Pilotes asimétricos para contención de tierrasEstudio y análisis de su comportamiento estructural a corto y a largo plazo

Resumen

La principal labor de cualquier ingeniero es la de satisfacer las necesidades de la sociedad de una manera eficiente y óptima. En el caso de un Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, las construcciones proyectadas y ejecutadas deben de cumplir los requisitos que la sociedad demanda, no solamente desde un punto de vista económico, sino también medioambiental y de la seguridad. El sector de la construcción es un sector muy conservador que se basa en la utilización de métodos y técnicas de construcción sustentados en años y años de experiencia. La creciente inquietud en la sociedad acerca del cambio climático y el respeto del medio ambiente hace que se pretenda replantear dichos métodos de construcción tradicionales, cuestionándose si con los medios actuales podrían mejorarse. Aquí es donde entra en juego la investigación, analizando el por qué se hacen las construcciones de una determinada forma y yendo directamente al núcleo del problema estructural. El pilote con armadura asimétrica es un nuevo elemento estructural que introduce una innovación técnica dentro del campo de la construcción. Tradicionalmente el armado longitudinal de pilotes se realiza con barras de igual diámetro espaciadas uniformemente (separación constante). En el caso de pilotes empleados para la retención de tierras este procedimiento de armado puede mejorarse debido a la marcada asimetría de la ley de momentos flectores durante la vida útil de la estructura. Si el acero se concentra donde realmente es necesario (es decir, en la parte traccionada) se puede conseguir un ahorro significativo de armadura longitudinal, dando lugar a una disposición asimétrica de dicho armado. La disminución de la cantidad de acero por pilote conlleva tanto un ahorro económico como medioambiental, ya que en la producción del acero se emiten hacia la atmósfera grandes cantidades de CO2. El grupo de investigación TEP-190 de la Universidad de Granada encabezado por la Profª. Drª. Luisa María Gil Martín ha trabajado durante los últimos 10 años en el estudio del pilote asimétrico. Gracias a este trabajo, el pilote asimétrico ha sido aplicado en distintas obras en tramos de prueba (Línea de Alta Velocidad Madrid - Barcelona - frontera francesa, tramo Sants - La Sagrera en la ciudad de Barcelona) y en tramos definitivos (metro de Ryad). En trabajos anteriores del grupo de investigación TEP-190 se cerró el diseño a rotura de secciones circulares de hormigón armado con armadura asimétrica. Sin embargo, el comportamiento en servicio de cualquier elemento estructural tiene también una gran importancia. El cálculo de la deformación de elementos de hormigón armado en el tiempo es una ardua tarea debido a la complejidad de las variables involucradas. El hormigón en el tiempo se ve afectado por la retracción, la fluencia, el historial de carga y las condiciones atmosféricas entre otros factores. En la presente tesis doctoral se pretende estudiar el comportamiento estructural del pilote asimétrico a corto y a largo plazo. Este estudio se aborda desde los puntos de vista teórico y experimental, dejando definido completamente el diseño y cálculo de pilotes asimétricos. Por último se estudia la posibilidad de la introducción de hormigones reciclados en pilotes asimétricos para mejorar más si cabe su sostenibilidad. En general el término hormigón reciclado se refiere al hormigón que contiene un cierto % de áridos gruesos provenientes de la trituración de residuos de hormigón. En estos casos el % de sustitución de árido natural por reciclado no suele ser muy alto debido a la disminución de la resistencia a compresión y del módulo de elasticidad del hormigón resultante, además del aumento de la permeabilidad de este favoreciendo la introducción de agentes externos. En esta tesis se demuestra que la utilización de escorias de acería de horno de arco eléctrico como sustituto total del árido grueso (gravilla y grava) del hormigón mejora las características mecánicas de este. Además aumenta la durabilidad del hormigón frente al ataque de cloruros, alargando la vida útil de la estructura. Las conclusiones más importantes del trabajo presentado en esta tesis doctoral se enumeran a continuación: I. Las normativas actuales de diseño de estructuras de hormigón armado están orientadas hacia secciones rectangulares y en forma de T, existiendo un vacío en el tratamiento de secciones circulares. En este contexto, las normativas actuales no ofrecen ningún tipo de definición de área efectiva de hormigón para considerar el efecto de tension stiffening en secciones circulares. En este trabajo se define un área efectiva de hormigón traccionado para secciones circulares simétrica o asimétricamente armadas. La definición de dicha área eficaz se dedujo imponiendo que los diagramas momento-curvatura obtenidos fuesen idénticos a los obtenidos mediante la fórmula de interpolación del Eurocódigo 2. II. En la campaña experimental de pilotes a corto plazo se demostró que el área efectiva para secciones circulares propuesta en esta tesis da unos valores de flecha en centro de vano y de máxima tensión de tracción muy similares a los obtenidos experimentalmente. Además se comprobó que existen ciertas discrepancias entre el ancho de grieta característico propuesto por el Eurocódigo 2 y el medido en el caso de los pilotes asimétricos. III. La deflexión en centro de vano del pilote asimétrico fue superior a la del pilote simétrico en la campaña experimental de largo plazo. Esto es debido a la restricción de la retracción por parte del armado asimétrico, causando una curvatura adicional. IV. El deterioro del efecto de tension-stiffening en el caso del pilote asimétrico fue mayor que en el del simétrico. De hecho, dicho efecto tiende a desaparecer en el tiempo en el pilote asimétrico, mientras que en el simétrico se observó un comportamiento constante en el tiempo. V. Los valores del parámetro que contiene el efecto de la duración de la carga propuestos en el Eurocódigo 2 deben de ser reconsiderados. El Eurocódigo 2 solamente propone dos valores (1 y 0.5) que resultan insuficientes dada la alta complejidad de los factores englobados en el parámetro . La consideración de = 0.5 da lugar a unos valores que se alejan de los obtenidos experimentalmente en esta tesis. Se realizó un ajuste de en el tiempo, obteniéndose un valor constante de = 1 en el caso del pilote simétrico ensayado. En el caso del pilote asimétrico decrece en el tiempo, alcanzando un valor mínimo de 0.2 a 100 días. Resulta necesario la realización de un mayor número de ensayos a largo plazo para obtener unos valores más específicos y generales de en el tiempo. VI. El reemplazo total de áridos gruesos naturales por escorias de acería de horno de arco eléctrico mejora las características mecánicas del hormigón, como son la resistencia a compresión, la resistencia a tracción y el módulo elástico. Además se consiguió un hormigón de altas prestaciones manteniendo un ratio agua/cemento relativamente alto (mayor de 0.4) sin usar ningún tipo de aditivo. VII. Los métodos colorimétricos basados en soluciones de AgNO3 han resultado ser aplicables en hormigones con escorias de acería de horno de arco eléctrico. El uso de este tipo de escorias mejora la durabilidad del hormigón en ambientes expuestos a cloruros, reduciendo el coeficiente de difusión.