Levantamiento de una losa de piso sometida a flujo turbulento (2014)
Resumen: A raíz del reporte histórico de levantamiento de losas de 0.3 a 4 m de espesor total (espesor real más espesor equivalente en anclaje) bajo un caudal menor al de diseño y sometidas a flujo turbulento, se ha venido abordando el fenómeno del levantamiento hidrodinámico a partir de la teoría y la experimentación en el modelo físico. Para una misma condición hidrodinámica, el espesor de una losa calculado aplicando los criterios existentes muestra grandes diferencias, por lo cual se dificulta escoger un criterio que garantice la estabilidad de la losa con el menor costo y, generalmente, el diseñador opta por el criterio más conservador. Tales diferencias se deben a que en cada criterio fueron necesarias simplificaciones en los modelos físicos y en los modelos conceptuales para determinar la carga hidráulica, debido a la complejidad del fenómeno y las limitaciones tecnológicas de su momento. De forma general se rescata que no eran simulados o reproducidos en su verdadera escala, detalles como las juntas de dilatación, la separación losa-fondo, el espesor de la losa, así como no era considerada la influencia de los sellos de las juntas en los campos de presión debajo de la losa. Así mismo, la posición y número de sensores que reporta la literatura no son suficientes para estimar la fuerza de levantamiento y su excentricidad con precisión. En este trabajo se tuvieron en cuenta las investigaciones existentes (aportes y carencias) para determinar la magnitud de la fuerza de levantamiento de una losa sometida a resalto hidráulico y a flujo supercrítico, su punto de aplicación y el efecto, sobre la misma, de las juntas de dilatación (con y sin sellos), la separación losa-fondo y la posición de la losa en el canal, a partir de la modelación física a escala reducida, considerando múltiples sensores para registrar en forma simultánea el campo de presiones encima y debajo de la losa. Estos resultados permitieron presentar parámetros de diseño de losas con anchos y longitudes aproximadas a 5 y 10 veces respectivamente, la profundidad del flujo incidente. Se seleccionaron 87 condiciones experimentales representativas con números de Froude del flujo incidente entre 3 y 10, para obtener una curva envolvente de los máximos coeficientes adimensionales netos de fuerza y momento, encontrados luego de un análisis espacio temporal de los campos de presión encima y debajo de la losa. Considerando un campo más amplio y variado de condiciones (760), se encontró un coeficiente experimental que tiene en cuenta el tamaño y la orientación de las juntas de dilatación, la separación losa-fondo y la posición de la losa en el canal. Este coeficiente amplifica la curva envolvente inicialmente encontrada para estimar la magnitud de la carga hidráulica de diseño que permite definir el espesor y el anclaje de la losa (curva de diseño). Para considerar algunas inestabilidades extremas encontradas en el muestreo y otras condiciones no evaluadas en el modelo que puedan incrementar la fuerza de levantamiento, se propone un refuerzo en las juntas transversales de dilatación a través de una articulación desligada, la cual consiste en una barra de acero que conecta dos losas, quedando fija en una de ellas y suelta la otra losa. Esta junta desligada pretende estimular el trabajo monolítico entre losas ante las fuerzas y momentos de levantamiento, previniendo desniveles mientras que permite la contracción y la expansión de la losa por cambios de temperatura. Por último, se presenta una metodología para evaluar el potencial de tubificación debajo de la losa, a partir del gradiente hidráulico encontrado en la modelación física, el tipo de suelo y el ancho de la junta.