El objeto de
este artículo es exponer
la importancia de conocer el
funcionamiento
hidrogeológico de un muro pantalla y su entorno, para
determinar el
empotramiento necesario para conseguir un coeficiente de
seguridad adecuado
frente al
sifonamiento.
Antes de
empezar y
para los impacientes, un
número gordo, que ya expuse en los artículos
de
la serie PREDISEÑO DE MUROS PANTALLA (
primera, segunda
y tercera
parte).
3/2 veces la
diferencia entre la altura piezométrica en el trasdós del muro, previa a la
excavación, y la máxima cota de excavación (ver figura siguiente).
Para los que
quieran profundizar bastante más en este tema y ver hasta que punto
la
determinación del empotramiento está muy influenciado por la hidrogeología de
la zona donde se realizará la obra, así como darse cuenta que el número
anterior tiene muchos considerandos y limitaciones, le invito a clicar LEER MÁS.
Se me olvidaba
también hablaré de
la Belén Esteban (la de la foto de arriba).
El objeto de
este artículo ya lo he explicado, pero la motivación es intentar dar una
respuesta, por otro lado, no satisfactoria, a los que piden un
criterio para la
determinación del empotramiento de los muros pantallas sin mencionar el entorno
hidrogeológico de la zona.
La respuesta
es muy sencilla, depende del funcionamiento hidrogeológico del sistema formado
por la interacción de nuestra obra y el entorno hidrogeológico.
Ya os lo dije,
la respuesta no sería fácil, como la vida misma, pero
no os desaniméis, seguid
leyendo que al final hablo de
Belén Esteban.
Para seguir os
recomiendo leer el artículo
En muros pantalla, contra el sifonamiento, juntasbien hechas y empotramiento, en este artículo presenté las
bases de la
metodología para el dimensionado del empotramiento de los muros pantalla para
obtener un nivel de
seguridad adecuado frente al
fenómeno del sifonamiento.
La
metodología
a seguir, 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 permeabilidad 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.
En definitiva,
una vez tenga el gradiente i, determinaré el factor de seguridad F frente a
sifonamiento para ello puedo utilizar la siguiente fórmula, aplicable en la
situación genérica
reflejada en la anterior figura.
En este artículo me centraré en lo segundo más
difícil, la determinación del gradiente previsto en el pie del muro pantalla.
Os recuerdo, que lo primero, más difícil e importante es garantizar que las juntas estén bien hechas, tal y como insistí en el artículo
En muros pantalla, contra el sifonamiento, juntas bien hechas y empotramiento.
Estimar el
gradiente hidráulico puede hacerse de diferentes formas, la que hoy en día
suele venir primero a la mente, es la utilización de un programa específico
tipo SEEP/W.
El programa
anterior, lo he manejado y es fantástico para determinar, entre otras cosas
gradientes hidráulicos, pero nunca te dará las satisfacciones que te da, confeccionarte
tus propias
redes de flujo.
De hecho, tengo el convencimiento que si una persona
no es capaz de esbozar una red de flujo de un modelo concreto, no debe analizar
dicho problema con un software de este tipo, lo que debería hacer es formarse mejor o dedicarse a otra cosa.
Lo anterior puede sonar arcaico, pero son tantos casos vistos de errores
de bulto detrás de gráficos impresionantes.
Con la
finalidad de que apreciéis
la importancia del funcionamiento hidrogeológico,
para una misma geometría de obra, he esbozado varias
redes de flujo esperables
para
diferentes condiciones hidrogeológicas.
EJEMPLO 1:
Material homogéneo con permeabilidad isótropa kx=kz
En este caso
el
gradiente en el pié de pantalla sería aproximadamente
0,44*(h/e).
Asumiendo un
peso específico sumergido de 1Tn/m3, obtendremos que el
factor de seguridad F
será
2,27* (e/h).
EJEMPLO 2: Dos
materiales con permeabilidad isótropa kx=kz pero diferente. El material
superior tiene una permeabilidad bastante mayor que el material inferior.
En este caso
el
gradiente en el pié de pantalla sería aproximadamente
0,5*(h/e).
Asumiendo un
peso específico sumergido de 1Tn/m3, obtendremos que el
factor de seguridad F
será
2,00* (e/h).
EJEMPLO 3: Dos
materiales con permeabilidad isótropa kx=kz pero diferente. El material
inferior tiene una permeabilidad bastante mayor que el material superior y
tiene alta capacidad de recarga (mucho agua).
En este caso
el
gradiente en el pié de pantalla sería aproximadamente
1*(h/e).
Asumiendo un
peso específico sumergido de 1Tn/m3, obtendremos que el
factor de seguridad F
será
1,00* (e/h).
EJEMPLO 4:
Material homogéneo con permeabilidad anisótropa kx > kz
En este caso
el
gradiente en el pié de pantalla sería aproximadamente
0,80*(h/e).
Asumiendo un
peso específico sumergido de 1Tn/m3, obtendremos que el
factor de seguridad F
será
1.25* (e/h).
Abro paréntesis
(
En este punto
es importante decir que aunque lo que aquí expongo va un poco más allá que la típica
formulita, sigo estando muy lejos de la realidad, de hecho, la cantidad de
hipótesis y simplificaciones que aplico podrían llenar muchos post.
Cierro
paréntesis )
En definitiva,
para cuatro situaciones geométricas idénticas, pero condiciones de contorno, a
efectos hidrogeológicos, diferentes, para obtener el mismo factor de seguridad,
el empotramiento requerido puede variar un 100%.
Es decir, el
empotramiento, en función de los condicionantes hidrogeológicos, deberá variar
entre h y 2*h, siendo h la diferencia de altura entre el nivel de excavación en
el intradós y el nivel piezométrico de la zona antes de iniciar los bombeos.
Cabe decir,
que el número gordo que os mencioné al principio no es más que la media entre h
y 2*h, lo cual justifica dicho criterio, que paso a poner de nuevo para los que
no se quieran complicar demasiado.
3/2 veces la
diferencia entre la altura piezométrica en el trasdós del muro, previa a la
excavación, y la máxima cota de excavación (ver figura siguiente).
En definitiva,
el entorno hidrogeológico condiciona totalmente la determinación del
empotramiento de los muros pantalla para garantizar una adecuada seguridad
frente al sifonamiento.
No considerar
lo anterior puede llevarnos a
diseños peligrosos o
sobrecostes que pueden
significar hasta el 20% del total de la unidad de muro pantalla, lo cual pueden
ser muchos cientos de miles de euros para una obra civil mediana con
10.000 m2 de muro
pantalla de espesor
1,00 m.
No puedo
acabar este artículo, sin recomendaros la lectura de los siguientes artículos
de GEOJUANJO relacionados con el fenómeno del sifonamiento.
También os
recomiendo estos artículos referentes al concepto de tensiones efectivas, ya
que el sifonamiento no es más que un fenómeno que anula éstas.
- GEOTECNIA PARA TORPES: Las tensiones efectivas o como hacer una viga con granos de arroz (CAP. 1- La presentación).
- GEOTECNIA PARA TORPES: Las tensiones efectivas o como hacer una viga con granos de arroz (CAP. 2- El nudo).
- GEOTECNIA PARA TORPES: Las tensiones efectivas o como hacer una viga con granos de arroz (CAP. 3- El desenlace).
Y cómo no,
algo sobre predimensionado de muros pantalla.
Ah, perdonad,
lo de
Belén Esteban era un gancho, si lo hace wikipedia, también lo puedo hacer
yo, lo digo por si a alguien se le ha ocurrido clicar en su nombre, parece
mentira, pero sí, ella sale en wikipedia.
A veces uno
tiene que hacer estas cosas para que le lean.
Un saludo y
gracias por vuestro tiempo
juanjo
El gancho ha funcionado!! Buena entrada.
ResponderEliminarsaludos
David
Gracias David.
ResponderEliminarUn saludo
juanjo
tienes que formar que formar figuras cuadradas, en las redes de flujo
ResponderEliminarLo que has dicho es cierto para ciertas hipótesis, de todas formas el objeto de los esquemas que pongo en este artículo no es dibujar una red de flujo exacta.
EliminarUn saludo.