ambiente por lo que su adhesividad con los ligantes es mala.
Áridos Básicos (+): tienen una gran cantidad de óxidos alcalinos y muy poca sílice por tanto son mucho menos hidrofílicos y logran una mejor adhesividad con los ligantes, su polaridad es positiva.
La adhesividad hay que comprobarla mediante un ensayo en presencia de agua, se exige que >95% de las partículas permanezcan envueltas al final del ensayo apreciándolo visualmente tras una inmersión. También se determina la sensibilidad al agua de la mezcla bituminosa mediante una tracción indirecta tras la inmersión para comparar la perdida de resistencia con otra probeta sin sumergir. Los áridos gruesos deben estar siempre limpios y no ser susceptibles a la meteorización.
Polvo Mineral (Filler)
El filler es la fracción mineral que pasa por el tamiz 0,063mm, puede proceder del machaqueo de los áridos o ser un subproducto como cenizas volantes o polvo calizo. Influye en el comportamiento de las mezclas bituminosas en función de su naturaleza, finura y proporción en la que se encuentra por lo que el PG3 exige que se ensaye su huso granulométrico y densidad aparente.