Ingeniería

Pisos industriales de concreto:

materiales, diseño y construcción

El tema de los pisos industriales es uno de los más interesantes; no obstante que suelen ser obras que para muchos, pasan desapercibidas.

Con el objetivo de abatir costos durante el proceso de construcción de un piso industrial, rara vez existe un trabajo de conjunto entre todas las partes involucradas: calculista, geotecnista, proveedor del concreto, contratista y propietario. Este hecho trae como consecuencia que durante el proceso de ejecución, todas las partes velen únicamente por sus propios intereses sin detenerse a evaluar otros aspectos concernientes a alguna de las otras partes, situación que puede converger a la pérdida de calidad en el producto final.

El calculista muchas veces supone una calidad del concreto sin antes cerciorarse si es factible o no obtenerla en la zona de construcción. asimismo, el proveedor del concreto muchas veces no proporciona el producto necesario de acuerdo a las características de la construcción, o simplemente el propietario por medio de sus arquitectos, previamente no establece las características de ubicación de las acciones de posible ocurrencia; a fin de que se tomen, de manera particular, todas las previsiones necesarias. Éstas y otras situaciones ponen al descubierto la ausencia de trabajo de conjunto de las partes interesadas en la construcción de un piso industrial.

En este artículo se pretenden abordar algunos de los aspectos que debe conocer cada una de las partes involucradas en la ejecución de un piso industrial, a fin de que se logre, un producto final que cumpla con los estándares de calidad requeridos. cabe destacar que cada uno de los aspectos es responsabilidad de alguna de las partes; sin embargo, el desconocimiento de éstos por parte de alguno de los involucrados, puede repercutir negativamente en la calidad del producto final.

Antecedentes

En los últimos años la gerencia técnica del instituto Mexicano del cemento y del concreto ac (iMcYc) ha tenido la oportunidad de evaluar diversos pisos industriales, cuyos niveles de daños afectan la operación deseada y por otra parte perjudican de manera importante la durabilidad requerida para una construcción con estas características. a fin de abordar los aspectos que han incidido con mayor frecuencia en el desarrollo de los daños de referencia, mostramos algunos elementos prácticos, teóricos y experimentales, relacionados con los tres procesos principales involucrados en la ejecución de un piso de concreto: diseño (que incluye los estudios geotécnicos), elaboración del concreto y construcción.

Lo que se debe saber sobre el diseño

Calidad del concreto: la propiedad físico–mecánica más importante a la hora de diseñar un piso industrial de concreto es la resistencia a flexión, denominado Módulo de ruptura. comúnmente los niveles de esfuerzos de compresión son relativamente bajos, respecto a la resistencia del concreto a la compresión del material. Esto provoca que la resistencia a flexión sea más importante debido a que ante cargas de posible ocurrencia, una porción importante de la sección transversal útil se encuentra sometida a esfuerzos de tensión (Ver Fig. 1).

lo expuesto trae como consecuencia que durante el diseño estructural de un piso –concretamente para la estimación del peralte de diseño– se considere como parámetro de diseño la resistencia a flexión y no la resistencia a compresión; de ahí que al realizar la solicitud del concreto o la especificación del material a emplear se deba solicitar el material en función de su resistencia a flexión. comúnmente la resistencia a flexión se le conoce como Mr. se puede solicitar especificando la magnitud de la misma en kg/cm2, por ejemplo un Mr 45 es un concreto con una resistencia a flexión de 45 kg/cm2. Por otra parte, es importante referir que las magnitudes de la resistencia a la flexión y a la compresión están ligadas por expresiones empíricas que por lo general establecen que la resistencia a flexión, es del orden del 10% (aproximadamente) de su resistencia a compresión asociada.

Especificaciones de terreno de apoyo: uno de los aspectos más importantes a la hora de diseñar un piso industrial es la consideración adecuada de los efectos de la interacción entre el suelo y la losa conformada por los tableros del piso. la correcta interpretación de las propiedades físicas del terreno de apoyo, permitirá evaluar posibles soluciones de mejoramiento, que a su vez redunden en que los resultados del análisis estructural sean más precisos.

En la actualidad, con la existencia de sofisticados programas de análisis estructural (Ver Fig. 2), es posible evaluar el comportamiento de segmentos del piso a analizar. de manera fácil y por medio del método de los elementos finitos, se analizan complejos modelos que sometidos a acciones de posible ocurrencia, implementen a detalle la interacción entre el suelo (caracterizado por sus propiedades asociadas a los módulos de reacción vertical) y la losa del piso (caracterizada en este caso por sus propiedades geométricas y constitutivas).

las especificaciones asociadas al módulo de reacción vertical del suelo según Westergard (k), en general son dependientes de las características físico-mecánicas del terreno natural o de los trabajos de mejoramiento desarrollados para el fin y del estado gravitacional de acciones de posible ocurrencia. Es común que durante la etapa de diseño, el valor de k se estime en función del Valor relativo soporte (Vrs), del cBr (california Bearing ratio), de la clasificación del suelo o mediante el desarrollo de pruebas de placas desarrolladas directamente en campo.

Especificaciones de cargas de posible ocurrencia y en lo posible ubicación de la incidencia de las mismas: una situación común es el diseño de pisos industriales sin el conocimiento previo de la distribución de cargas estáticas y/o móviles. una práctica frecuente es la de seleccionar una carga de posible ocurrencia tipo y en función de ella desarrollar el cálculo estructural del peralte del piso. sin embargo, para el caso de acciones móviles, esta situación es inadecuada pues adicional a la estimación del peralte se deberá valorar la colocación de dispositivos pasajuntas que garanticen la distribución de esfuerzos cortantes entre dos tableros de losa contiguos. la disposición de estos aditamentos, como es de suponer, será dependiente de la dirección del flujo de máquinas montacargas.

Algo similar es la no consideración en la etapa de proyecto de grandes cargas distribuidas en pequeñas áreas. tal es el caso de apoyos de racks o el apoyo directo de equipos directamente sobre el piso de concreto, sin que se consideren soluciones específicas de cimentación que resulten independientes a la estructura del piso.

la no consideración a detalle de la distribución de cargas reales sobre la estructura o el desarrollo de proyectos de piso concebidos con acciones que no representen adecuadamente la operación de la construcción, traerá como consecuencia el desarrollo de construcciones con muy bajos niveles de seguridad estructural; a no ser que se consideren secciones de proyecto excesivas, que en algunos casos podrían resultar antieconómicas.

Posible distribución de material de reforzamiento (acero de refuerzo o fibras): antiguamente era común el reforzamiento de los pisos industriales por medio de la colocación de acero de refuerzo convencional. sin embargo, está demostrado que el uso de este tipo de reforzamiento resulta antieconómico. se considera una excepción el caso en que se tengan limitaciones de aumento de peralte y que se deban aumentar los niveles de resistencia a flexión por medio de la adición del acero de refuerzo; por supuesto colocado de forma tal que verdaderamente contribuya al aumento del “brazo de palanca” correspondiente. Por otra parte, la adición desproporcionada de acero de refuerzo entre tableros contiguos atravesando juntas de control y el desconocimiento del desempeño del concreto en este tipo de estructuras, puede repercutir en el deficiente comportamiento entre tableros de piso contiguos, cuando sobre ellos se generen los esfuerzos resultantes de las contracciones hidráulicas.

En general, durante el normal proceso de secado que ocurre en el concreto en los primeros días después del colado, cuando éste aún no alcanza sus mayores niveles de resistencia a la compresión y por lo tanto a tensión; el elemento reduce su volumen, y al encontrar restricciones al libre movimiento, se generan elevados esfuerzos de tensión que tienden a agrietar la masa de concreto. las restricciones provienen del terreno de apoyo en contacto con la losa del piso, y en este caso adicionalmente por el propio acero de refuerzo, que al ser continuo entre losas contiguas, limita el libre movimiento entre un tablero y otro. de ahí la necesidad de concebir sofisticados análisis que incluyan el detallado requerido para que las juntas entre tableros contiguos se comporten adecuadamente, garantizándose también la fluencia del acero de refuerzo en esa zona durante el desarrollo de los esfuerzos asociados a las contracciones en el concreto.

En la actualidad se tiene conocimiento acerca del adecuado desempeño que tienen los pisos de concreto adicionados con fibras de acero, polipropileno, polietileno, nylon y otros materiales, sobre todo desde el punto de vista del comportamiento del material. En general, el uso de fibras en la elaboración de mezclas para la construcción de pisos industriales, reducen las contracciones, la permeabilidad y la segregación en la masa de concreto en estado fresco; y aumentan la resistencia a la abrasión y al impacto, así como la tenacidad, con lo que se garantiza el fallo dúctil de la losa, lo que redunda en que la abertura de grietas sea mucho menor que en losas de pisos concebidas con concreto convencional no reforzadas con fibras. Es importante referir que la adición de fibras de manera directa no aumenta la resistencia a flexión en el concreto.

otro aspecto de especial importancia es el reforzamiento de zonas propensas a elevados esfuerzos de tensión diagonal, tal es el caso de zonas de aberturas o de concentración de cargas (Ver Fig. 3). En estos casos es recomendable la adición de reforzamientos adicionales cuidadosamente calculados, o en su defecto concebir la existencia de juntas de aislamiento que garanticen el trabajo independiente entre la estructura del piso y la zona de éste en donde se localicen dichas aberturas o cargas.

Dimensionamiento del peralte de la losa: El dimensionamiento del peralte de la losa esta correlacionado con el cálculo estructural a desarrollar. la magnitud de éste será proporcional a aspectos tales como la distribución de cargas de posible ocurrencia sobre el piso, las características físicas del terreno de apoyo, las propiedades física-mecánicas de concreto que se emplee y por supuesto de posibles técnicas de re-forzamiento para el concreto (fibras, acero ordinario o presfuerzo). a pesar de lo anterior, dada las patologías más comunes que se evidencian en los pisos industriales de concreto sin acero de refuerzo, en este caso las contracciones plásticas y de secado; un criterio muy importante a la hora de la estimación del peralte, es sin duda la correlación entre el peralte y la longitud máxima de los tableros que componen el piso. Es común encontrar en la literatura especializada que en función del tamaño máximo del agregado grueso y del revenimiento de la mezcla, relaciones entre la distancia entre juntas y el peralte de la losa de piso, oscilantes entre 24 y 36, siendo 5.5 m la distancia entre juntas máxima recomendada. (Ver Fig. 4).

Texto por: E. Vidaud

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