PCAindustrial
Software libre para el diseño de pavimentos y pisos industriales
de concreto
Enero de 2017
1
Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 3
1.
OBJETIVO DE LA APLICACIÓN .................................................................................... 3
2.
REQUISITOS DE LA APLICACIÓN ............................................................................... 3
3.
INSTALACIÓN DE LA APLICACIÓN.............................................................................. 4
4.
INGRESO A LA APLICACIÓN ........................................................................................ 9
5.
OPCIONES EN “VENTANA”........................................................................................... 9
5.1
NUEVO ANÁLISIS ....................................................................................................... 9
5.2
ABRIR ........................................................................................................................ 10
5.3
GUARDAR ................................................................................................................. 10
5.4
RESUMEN DISEÑO .................................................................................................. 11
5.5
GENERAR REPORTE .............................................................................................. 12
5.6
CERRAR .................................................................................................................... 13
6.
OPCIONES EN “AYUDA” ............................................................................................. 13
6.1
MANUAL .................................................................................................................... 13
6.2
ACERCA DEL PROGRAMA ..................................................................................... 14
7.
INFORMACIÓN DEL PROYECTO ............................................................................... 14
8.
OPCIONES EN “UNIDADES” ....................................................................................... 15
9.
OPCIONES DE DISEÑO .............................................................................................. 16
9.1
DISEÑO POR EJE SENCILLO ................................................................................. 16
9.2
DISEÑO POR EJE DE RUEDA DOBLE ................................................................... 18
9.3
DISEÑO POR CARGAS EN RACK .......................................................................... 20
9.4
DISEÑO POR CARGAS DISTRIBUIDAS ................................................................. 22
NOTAS ACLARATORIAS .................................................................................................... 24
2
INTRODUCCIÓN
PCAindustrial es un soporte lógico del método de la PCA para diseño de pavimentos
industriales de concreto. Fue implementado a partir de modelos sustitutos de los
nomogramas presentados en la publicación “Packard, Robert G. Slab thickness design for
industrial concrete floors on grade. Portland Cement Association, 1996”. PCAindustrial
permite calcular los espesores requeridos en losas de concreto simple para pavimentos y
pisos industriales sometidos a cargas de montacargas, cargas puntuales por postes de
estantería y cargas distribuidas.
PCAindustrial fue desarrollado por los Ingenieros Andrés Fernando Muñoz Valencia y
Armando Orobio, Ph.D. del Grupo de Investigación GRÚA de la Escuela de Ingeniería Civil y
Geomatica de la Universidad del Valle.
1. OBJETIVO DE LA APLICACIÓN
El software PCAindustrial tiene como objetivo facilitar al usuario la realización de diseños
de pavimentos y pisos industriales por el método de la Portland Cement Association - PCA
1996. El método de diseño que fue presentado en el año 1996 se basa en diferentes
nomogramas para determinar los espesores de las losas de los pavimentos requeridos por
cargas de montacargas, cargas puntuales y cargas distribuidas. PCAindustrial es un soporte
lógico del método de diseño, permite realizar evaluaciones rápidas de diferentes
alternativas, permitiendo realizar diseños más refinados bajo diferentes consideraciones
específicas del proyecto.
El software permite diseñar para una o diferentes condiciones de carga según la
necesidad, admite guardar la información de un proyecto para retomarla posteriormente,
permite al usuario generar un reporte final, en formato PDF, con los datos de entrada y los
resultados los resultados obtenidos.
2. REQUISITOS DE LA APLICACIÓN
Sistema operativo: PCAindustrial se puede instalar en computadores que cuenten con un
sistema operativo Windows 7 o superior, en los computadores con sistema operativo
MacOS puede ser instalado pero no se ha implementado la generación de reportes para
este sistema operativo.
Procesador: Se requiere un procesador Intel superior a Pentium 4 o AMD Athlon 64 FX
3
Espacio en disco: PCAindustrial requiere un espacio inferior a 20 MB, sin embargo, si se
requiere instalar la herramienta de Matlab, para los computadores que no cuentan con
este programa instalado, se recomienda disponer de mínimo de 1 GB de espacio libre.
Memoria RAM: Se requiere un mínimo de 2 GB por el procesamiento interno que tiene el
programa.
Tarjeta Gráfica: No posee ninguna restricción mínima en este aspecto.
3. INSTALACIÓN DE LA APLICACIÓN
En la carpeta de instalación se encontrarán dos archivos, uno es el instalador de
PCAindustrial, el otro es el instalador de MCR, el MCR es una herramienta de Matlab que
permite ejecutar programas desarrollados con lenguaje M sin la necesidad de tener
Matlab instalado, en caso de no tener Matlab instalado en el computador o poseer una
versión de este inferior al 2015 se debe instalar primero el MCR para poder ejecutar de
forma satisfactoria el programa.
-
Instalación MCR: Dar doble clic en el instalador llamado MCR, posteriormente
cuando se soliciten permisos de administrador dar clic en SI, a continuación, se
debe dar clic en aceptar/siguiente en las ventanas que emergen de manera
continua. Esperar a que se complete la instalación y dar clic en finalizar.
-
Instalación PCAindustrial: Dar doble clic en el instalador llamado
PCAindustrial.exe, posteriormente cuando se soliciten permisos de administrador
dar clic en SI, a continuación se debe dar clic en “Next” (Figura 1), se abrirá una
ventana donde debe indicarse la ubicación donde se instalara el software (NO SE
DEBE CAMBIAR EL LUGAR DE INSTALACIÓN PREDETERMINADO), si se cambió la
carpeta de instalación por defecto se debe dar clic en “Restore Default Folder”. Si
se desea añadir un acceso directo en el escritorio se debe seleccionar el cuadro
ubicado al lado izquierdo del mensaje “Add a shortcut to the desktop” (Figura 2),
se solicitara aprobación para crear la carpeta de instalación en caso de que no
exista, dar clic en “Yes” (Figura 3), en la (Figura 4) dar clic en “Next”, en la (Figura
5) dar clic en “Install”, aparecerá la (Figura 7) en la cual se indica el progreso de la
instalación, finalmente si el proceso se realizó de manera correcta en la (Figura 8)
se desplegará el mensaje indicando que la instalación finalizó exitosamente, dar
clic en “Finish”.
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Figura 1. Ventana ilustrativa proceso de instalación, información de PCAindustrial.
Figura 2. Ventana del proceso de instalación.
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Figura 3. Ventana de confirmación de creación de la carpeta de instalación.
Figura 4. Ventana del software requerido para instalar PCAindustrial.
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Figura 5. Ventana de confirmación de la carpeta de instalación y cumplimiento de
requisitos de software para la instalación.
Figura 6. Ventana del porcentaje de instalación completado.
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Figura 7. Ventana de finalización de la instalación.
Figura 8. Ventana de la pantalla de bienvenida.
8
4. INGRESO A LA APLICACIÓN
Una vez finalizada la instalación de PCAindustrial, para iniciar el programa se debe dar clic
en el icono de acceso directo, inicialmente se mostrará una ventana de bienvenida con
información general del programa (Figura 8), en esta ventana se debe dar clic en continuar
en parte inferior derecha de la ventana, esto lleva al usuario a la ventana de información
de proyecto (Figura 9).
5. OPCIONES EN “VENTANA”
Después de clic en el botón continuar se desplegará la ventana de información del
proyecto, esta ventana cuenta con dos pestañas, una llamada ventana y la otra pestaña
llamada ayuda. En este apartado se explicarán una a una las opciones que ofrece la
pestaña ventana (Figura 9).
Figura 9. Opciones de la pestaña “Ventana”.
5.1 NUEVO ANÁLISIS
La opción nuevo análisis tiene como finalidad iniciar un proyecto desde cero, al dar clic en
esta opción se perderán todos los datos que se hayan ingresado, si no se ha guardado el
proyecto.
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5.2 ABRIR
La opción abrir permite al usuario cargar los datos de un proyecto previamente guardado.
Al dar clic en esta opción se despliega la ventana para buscar el archivo del proyecto
guardado (Figura 10).
Figura 10. Ventana de búsqueda de archivos para abrir en PCAindustrial.
5.3 GUARDAR
La opción guardar permite al usuario guardar los datos de un proyecto en el cual este
trabajando, se puede guardar y continuar el análisis en otro momento. Al dar clic en esta
opción se despliega una ventana que permite seleccionar la carpeta donde se desea
guardar el proyecto (Figura 11).
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Figura 11. Ventana de navegación entre archivos para decidir donde guardar un archivo de
PCAindustrial.
5.4 RESUMEN DISEÑO
La opción Resumen de diseño permite observar en una ventana cual es el espesor
obtenido en cada tipo de condición de carga (montacargas, postes y cargas distribuidas)
sin la necesidad de generar el reporte. Con esta opción se puede hacer una comparación
rápida entre los espesores obtenidos, para determinar qué criterio de carga está
controlando el diseño. Esto permite hacer ajustes según a juicio del diseñador para refinar
el diseño antes de generar el reporte final (Figura 12).
Figura 12. Ventana ilustrativa resumen de diseño.
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5.5 GENERAR REPORTE
La opción Generar reporte tienen como finalidad generar un reporte en formato PDF de
todos los datos y resultados obtenidos con el software. Para generar el reporte no es
necesario haber guardado el proyecto previamente, sin embargo, para que los resultados
del diseño se vean reflejados en el reporte, es necesario haber oprimido el botón calcular
en cada condición de carga. Al dar clic en la opción de generar reporte se observara el
mensaje de la Figura 13, en la cual el usuario debe dar clic en “OK”, cuando el reporte esté
generado será se desplegará la ventana para guardar el reporte (Figura 14).
Figura 13. Ventana de generación del reporte.
Figura 14. Ventana de navegación entre archivos para guardar el reporte.
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5.6 CERRAR
La opción cerrar tiene como función cerrar el programa, esta funciona es igual que hacer
clic en cerrar (X), en la parte superior derecha de la ventana. Cuando se selecciona una de
estas dos opciones el programa automáticamente se cierra sin confirmación previa, por lo
tanto, al seleccionar esta opción se perderán todos los datos que no hayan sido
previamente guardados.
6. OPCIONES EN “AYUDA”
El menú ayuda tiene dos opciones, manual y acerca del programa, estas dos opciones se
explican continuación:
Figura 15. Ventana ilustrativa sobre opciones de la pestaña “Ayuda”.
6.1 MANUAL
Al dar clic la opción manual se abre el manual de usuario, este tiene como finalidad
orientar al usuario en el manejo del software PCAindustrial. El manual describe las
opciones y posibilidades que permite PCAindustrial, de tal manera que el usuario pueda
aprovechar al máximo toda la potencialidad del software.
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6.2 ACERCA DEL PROGRAMA
Al dar clic en esta opción se podrá observar información acerca de la aplicación y de las
personas que trabajaron en el desarrollo de PCAindustrial.
Figura 16. Ventana “Acerca del programa”
7. INFORMACIÓN DEL PROYECTO
Figura 17. Ventana de información del proyecto.
La ventana de información del proyecto cuenta con 6 campos de información general
acerca del proyecto, una vez diligenciados estos campos se debe hacer clic en continuar
para proceder con el diseño. No se puede continuar a la ventana de diseño hasta que no
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estén diligenciados todos los campos de información general del proyecto. Si los campos
no se diligencian en su totalidad se generara el mensaje de error de la Figura 18. En este
caso se debe hacer clic en OK para regresar a la ventana de información general del
proyecto.
Figura 18. Ventana emergente de error por falta de información.
8. OPCIONES EN “UNIDADES”
La pestaña unidades contiene dos botones que permiten al usuario definir el tipo de
unidades en que desea operar el software (Figura 19), por defecto se encuentra en
sistema inglés, cuando se realiza un cambio de unidades después de haber ingresado o
calculado algún tipo de dato, toda la información no guardada previamente se pierde
porque los campos quedan en blanco de nuevo. En la Tabla 1 se observan los factores
utilizados para la conversión de unidades.
Figura 19. Ventana ilustrativa sobre opciones de la pestaña “Unidades”.
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Sistema
Ingles
Sistema
Métrico
Equivalencia del sistema
ingles al sistema métrico
kips
kips
kips
psf
ton
ton
ton
pa
0.4536
0.4536
0.4536
47.88
in
cm
2.54
in
cm
2.54
in
in
ft
in
cm
cm
mt
cm
2.54
2.54
0.3048
2.54
Área efectiva
in2
cm2
6.4516
Módulo K
Módulo de rotura
Esfuerzo de trabajo
admisible
pci
psi
pa/m
kpa
271442.6
6.895
psi
kpa
6.895
Factor de
seguridad
und
und
1
Factor de junta
und
und
1
Variable
Carga por eje
Carga de poste
Carga permisible
Carga distribuida
Espaciamiento
entre ejes
Espaciamiento dual
entre ejes
Espaciamiento X
Espaciamiento Y
Ancho de pasillo
Espesor de diseño
Tabla 1. Tabla de factores utilizados para la conversión de unidades.
9. OPCIONES DE DISEÑO
En este apartado se explicará en detalle cada una de las ventanas que componen el menú
diseño.
Los valores a ingresar se delimitarán por punto (.) para indicar decimales (P.Ej. 1239.21)
9.1 DISEÑO POR EJE SENCILLO
Al hacer clic en continuar en la ventana de información de proyecto y el software confirma
que cuenta con la información necesaria se abre la ventana expuesta en la Figura 20. En
esta figura se deben diligenciar los campos descritos a continuación:
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Figura 20. Ventana de diseño para vehículos de eje sencillo.
-
Carga por eje: Hace referencia al peso del eje cargado del montacargas de eje
sencillo.
Espaciamiento entre ejes: Hace referencia a la distancia entre los ejes de cada
neumático, Figura 21.
Figura 21. Determinación del Espaciamiento en eje sencillo.
17
-
-
Área efectiva: Hace referencia al área de un neumático del eje cargado en
contacto con la losa.
Módulo K: Hace referencia a la resistencia de la sub rasante, al módulo K de la sub
rasante sobre la cual se construirá el pavimento.
Módulo de rotura: Es la resistencia a flexión del concreto a 28 días.
Factor de seguridad: El factor de seguridad es adimensional, este factor depende
del número de repeticiones de carga permisible que se desee manejar en el
pavimento (Número de veces que transitara el vehículo usado para diseñar, en
toda la vida del pavimento). Este factor por recomendación de la PCA debe estar
entre 1.7-2.0. Si se ingresan valores a PCAindustrial por fuera de este rango se
generara una ventana de error (Figura 22).
Factor de junta: El factor de junta es adimensional y se debe ingresar al software a
consideración del diseñador según la transferencia de carga entre juntas que
tendrá el pavimento.
En caso de encontrarse en alguna de las otras ventanas de diseño, puede ingresar a la
ventana para diseño de eje sencillo dando clic en la pestaña diseño, posteriormente en la
opción Eje Sencillo.
En caso de que no se haya digitado valor de alguno de los parámetros de diseño o se
ingrese un valor con errores de puntuación, se desplegará un mensaje de (Figura 22), para
continuar se debe dar OK para diligenciar correctamente todos los campos.
Figura 22. Ventana emergente de error por falta de información requerida.
9.2 DISEÑO POR EJE DE RUEDA DOBLE
Para realizar el diseño del espesor del pavimento por montacarga con eje de rueda doble,
estando en una ventana diferente, se debe dar clic en la pestaña diseño y seleccionar la
opción eje doble, con esta acción se despliega la ventana para ingresar lo datos para el
diseño para montacarga con eje de rueda doble, Figura 23. Para realizar el proceso de
diseño se deben ingresar los datos descritos a continuación:
-
Carga por eje: Hace referencia a la carga del eje cargado del montacargas con eje
de rueda doble.
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Figura 23. Ventana de diseño para vehículos de eje doble.
-
Espaciamiento entre ejes (S): Hace referencia a la distancia entre los ejes de cada
neumático, esto como se muestra en la (Figura 24):
Espaciamiento dual entre ejes (Sd): Hace referencia a la distancia entre los ejes de
cada neumático doble, esto como se muestra en la (Figura 24):
Figura 24. Espaciamiento y Espaciamiento dual en eje de rueda doble.
19
-
-
Área efectiva: Es el área de un neumático, del eje cargado, en contacto con la losa.
Modulo K: Hace referencia a la resistencia de la subrasante, el módulo K de la
subrasante sobre la cual se construirá el pavimento.
Módulo de rotura: Se referencia a la resistencia a flexión del concreto a los 28
días.
Factor de seguridad: El factor de seguridad es adimensional, depende del número
de repeticiones de carga permisible que se desee manejar en el pavimento
(Número de veces que transitara el vehículo usado para diseñar, en toda la vida del
pavimento). Este factor por recomendación de la PCA debe estar entre 1.7-2.0, si
se ingresan valores a PCAindustrial por fuera de este rango se generará un mensaje
de error.
Factor de junta: El factor de junta es adimensional y se debe ingresar al software a
consideración del diseñador según la transferencia de carga entre juntas que
poseerá el pavimento.
En caso de que no se haya digitado valor de alguno de los parámetros de diseño o se
ingrese un valor con errores de puntuación, se desplegará un mensaje de (Figura 22), para
continuar se debe dar en OK y diligenciar correctamente todos los campos.
9.3 DISEÑO POR CARGAS EN RACK
Para acceder a la ventana de diseño del espesor del pavimento por cargas en rack (postes
estantería), estando en una ventana diferente, se debe hacer clic en la pestaña diseño y
seleccionar la opción Carga Rack. El diseño por cargas en rack debe ser verificada por los 5
criterios que aparecen en la parte inferior derecha, en caso de que uno de estos no
cumpla se deberá rediseñar el pavimento cambiando los parámetros de diseño.
Para realizar el proceso de diseño por carga de rack se deben ingresar los datos descritos a
continuación a la ventana de diseño (Figura 25).
-
Carga de poste: Es la carga que transferirá cada poste o el poste más crítico a la
losa.
-
Espaciamiento en X y en Y: Hace referencia a la distancia entre los ejes de cada
poste en ambas direcciones, según la orientación y distribución de la estantería
que pueden verse en la parte superior derecha de la Figura 25.
-
Área efectiva: Hace referencia al área de la base del poste en contacto con la losa.
-
Modulo K: Este parámetro se refiere a la resistencia de la subrasante, es decir al
módulo K de la subrasante sobre la cual se construirá el pavimento. En esta
ventana el método PCA solo permite evaluar los valores 50, 100 o 200 pci, el valor
20
más apropiado se selecciona de la lista desplegable disponible para tal fin. ESTE
MÓDULO DEBE SER EXCLUSIVAMENTE DEL TERRENO NATURAL SIN CONSIDERAR
EL INCREMENTO POR BASE O SUB-BASE.
-
Módulo de rotura: Es la resistencia a flexión del concreto a los 28 días.
-
Factor de seguridad: Este factor es adimensional y es del criterio del diseñador.
Para condiciones de cargas estáticas este factor puede variar desde 1.5 para la
condición menos crítica, hasta 5.0 para la condición más crítica de 5.0.
-
Factor de junta: El factor de junta es adimensional y se debe ingresar a
consideración del diseñador según la transferencia de carga entre juntas que
poseerá el pavimento.
Figura 25. Ventana de diseño para cargas por rack.
En caso de que no se haya digitado valor de alguno de los parámetros de diseño o se
ingrese un valor con errores de puntuación, se desplegará un mensaje de (Figura 22), para
continuar se debe dar en OK y diligenciar correctamente todos los campos.
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9.4 DISEÑO POR CARGAS DISTRIBUIDAS
Para acceder a la ventana de diseño del espesor del pavimento por cargas en rack (postes
estantería), estando en una ventana diferente, se debe hacer clic en la pestaña diseño y
seleccionar la opción Cargas Distribuidas. Las cargas distribuidas se dividen en dos tipos
diferentes; cargas distribuidas con arreglo definido y cargas distribuidas con arreglo
indefinido. Para cambiar entre los tipos de arreglo se debe seleccionar el arreglo con el
que se vaya a diseñar, estas opciones están en la parte superior izquierda.
En el caso del arreglo de carga no definido, el software calculará la carga permisible, para
un espesor de losa determinado y diferentes anchos de ancho de pasillo (Figura 26), para
realizar este cálculo se deben ingresar los datos descritos a continuación a la ventana de
diseño.
Figura 26. Diseño para cargas distribuidas con arreglo de carga no definido.
-
Espesor de diseño: Este parámetro está restringido a los valores comprendidos en la
lista desplegable según el método de la PCA -1996.
-
Módulo K: Este parámetro se refiere a la resistencia de la subrasante, es decir al
módulo K de la subrasante sobre la cual se construirá el pavimento. En esta ventana
el método PCA solo permite evaluar los valores 50, 100 o 200 pci, el valor más
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apropiado se selecciona de la lista desplegable disponible para tal fin. ESTE
MÓDULO DEBE SER EXCLUSIVAMENTE DEL TERRENO NATURAL SIN CONSIDERAR
EL INCREMENTO POR BASE O SUB-BASE.
- Esfuerzo de trabajo admisible (MR/FS): Este parámetro es resultado de dividir la
resistencia a flexión del concreto a 28 días por un factor de seguridad. El diseñador
solo se podrá escoger entre tres valores de esfuerzo de trabajo admisible
disponibles en el método PCA (300, 350 o 400 psi) en una lista desplegable.
En caso del arreglo de carga definido, el software calculará el espesor necesario del
pavimento para suplir las necesidades de carga según los parámetros de diseño
ingresados (Figura 27).
-
Carga distribuida: Hace referencia a la carga por área que soportara la losa.
Figura 27. Ventana de diseño para cargas distribuidas con arreglo de carga definido.
-
Modulo K: Este parámetro se refiere a la resistencia de la subrasante, es decir al
módulo K de la subrasante sobre la cual se construirá el pavimento. En esta
ventana el método PCA solo permite evaluar los valores 50, 100 o 200 pci, el valor
más apropiado se selecciona de la lista desplegable disponible para tal fin. ESTE
MÓDULO DEBE SER EXCLUSIVAMENTE DEL TERRENO NATURAL SIN CONSIDERAR
EL INCREMENTO POR BASE O SUB-BASE.
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-
Módulo de rotura: Es la resistencia a flexión del concreto a los 28 días.
Factor de seguridad: El factor de seguridad es adimensional y se deja a criterio del
diseñador.
En caso de que no se haya digitado valor de alguno de los parámetros de diseño o se
ingrese un valor con errores de puntuación, se desplegará un mensaje de (Figura 22), para
continuar se debe dar en OK y diligenciar correctamente todos los campos.
NOTAS ACLARATORIAS
-
PCAindustrial es un software libre, recomendado para uso académico, al instalar
PCAindustrial el usuario acepta toda la responsabilidad del uso que haga de él. El
uso de PCAindustrial no compromete a sus autores ni a la Universidad del Valle.
-
Se recomienda que los pavimentos y pisos industriales se diseñen considerando los
4 tipos de cargas considerados en el método de la PCA 1996 e incluidos en
PCAindustrial. En algunos casos se presentan cambios de uso, que deberán ser
evaluados en su debido momento, para garantizar el buen desempeño del
pavimento bajo las nuevas condiciones de servicio.
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