Análisis del comportamiento de tableros de obras de paso de carretera ejecutados con placa alveolar pretensada

Resumen

Desde finales del siglo pasado se viene registrando un creciente, aunque discreto, interés por el empleo de placas alveolares pretensadas en ámbitos de la construcción no necesariamente relacionados con los forjados convencionales o los elementos de cerramiento donde su empleo es profuso. Cubrición de canales, muros de contención o tableros de obras de paso son entre otros algunos ejemplos del intento de diversificar el uso de las mismas. La morfología básica para la ejecución de tableros de obras de paso está compuesta por una serie de placas, habitualmente en número de 6 a 10, que se disponen yuxtapuestas según el sentido de circulación y simplemente apoyadas en sus extremos sobre elastómeros corridos sin zunchar. Posteriormente se hormigona in situ una capa de reparto que a su vez rellena el espacio entre placas, las juntas longitudinales, materializando llaves de cortante capaces de transmitir esfuerzos entre placas contiguas. Los modelos de cálculo habitualmente utilizados para la obtención de esfuerzos en este tipo de tableros se basan en el método del emparrillado plano. El método tiene un inconveniente. No es demasiado preciso para establecer la magnitud de los esfuerzos de torsión que actúan sobre las placas porque es incapaz de representar el efecto del espesor de las mismas, el cual influye de manera notable sobre el reparto transversal de esfuerzos. Por otra parte, las tensiones rasantes generadas por las sobrecargas de tráfico y las deformaciones impuestas sobre la junta entre placas y capa de reparto no pueden ser absorbidas únicamente por la cohesión entre hormigones a la luz de los cálculos realizados con las normativas en vigor. A pesar de los aparentes problemas descritos, los tableros ejecutados no presentan problemas en servicio. Sin embargo, siguen sin existir recomendaciones o normativas que amparen el uso de esta tipología pero lo más importante, y este es el objetivo de este trabajo, es que falta una explicación rigurosa del buen comportamiento observado lo cual es fundamental para poder valorar el estado de seguridad real y los límites de posibles extrapolaciones. La aplicación de las herramientas de modelización disponibles para forjados, previo análisis de la precisión de las mismas, ha permitido desarrollar un nuevo método híbrido de modelización para representar los tableros de placa alveolar pretensada. Se trata de un sistema que representa las placas alveolares mediante elementos finitos de tipo barra y la capa de reparto mediante elementos finitos de tipo lámina. Ambos elementos se conectan mediante condiciones cinemáticas que imponen la planeidad de las secciones tras deformarse estas (hipótesis de Navier) y compatibilizan los giros de torsión según la hipótesis de Saint-Venant. Las juntas longitudinales entre placas se modelizan con elementos de contacto capaces de transmitir esfuerzos de corte verticales y longitudinales así como compresiones según el plano normal a la junta. No se permiten tracciones. Por último, también se permite modelizar el efecto del espesor de las placas mediante la introducción de unos nodos llamados esclavos solidarios a cada uno de los nodos de la directriz de las placas. Con el sistema de modelización puesto a punto se plantea su aplicación a un tablero típico de 10 m de anchura y 12m de luz de vano. La introducción de una capa de reparto con el espesor adecuado junto con la incorporación del efecto del espesor de las placas hace que los esfuerzos de torsión sobre las placas disminuyan hasta casi desaparecer. Esto permite a las placas emplearse prácticamente en trabajo longitudinal haciendo desaparecer el peligro de la torsión y dando por tanto explicación, al menos en el plano teórico, al buen comportamiento observado en la práctica. Para las comprobaciones relativas a tensiones rasantes entre hormigones se ha empleado un modelo aún más perfeccionado que contempla la introducción del pretensado de manera explícita así como la reología del sistema paso a paso en el tiempo y diferentes fases constructivas basadas en dos calendarios distintos. La interfaz de contacto se ha modelizado con elementos no lineales con leyes F-d basadas en los últimos ensayos realizados en laboratorios de EEUU o Brasil entre otros. Los resultados han puesto de manifiesto la existencia de determinados mecanismos de redistribución interna que permiten aliviar tensiones en el entorno de los apoyos donde más peligrosas resultan de cara al despegue (peeling) resultando válida la verificación frente a tensiones rasantes y concluyendo por tanto que con un adecuado método de modelización es posible explicar el correcto funcionamiento a pesar de las iniciales contradicciones que los métodos de cálculo habituales o más elementales y las normativas predicen.