Tras mucho tiempo sin publicar nada nuevo, retomo la actividad del blog para incluir una entrada que tiene que ver con los firmes (cómo no), pero en este caso, con los de tipo rígido, es decir, los pavimentos de hormigón, y más concretamente (nótese el juego de palabras), con la resistencia de este material en sus aplicaciones en carreteras.

Como sabréis, en un pavimento rígido, es la propia losa de hormigón la que asume el papel de elemento estructural; aunque la sección pueda disponer de una subbase entre la losa y la explanada, esta únicamente está encargada de proporcionar un apoyo estable al pavimento, y tan sólo marginalmente aporta su capacidad de distribución de tensiones (o al menos, así se considera en la mayoría de los métodos de diseño).

Cuando una carga actúa sobre el centro de la losa se produce una flexión de la misma, de forma que en el caso ideal los máximos esfuerzos se localizan en la cara inferior de la misma. De ahí que la propiedad que suele especificarse para los hormigones de pavimento sea su resistencia a la flexotracción. Y recalco lo de ‘caso ideal’, refiriéndome por tal a la carga sobre losa plana aplicada en una posición lo suficientemente alejada de sus bordes, porque con losas deformadas (cóncavas) o en las proximidades de las juntas la reacción de la losa es algo más compleja.

En España, los requisitos para los hormigones empleados en los pavimentos rígidos vienen fijados en el artículo 550 del PG-3. La designación para este material corresponde a las iniciales HF (Hormigón de Firme), seguidas del valor de la resistencia característica a flexotracción a veintiocho días (28 d), referida a probetas prismáticas normalizadas de sección cuadrada de 15 cm de lado y 60 cm de largo, y ensayadas con el procedimiento de dos puntos de carga (norma UNE-EN 12390-5), expresada en MPa.

Los tipos de hormigón empleados en España son, siguiendo esta nomenclatura:

– HF-5,0
– HF-4,5
– HF-4,0
– HF-3,5

Pero sin embargo, tanto la tipificación habitual para hormigones como el control de calidad del hormigón en obra se basan en la resistencia característica a compresión, expresada en MPa, dado que su obtención es más sencilla y menos costosa. Se suele aceptar que las resistencias a flexotracción de 3,5, 4,0, 4,5 o 5,0 MPa a 28 días se corresponden de manera aproximada con hormigones de 25, 30, 35 y 40 MPa de resistencia característica a compresión, aunque la relación entre las resistencias es muy variable en función del tipo de árido y la dosificación empleada.

Esta simplificación es relativamente útil cuando se diseña mediante catálogos, pero no lo es tanto cuando se emplean métodos en los que la resistencia a flexotracción es un parámetro de diseño específico, y menos aún cuando la resistencia que debe emplearse es la correspondiente a su valor medio y no la característica o mínima especificada.

El primer problema que surge es que en la tipificación tradicional en base a la resistencia a compresión característica, esta se obtiene a mediante ensayos sobre probetas cilíndricas de 15 × 30 cm (y no sobre probetas de sección cuadrada, como indica el PG-3). La norma EHE establece en su artículo 86.3.2 una relación entre la resistencia a compresión obtenida en probetas cilíndricas y cúbicas, que para hormigones de resistencia inferior a 60 MPa es:

La resistencia media a flexotracción puede estimarse, en ausencia de otros ensayos, a partir de la resistencia a tracción (que a su vez se obtiene a partir de la resistencia a compresión), según las fórmulas que incluye la instrucción en su apartado 39.1, a partir de la resistencia a tracción directa y en función del canto de la losa.

Sin embargo, para diseño de pavimentos, es más práctico emplear la relación que indica la guía  del American Concrete Institute ACI 330 «Guide for the Design and Construction of Concrete Parking Lots«, para hormigones con áridos rugosos y angulosos:

o bien la relación más conservadora propuesta en la guía ACI 318 «Building Code Requirements for Structural Concrete«:

Otra propiedad habitualmente requerida es el módulo de elasticidad del hormigón, que puede obtenerse bien a partir de la resistencia a compresión (según, por ejemplo, la correlación propuesta por la guía ACI 318):

Esta expresión es útil para aquellos casos en que sea conveniente trabajar con la resistencia media (y no con la resistencia especificada), por ejemplo cuando en el método de diseño se incorpora la confiabilidad o la incertidumbre como parámetro específico de forma independiente.

Basta con echar un número rápido para comprobar que existe cierta discrepancia con lo que ofrecen estas fórmulas respecto a las correlaciones habitualmente aceptadas entre la resistencia a flexotracción y la resistencia a compresión.