DIMENSIONAMIENTO DE SOLERAS PARA APARCAMIENTOS Y ZONAS DESTINADAS A VEHÍCULOS LIGEROS
GENERALIDADES
Las soleras tienen como función constituir una superficie de rodadura o piso regular, suficientemente rígida, con cierto grado de impermeabilidad y durable frente a las acciones ambientales y cargas derivadas de su uso.
Las soleras se construyen con hormigón en masa, armado y/o con fibras metálicas o poliméricas, y si bien no reciben usualmente tratamiento como elemento estructural por cuanto su rotura no conduce normalmente a mayores daños que su agrietamiento, en ocasiones alcanzan mayor grado de responsabilidad por tratarse de obras de gran extensión y alta intensidad de uso para las que una mala previsión podría conducir a la necesidad de futuras costosas actuaciones de mantenimiento o reparación evitables con un adecuado diseño inicial.
En el presente post reseñamos algunos criterios que aplicamos en RRG INGENIEROS para el dimensionamiento estructural de estas soleras para aparcamientos o zonas de tráfico ligero, dejando para un futuro post el diseño de soleras para otros usos.
NORMATIVA PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE SOLERAS
Si consideramos la solera como un elemento estructural de hormigón, la normativa aplicable en primera instancia es el Código Estructural, si bien podemos recurrir también como buenas guías de diseño a la Instrucción de Carreteras 6.1-IC Secciónes de firme, el PG-3 o el documento Technical Report nº34 Concrete Industrial Ground Floors (TR34), de la sociedad británica The Concrete Society, este último muy útil para el cálculo estructural.
Podemos también tomar como una buena referencia el “Manual de pavimentos de Hormigón para vías de baja intensidad de tráfico” del IECA.
CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO
Los aspectos básicos a considerar para el diseño estructural de las soleras serán los siguientes:
- Caracterización geotécnica del terreno.
- Estimación de las acciones derivadas del tráfico, climáticas y reológicas
- Diseño previo de la sección tipo constructiva
- Análisis de esfuerzos sobre la solera
- Cálculo del armado y/o refuerzo con fibras
- Diseño de juntas
Caracterización geotécnica del terreno
Necesitaremos conocer las propiedades geotécnicas del terreno natural que constituirá la “explanada” sobre la que se asentará el paquete del firme, ya que de ello dependerán las condiciones de rigidez y estabilidad mecánica del suelo y por tanto el dimensionamiento del espesor y armado de la solera.
Para ello será conveniente recurrir a un estudio geotécnico que determine los parámetros de plasticidad, resistencia y rigidez del suelo (coeficiente de balasto), y la posible necesidad o no de estabilizar dichos suelos con conglomerantes hidráulicos o similares de acuerdo con la normativa aplicada a tal efecto (Instrucción 6.1-IC y PG-3).
Estimación de las acciones derivadas del tráfico, climáticas y reológicas
Las acciones reológicas y climáticas (esencialmente la temperatura) en general se compensarán disponiendo juntas a separaciones adecuadas según comentaremos posteriormente.
En cuanto a las acciones derivadas del tráfico ligero, podemos recurrir al DB SE AE del Código Técnico que indica en su Tabla 3.1. respecto a las cargas verticales a considerar para zonas de tráfico y aparcamiento de vehículos ligeros (<30 KN):
-2 KN/m2 de sobrecarga general
-Tren de 2 cargas concentradas de 10 KN separadas a 1,8 m actuando de forma independiente a la sobrecarga general
Dicha Tabla indica que puede prescindirse de este tren de cargas si se considera un incremento de sobrecarga de 2 KN/m2 en la sobrecarga general, si bien en este caso mantendremos el criterio inicial de dimensionar la sección considerando el tren de cargas por resultar más desfavorable a efectos de comprobaciones locales.
Para el caso de rampas con cierta inclinación habríamos de valorar también la necesidad de considerar cargas de frenado/aceleración coplanares a la solera a efectos de evaluar una posible necesidad de reforzar la resistencia a tracción de la solera o la adherencia de la solera sobre su base de apoyo.
Diseño previo de la sección tipo constructiva
Para un predimensionamiento podemos recurrir al Catalogo de firmes recogido en la Figura 2.2 de la Instrucción 6.1-IC para una categoría de tráfico T42 (IMD<25 Vehículos pesados al día) y considerando la categoría de la explanada que decidamos constituir en función de las propiedades geotécnicas del suelo base:
Según este catálogo, una posible sección tipo podría constituirse con una solera de 18 cm de espesor de “Hormigón de firme” tipo HF-4 (resistencia característica a flexotracción a los 28 días mínima de 4 MPa) y según las prescripciones del Art. 550 del PG-3 debiendo colocar en los casos más desfavorables de explanada E1, una base de zahorra artificial ZA-25 de 20 cm de espesor ejecutada según PG-3. Por otro lado este espesor de solera podría reducirse algo si tenemos en cuenta que estamos restringiendo el estudio a zonas con acceso exclusivo de vehículos ligeros y si se justifica adecuadamente el espesor en base al tipo de hormigón empleado y sus refuerzos con armadura y/fibras .
Podemos también tomar como referencia el “Manual de pavimentos de Hormigón para vías de baja intensidad de tráfico” del IECA que dispone de forma similar en su Figura 13 un catálogo de secciones de firmes:
Como vemos este manual permite un ajuste más fiel a las condiciones de uso de pavimentos con acceso restringido a vehículos ligeros, por lo que en principio parece adecuado tomar este documento al menos para matizar las solucione indicadas en la Instrucción 6.1-IC. Así, vemos en la Tabla que para una explanada tipo S0 (asimilable a tipo E1, caso más desfavorable), y tráfico C3 a C4 (IMD de hasta 14 camiones diarios, lo cual en principio cubriría la mayor parte de los casos de pavimentos con acceso destinado a vehículos ligeros) el espesor de la solera se podría reducir a 16 cm.
Análisis de esfuerzos sobre la solera
El cálculo de esfuerzos se centrará sobre todo en los derivados de las cargas concentradas transmitidas por los neumáticos.
Para ello podemos para el caso de un análisis de agotamiento, adoptar en primera instancia el método de las líneas de rotura radiales y circunferenciales recogido en 9.7.1, 9.9.3 y 9.9.4 del TR34 que relaciona la carga puntual última con las capacidades a flexión de la solera:
Siendo “l” la longitud elástica:
l= (E I / (1-ν) k)0.25
ν = Módulo de Poisson del hormigón de la solera
E = Módulo de elasticidad de la solera
I = Inercia unitaria de la solera = h^3/12
k = Módulo de balasto del terreno de apoyo de la solera
Consideraremos los casos más desfavorables de cargas que serán normalmente la carga puntual de 10 KN del tren de cargas actuando en una de las esquinas de cada paño de solera.
En cuanto a los momentos Mn y Mp relativos a la capacidad a flexión de la solera en el sentido radial y circunferencial respecto a las líneas de rotura, se evaluará con las expresiones dadas en 9.9.1 del TR34 y considerando los valores de resistencia que se recogen según las indicaciones del siguiente apartado.
Cálculo del armado y/o refuerzo con fibras
Además del análisis indicado en el TR34, el cálculo de los refuerzos con armado y/o fibras se verificará en base a los siguientes criterios del Código Estructural:
*Cálculos frente a E.L.U. (según Código Estructural)
-Rotura frente a esfuerzos normales
-Punzonamiento
*Cálculos frente a E.L.S. (según Código Estructural)
-Fisuración
-Condiciones de durabilidad (Clases de exposición)
Estas verificaciones resultan las clásicas para secciones de hormigón armado si bien serán matizadas con los ajustes necesarios para el hormigón con fibras, según lo indicado en el Anejo 7 del Código Estructural, siendo importantes las mejoras de resistencia que aportan las fibras.
Cabe indicar al respecto que el hormigón deberá reunir suficiente resistencia frente a la erosión hasta alcanzar la requerida por el nivel previsto de uso del pavimento, debiendo cumlir al respecto lo indicado en 44.5 del Código Estructural para una Clase de exposición “XM”, dotando del sobrepesor necesario a la solera según Tabla 44.5.
Diseño de juntas
Para la disposición de juntas se recomienda aplicar las indicaciones del epígrafe 3 del Manual de pavimentos de Hormigón para vías de baja intensidad de tráfico del IECA.
CONCLUSIONES
El diseño de una solera requiere como vemos más de atención de lo usual cuando hablamos de instalaciones que requieren un mayor nivel de uso y responsabilidad.
Si desea un asesoramiento al respecto, puede ponerse en contacto RRG INGENIEROS a través de:
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