En muros pantalla, contra el sifonamiento, juntas bien hechas y empotramiento

Una de las peores cosas que le puede pasar a un muro pantalla es que el terreno del intradós, entre en sifonamiento, fenómeno éste ya tratado en un post anterior  (El sifonamiento visto desde las alturas) cuya visita aconsejo antes de seguir con este post.

En ese preciso momento, desaparecerá la componente estabilizadora asociada al empotramiento del muro con la consiguiente redistribución de esfuerzos en los otros elementos estabilizadores, si existieran, así como una nueva ley de esfuerzos sobre el muro pantalla como elemento estructural.

Es como si a una viga continua con varios apoyos le quitáramos el último apoyo.

Si el muro pantalla, como elemento estructural, no resiste  la nueva ley de esfuerzos, o las nuevas acciones sobre los apuntalamientos o anclajes superan la capacidad de éstos, entonces el muro pantalla colapsará y, si aguanta, de lo que no nos libraremos es de un nuevo campo de deformaciones con los consiguientes movimientos en el entorno.

Que podemos hacer?????

Únicamente dos cosas:

• Dimensionar adecuadamente el empotramiento del muro pantalla.
• Seleccionar un buen industrial que me de razonables garantías de una buena realización de las juntas de pantallas.

Dejaré el segundo concepto, para otro post, ya que mi experiencia me dice que la mayoría de los problemas de sifonamiento en muros pantalla se dan por juntas mal realizadas, y este problema únicamente puede enfrentarse desde una adecuada selección del industrial especializado (empresa de cimentaciones especiales).

Lo anterior puede sorprender a alguien, pero os garantizo que la inmensa mayoría de los constructores generalistas y las direcciones de obra NO saben hacer ni controlar un muro pantalla medianamente complejo, eso sí, su función es tan importante como necesaria si se parte de la base de la existencia de un industrial especializado solvente.

Centrándome en el dimensionado del empotramiento contra el sifonamiento, considero adecuado hacer una pequeña incursión en los modelos matemáticos.

 El flujo de agua en el terreno, aplicando una importante batería de simplificaciones, lo podemos modelar según la formulación de Laplace.

De lo reflejado, lo más interesante son las fuerzas de infiltración (j), resultado de multiplicar el gradiente hidráulico (i) por la densidad del agua, teniendo en cuenta que el gradiente hidráulico (i) no es más que la variación de la altura piezométrica con la dirección del flujo.

Lo anterior se suele representar con las famosas redes de flujo, en la figura siguiente os pongo varios tipos de redes de flujo para diferentes condiciones de contorno.

Una porción de terreno entrará en sifonamiento cuando sea sensible a ello, es decir terrenos entre arenosos medios y limoso-arenoso, y exista un flujo de agua ascendente que genere unas fuerzas de infiltración iguales a la tensión efectiva existente, es decir a las fuerzas de contacto existentes entre partículas de terreno.

Debo decir que este tema ya lo aborda el CTE (Código Técnico de Edificación) en el cual se puede leer

Personalmente considero adecuado tanto el criterio como el factor de seguridad propuesto por el CTE, de hecho siempre he trabajado con criterios muy similares. Otra cosa es como lo interpretan los diferentes diseñadores de muros pantalla.

En este punto es pertinente recomendaros  la visita de los post , de la serie PREDISEÑO DE MUROS PANTALLA ( primera, segunda y tercera parte) en los cuales expongo mi metodología de diseño de los muros pantalla, la cual NO pretende ser un manual de cálculo de los muros pantalla, sino exponer una metodología de prediseño, previa al análisis definitivo.

Uno de los criterios expuestos en lo anterior, entre otros, y considerados a la hora de predimensionar el empotramiento del muro pantalla es el siguiente:

 3/2 veces la diferencia entre la altura piezométrica en el trasdós del muro, previa a la excavación, y la máxima cota de excavación.

En el anterior criterio considero como condición para su aplicabilidad, la existencia de condiciones homogéneas de permeabilidad, a efectos prácticos lo que estoy haciendo es imponer una cierta homogeniedad de la permeabilidad del terreno entre la cota de excavación máxima y una cota inferior resultado de restar a la anterior tres veces el empotramiento previsto.

Con lo anterior lo único que estoy imponiendo son unas condiciones hidrogeológicas que llevan a unas fuerzas de infiltración concretas, las cuales, enfrentadas a las tensiones efectivas, dan un factor de seguridad frente a sifonamiento bastante superior a 2, criterio razonablemente conservador en fase de prediseño. Es decir, para otras condiciones hidrogeológicas, el criterio no será válido, unas veces por ser demasiado conservador (la mayoría) y otras por ser inadecuadamente arriesgado (alguna).

En definitiva la metodología a seguir, para un adecuado dimensionado del empotramiento frente a sifonamiento, se basará en los siguientes pasos:

1.      Modelar adecuadamente, a efectos hidrogeológicos, el entorno del muro pantalla, disponiendo , entre otras cosas de los datos de permabilidad de los materiales implicados.

2.      Determinar el gradiente previsto en el pie del muro pantalla, determinando así las fuerzas de infiltración.

3.      Enfrentar las fuerzas de infiltración al esfuerzo vertical efectivo en la zona del pie de pantalla, calculando el coeficiente de seguridad frente a sifonamiento.

4.      Si el coeficiente de seguridad no coincide con el buscado ( aconsejable 2), volver al paso 3 con un empotramiento diferente.

Resumiendo, toda determinación del empotramiento necesario a efectos de sifonamiento, en las circunstancias arriba indicadas, pasa por realizar un modelo hidrogeológico de la interacción del muro pantalla excavado con el entorno, estableciendo una red de flujo y determinando, de esta forma, el gradiente hidráulico en el pie de la pantalla, a partir del cual se podrán estimar las fuerzas de infiltración y comparando éstas con las tensiones efectivas, se determinará el nivel de seguridad frente a sifonamiento.

En base a lo anterior, preguntas tan frecuentes como las del tipo,

Cuanto ha de empotrarse el muro pantalla, si la diferencia de niveles piezométricos entre el intradós y el trasdós es de 5 metros, no dando mayores datos.

Únicamente pueden responderse con respuestas del tipo 10 metros o algo más, previendo un modelo hidrogeológico pésimo a efectos de sifonamiento. Esta respuesta tiene sus implicaciones ya que es posible que con 4 o 5 metros ya fuera suficiente, eso sí, teniendo los datos adecuados para prever una red de flujo que nos permita estimar los esfuerzos de infiltración en el pie de la pantalla y comparar éstos con las tensiones efectivas en dicho pie.

Dejo para otros post los siguientes temas relacionados con éste:

• La importancia de la selección del industrial especializado.
• Metodologías simplificadas de cálculo del gradiente hidráulico.
• Redes de flujo i gradientes hidráulicos previsto con diferentes condiciones hidrogeológicas.
• La importancia de ejecutar bien las juntas para evitar el sifonamiento.
• El efecto de las esquinas.
• Y otras cosas que se me puedan ocurrir.

Gracias por el tiempo que me habéis dedicado.

juanjo