Coeficiente de Balasto

Diplomado BIM Ingeniería Estructural

MÓDULO TEÓRICO

COEFICIENTE DE BALASTO Prof. Gabrielle E. Romero L.

OBJETIVOS ✓

Obtener parámetros referenciales que sirvan en la elección del tipo de cimentación.

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Calcular el coeficiente de Balasto para las zapatas y vigas de cimentación.

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Usar el coeficiente de Balasto en un modelo estructural que agrupe tanto a la subestructura como a la superestructura y compararlas con modelos independientes entre sub estructuras y superestructura.

DEFINICIÓN El coeficiente de balasto Ks es un parámetro que se define como la relación entre la presión que actúa en un punto, “p”, y el asiento que se produce, y, es decir Ks=p/y. Este parámetro tiene dimensión de peso específico “y”, aunque

depende de las propiedades del terreno, no es una constante del mismo ya que también depende de las dimensiones del área que carga contra el terreno.

ESTIMACIÓN 1. Mediante el Ensayo de Placa de Carga En la foto se puede observar una placa circular que carga al terreno. De la placa salen unos comparadores que nos permiten medir el asiento que sufre el terreno al cargar la placa.

El cociente de la carga entre el asiento, proporciona el coeficiente de balasto asociado a las dimensiones de la placa.

Existen varios tipos de placas, las cuadradas de 30×30 cm o las circulares de 30, 60 o 76,2 cm de diámetro. Por tanto, el coeficiente viene generalmente respresentado por una K y el correspondiente subíndice que identifica a la placa con la que se realizó el ensayo.

Los ensayos de placa de carga permiten determinar las características resistencia-deformación de un terreno. Consisten en colocar una placa sobre el suelo natural, aplicar una serie de cargas y medir las deformaciones. El resultado del ensayo se representa en un diagrama tensión deformación. A partir de este ensayo se pueden obtener numerosos datos entre los que se destacan: • Obtención de la capacidad de carga del suelo para un asentamiento determinado. • Determinación del módulo de reacción ó coeficiente de Balasto (K). • Determinación de las características de la curva carga contra deformación del suelo. • Obtención del coeficiente de elasticidad del suelo (E) • Realización de estudios sobre la estabilidad de pavimentos ó bases de caminos ya existentes.

Algunos términos utilizados en este ensayo son: Módulo de reacción. Es la presión que ha de transmitirse a la placa para producir al suelo una deformación prefijada. Deflexión. Es el descenso vertical de una superficie debido a la aplicación de una carga sobre ella. Deflexión residual. Es la diferencia entre el nivel original de una superficie y su posición final a consecuencia

de

la

aplicación

y

retiro

de

una

o

más

cargas

en

la

superficie.

Deflexión elástica. Es la recuperación de la deformación vertical que tiene lugar cuando la carga se retira de la superficie.

Lo usual es que los laboratorios proporcionen el coeficiente de balasto de la placa cuadrada de 30 cm de lado, el K30. Existen muchos autores que han proporcionado varios valores del K30 para diferentes clases de suelos. Os dejo algunas de las tablas más interesantes que conviene tener:

EJEMPLO ENSAYO DE CARGA DIRECTA

Calicata: C-2 Profundidad: 1.70 m Diámetro de la placa 45cm

EJEMPLO ENSAYO DE CARGA DIRECTA CARGA vs ASENTAMIENTO 8

CARGA (kg/cm2)

7 6 5 4 3 2 1 0 0

1

2

3

ASENTAMIENTO (mm)

4

5

EJEMPLO ENSAYO DE CARGA DIRECTA Carga vs Asentamiento y = 2.0058x - 0.291 8 7

Carga (kg/cm2)

6 5 4 3 2 1 0 -1

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Asentam iento (m m )

Reemplazando los valores de asentamiento en la ecuación lineal para x=1 y x=2 se tiene y= 1.7148 e y=3.7206 de los cuales el valor del coeficiente de balasto será: K=20.06 kg/cm3

EJEMPLO ENSAYO DE CARGA CICLICA Este ensayo consiste en aplicar ciclos de carga y descarga el objetivo es determinar la deformación elástica en carga y descarga, por consiguiente determinar las propiedades dinámicas del terreno de acuerdo a la norma ASTM D- 1194 con las modificaciones del caso.

Este tipo de ensayo se realiza para determinar las características del suelo donde se ubicaran la cimentación de maquinas.

EJEMPLO ENSAYO DE CARGA CICLICA Calicata: C-1 Profundidad: 2.00 m Placa cuadrada de 30x30 cm CARGA vs ASENTAMIENTO 3

CARGA (kg/cm2)

2.5 2

1.5 1 0.5 0 0

1

2

3

4

5

ASENTAMIENTO (mm)

6

7

8

9

EJEMPLO ENSAYO DE CARGA CICLICA Carga ciclica Vs Asentamiento 3 2.5 y = 0.2878x - 0.3473 Carga (kg/cm2)

2 1.5 1 0.5 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-0.5 Asentamiento (mm)

Reemplazando los valores de asentamiento en la ecuación lineal para x=2 y x=3 se tiene y= 0.2283 e y=0.5161 respectivamente de los cuales el valor del coeficiente de balasto será: K=2.872 kg/cm3

PERO…

Una tema es tener el coeficiente de balasto de una placa cuadrada de 30 cm de lado y otra muy distinta es tenerla para el tamaño real cimentación. Aunque sea el mismo terreno, el valor debe ser corregido por las dimensiones de nuestra cimentación.

Para ello, fue Terzaghi (1955) quien propuso las siguientes formulaciones…

✓ Para una zapata cuadrada de lado B(m) el coeficiente de balasto valdrá: • Para suelos cohesivos:

✓ Para suelos arenosos:

✓ Para suelos de transición (entre arenas y arcillas): % cohesivo es el porcentaje del suelo que se puede suponer cohesivo y %arenoso el porcentaje que se supone arenoso. (%cohesivo+%arenoso=100)

✓ Si lo que tenemos es una losa rectangular de lados B(m) y L(m) (L>B):

2. En función de otras características del terreno.

Estamos hablando de correlaciones del coeficiente de balasto con otros parámetros del terreno como pueden ser: ✓ En función del módulo de deformación:

Fórmula de Vogt:

✓ Fórmula de Vesic:

✓ Fórmula de Klepikov:

Siendo A el área de la cimentación y ω un coeficiente de forma que viene dado por:

✓ En función de la tensión admisible de la cimentación: Fórmula de Bowles:

Siendo FS el factor de seguridad empleado para minorar la tensión admisible (entre 2 y 3)