Sistemas de retención de tierras para la reducción de la energía de construcción

Resumen

En elementos estructurales como pilares, en los que se pueden emplear secciones circulares, es preciso proveer la suficiente capacidad a la sección de manera que se tengan en cuenta posibles cambios en el sentido de las fuerzas horizontales, tales como el viento o el sismo; para este tipo de secciones la adopción de una disposición de armado longitudinal con simetría radial parece la más adecuada. Sin embargo, otro tipo de estructuras, tales como sistemas de contención de tierras construidos en obras civiles lineales o en obras de edificación como aparcamientos subterráneos, estarán sometidas a envolventes de momentos flectores que variarán mínimamente durante la vida útil de la estructura, ya que su origen se encuentra en la acción que las tierras ejercen sobre la pantalla. En estos casos, parece lógico pensar que soluciones asimétricas de armado longitudinal resulten más adecuadas. Los elementos estructurales de hormigón lineales como pilotes de contención de tierras son diseñados para cumplir las prescripciones impuestas por el estado límite último de rotura por flexión. La solución a problemas de ese mismo tipo han sido planteadas en los libros de hormigón clásicos desde mediados del siglo pasado, pero la mayoría de ellas implican procedimientos de prueba y error y aproximaciones no válidas universalmente Recientes estudios de investigación del grupo TEP 190 de la Universidad de Granada hacen énfasis en el armado óptimo de elementos estructurales de hormigón sometidos a estado límite último de flexión. La idea principal introducida por estos trabajos de investigación es que existe un número infinito de soluciones que dotan a la sección de la resistencia adecuada para soportar la flexo-compresión uniaxial en rotura; este hecho permite al ingeniero escoger el armado óptimo teniendo en cuenta factores estructurales o de otra índole, como por ejemplo, facilidad de construcción. Además, dichos trabajos componen un método analítico y sistemático de estudio de la rotura de secciones con aplicaciones tan amplias que van desde el armado óptimo de pilotes para contención de tierras hasta el diseño del armado de elementos losa o placa de hormigón sometidos a acciones en el plano junto con flexión y torsión, procedimientos ambos que se explican en esta tesis. Así pues, dada su importancia, se presenta en este trabajo una revisión de los procedimientos de armado a flexión en rotura de secciones de hormigón sometidas a flexo-compresión, haciendo hincapié en los estudios realizados por el grupo TEP ¿ 190. Como resultado de dichos trabajos se expone un procedimiento sistemático de optimización del armado longitudinal de secciones circulares de hormigón, presentando diversos tipos de soluciones asimétricas. El empleo de este procedimiento de optimización no solo supone importantes ahorros económicos, sino que también evita la emisión de grandes cantidades de CO2 a la atmósfera provenientes de la industria del acero. Las conclusiones más importantes del trabajo presentado en esta tesis doctoral se enumeran a continuación: I. Los pilotes empleados en sistemas de contención de tierras han sido tradicionalmente calculados imponiendo las restricciones correspondientes a estados límite últimos, entre los que se encuentra el de flexión, y las limitaciones impuestas por los estados de servicio no son comúnmente comprobadas. Uno de los motivos que justifica este hecho es la falta de tratamiento de secciones circulares por los códigos y la normativa de diseño de estructuras de hormigón, de ahí que existan nuevos trabajos de investigación relativos al comportamiento en estado de servicio ¿ fisuración y deformación ¿ de este tipo de secciones. II. Las soluciones de armado óptimo en estado límite de flexo ¿ compresión uniaxial son bien conocidas desde mediados del siglo pasado para secciones rectangulares o semejantes. Sin embargo, el diseño de las secciones circulares se ha realizado tradicionalmente empleado soluciones que distan en gran medida de las óptimas. III. Existen novedosas aportaciones relativas al armado óptimo de secciones rectangulares de hormigón sometidas a flexo ¿ compresión como los Diagramas RSD, el Teorema del Armado Óptimo a Flexión o los Dominios de Armado Óptimo. La idea principal introducida por estos trabajos de investigación es que existe un número infinito de soluciones que dotan a la sección de la resistencia adecuada para soportar la flexo-compresión uniaxial en rotura; este hecho permite al ingeniero escoger el armado óptimo teniendo en cuenta factores estructurales o de otra índole, como por ejemplo, facilidad de construcción. IV. El método analítico y sistemático de análisis de secciones en rotura permite formular soluciones de armado óptimo a problemas tan amplios como el diseño óptimo del armado de secciones de hormigón y de las dimensiones de secciones de acero sometidas a flexo-compresión uniaxial como la determinación del armado de elementos de hormigón tipo placa o losa sometidos a flexión, torsión y a acciones en el plano. V. Dentro de la aplicación del método de secciones en rotura, se han presentado límites al procedimiento de diseño del armado de elementos losa y placa propuesto por Brondum ¿ Nielsen [13], ampliamente aceptado VI. El empleo del procedimiento de optimización del armado de secciones circulares presentado puede traducirse en grandes ahorros económicos, dando lugar a secciones que pueden llegar a emplear un 30% menos de acero. Además, dichas disposiciones de armado facilitan su puesta en obra y manipulación. Se presentan soluciones para pantallas voladizo y pantallas ancladas o con riostras intermedias, en las que pueden aparecer valores máximo del momento en ambos sentidos. Por último, se explica la solución con cambio de armadura longitudinal en la longitud del pilote. VII. Además de los ahorros de material, el empleo de disposiciones asimétricas para el armado longitudinal de pilotes de contención de tierras supone un importante ahorro de costes ambientales, ya que se evitan la emisión de apreciables cantidades de CO2 a la atmósfera provenientes de la industria de fabricación del acero.