Dinámica estructural y diseño sísmico

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE BALASTO EN CIMENTACIONES

Introducción Actualmente en el campo de las cimentaciones, uno de los métodos más empleados para calcular los esfuerzos es la modelización como viga flexible, en el cual se supone el terreno como un conjunto infinito de muelles situados bajo una viga deformable, la cimentación. La constante de deformación de cada muelle es Ks (módulo debalasto), valor obtenido del cociente entre la presión de contacto (q) y el desplazamiento, en nuestro caso (δ).

Ks= q / δ

Fuente: CALAVERA RUIZ, JOSÉ

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El método se creó inicialmente para el análisis de las traviesas del ferrocarril, donde el balasto es la capa de grava que se tiende sobre la explanación de los ferrocarriles para asentar y sujetar las traviesas. El creador de estemodelo de interacción estructura-terreno fue Winkler, y tiene múltiples aplicaciones, no sólo en el campo de las cimentaciones, sino en cualquiera problema que pudiese adaptarse a este modelo. La aplicación de la teoría del módulo de balasto ha ganado aceptación en los últimos tiempos, ya que permite una fácil asimilación del modelo de la interacción estructura-terreno utilizando los métodosmatriciales de cálculo. Bastará con incluir muelles en los nudos con la rigidez correspondiente al balasto, en elementos lineales mediante su discretización en varias barras cuyos nudos incluyen bielas, en elementos superficiales mediante un emparrillado de barras con las bielas en los nudos. Esto ha supuesto que el método de Winkler sea el que usa la mayor del software de cálculo de estructuras,principalmente para vigas y losas de cimentación.

Por el contrario, existen varias objeciones al modelo que lo hacen poco fiable: • En el caso de cimentaciones superficiales, el modelo supone que cada punto del suelo se comporta independientemente de las cargas existentes en sus alrededores, lo cual no ocurre en la realidad porque la distribución de las cargas varía debido a la deformación de laviga. La deformación del cimiento hace que los pilares desciendan con él, por tanto “la viga no puede ser concebida en absoluto como una pieza con carga igual a la reacción del terreno y apoyada en los pilares, sino apoyada en el terreno y cargada por los pilares”1. El valor del módulo de balasto no es función exclusiva del terreno, también depende de las características geométricas de la cimentacióny de la estructura que ésta sostiene, se hace compleja la extrapolación de los resultados de los estudios geotécnicos a un modelo de cálculo fiable.

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Recomendaciones A grandes rasgos el modelo de interacción cimiento-terreno se ha de ajustar a la forma de distribuirse las presiones sobre el terreno. Si éstas se distribuyen de una manera lineal, como por ejemplo en cimentacionesrígidas, el cálculo debe llevarse a cabo mediante los métodos clásicos de cimentaciones con leyes de tensiones lineales. Si la distribución de tensiones es irregular, debe usar un modelo de elementos flexibles, como por ejemplo el método de Winkler o los elementos finitos. Debido al desconocimiento real de los valores del módulo de balasto para unos determinados cimentación, estructura y terreno, esnecesario que calcular con órdenes de magnitud. Para ello se hace un estudio de sensibilidad de la variable, es decir, analizamos los resultados del cálculo con tres valores de K distintos, por ejemplo un diez veces mayor y otro diez veces menor que el que tenemos estimado, para así ver cuanto influye esta variable. En caso de ser de gran influencia es recomendable hacer una comprobación inversa apartir del asiento, calculando el módulo K correspondiente al valor del asiento de la cimentación, estimados por los métodos clásicos de la geotécnia. Para obtener un primer orden de magnitud del módulo de balasto no debe tomarse el valor del ensayo de placa de carga, es necesario hacerle unas correcciones debidas a los diferentes aspectos que intervienen en el valor de K, tal como se explicará a...