5.2 MODELOS DE CALCULO

5.2.1 MODELO ELASTICO MULTICAPA

Para el cálculo, tanto del cimiento como de la estructura de firmes con pavimento bituminoso, se utilizará este modelo matemático que permite obtener la respuesta en tensiones y deformaciones en las capas del firme o de su cimiento, sometidas a las solicitaciones fijadas.

El modelo de respuesta elástico multicapa de Burmister se basa en las siguientes hipótesis:

• El firme y, en su caso, las capas de asiento están formados por capas horizontales, paralelas entre sí, de espesor constante, indefinidas en su plano, y apoyadas en un macizo semiinfinito homogéneo.
• Cada capa y el macizo semiinfinito son un medio elástico lineal, homogéneo, isótropo y continuo. Se caracterizan mecánicamente por su módulo de Young, (E), y su coeficiente de Poisson (n).
• Existe un apoyo continuo entre capas con adherencia total, parcial o nula.
• Las fuerzas de inercia y los efectos térmicos son despreciables. Las solicitaciones térmicas no se tienen en cuenta por sí mismas sino únicamente al fijar el módulo de elasticidad de los materiales tratados con ligantes bituminosos.
• Las deformaciones del sistema son suficientemente pequeñas como para no alterar las hipótesis anteriores.
• Los esfuerzos cortantes son despreciables en el contacto rueda-pavimento.
• No se considera el peso propio del firme.

5.2.1.1 Caracterización de materiales

Para todos los materiales constituyentes del firme y del cimiento se supondrá un comportamiento elástico lineal. Por tanto, para definir la relación tensión-deformación del material, sólo serán necesarios dos parámetros:

• Módulo de Young, (E)
• Coeficiente de Poisson, (n).

En la fase de proyecto para los materiales de las capas de firme se adoptarán los valores de los parámetros que se definen en esta Instrucción y para los materiales de cimiento se estimarán a partir de ensayos previos con los criterios que posteriormente se señalan⁽⁸⁾.

(8) Los materiales nuevos, no convencionales o los que en general no se contemplan en esta instrucción se solicitará a la Comisión Permanente de Seguimiento de la instrucción, la adscripción de nuevos valores, presentando la oportuna justificación técnica..

5.2.1.2 Adherencia entre capas

En los cálculos se considerará que las capas están totalmente adheridas o con adherencia parcial.

Los resultados con adherencia parcial serán la media de los obtenidos con adherencia total y sin adherencia.

La adherencia entre capas se considerará completa salvo entre dos capas tratadas con conglomerantes hidráulicos, que se considerará parcial.

5.2.1.3 Cálculo numérico

El cálculo numérico se realizará con el programa de cálculo de firmes ICAFIR.

5.2.2 MODELO DE WESTERGAARD

Se utilizará este modelo matemático para el cálculo de estructuras de firmes con pavimento de hormigón vibrado.

Este modelo se basa en las siguientes hipótesis:

• El firme se asimila a una capa rígida de espesor constante y caras horizontales paralelas entre si, apoyadas sobre un macizo semiinfinito homogéneo.
• La placa o capa rígida se comporta de acuerdo a las hipótesis de Navier, es decir, que las secciones normales al plano medio de la capa antes de la aplicación de las cargas, continúan siendo normales al mismo después de haberse deformado.
• El comportamiento del cimiento del firme responde a la hipótesis de Winkler, es decir, que se trata de un liquido denso o que está compuesto por un conjunto de resortes, con lo que en cada punto de la superficie del mismo, la presión aplicada y la deformación que se origina son directamente proporcionales sin que además se produzcan esfuerzos tangenciales entre los distintos resortes. La constante de proporcionalidad, K, se denomina coeficiente de balasto.

5.2.2.1 Caracterización de materiales

Para caracterizar los materiales que aparecen en el modelo, se debe distinguir entre:

• Material constituyente del cimiento del firme: se caracteriza por su coeficiente de balasto, K.
• Materiales constituyentes de las capas del firme: se caracterizan por su resistencia a flexotracción a largo plazo, R_F,LP.

5.2.2.2 Cálculo numérico

El cálculo numérico se realizará con la ayuda de unos gráficos preparados al efecto, basados tanto en el modelo teórico presentado, como en diversos estudios de comportamiento de firmes a escala real [Ref. 14].