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Pilotes asimétricos para contención de tierras en obras urbanas Luisa María Gil Martín, Dra. Ingeniero de Caminos. Universidad de Granada. Juan Francisco Carbonell Márquez, Ingeniero de Caminos. Universidad de Granada. Antonio Ramírez Rodríguez, Ingeniero de Caminos. Sacyr. Enrique Hernández Montes, Dr. Ingeniero de Caminos. Universidad de Granada.

El pilote de asimetría central o pilote asimétrico es un nuevo pilote donde se ha optimizado la cantidad de acero resultando que tanto el diámetro de la armadura longitudinal como la separación entre ellas dejan de ser únicas, adaptandose para lograr cuantías mínimas de acero así cuestionarse si con los medios actuales podrían mejorarse.

1. Introducción En general los ingenieros estamos orgullosos de poder llevar a cabo construcciones que satisfacen las necesidades de la sociedad. Sabemos hacerlas y funcionan bien. No obstante, la investigación necesita entender cuál es el fundamento de por qué se hacen las construcciones de una determinada forma para

En este artículo mostramos la aplicación del pilote asimétrico, como una innovación constructiva que ahorra importantes cantidades de acero. El grupo de investigación TEP-190 de la Universidad de Granada junto con el departamento I+D de Sacyr, mediante un proyecto de investigación INNPACTO, están aplicando en distintas obras del grupo el pilote asimétrico, patente española propiedad de la Universidad de Granada.

Figura 1. Diferencias entre método tradicional y pilote asimétrico

¿Qué diferencia hay entre diseñar y calcular?. El diseño nos permite libertad, aumentar el número de parámetros a considerar para resolver un problema e incluso introducir nuevas variables nunca antes tenidas en cuenta. Por el contrario, calcular es más mecánico, requiere por lo general de menos ingenio. Cuando en un procedimiento de cálculo se aumenta considerablemente el número de variables a tener en cuenta el problema puede adquirir gran complejidad, siendo necesario recurrir a procesos de optimización y a detectar funciones objeto que minimizar para resolverlo. En la práctica, a veces es necesario acotar el ingenio para hacer viable

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Figura 2. Diagramas de interacción del pilote tradicional y del pilote asimétrico para la misma solicitación de momento flector.

la resolución del problema.

solicitación exterior, como puede apreciarse en la Figura 2. Este tipo de construcción es aplicable a todo tipo de obra soterrada: carreteras, ferrocarriles, muros de contención en edificios, aparcamientos, …

Sin embargo, algunas nuevas ideas relativas al diseño de elementos estructurales pueden suponer un ahorro energético tan considerable que las hace merecedoras de ser tenidas en cuenta. En la Universidad de Granada se ha desarrollado un procedimiento de construcción de pilotes de muros de contención de tierras basado en una optimización estructural que supone el ahorro de más de un 50% de la armadura longitudinal de los pilotes tradicionalmente empleados en este tipo de muros, ver Figura 1. El nuevo tipo de pilote se aprovecha del hecho de que las leyes de esfuerzos de flexión en muros de contención no cambian de signo durante su vida útil, con lo que puede armarse asimétricamente logrando gran ahorro de acero.

En la Figura 2 se pueden ver los diagramas de interacción axil-flector de dos pilotes, uno tradicional y otro asimétrico. Ambos pilotes resisten el mismo momento flector de 1500 kN· m para el caso de axil nulo. Sin embargo la cuantía total de acero en el pilote asimétrico es aproximadamente el 50% menos que en el pilote tradicional. Los fundamentos de cálculo en rotura del pilote asimétrico están publicados por GilMartín et al. (2010).

2. Ensayos de laboratorio

La novedad de este tipo de pilotes radica en aumentar el número de variables involucradas en el problema de cálculo, prescindiendo de la manera tradicional de armar este tipo de pilotes consistente en utilizar armadura longitudinal de un único diámetro dispuesta a una separación constante, ver figura 1 (solución tradicional). En el nuevo procedimiento tanto el diámetro de la barra como la separación entre ellas pueden variar, a esta idea se le ha concedido la patente ES-2344050-B1. El resultado es que el pilote asimétrico aprovecha más su forma de trabajar que el pilote tradicional, para una misma

El pilote asimétrico ha sido ensayado en laboratorio, tanto a rotura como a deformación y fisuración. En todos los casos se puede concluir lo siguiente:  El momento último que se logra con un pilote

tradicional, se puede lograr con un pilote asimétrico utilizando una cuantía de acero menor, el ahorro global por pilotes puede ir del 15 al 50%, dependiendo de los casos. Siempre en obras de contención de tierra, con o sin anclajes.

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Túneles Figura 3. Ensayo en laboratorio.

 Para un mismo momento último tanto en el

Figura 4. Colocación de pilote asimétrico en Barcelona.

pilote simétrico como en el asimétrico. El pilote simétrico tiene mejores características frente a fisuración y a deformación (ver Figura 3).

lugar a un ahorro de 900 kg por pilote. Si el pilote asimétrico se hubiera implantado en todo el tramo de la obra el ahorro ascendería a más de un millón de kilos de acero. Por seguridad y dado que era la primera vez que se ponían en obra finalmente se colocaron 9Ø32 + 11Ø12 tal y como se puede apreciar en la Figura 4.

3. Puesta en obra. Ejemplo: Sans-La Sagrera En las obras donde se ha ejecutado el pilote asimétrico (ver Figura 4), se ha podido comprobar que le ejecución de dichos pilotes no plantea ningún problema adicional, salvo una mayor atención por parte de los técnicos a la hora de colocar el pilote en su posición, con la orientación necesaria.

El procedimiento constructivo, supone un ahorro considerable de armadura longitudinal y aumenta el ritmo de producción de la obra. La puesta en obra resultó más sencilla que la de los pilotes tradicionales dado que los pilotes asimétricos son más ligeros y el empalme de la armadura se puede realizar de manera más rápida y segura.

En la obra Sans-La Sagrera los pilotes inicialmente previstos eran pilotes de 1.2 m de diámetro espaciados 1.4 m entre ejes, con armadura longitudinal de 27Ø25 y longitud de 18 m. 5 pilotes fueron sustituidos por pilotes asimétricos de tal forma que ambos (tradicional y asimétrico) tuvieran el mismo momento último de agotamiento. La armadura asimétrica propuesta fue de 7Ø32 + 11Ø12, lo que da

En el tramo experimental también se medió la deformación del pilote tradicional comparada con el pilote simétrico. Los datos de deformación se alteraron para poder

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Figura 5. Deformaciones en pilotes. Tramo Sans-La Sagrera.

compararlos teniendo en cuenta que ambos tuvieran el mismo momento último. Como se puede ver en la Figura 5 (Gil-Martín et al. 2012) el pilote tradicional deformó menos que el pilote asimétrico.

(Fondo Tecnológico)", del Fondo Europeo de Desarrollo Regional, (FEDER).

Bibliografía  Gil-Martín, L.M, Hernández Montes E., Aschheim

M. (2010) “Optimization of Piers for retaining walls”. Structural and Multidisciplinary Optimization 41 (6), pp. 979-987.  Gil-Martín LM, Hernández-Montes E, Shin M,

Aschheim M (2012) “Developments in Excavation Bracing Systems”. Tunnelling and Underground Space Technology. 31 , pp. 107-116  Patente española. Pilotes con armadura asimétrica

www.gruposyv.com

para contención de tierras. ES 2344050 B1. Nº

Agradecimientos El presente proyecto se ha realizado en cooperación entre el Grupo de investigación TEP-190 de la Universidad de Granada y la empresa Sacyr Construcción en el marco de la convocatoria INNPACTO 2011 y ha sido parcialmente financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad y por la Unión Europea a través del programa Operativo de I+D+i "por y para el beneficio de las empresas

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