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Prediseño de muros pantalla, un primer paso imprescindible.

En su día José Antonio Agudelo me pidió que colaborara en este fantástico blog suyo ESTRUCTURANDO. Aunque la petición me encantó, tuve que negarme, ya que estaba bastante liado en ese momento, y el poco tiempo que disponía lo dedicaba a hacer artículos en mi blog GEOJUANJO. De esto hace unos años (como pasa el tiempo!!!), ahora la cosa ha cambiado bastante, GEOJUANJO lo tengo muy abandonado (pido perdón a mis seguidores) y estoy muy centrado en desarrollar y comercializar un producto de cimentación muy innovador el PILOEDRE.

Y gracias a PILOEDRE, aquí estoy! A ESTRUCTURANDO le está gustando mi invento y nos está apoyando, de forma, a veces, hasta sonrojante. El caso es que nos hemos empezado a querer y prueba de este amor sobrevenido es este artículo que puede que sea uno de muchos.

prediseño muro pantalla

¿De que puede escribir este ingeniero en un blog como ESTRUCTURANDO?, pues como hace mucho tiempo que acabó la carrera, ya casi no se acuerda de la mayoría de cosas que le enseñaron, sólo queda un cierto poso mezclado ( o contaminado, según algunos) con 25 años de experiencia haciendo, diseñando y reparando obras de cimentaciones especiales. Pues de eso hablaré, de experiencias. En este artículo expongo mis criterios para el prediseño de los muros pantalla.

La sistemática que os presentaré la he desarrollado en base a mi experiencia de años diseñando y verificando muros pantalla, por esa razón, aunque la metodología es más o menos estandart, pondera las fases y los aspectos a considerar, en función de las problemáticas que he ido viviendo a lo largo de mi trayectoria profesional.

Por poner un ejemplo, personalmente nunca he visto romper una pantalla por falta de armadura pero si he visto muchos problemas asociados al agua, inevitablemente eso influye, y mucho, en la metodología que expondré. ¡Vamos allá!

La sistemática de diseño de un muro pantalla suele, o debería, estar basada en las siguientes fases.

  1. Prediseño.
  2. Verificaciones geotécnicas.
  3. Cálculo estructural del elemento.
  4. Verificaciones interacción muro-entorno.
  5. Transmisión de información a obra.

De estas fases considero la primera (prediseño) y la última (transmisión de información a obra) como las más importantes, de hecho, a diferencia de no pocos diseñadores, la que considero menos importante es la del cálculo estructural del elemento. Si la anterior afirmación os parece inadecuada o impertinente, aquí os dejo otras:

  • Los tres aspectos fundamentales a considerar en todo diseño de muro pantalla son: el agua, el agua y el agua.
  • Herramientas como el Plaxis no son adecuadas para el dimensionado estructural de los muros pantalla.
  • El diseño estructural de un muro pantalla no es lo más importante en el diseño de la contención, de hecho un muro de canto 60 cm con 50/40 kg/m2 (con agua/sin agua) de acero, con armadura simétrica y una distancia media entre apoyos de 3/4 metros (con agua/sin agua) aguanta el 90% de las posibles obras de contención.
  • La ejecución es inmensamente más importante que el diseño.

Pero no nos apartemos del tema.

La fase de PREDISEÑO tiene como función, mediante reglas sencillas y muy genéricas, llegar a un diseño de muro pantalla que en las siguientes fases será depurado hasta alcanzar el grado de definición necesario y suficiente para que pueda realizarse la obra.

Los pasos a seguir son 4:

  1. Determinar el empotramiento
  2. Determinar el número de apoyos y el espesor del muro pantalla.
  3. Determinar los esfuerzos sobre los apoyos.
  4. Determinar el proceso constructivo

PASO 1: DETERMINAR EL EMPOTRAMIENTO

Debe ser mayor que las siguientes longitudes:

  • 3 metros
  • 1/3 de la altura de excavación total.
  • 2 veces la altura de excavación en muros autoportantes.
  • 3/2 veces la diferencia entre el nivel piezométrico en el trasdós del muro, previa a la excavación y la máxima cota de excavación.
  • 2 metros más tantos metros de muro como el resultado de dividir la sobrecarga representativa (*) en el trasdós del muro por 4Tn/m2.

(*) suelo utilizar el parámetro de 1 Tn/m2 por cada planta de edificio en medianera, bajándolo a medida que se separa el edificio.

A modo de ejemplo, en el caso 1 el empotramiento sería de 3,6 metros y en el caso 2 de 5 metros.

pantallas

PASO 2: DETERMINAR NÚMERO DE APOYOS Y ESPESOR DEL MURO

Considero el parámetro de la altura de excavación efectiva entendiendo éste como la altura de excavación real, por debajo de la cota de aplicación de cargas generadoras de empuje, más una excavación ficticia que valora la existencia de sobrecargas que puedan generar empuje sobre el muro pantalla.

La excavación ficticia tendrá el valor de un metro por cada 2 T/m2 de sobrecarga en el trasdós. Si la sobrecarga está alejada del trasdós, este valor se afectará por un coeficiente que variará linealmente entre 1 y 0,5 en función de la distancia del inicio de la sobrecarga al muro pantalla, teniendo un valor de 1 para una sobrecarga en todo el trasdós del muro pantalla y 0,5 para una sobrecarga situada a 0,75 la altura de excavación, para distancia mayor el valor será nulo.

En función de la altura de excavación efectiva se relacionan los parámetros siguientes:

  • Interdistancia efectiva máxima: Es la distancia máxima existente entre apoyos, considerando tanto los apoyos en fase de servicio como en fase constructiva. Considero que el empotramiento es un apoyo situado a 1,00 metro bajo la cota definitiva de excavación en caso de no presencia de nivel freático sobre la cota de excavación y 2 en caso de presencia. Así mismo considero que la interdistancia efectiva en la primera fase de excavación realizada en voladizo es 1,5 veces la excavación efectiva en voladizo.
  • Canto del muro pantalla: Considero los cantos comerciales 45, 60, 80 y 100 cm. soy consciente de la existencia de cantos superiores en el mercado (120 y 150 cm.), pero no los considero en esta fase.

Estos parámetros los relaciono en las siguientes gráficas, os adjunto dos gráficas, una sin presencia de nivel freático por encima de la cota definitiva de excavación y otra con presencia de nivel freático.

pantalla sin nivel freático

pantalla con nivel freático

El procedimiento se basa en lo siguiente:

  1. Determinar la altura efectiva de excavación.
  2. Analizar la contención en fase de explotación, determinando la máxima interdistancia. Con esa máxima interdistancia obtendremos un canto recomendado para la fase de explotación.
  3. Tantear diferentes combinaciones de cantos e interdistacias en fase constructiva contemplando diferentes escenarios de construcción y considerando que los cantos tanteados serán igual o mayor al determinado en el paso anterior. Debe valorarse que cada interdistancia considerada implicará la utilización de una u otra gráfica en función de si el nivel freático está o no entre los apoyos considerados.

Las dudas que se os pueden ocurrir durante la aplicación de este paso serán muchas, pero no olvidemos que el objeto de este paso es únicamente obtener unos valores de canto e interdistancia entre apoyos que puedan ser un buen inicio del proceso de diseño, por lo que pequeños errores de interpretación únicamente deberían implicar que las siguientes fases se alargarían algo más, así mismo, no olvidad que cuando uno duda es que la cosa no está muy clara, por lo que vale la pena reflexionar sobre ese punto.

Os muestro dos ejemplos:

EJEMPLO 1:

Muro pantalla típico de edificación contra medianera, realizándose tres niveles de sótano para aparcamiento. El edificio vecino tiene 6-7 alturas. Existe nivel freático a unos 7 metros de profundidad.

pantallas con niveles

  • Altura efectiva de excavación de 12 metros (9+3).
  • Máxima interdistancia en fase de explotación de 3 metros, considerando que el nivel inferior está bajo nivel freático utilizo la gráfica que considera la presencia de nivel freático y veo que hasta una interdistancia de 4 metros es factible utilizar un espesor de 45 cm.
  • En fase constructiva considero que lo más problemático será la fase inicial en voladizo y el tramo bajo nivel freático. En la fase inicial, utilizando la gráfica sin presencia de nivel freático, determino que la máxima interdistancia admisible para un canto de 45 es de 6m, por lo que como máximo en la primera fase podré bajar la excavación un metro. Así mismo en el tramo final, si tengo la limitación de 6 metros, implica que el último apoyo (anclaje o puntal) los deberé colocar como máximo 4 metros sobre la cota máxima de excavación. Por lo tanto entre el primer nivel de apoyo y el último quedarán unos 5,5 metros, muy cerca de los 6 metros de límite.

Lo anterior me lleva a que un prediseño adecuado estaría entre una pantalla de espesor 45 cm con tres niveles de apoyo o una de 60cm con 2 niveles de apoyo. Personalmente optaría por la de canto 60 cm.

EJEMPLO 2:

Muro pantalla para estación de ferrocarriles enterrada en entorno urbano realizada con la técnica del cut&cover. No existe nivel freático y hay una distancia entre los edificios y la estación de unos 5 metros.

pantallas con niveles 2

  • Altura efectiva de excavación de 23 metros (19+4).
  • Máxima interdistancia en fase de explotación de 8 metros, considerando la no existencia de nivel freático utilizo la correspondiente gráfica y llego a un espesor de 100 cm, cabe decir que está bastante cerca del rango de 80 cm.
  • En fase constructiva podría valorar varias disposiciones, de hecho se podría valorar la colocación de un único apoyo, además de la cubierta superior, pero entonces tendríamos interdistancias del orden de 11-12 metros, las cuales están dentro del rango del espesor 1,00 metro, pero al límite. Con dos apoyos, además de la cubierta superior obtendremos interdistancias del orden de 8 metros, coherentes con el espesor de 1,00 metros

Lo anterior me lleva a un prediseño de pantalla de espesor 100 cm. con tres niveles de apoyo, uno correspondiente a la losa superior y los otros a unas cotas aproximadas de -7,00 y -15,00.

PASO 3: DETERMINAR EL ESFUERZO SOBRE APOYOS

En la determinación de este esfuerzo, el parámetro fundamental es el de anchura de banda de contribución de cada apoyo, este parámetro pretende aproximar la banda de terreno que cargará sobre dicho apoyo en la fase en que esté sometido a la carga mayor. La anchura a considerar será la mayor distancia a los apoyos vecinos, En el caso de  primer y último nivel de apoyo se considerará la distancia entre este nivel y la cota superior o cota final de excavación respectivamente.

Para cada apoyo consideraré una acción resultado de sumar los siguientes dos parámetros:

Parámetro asociado al agua: Resultado de multiplicar la profundidad del apoyo por la columna de agua en dicho punto por la anchura de banda de contribución por (2/3).
Parámetro asociado el terreno: Resultado de multiplicar la profundidad por la altura de excavación efectiva por la anchura de banda de contribución.

Normalmente será preciso realizar un análisis para la fase de construcción y otro para la fase definitiva, determinando de esta forma las acciones sobre los distintos apoyos, sean éstos provisionales o definitivos.

Ahora lo que toca es determinar el proceso constructivo

PASO 4: DETERMINACIÓN DEL PROCESO CONSTRUCTIVO

Este paso el fundamental y su objetivo es definir el proceso constructivo inherente al prediseño anterior. El resultado de este paso ha de ser una proyección del proceso constructivo a seguir hasta la construcción definitiva, describiendo adecuadamente cada paso constructivo.

En esta definición deberá tenerse en cuenta aquellos aspectos que constructivamente son importantes, destaco los siguientes en base a que los considero los más problemáticos, entendiendo como problemáticos, el hecho que una mala o nula definición ha provocado conflicto en obras en las que he participado.

  • Las cotas de excavación deben de definirse, teniendo en cuenta que para la realización de un anclaje es adecuado definir una plataforma entre 0,5  y  1,5 metros por debajo de la cota de anclaje definitiva. En el caso de apuntalamientos lo anterior es válido salvo cuando se trabaja con apuntalamientos de celosía donde normalmente la plataforma de excavación debe definirse como mínimo de 1 metro bajo la cota de apoyo de los puntales.
  • Los anclajes no pueden entrar en carga hasta que haya pasado un mínimo de 7 días, siendo aconsejable dejar pasar 10 días.
  • Los anclajes pueden anularse indistintamente bajo forjado o sobre forjado, esto no pasa con los puntales, los cuales, si tienen un tamaño apreciable (longitud mayor 5 metros), la dificultad de desmontaje bajo forjado aumenta exponencialmente con la longitud del puntal, por lo que una decisión en estos términos tendrá muchas consecuencias operativas y económicas.
  • El momento de anulación de los elementos provisionales debe de definirse, ya que implicará la entrada en carga de los elementos permanentes.
  • En el caso de decidirse adelantar la excavación, dejando bermas contra la pantalla, éstas deben definirse geométricamente.

Una vez finalizado este paso ya tendremos un prediseño de muro pantalla , como os he comentado, creo que es un buen punto para pasar a las siguientes fases de diseño.

Gracias por vuestro tiempo.


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Juan Jose Rosas Alaguero

Dos hijos, una mujer, una familia, algún amigo, 20 años de profesión, independiente, curioso, pragmático y profesional. Ingeniero de Caminos, consultor geotécnico enfocado a la interacción de las estructuras con el terreno. Colaborador invitado de Estructurando.net

12 Responses to Prediseño de muros pantalla, un primer paso imprescindible.

  1. Santiago dice:

    SInceramente y con todo el respeto del mundo tanto al blog como a Juan José, no estoy de acuerdo con muchas de las “reglas” de diseño o prediseño propuestas en el artículo. Cada caso es un mundo y, bajo mi humilde punto de vista, no se puede generalizar de esa forma. Por ejemplo, se me ocurren, a bote pronto, las siguientes cuestiones:
    1.- ¿Se propone el mismo empotramiento en arenas que en arcillas?
    2.- ¿Da igual para el diseño la profundidad de un posible estrato impermeable? Ignorara el sifonamiento puede ser peligroso.
    3.- ¿No influyen en el diseño la magnitud de las deformaciones del trasdós del muro?
    4.- ¿Porque Plaxis no vale para prediseñar o diseñar? ¿No se puede llegar a estas mismas conclusiones bajo criterios más técnicos?

    En el diseño geotécnico moderno me parece mucho más importante la interacción terreno-estructura, que incluya el empotramiento como elemento de estabilización y cimentación, que reglas de prediseño que pueden simplificar demasiado el problema. Este tema es tan complejo que da para mucho más que un post, pero simplificarlo de esta forma, me parece más que nada, arriesgado.
    En fin, no coincido con el enfoque del post pero por supuesto, todo el respeto a Juan José.
    Un saludo.

    • Juanjo Rosas dice:

      Santiago, tal vez no he sabido expresarme adecuadamente. Lo expuesto en el artículo es un prediseño, aspectos más concretos se deben tratar en la siguiente fase, que es la de verificaciones geotécnicas y es aquí donde se matizarán empotramientos, se verificarán interacciones con estructuras o se analizará el comportamiento hidrogeológico de la pantalla y su zona de influencia entre otras verificaciones. Esta siguiente fase implicará uno o varios rediseños dimensionales, los cuales pueden ser tanto a la baja como a la alta.
      La idea del presdiseño no es otra que partir de un diseño razonable para iniciar, desde un punto adecuado, el proceso iterativo que debe ser un muro pantalla, .
      Un saludo y gracias por tu comentario.

    • jorge dice:

      Te aseguro que en la mayoria de los muros cumpliendo con estas longitudes de empotramiento el sifonamiento no será problema. De manera que no estará mal calcular los gradientes para obtener unos empotramientos generalmente mas cortos. Digamos que el predisediseño co siste en cun cañonazo…..ya afinaremos despues.

  2. Andrea dice:

    Buenos días,
    Yo no tengo, ni de lejos, el conocimiento que te proporcionan 25 años de experiencia Juan José, pero me resulta curioso que en todo este post sobre el prediseño de muros pantalla de hormigón no se haga ninguna referencia al terreno.
    Estoy de acuerdo con que el agua es uno de los parámetros más importantes, y que en muchas ocasiones los no habituales del cálculo de estructuras de retención no le dan la importancia que tiene, pero creo que entre tener una arena decente, roca en la que cimentar o un desastre de limos orgánicos hay mucha diferencia.
    Por otro lado, lo que tu pones al final del prediseño, normalmente yo lo considero al principio, el proceso constructivo. En mi opinion tiene mucha influencia en que siruación se instale la pantalla, el número de anclajes y su posición, asi como las diferentes excavaciones, que la situación final.
    Por ultimo, hago la misma reflexión que siempre al ver un post en el que muro pantalla se iguala a pantalla de hormigón: y las tablestacas que?

    • Juanjo Rosas dice:

      Andrea, insisto en que lo que expone este artículo son mis criterios de prediseño y mi metodología de diseño de muros pantalla, no es ni más ni menos que esto. Como tal, seguro que está sesgada por mis vivencias técnicas, y, en cierto modo, de eso se trata.
      Respecto al terreno, te comento lo mismo que a Santiago, en la siguiente fase se tendrá en cuenta y mucho.
      Respecto a las tablestacas, indicarte que los criterios de diseño son muy similares, si hubiera diseñado muchas tablestacas con una perfilería concreta, entiendo que habría desarrollado algo parecido a lo que presento pero en vez de espesores pondría tipos de perfiles en función de su capacidad a flexión, tal vez con alguna modificación para introducir la pérdida de sección en función de la vida útil.
      Gracias por el comentario Andrea.

      • Andrea dice:

        Siempre es un placer leerte. Incluso aunque no sea en GeoJuanjo
        Un saludo!

      • Diego Zambrano dice:

        Pienso en mi humilde observación, que este artículo cumple con claridad en lo que propone, es un CRITERIO de prediseño con una metodología de diseño de muros de pantalla. Es básico y orienta de una forma sencilla como entrar en los siguientes análisis. Siempre es bienvenido el aporte técnico que genera la experiencia; esto enriquece el área en cuestión.

    • Veo muy interesante las reglas dadas de Prediseño, pues para empezar es adecuado, algo hay que suponer, y analizando los resultados de un primer cálculo con los datos del terreno, fases constructivas y cargas, veremos lo que conviene modificar, desde las dimensiones de la pantallas, los puntales o anclajes, o las fases constructivas, pero no cabe duda que un predimensionado sensato, como entiendo que proporcionan estas reglas, nos permitirá obetner ese primer resultado y tomas las decisiones oportunas a cada caso particular, pues nadie acierta a la primera. Y sin olvidar que no hay una solución única, desde el momento que debemos decidir el proceso constructivo.

  3. Juan dice:

    Pienso que las recomendaciones de Juanjo dan las directrices básicas. Ni me atrevo a pensar que alguien se atreverá a calcular un muro pantalla habiéndose leído los post de GeoJuanjo.

    Respecto al uso del software, yo predimensiono con Cype, y compruebo estabilidad con Plaxis. Por otro lado calculo las armaduras. Cada programa tiene sus carencias y sus virtudes, en el sitio donde trabajo es común encontrarse arcillas con humedades de 250% y densidades aparentes de 1.4 t/m3, Todo eso en capas de 20-30 m. Hay que aprovechar las carencias y ventajas de todos los software.

    Por otro lado, el desarrollo del sistema constructivo es el punto de vista más importante para mí. Un replanteo adecuado de las zonas de anclajes o de arriostramientos puede ahorrar mucho dinero.

    No creo que Juanjo pretenda dar un curso, sino compartir sus conocimientos con la gente que nos dedicamos a lo mismo que él.

    • Yo suelo verificar la estabilidad en el listado de comprobación de muros pantalla de CYPE viendo los coeficientes de las relaciones empujes pasivos movilizable/movilizado y momentos producidos por los empujes pasivos/activos. Además, en las fases que no hay anclajes y puntales puedo comprobar de forma aproximada (con Bishop simplificado) el círculo de deslizamiento.

  4. Juanjo Rosas dice:

    Gracias Carlos por tus comentarios, me quedo con tu frase “no hay solución única”, así es, el problema es uno pero las soluciones muchas y cuantas más soluciones analices mejor conocerás el problema.

    Gracias Juan, me quedo con los de tus arcillas con humedades de 250%, espero que la gente entienda que un primer prediseño no está pensado para abarcar casos extremos, aunque los hay, seguro que Juan, cuando empieza uno de sus diseños, su punto de predimensionado inicial es diferente que el mio.

    Un saludo

  5. Esteban dice:

    Hola, me gustaría saber qué aconsejan ustedes sobre la conexión entre un muro pantalla y una losa de cimentación, mejor un apoyo que un empotramiento?

    Muchas gracias, un saludo.

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