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Módulo de balasto vertical y horizontal

Esta entrada está dividida en el cálculo de los siguientes coeficientes de balasto:

⇒  Módulo de balasto vertical para el cálculo de losas armadas

⇒  Módulo de balasto horizontal para el cálculo de pilotes y pantallas

 

Cálculo del coeficiente de balasto vertical aplicado a losas

El módulo de balasto vertical es un parámetro utilizado para estimar las deformaciones en los suelos producto de las cargas que transmite una zapata o losa a los niveles geotécnicos sobre los que se apoya. Estas deformaciones son de tipo instantáneo, por lo que no se computan los asientos por consolidación de los terrenos cohesivos blandos o compresibles. En definitiva, dicho coeficiente representa la rigidez frente al asentamiento del terreno: un valor alto supone un suelo rígido sobre el que los asientos son menores, y un coeficiente bajo supone un suelo blando y supondrá grandes deformaciones. Es decir, el coeficiente de balasto relaciona la tensión transmitida al terreno por una placa rígida con la penetración de la misma en el suelo:

El módulo de balasto puede calcularse a partir del ensayo de placa de carga sobre el terreno. La placa frecuentemente está disponible en diámetros de 30, 60 o 76,2 cm. Así, el coeficiente generalmente es representado por una k y con un subíndice que identifica las dimensiones de la placa. No obstante, es un ensayo costoso ya que requiere de grandes pesos para aportar la inercia suficiente, por lo que no es un ensayo tan habitual en proyectos de edificación,  pero si en obra civil. Por ello, normalmente en estudios geotécnicos de edificación, se recurre a tablas bibliográficas como la propuesta por el CTE-SEC y mostrada a continuación:

Tipo de suelo Tipo de suelo K30 (MN/m3)
Arcilla blanda 15 – 30
Arcilla media 30 – 60
Arcilla dura 60 – 200
Limo 15 – 45
Arena floja 10 – 30
Arena media 30 – 90
Arena compacta 90 – 200
Grava arenosa floja 70 – 120
Grava arenosa compacta 120 – 300
Margas arcillosas 200 – 400
Rocas algo alteradas 300 – 5.000
Rocas sanas >5.000

Valores orientativos del coeficiente de balasto, K30. CTE-SEC.

Una vez definido el valor de K30, puede determinarse el módulo de balasto vertical según la siguiente hoja de cálculo:

(En construcción)

(En breve las hojas de cálculo estarán disponibles. Mientras puedes consultar el resto de cálculos)

Donde:

K30: Módulo de balasto para placa de 30 cm.

Ks: Módulo de balasto de referencia para las dimensiones de la losa.

L: Longitud de la losa

B: ancho de la losa

Recuerda que también puedes calcular la tensión admisible y los asientos en estos enlaces.

Determinación del coeficiente o módulo de balasto horizontal aplicado a pantallas y pilotes

En numerosos problemas de ingeniería es necesario determinar el coeficiente o módulo de balasto horizontal (kh) para estimar la presión horizontal de tierras que se opone al movimiento de pantallas o pilotes. Éste normalmente es determinado a través del valor N del ensayo SPT, de la resistencia al corte sin drenaje o a través del módulo presiométrico del ensayo presiométrico. Alternativamente y como se mostrará a continuación también puede ser determinado a partir del módulo de elasticidad E.

A continuación se presentan los métodos de Vesic (1961), Biot (1937), Meyerhof (1965), Kloppe, Selvadurai (1984) y Bazin (2001) para el cálculo del módulo de balasto. Cabe comentar que habitualmente existe bastante dispersión en los valores del módulo de balasto horizontal por lo que se recomienda contrastar los resultados obtenidos con pruebas de carga horizontal o en su defecto con ensayos presiométricos o dilatométricos. Para determinar el coeficiente de balasto horizontal solo necesitaras el diámetro, inercia y módulo de elasticidad del pilote y como datos del terreno, el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson.

Rellenar solo las celdas celestes y los resultados según los distintos autores se muestra en naranja:

Donde:

Es: Módulo de elasticidad del suelo (MN/m2).

ν: Coeficiente de Poisson del suelo (adimensional).

D: Dimensión menor del pilote o pantalla (m).

Ep: Módulo de elasticidad de la estructura (MN/m2).

Ip: Momento de inercia (m4)

Como se ha comentado anteriormente, existe bastante dispersión entre los resultados de las formulaciones de los distintos autores por lo que es recomendable contrastar el valor seleccionado del coeficiente o módulo de balasto horizontal con bibliografía específica del área de estudio.

En los siguientes enlaces también puedes calcular el rozamiento negativo o el tope estructural de pilotes según el Código Técnico de la Edificación Español CTE-SEC.

Recuerda que antes de realizar cualquier cálculo debes consultar los artículos de los autores, la normativa y/o manual de referencia. Para más información pincha geotecnia.

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Imagen superior. Ensayo de carga en placa realizándose sobre un terraplén

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