Un pincho moruno, un globo de agua y el diseño de muros pantalla. Y si llegas al final un regalo…


Hola mentes inquietas,

Para muchos de vosotros ingenierillos lo que os voy a contar os sonará a perogrullada, pero seguro que a muchos se nos ha escapado este detalle tan tonto que atañe a todos los niveles en la ingeniería. Os hablo del diseño evolutivo.

El diseño evolutivo de un elemento consiste en dimensionar correctamente dicho elemento para cada fase de su construcción. Por poneros un ejemplo de vida cotidiana así sencillo, si yo quiero fabricar una tarta, primero, antes de que el bizcocho solidifique, hay que pasarlo por el horno y tener en cuenta todos las acciones que se van a producir en el horno, temperatura, un molde que pueda contener al empuje del líquido,…

s_tech_s_pmAplicado a la ingeniería civil, un ejemplo muy claro de diseño evolutivo son los muros pantalla. Para empezar diremos que para los que no lo conozcais, un muro pantalla es un paramento de hormigón armado que se excava de forma estricta en la tierra (es decir se excava solo la zanja necesaria para el muro) y se rellena de hormigón, utilizando como encofrado el propio terreno. Como se ve en la imagen el proceso constructivo a grandes rasgos es el siguiente:

  1. Excavación hasta la cota deseada mediante hidrofresa o cuchara bivalva. Se suelen utilizar lodos bentoníticos para estabilizar las paredes durante la excavación.
  2. Bajada de la armadura hasta el fondo de la excavación mediante grua.
  3. Hormigonado de la excavación con tubo Tremie, que permite un correcto hormigonado desde el fondo de la excavación.

Si grandes ingenieros, matadme, me he saltado fases muy importantes, pero hemos dicho a grandes rasgos. Un muro pantalla se suele hacer con el fin de crear un recinto “amurallado” bajo tierra y con una profundidad considerable, algo parecido a la siguiente foto.

descarga

Nos podemos encontrar recintos apantallados por poneros un ejemplo muy claro en un parking subterraneo, sótanos de grandes edificios que requieren muchas plazas de garaje, túneles “superficiale”,… y una larga tipología de obras. Hay un maravilloso blog, que siempre que hablo de geotecnia me gusta mencionar que es el blog de Juan José Rosas “Geojuanjo” y que tiene una laaaaaaaaaaaaaarga experiencia en el diseño y cálculo de este tipo de obras, yo personalmente he aprendido mucho leyendolo, y si le visitais vereis que el diseño de estos muros no es para nada sencillo.

Pero nosotros hoy vamos a obviar el tema del cálculo estricto y el comportamiento de un muro pantalla que se lo dejaremos a Juanjo que lo hace muy bien y nos vamos a centrar en el diseño evolutivo de los muros pantalla. Cuando hablamos de diseño evolutivo, no estamos hablando del procedimiento de construcción  que hemos descrito antes, hablamos de como se comporta el muro mecánicamente a lo largo de dicho proceso de construcción, que lo hacen evolucionar en la forma de cálculo.

Empecemos simplificando el problema, supongamos un palillo de un pincho moruno (limpio por favor), si planto el palillo en una maceta (nacerá un arbol…) y empujo en la punta que queda libre se comportará de manera distinta dependiendo de la profundidad a la que lo clave. Bien, si clavamos el palillo hasta enrasar con la tierra y posteriormente empezamos a excavar alrededor de el, si empujamos otra vez la punta que queda libre, deformaremos más el palillo cuanto más profundo excavemos, ¿verdad?

0Pues esto es lo que le ocurre a los recintos de muros pantalla, primero realizamos el muro pantalla y luego vaciamos el cajón que hemos fabricado, y os preguntareis, ¿y a los muros pantalla quién los empuja? Pues muy sencillo, establezcamos otra similitud. Imaginemos un globo lleno de agua, si le apreto con mi mano, el globo se deforma en sentido perpendicular a donde estamos apretando.

El terreno lo podemos asimilar al agua, cualquier sobrecarga en la parte superior del muro pantalla, genera unos empujes horizontales, que no son tan fáciles de determinar como en el agua, pero que empiricamente se puede llegar a conocer como un porcentaje del empuje vertical.

Y a partir de aquí es donde entra el diseño evolutivo de la pantalla o lo que es lo mismo, se puede establecer un cálculo por fases.

deformacion muroMediante CYPE y su módulo de muros podemos hacer el cálculo evolutivo de una pantalla. Si calculasemos un muro con una sobrecarga en la parte superior de 10 kN/m2, y excavasemos sin más. La carga, en la parte superior del muro, con una profundidad de excavación considerable de 8 m se producen unos desplazamientos en punta de aproximadamente 375 mm que como comprendereis, de ser posibles producirían grandes daños en las edificaciones circundantes, y entonces, ¿qué hacemos?

El sentido común nos dice que excavar menos, de hecho si hicieramos un segundo tanteo con 2 m de excavación estaríamos con un desplazamiento de 14 mm que para una calle es admisible. Pero y entonces como llegamos a nuestra cota de excavación que es la -8 m. Pues planteando una ejecución por fases, es decir controlando la deformada del muro a medida que vayamos descendiendo en la excavación bien con un sistema de puntales (también llamados codales) o bien con anclajes activos.

Un buen diseño por fases de esta obra en cuestión sería el siguiente:

  1. Excavación hasta la cota -2 m.
  2. Puntales en la cota -1.5 m y excavación hasta la siguiente cota.
  3. Puntales en la cota -5 m y excavación hasta la cota -8 m.

Cada fase se calcula por su cuenta y el armado y la geometría del muro resultará de la fase más desfavorable que no tiene por qué ser la de servicio. Si os resulta interesante el diseño de muros pantalla la gente de e-Zigurat tiene de promoción un curso de diseño de muros pantalla mediante un caso práctico que está disponible de forma gratuita por un tiempo limitado si meteis este código MUROSFREE2014 que solo está disponible para vosotros, mis fieles amigos. Los pasos que teneis que seguir para obtener este curso son los siguientes:

  1. Acceder y registrarse en Zcourses. http://www.zcourses.com/
  2. Seleccionar el curso “Muros Pantalla con Puntales. Caso Real Práctico Guiado” y pinchar sobre “HAZ ESTE CURSO”.
  3. Introduce tu cupón en el apartado: ¿Tienes un cupón? Pulsa aquí para introducir tu código.Una vez aplicado el cupón, el precio del curso se actualizará a 0€.
  4. Continuar el proceso de registro con normalidad.

Yo ya le he hecho el curso y me ha parecido muy interesante, muy ordenadito, y al ser un caso real muy esclarecedor. Además las partes de manejo de CYPE se explican con un vídeo que para estos casos siempre es lo mejor.

Y por hoy nada más espero que os guste el artículo y que aprovecheis el regalito que os dejo, que la formación nunca viene mal en estos tiempos. Gracias como siempre por vuestras lecturas y espero que os guste.

Saludos.

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8 Respuestas a “Un pincho moruno, un globo de agua y el diseño de muros pantalla. Y si llegas al final un regalo…

  1. Un post interesante para los que no se dedican a esto, aunque creo que cualuier calculista (de cualquier rama), es consciente de que los esfuerzos en fase de construcción son, en ocasiones, mas importantes que los esfuerzos durante el servicio de la estructura.
    Solo un detalle, los muros pantalla, no son solo de hormigón. Aunque en españa no sea habitual hablar de ellos, los muros pantalla pueden estar hechos de tablestacas de acero. Los principios de su cálculo son iguales, simplemente, al ser el acero un material mas flexible, el terreno se deforma mas, y se modeliza de otra manera (seguro que Juanjo tiene algún post sobre esto). Para los que querais profundizar mas en el tema, os dejo una de las “biblias de las tablestacas”
    http://sheetpiling.arcelormittal.com/page/index/name/arcelor-piling-handbook
    Un saludo,
    Andrea

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    • Hola Andrea

      En primer lugar, gracias por tu comentario si tienen algún fin los post q escribo son esto, crear un debate.
      En segundo lugar te diré q se cometen más errores de los q nos pensamos durante la fase de proyecto, tengo un post bastante interesante sobre información estadística de fallos en obras civiles en las distintas fases y te sorprendería el alto porcentaje de fallos en fase de proyectos.
      Lo malo de todo esto es q si este fallo q se comete en fase de proyecto se traspasa a la fase de construcción el coste económico del fallo ya resulta considerable.
      En cuanto a las tablestacas, te diré q yo no conozco una estructura de contención q sea definitiva q sea de tablestacas. Yo siempre que he visto un muro de este tipo ha sido para hacer una contención provisional, eso no quita q necesiten de un cálculo preciso, por eso yo cuando hablo de muros pantalla, sin entrar en detalle, me refiero siempre a los fabricados con hormigón armado.

      Mil gracias Andrea, y un saludo.

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      • Buenos días,
        Es uno de los problemas de la formación española, nos enseñan que las tablestacas son solo algo temporal, y que además como son temporales no hay que prestarles tanta atención.
        El puerto de Villanova (por tomar un ejemplo que esta hecho en España) esta hehco con tablestcas, todos los muelles de las dársenas interiores. El metro de Copenhague tiene bastantes tuneles hechos con tablestacas, la ampliación del metro de Munich también esta hecha con tablestacas, e infinidad de otras estructuras en Alemania, Inglaterra o Paises Nórdicos.
        Es cierto que en España, es complicado utilizarlas, ya que no hay una cultura, el sector cementero es muy fuerte, y nuestra geologia (con muchas formaciones rocosas), lo hacen mas complicado (Aunque se puede empotrar una tablestaca en Roca), pero fuera de España las tablestacas son mucho mas que una estructura temporal.
        Por otro lado, hay estructuras temporales que son casi igual de “grandes” que la definitiva, por ejemplo, el dique seco para construir las cimentaciones del puente SEO – HAE en Korea, que soportaban 19 mca.

        Un saludo,
        Andrea

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      • Hola Andrea,

        Ya estuve viendo el trabajo q desarrollas con las tablestacas, y me pareció muy interesante, porque como tu comentas, aquí en España no se les ve a como algo final. Si conocía su aplicación en dársenas de puertos, pero claro, me planteo que en una dársena, la parte de la tablestaca que está en la carrera de la marea, tiene un desgaste brutal por la corrosión, cosa q con el hormigón se puede “solventar fácilmente”, pero como se tiene en cuenta este factor para una tablestaca?? Lleva algún tipo de tratamiento o se les protege con un ánodo de sacrificio??

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      • Eso de que se puede solventar facilmente con el hormigón… si te vas a la EHE, a clases de exposición, los recubrimientos minimos y la relación agua cemento necesarias en una clase III-c (carrera de marea y salpicadura) son mucho mayores que en una II-b (edificio normal), y nadie se plantea que eso sea un problema.
        Cómo se solventa en el caso de las tablestacas, pues normalmente sólo se considera sección de sacrificio. Es decir, poner mas acero del necesario (un perfil mas “ancho”, o con mas inercia), para garantizar que al final de la vida útil de la estructura, la sección tendra las características necesarias y suficientes para resistir las condiciones de servicio, las accidentales, etc.
        Una cosa que debes tener en cuenta es que el punto donde normalmente se registran los momentos flectores máximos, y por tanto la sección crítica de cálculo, no suele estar en la zona de carrera de marea, sino en la zone de immersión permanente o enterrado. Por lo tanto, en el punto crítico la corrosión es mucho menor.
        Existen métodos de protección, y se utilizan, protección catódica, pintar, etc, pero normalmente, solo se recurre a ellos en casos especiales.
        En el caso de que te preguntes cómo se modeliza esta corrosión, esta regulado en el EC-3 parte 5 (que no está traducida al castellano, ni incluida en la EAE).

        Un saludo

        Andrea

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