MODULO DE BALASTRO

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 de balasto), valor obtenido del

cociente entre la presión de contacto (q) y el desplazamiento, en nuestro

caso (δ).

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 este modelo 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 métodos matriciales 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.

Ks= q / δ

Fuente: CALAVERA RUIZ, JOSÉ 1

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 la viga.

• 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 cimentación

y de la estructura que ésta sostiene, se hace compleja la

extrapolación de los resultados de los estudios geotécnicos a un

modelo de cálculo fiable.

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 cimentaciones

rígidas, 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, es necesario 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 a partir 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 continuación.

Obtención del módulo de balasto

Método 1:

A partir de ensayo de placa de carga realizado sobre el terreno, con

unas dimensiones habituales de placa cuadrada de 30x30cm, o bien

circular de diámetros 30, 60 y 76,2cm. En el estudio geotécnico este

módulo viene generalmente representado por una K, mientras que el

correspondiente subíndice identifica a la placa con que se realizó el

ensayo (K30, K60, etc.)

El tamaño de la placa influye en la profundidad afectada, por tanto a

menor tamaño de placa menor bulbo de presiones y con ello menor

profundidad de los estratos estudiados. En el caso de losas la

profundidad de influencia de la placa es mucho menor que la de la losa

real,

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