MDULO DE BALASTO1. INTRODUCCIN

El nombre balasto viene, precisamente del anlisis de las traviesas de los ferrocarril donde se utiliz por primera vez esta teora. En todo problema geotcnico, el conocimiento o la estimacin de las deformaciones en relacin a las cargas asociadas que transfiere una fundacin al terreno natural, es uno de los problemas ms importantes de los proyectos de ingeniera.

Para resolver esta situacin, se utiliza muy frecuentemente, el Coeficiente de Balasto o Mdulo de Reaccin del Suelo tambin conocido como Coeficiente de Sulzberger, estudiado muy en profundidad por Terzaghi.

Este parmetro asocia la tensin transmitida al terreno por una placa rgida con la deformacin o la penetracin de la misma en el suelo, mediante la relacin entre la tensin aplicada por la placa q y la penetracin o asentamiento de la misma y. Generalmente se la identifica con la letra k.

Este mdulo, se obtiene mediante un simple ensayo de carga sobre el terreno, que se realiza utilizando una placa metlica rgida de seccin cuadrada de 30,5 cm de lado de seccin circular con un dimetro de 30,5 cm, que se monta como se muestra en el esquema de la Fig. N 1.

1.1. Definicin

El mdulo de Reaccin o Coeficiente de Balasto se define como: La relacin entre la tensin capaz de generar una penetracin de la placa en el terreno de 0,05 que equivale a una deformacin de 0,127 cm, es decir que este coeficiente es la pendiente de la recta que une el origen de coordenadas con el punto de la curva tensin deformacin que genera un asentamiento de la placa de 0,127 cm, como se aprecia en la figura adjunta.

Dada una losa rectangular y un coeficiente de balasto obtenido mediante ensayo de placa de carga de 30x30cm definimos:

b: ancho equivalente de la zapata (m). Es un parmetro que depende de la rigidez de la estructura, y de la rigidez de la cimentacin. En el caso de losas un valor aproximado para b puede ser la luz media entre pilares. En el caso de estructuras de edificacin tomar b como ancho de la losa conduce a mdulos de balasto excesivamente bajos. l: lado mayor o longitud de la losa (m) ks, 30: coeficiente de balasto obtenido en placa de 30x30cm (kN/m3). ks, cuadrada: coeficiente de balasto de la zapata cuadrada (kN/m3). ks, rectangular: coeficiente de balasto de la zapata rectangular (kN/m3).

Para el clculo del coeficiente o mdulo de balasto de la zapata rectangular ser necesario primero calcular el de la cuadrada. El mdulo de balasto de la zapata rectangular (l y b en m) en funcin del de la losa cuadrada se define por (Terzaghi 1955):

1.2 Suelos Arcillosos

1.3 Suelos Granulares

A ttulo orientativo, damos aqu los valores estimados del mdulo de balasto para Placa de Carga de 30x30 (k30) tomados del libro "Geotcnia y Cimientos III, Primera Parte" de Jimnez y Salas y otros, recordamos que lo correcto sera obtener estos datos a partir del terreno en cuestin:

Tipo de sueloCoeficiente de balastok30(kp/cm3)

** Suelo fangoso0.50 - 1.50

* Arena seca o hmeda, suelta (NSPT3 a 9)1.20 - 3.60

* Arena seca o hmeda, suelta (NSPT9 a 30)3.60 - 12.00

* Arena seca o hmeda, suelta (NSPT30 a 50)12.00 - 24.00

* Grava fina con arena fina8.00 - 10.00

* Grava media con arena fina10.00 - 12.00

* Grava media con arena gruesa12.00 - 15.00

* Grava gruesa con arena gruesa15.00 - 20.00

* Grava gruesa firmemente estratificada20.00 - 40.00

** Arcilla blanda (qu0.25 a 0.50 kp/cm2)0.65 - 1.30

** Arcilla media (qu0.50 a 2.00 kp/cm2)1.30 - 4.00

** Arcilla compacta (qu2.00 a 4.00 kp/cm2)4.00 - 8.00

Arcilla margosa dura (qu4.00 a 10.00 kp/cm2)8.00 - 21.00

Marga arenosa rgida21.00 - 44.00

Arena de miga y tosco22.00 - 110.00

Marga22.00 - 2200.00

Caliza margosa alterada150.00 - 220.00

Caliza sana885.00 - 36000.00

Granito meteorizado30.00 - 9000.00

Granito sano1700.00 - 3600.00

Los terrenos granulares, si estn sumergidos se tomarn con un k30 igual a los de la tabla multiplicados por 0.60. Los valores considerados corresponden a cargas de corta duracin.Si se consideran cargas permanentes que produzcan Q y M y ha de tener lugar la consolidacin, se multiplicarn los valores de k30 de la tabla por 0.25.

2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJASDESVENTAJAS

Mtodo muy sencillo que solo requiere la estimacin de un parmetro para ser definido, el coeficiente de balasto. Permite considerar puntos de inters de la viga (disposicin de arriostramientos, cambios de estrato del suelo, aplicacin de fuerzas, etc.) El coeficiente de balasto, es complejo y con muchas limitaciones a la hora de ser estimado. Solo permite estimar movimientos horizontales de la pantalla, ms no movimientos globales del terreno. Se pierde precisin alrededor de aquellos puntos sobre los cuales se introducen elementos de arriostramiento.

Determinacin del mdulo de reaccin del subsuelo

Cuando se aborda el estudio de cimentaciones, o de estructuras embebidas en el terreno, es cada vez ms frecuente utilizar programas de clculo en ordenador, que utilizan el modelo matemtico de Winkler (o del coeficiente de balasto), para definir el comportamiento del terreno.

Desafortunadamente esta tarea no es tan simple como pudiera parecer porque Ks no es una propiedad fundamental del suelo. Esta magnitud tambin depende de muchos otros factores, incluyendo los siguientes:

La anchura del rea cargada. La profundidad del rea cargada debajo de la superficie. Tiempo. La posicin de la carga.

Actualmente no slo el valor de Ks, incluso otros factores se pueden definir por la relacin no lineal carga-deformacin.

Correlaciones para calcular el mdulo de balasto (K).

A partir de la teora de elasticidad: Se han elaborado distintas relaciones entre el mdulo de corte del suelo (G) y el mdulo de balasto (K) para distintos comportamientos del pilote, (desplazamiento horizontal, vertical, torsin etc.), las cuales se muestran en la siguiente tabla: