Criterios para el diseño y dimensionamiento de pavimentos industriales y soleras (Parte I)

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En este post tenemos la suerte de contar con la colaboración de D. Alfredo Arnedo Pena. Nos va hablar de un tema al que muchas veces no se presta la atención y, sin embargo, si no se trata como es debido, puede ser objeto de muchas patologías. Ahí lo dejo.

El diseño, construcción y mantenimiento de pavimentos de hormigón, tanto en el interior de edificios, como en zonas al exterior (playas de maniobra, áreas portuarias etc.) requiere un conocimiento multidisciplinario que podría resumirse así:

  • Análisis del terreno.
  • Acciones de vehículos y cargas. Efectos dinámicos.
  • Acciones climáticas y reológicas.
  • Construcción de hormigón. Dosis/métodos ejecución.
  • Diseño de placas de hormigón. Esfuerzos.
  • Armado convencional y/o refuerzo con fibras.
  • Diseño de juntas y pasadores.

El terreno

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Previamente hay que disponer de un informe geotécnico, donde el terreno existente quede identificado y caracterizado de forma completa.

Aunque siempre se suele disponer una o varias capas de material aportado bajo la solera a construir es imprescindible prever el comportamiento a largo plazo.

Se han dado casos de sustratos kársticos con cuevas y cavidades, arcillas expansivas, terrenos con yesos que han acabado por arruinar el pavimento.

Una gran parte del comportamiento final de la obra depende de la correcta caracterización del terreno base mediante el módulo de balasto k, que se obtiene a partir de ensayos (CBR, placa de carga, modelos multicapa).

A partir del módulo de balasto k el parámetro fundamental de la teoría de placa sobre lecho elástico, es la denominada longitud elástica:

L = (E I / (1-ν) k)0.25

  • ν = Módulo de Poisson del hormigón de la losa.
  • E = Módulo de elasticidad de la losa. N/mm2.
  • I = Inercia unitaria de la losa = h3/12. mm3.
  • k = Módulo de balasto del terreno de apoyo de la losa. N/mm3.

Hay que tener en cuenta que en el hormigón puede haber variaciones de ν y de E por efecto de la edad (fluencia) y estado de fisuración.

Respuesta a cargas concentradas

El primer paso para comprender el comportamiento de los pavimentos y losas de solera es estudiar el caso de una carga aislada actuando en una placa sobre lecho elástico.

Los esfuerzos flectores en la losa resultan mucho mayores bajo la carga y son positivos, es decir producen tracciones en la cara inferior. Es a una cierta distancia, precisamente L, donde se anulan y progresivamente pasan a ser negativos.

Es decir que la primera posible creación de fisuras se produce en la cara inferior y después puede darse en la superior, o sea las que son visibles.

A este estado tensional en un modelo lineal se debe superponer el que crean la inevitable retracción coaccionada y al no menos inevitable gradiente de temperatura.

Existen varias fórmulas analíticas de flectores producidos por la carga concentrada de acuerdo con la teoría lineal. Son previas a usar códigos de cálculo MEF.

Lo mejor es enemigo de lo bueno. Es preferible predimensionar con ellas. Después se pueden abordar las situaciones más generales (cargas repartidas, tren de cargas, huella de la carga, bordes etc.)

Es muy ventajoso la aplicación de métodos plásticos. En los años 60 se empezó a aplicar teoría de plasticidad en la ingeniería civil. En estructuras se desarrolló la teoría de líneas de rotura de Johanssen y en particular en losas sobre lecho elástico Meyerhof propuso varias expresiones, que posteriormente fueron perfeccionadas.

Para una carga concentrada sobre una placa homogénea, isótropa e infinita el agotamiento se alcanza cuando se desarrollan líneas de rotura radiales y circunferenciales según la siguiente figura.

En este caso:

M0 = h2 fct (1+Re)/6

Siendo Re el factor de ductilidad de la resistencia a flexo tracción del hormigón (para un tipo de fibra y dosis determinada). Viene a ser una resistencia a tracción residual que se puede determinar usando EHE, pero es más directo tomarla de los datos del fabricante de la fibra.

Continuará en la Parte 2.


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