En ingeniería civil son muchas las situaciones en las que es necesario realizar un muro de contención de tierras para, posteriormente, proceder al vaciado del intradós de dicho muro y ejecutar una obra que puede ser desde un edificio a una línea de FFCC (Fig 1).
Figura 1. Muro de contención de tierras anclado
Tradicionalmente el muro de pilotes se ejecutaba mediante pilotes con armado simétrico, es decir, el elemento se arma con barras de un único diámetro distribuidas uniformemente alrededor del perímetro de la sección. En ocasiones, cuando las solicitaciones son muy grandes, el armado se hace introduciendo un perfil metálico en lugar de con una jaula de barras. Figura 2.
Figura 2. Tipologías habituales de muros de pilotes. Armado tradicional
El Grupo de Investigación TEP190 de la Universidad de Granada ha patentado un sistema innovador de armado de pilotes que pretende sustituir el tradicionalmente empleado (barras de un único diámetro distribuido uniformemente) por un nuevo sistema en el que la armadura se concentra en la zona traccionada de la sección transversal, donde es necesaria. Esta innovación tiene como principal objetivo la optimización de la armadura longitudinal en pantallas de pilotes mediante un nuevo elemento estructural denominado “pilote asimétrico” (Patentes: ES 2344050 B1 y P201330883).
Este nuevo elemento constructivo puede suponer ahorros de hasta un 50% respecto al pilote tradicional simétrico. Esta reducción de la cantidad de armadura supone un ahorro tanto de energía como de costes de construcción además de una considerable reducción del alto impacto ambiental asociado a la producción de acero.
Figura 3. a) Sección tipo de pilote asimétrico
Ensayos a corto plazo.
Para estudiar la respuesta de pilotes asimétricos y compararla con la de los tradicionales, se realizaron ensayos a corto plazo de flexión en 4 puntos (Figura 4).
Figura 4. a) Secciones estudiadas. b) esquema de ensayo a corto plazo de flexión en 4 puntos
Figura 5. Ensayos a corto plazo de flexión en 4 puntos
Ensayos a largo plazo.
La disposición de armadura en los pilotes asimétricos, concentrada en una zona de la sección transversal, puede afectar a la respuesta a largo plazo del elemento estructural debido a la desigual restricción que impone el acero a la deformación del hormigón. Para estudiar el efecto del tiempo (i.e.: fluencia, retracción y envejecimiento del hormigón) en la respuesta estructural del pilote asimétrico se llevaron a cabo ensayos de larga duración de secciones circulares de hormigón en las instalaciones del laboratorio del Departamento de Mecánica de Estructuras de la Universidad de Granada. La carga se introdujo mediante un brazo de cuatro metros de longitud que transmitía al espécimen una carga sostenida en el tiempo, en este caso 3 meses. El ensayo fue también de flexión en 4 puntos (Figura 6).
Figura 6. Ensayos a largo plazo de flexión en 4 puntos
Con este dispositivo se ensayaron a largo plazo dos especímenes de pilotes de 400 mm de diámetro, uno con armado tradicional simétrico y otro equivalente con armadura optimizada asimétrica, con objeto de poder realizar un estudio comparativo de los resultados. Durante el tiempo en el que se mantuvo la carga se realizaron medidas de deformaciones en las barras de armadura (que habían sido instrumentalizadas con galgas extensométricas) y de deflexión tanto en centro de vano como en apoyos (mediante dispositivos LVDT). También se realizó un seguimiento de las fisuras que aparecían en el hormigón a lo largo del ensayo.
Tramos de ensayo. Puesta en Obra.
En colaboración con la empresa SACYR y dentro de un Proyecto de investigación INNPACTO (EXP-IPT-2011-1485.420000 2011) se ejecutaron varios pilotes asimétricos en sendos tramos de ensayos: uno en Barcelona (línea de FFCC Sans-La Sagrera) y otro en Pontevedra. Figuras 7 y 8.
Figura 7. Obra de Barcelona. Tramo de ensayo 1.
En la obra de Pontevedra (“falso túnel de la seca” del “Eje Atlántico de Alta Velocidad, tramo Pontevedra-Cerponzons”) se llevó a cabo un plan de auscultación de varios pilotes contiguos, uno con armadura simétrica y otro con asimétrica, y se registraron las deflexiones de los mismos a distintas cotas y a distintas edades. Figura 8.
Figura 8. Obra de Pontevedra. Tramo de ensayo 2.
La primera gran obra con pilotes asimétricos ha sido en Riad (Arabia S.) en 2015, en un tramo de línea de metro, en donde la empresa Armatek ha colocado 2000 pilotes. Figuras 9 y 10.
Figura 9. Jaula de armadura del pilote asimétrico lista para ser puesta en obra
Figura 10. Vaciado del trasdós del muro de pilotes asimétricos.
Perfil embutido
En el caso de que las solicitaciones sean muy grandes puede ser necesario reemplazar la jaula de armadura por un perfil metálico (Figura 2), tradicionalmente de sección doblemente simétrica. Sin embargo, este caso es también susceptible de ser optimizado embebiendo un perfil monosimétrico. Este nuevo elemento constructivo ha sido patentado por equipo de investigación (Patente: WO 2015128515 A1- PCT/ES2014/070155). En la Figura XX se han representado, para un caso concreto, dos alternativas al pilote con perfil embutido tradicional así como los diagramas de interacción N-M para las tres secciones transversales. En la Figura 11, se indica las áreas de acero embebidas, As.
Figura 11. Pilote con perfil embutido monosimétrico y diagramas de interacción N-M correspondientes.