Influencia de la cohesión sobre los movimientos de un muro de pantalla y su profundidad de empotramiento = Influence of cohesion on diaphragm walls displacements and its embedded deep

(1)Influence of Cohesion on Diaphragm Walls Displacements and its Embedded Deep. Influencia de la Cohesión sobre los Movimientos de un Muro Pantalla y su Profundidad de Empotramiento. Autora SANHUEZA, C.. Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Construcción Civil email: csanhueza@uc.cl. 126 ]. Fecha de recepción. 07/04/2009. Fecha de aceptación. 26/05/2009. Revista de la Construcción Volumen 8 No 1 - 2009.

(2) Resumen. Este artículo presenta un estudio teórico sobre la influencia que tiene la fuerza de la cohesión en el diseño de la profundidad de empotramiento de un muro pantalla y los movimientos que esta estructura podría experimentar. Para el análisis, se han seleccionado dos modelos de cálculo aplicables a un caso en estudio con condiciones geológicas y geotécnicas propias de un suelo granular de Madrid. Los modelos de cálculo. empleado han sido: el método de reacción del terreno basado en el espacio de Winkler; y el método de elementos finitos. Ambos métodos han sido llevados a cabo por medio de dos programas computacionales: RIDO y PLAXIS. Por otro lado, para definir la estabilidad propia de la pantalla, se han tomado en consideración las recomendaciones efectuadas en el Código Técnico de la Edificación española.. Palabras clave: muro pantalla, modelos de cálculo, movimientos.. Abstract. This paper presents a theoretical study of the influence of soil cohesion on the design of the embedded deep of diaphragm walls and the displacements developed by these structures. Two theoretical models have been selected for this purpose, with geological and geotechnical conditions representative of a typical granular soil of Madrid. The. calculation models used are the method of soil reaction based on a model of Winkler’s space; and the finite element method. Both methods have been tested with the commercial software RIDO and PLAXIS. In addition, the stability of the diaphragm walls was taken into account as stated in the Spanish Technical Specifications for Construction.. Key words: diaphragm walls, calculation models, displacements.. páginas: 126 - 133. ]. Sanhueza, C.. [. Revista de la Construcción Volumen 8 No 1 - 2009. [ 127.

(3) 1. Introducción Un muro pantalla es una estructura que tiene por objeto contener los empujes horizontales del terreno en las inmediaciones de una excavación vertical, sirviendo al mismo tiempo como parte de la construcción definitiva, además de cumplir alguna función de impermeabilización en caso de obras con influencia del nivel freático. Estas estructuras trabajan fundamentalmente a flexión y resisten los empujes del terreno, deformándose. Su estabilidad viene dada, principalmente, por la profundidad de empotramiento en el terreno que se encuentra bajo el fondo de excavación. Sin embargo, en algunas circunstancias puede ser necesario el empleo de elementos de apoyo para garantizar la estabilidad, o bien, para reducir los movimientos horizontales y/o verticales del terreno del trasdós, tales como: anclajes, puntales y losas, entre otros. De acuerdo a lo anteriormente expuesto y según las recomendaciones del Código Técnico de la Edificación española, es conveniente emplear un sistema de apoyo cuando la excavación supera los 3 ó 4 metros de profundidad, o bien, cuando existen estructuras en las inmediaciones que puedan verse afectadas por ella. Dentro de los empujes que debe resistir la pantalla se encuentra la fuerza de la cohesión, la cual puede considerarse de utilidad ya que reduce el empuje activo. Sin embargo, se debe tener presente que al no tener exacta claridad de cómo esta fuerza actúa, pudiese ser que para efectos prácticos no se considere en el cálculo y diseño del muro pantalla. Para analizar la influencia que tiene la cohesión sobre la profundidad de empotramiento y los movimientos de la pantalla, se ha efectuado el cálculo de un caso basado tanto en un modelo de elastoplasticidad como en un modelo de elementos finitos, empleando para ello los programas computacionales RIDO y PLAXIS, respectivamente. En este último programa, el comportamiento del suelo ha sido simulado usando el modelo de Hardening Soil.. 2. Estabilidad de la pantalla De acuerdo a Rodríguez Ortiz (1982), las principales verificaciones que se deben hacer en una pantalla son las siguientes:. 128 ]. Revista de la Construcción Volumen 8 No 1 - 2009. ]. Sanhueza, C.. • Estabilidad de la pantalla frente a los empujes del terreno. Esto implica un equilibro entre las cargas previstas en los sistemas de soporte y el empuje pasivo de la zona empotrada respecto del empuje activo en el trasdós de la pantalla con un adecuado factor de seguridad. • Estabilidad del conjunto frente a una rotura general del terreno. Para lo cual se emplea un esquema de rotura similar al empleado en el cálculo de taludes. • Estabilidad de los elementos del sistema de soporte. Involucra el estudio de puntales, anclajes u otros sistemas de apoyo con un factor de seguridad sobre la máxima carga de trabajo prevista. • Estabilidad del fondo de la excavación. Estudio de la seguridad frente al sifonamiento y al levantamiento de fondo, especialmente en suelos blandos. En cuanto a la estabilidad propia de la pantalla calculada por medio de métodos basados en el modelo elastoplástico, el Código Técnico de la Edificación española recomienda verificar que el cociente entre el empuje pasivo total y el movilizado sea superior a 1,5. Dicho de otra manera, significa que el empuje pasivo movilizado debe ser inferior al 66% en situaciones permanentes o transitorias. Para el cálculo por métodos de elementos finitos, dicho Código recomienda verificar que el factor de seguridad obtenido sea al menos de 1,5 en situaciones permanentes o transitorias.. 3. Caso de estudio En el presente estudio se ha desarrollado un caso de un muro pantalla de 7,10 metros de profundidad (Figura 1), construido en un terreno homogéneo de espesor indefinido, seco y con baja cohesión, cuyos parámetros geotécnicos, referidos a un material granular con menos de un 25% de finos, se resumen en la Tabla 1. En este caso se ha ejecutado una excavación de 5 metros de profundidad, para lo cual ha sido necesario considerar un nivel de apoyo ubicado a 0,50 m de la cabeza de la pantalla. Los datos, tanto de la pantalla como del apoyo, se muestran en la Tabla 2. Es importante mencionar que la profundidad de empotramiento de 2,10 m ha sido obtenida, previamente, a partir de cálculos basados en teorías de equilibrio límite.. [. páginas: 126 - 133.

(4) De esta manera, para analizar la influencia de la cohesión en la profundidad de empotramiento de la pantalla y sus movimientos, se han realizado los cálculos en los cuales se ha ido variando el valor de la cohesión dentro de un rango comprendido entre. 5 y 10 KPa. A partir de ello, se ha efectuado una comparación entre los movimientos horizontales de la pantalla obtenidos para la profundidad de empotramiento definida anteriormente, la cual asegura un determinado nivel de estabilidad.. Figura 1 Ley de empujes simplificada para el caso en estudio. Tabla 1 Parámetros geotécnicos Material granular (< 25%F). Parámetros Densidad natural. 20 KN/m3. Ángulo de fricción. 35º. Cohesión. Variable: 5 a 10 KPa. Tabla 2 Características estructurales Característica. Valor. Longitud pantalla. 7,10 m. Espesor pantalla. 0,80 m. Módulo de deformación del hormigón. 30.000 MPa. Constante de balasto horizontal. 150.000 KPa/m. Rigidez a flexión de la pantalla (EI). 1,28 x 106 KN m2/m. Módulo de deformación en carga. 60.000 KN/m2. Rigidez a compresión del apoyo (EA). 2,4 x 107 KN m2/m. Módulo de deformación en descarga. 120.000 KN/m2. Longitud equivalente del apoyo. 1m. Coeficiente de Poisson. 0,3. Coeficiente de empuje horizontal en reposo. 0,426. páginas: 126 - 133. ]. Sanhueza, C.. [. Revista de la Construcción Volumen 8 No 1 - 2009. [ 129.

(5) 4. Influencia de la cohesión en la profundidad de empotramiento. Gráfico 1 Relación entre la profundidad de empotramiento y porcentaje de empuje pasivo movilizado para diferentes valores de la cohesión. En el Gráfico 1 se puede observar la relación que existe entre la profundidad de empotramiento para una excavación de 5 metros y el porcentaje de empuje pasivo movilizado, para diferentes valores de la cohesión dentro del rango considerado para un material granular con menos de 25% de finos (5 a 10 KPa). En el Gráfico 2 se observa la relación entre la profundidad de empotramiento y el factor de seguridad obtenido en el cálculo por elementos finitos. En el Gráfico 3 se han resumido los resultados obtenidos a partir de cada uno de los modelos de cálculo empleados, para lo cual se han considerado solo los valores límites de la cohesión en el rango definido anteriormente, es decir, para c = 5 KPa y c = 10 KPa. Se puede observar en todos los casos de cohesión considerada, que a mayor profundidad de empotramiento la pantalla es más estable, produciéndose un aumento del factor de seguridad (programa PLAXIS) o una disminución del porcentaje de empuje pasivo movilizado (programa RIDO), lo cual es absolutamente lógico desde el punto de vista teórico.. Gráfico 2 Relación entre la profundidad de empotramiento y factor de seguridad obtenido para diferentes valores de la cohesión. En el Gráfico 3 se puede observar un área en el cual, independiente del modelo de cálculo empleado y con variaciones de cohesión entre 5 y 10 KPa, se obtiene como resultado una pantalla estable con un nivel de apoyo. Para alcanzar el mismo grado de estabilidad de la pantalla (FS > 1,50 en PLAXIS o %Epmov < 66% en RIDO), a medida que aumenta el valor de la cohesión disminuye la profundidad de empotramiento de la pantalla. Esto puede apreciarse claramente en el Gráfico 4, en el cual se observa la influencia de la cohesión del terreno sobre la profundidad de empotramiento.. Gráfico 3 Relación entre la profundidad de empotramiento y la estabilidad de la pantalla para diferentes valores de la cohesión. En el gráfico anterior se ha incluido, además de los valores de la cohesión dentro de un rango entre 5 y 10 KPa, la profundidad de empotramiento necesaria para el caso de un suelo granular con menos de un 25% de finos en que no exista cohesión. De este modo, se puede representar la cota superior del valor de la profundidad de empotramiento en el caso más desfavorable, es decir, cuando no se cuenta con el efecto de la cohesión.. 130 ] Revista de la Construcción o Volumen 8 N 1 - 2009. ]. Sanhueza, C.. [. páginas: 126 - 133.

(6) Finalmente, se puede concluir que la profundidad de empotramiento para este caso en estudio que cumpla con el mínimo factor de seguridad, varía entre 0,55 y 1,53 metros, mientras que, para que cumpla con el máximo empuje pasivo movilizado, esta debe variar entre 0,75 y 2,10 metros. De acuerdo a esto, se puede concluir que el programa PLAXIS proporciona menores profundidades de empotramiento que el programa RIDO. Por otra parte, de acuerdo a lo indicado en la introducción del presente estudio para una pantalla de 2,1 metros de profundidad de empotramiento, a mayor valor de la cohesión mayor factor de seguridad y menor empuje pasivo movilizado. El FS se encuentra en un rango comprendido entre 1,53 y 2,27, mientras que el porcentaje de empuje pasivo movilizado, entre 29,5% y 40,8%, para valores de cohesión entre 5 y 10 KPa, tal como muestra el Gráfico 5. Gráfico 4 Influencia de la cohesión sobre la profundidad de empotramiento de la pantalla. 5. Influencia de la cohesión sobre los movimientos de la pantalla Aunque no es frecuente evaluar movimientos para comprobar posibles daños en edificios cercanos, sí es una práctica habitual el disponer de sistemas que los minimicen, como es el empleo de anclajes o puntales, de modo tal de trabajar con adecuados márgenes de seguridad. En la actualidad se emplean algunos sistemas de instrumentación y auscultación, con el objeto de seguir los movimientos producidos por las obras en el terreno y en las edificaciones del entorno, lo cual permite controlar el comportamiento de los muros pantalla y los elementos estructurales. Algunos autores recomiendan limitar dichos movimientos con el objeto de reducir los posibles daños a las estructuras colindantes. Estos valores se recogen en la Tabla 3 (Oteo et al., 2003): Por otra parte, Clough y O’Rourke (1990) proponen determinados valores admisibles en función de la altura H de excavación, tanto para las flechas horizontales de la pantalla como para los asientos máximos en superficie: δH < 0,20% H Flecha horizontal (AH) Asiento máximo en superficie (AV) δV < 0,15% H De acuerdo a lo anteriormente expuesto, para una excavación de 5 metros de profundidad, la flecha horizontal según Clough y O’Rourke no debe superar los 10 mm, mientras que el movimiento horizontal según Oteo et al., para una distancia máxima entre apoyos de 4,50 m, puesto que el puntal se encuentra a 0,50 m con respecto a la cabeza de la pantalla, no debe superar los 9 cm.. Gráfico 5 Influencia de la cohesión sobre la estabilidad de la pantalla. Tabla 3 Recomendaciones para estimar asientos en el trasdós de la pantalla. Tipo de suelo. Movimiento horizontal / H (%). Asiento / H (%). Arcilla blanda. 2,5 – 3,5. ~ 2,0. Arena floja y grava. 1,5 – 2,0. ~ 0,5 – 1,0. Arcilla rígida. 1,0 – 1,5. 0,10 – 0,20. H: Máxima distancia entre apoyos. páginas: 126 - 133. ]. Sanhueza, C.. [. Revista de la Construcción Volumen 8 No 1 - 2009. [ 131.

(7) La situación anterior se comprueba para diferentes valores de la cohesión dentro del rango considerado (5 a 10 KPa). Por otra parte, se analiza la influencia de la cohesión en los desplazamientos horizontales de la pantalla cuando esta tiene una profundidad total de 7,10 m.. Gráfico 6 Influencia de la cohesión en los desplazamientos horizontales de la pantalla calculada por el modelo elastoplástico. En los Gráficos 6 y 7 se observa que para cualquier valor de la cohesión, incluso en el caso en que esta no sea considerada, los movimientos horizontales de la pantalla son totalmente admisibles de acuerdo a lo expuesto en párrafos anteriores. En el modelo de elementos finitos, se puede constatar que para cualquier valor de la cohesión dentro del rango de 5 a 10 KPa, los desplazamientos son muy semejantes en toda la profundidad de la pantalla. En el modelo elastoplástico se observa que el desplazamiento es el mismo a la profundidad de 0,50 m, la cual corresponde al punto de ubicación del apoyo.. Gráfico 7 Influencia de la cohesión en los desplazamientos horizontales de la pantalla calculada por el modelo de elementos finitos. Finalmente, se puede observar que a medida que aumenta el valor de la cohesión, los desplazamientos horizontales de la pantalla disminuyen. De este modo, los máximos movimientos de la pantalla según el modelo de elementos finitos, se encuentran en un rango comprendido, aproximadamente, entre 0,76 y 1,09 mm, los cuales siempre están ubicados a la misma profundidad (7,10 m). Mientras que, por el modelo elastoplástico, los movimientos horizontales de la pantalla varían entre 0,18 y 0,4 mm, ubicados siempre a una profundidad de 4,50 m. En el Gráfico 8 se han resumido los desplazamientos horizontales de la pantalla obtenidos por ambos programas de cálculo, considerando los valores límites de la cohesión en el rango definido para un suelo granular que tiene menos de un 25% de finos, esto es, para c = 5 KPa y c = 10 KPa.. Gráfico 8 Influencia de la cohesión en los desplazamientos horizontales de la pantalla. Se puede concluir que los desplazamientos horizontales proporcionados por el modelo de elementos finitos son, aproximadamente, 3 veces superiores que los obtenidos a partir del cálculo elastoplástico del programa RIDO.. 132 ]. Revista de la Construcción Volumen 8 No 1 - 2009. ]. Sanhueza, C.. [. páginas: 126 - 133.

(8) 6. Conclusiones En el presente estudio se ha analizado la influencia que tiene la cohesión, por una parte, sobre la profundidad de empotramiento de la pantalla y, por otra parte, sobre los desplazamientos que ella experimenta.. Con respecto a los movimientos horizontales de la pantalla, se puede deducir que independiente del modelo de cálculo considerado y para cualquier valor de la cohesión, incluso en el caso en que esta no sea considerada, son totalmente admisibles de acuerdo a lo expuesto en párrafos anteriores.. De este modo, se puede concluir en primer lugar, que para alcanzar el mismo grado de estabilidad de la pantalla, a medida que aumenta el valor de la cohesión disminuye la profundidad de empotramiento de la pantalla. Independiente del valor de la cohesión, a mayor profundidad de empotramiento la pantalla es más estable, lo que conlleva a un mayor factor de seguridad o un menor porcentaje de empuje pasivo movilizado.. Se puede observar que a medida que aumenta el valor de la cohesión, los desplazamientos horizontales de la pantalla disminuyen. De este modo, los máximos movimientos de la pantalla según el modelo de elementos finitos, se encuentran en un rango comprendido, aproximadamente, entre 0,76 y 1,09 mm, los cuales siempre están ubicados a la misma profundidad (7,10 m). Mientras que, por el modelo elastoplástico, los movimientos horizontales de la pantalla varían entre 0,18 y 0,4 mm, ubicados siempre a una profundidad de 4,50 m.. Por otra parte, se puede definir un área en la cual, independiente del modelo de cálculo empleado y con variaciones de cohesión entre 5 y 10 KPa, se obtiene como resultado una pantalla estable con un nivel de apoyo.. Por último, los desplazamientos horizontales proporcionados por el modelo de elementos finitos son, aproximadamente, 3 veces superiores que los obtenidos a partir del cálculo elastoplástico del programa RIDO.. De acuerdo al caso presentado, se puede concluir que el programa PLAXIS proporciona menores profundidades de empotramiento que el programa RIDO.. En términos generales, se puede concluir que la cohesión ejerce una importante influencia, siendo mayor sobre los movimientos horizontales de la pantalla que sobre la profundidad de empotramiento.. Referencias bibliográficas. técnica AETESS. Muros Pantalla en el Ámbito Urbano, 37 pp.. 1.. CLOUGH, G. W. / TH. D. O’ROURKE (1990) “Construction induced movements on in situ walls. En design and Performance of Earth Retaining Structures”. Ed. Lambe y Hansen. ASCE, G.S.P. Nº 25, pp. 439 a 470.. 2.. CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN (2003) “Seguridad estructural – Cimentaciones”. Documento básico SE-C. Ministerio de Fomento.. 3.. GARCÍA DE LA OLIVA, J. L. (2002) “Criterios del Código Técnico de la Edificación”. 2ª Jornada. páginas: 126 - 133. ]. 4.. OTEO, C. / RODRÍGUEZ ORTÍZ, J. / MENDAÑA, F. (2003) “Sobre los sistemas y parámetros geotécnicos de diseño en la ampliación del metro de Madrid”. Revista de Obras Públicas Nº 3.429, pp 49 - 67.. 5.. RODRÍGUEZ ORTIZ, J. (1982) “Curso aplicado de cimentaciones”. Ed. Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid, 235 pp.. 6.. RODRÍGUEZ ORTIZ, J. (2002) “Algunos temas de interés en el diseño de muros pantalla”. 2ª Jornada técnica AETESS. Muros Pantalla en el Ámbito Urbano, pp. 15 a 17.. Sanhueza, C.. [. Revista de la Construcción Volumen 8 No 1 - 2009. [ 133.

(9)

Nuevo documento

Al modelo simulado, aplicarle las estrategias de control Skyhook, Groundhook e Hı́brido, variando la ganancia de cada estrategia de forma heurı́stica para identificar la relación entre

Además, los alumnos pueden anticipar cómo se desarrollaran algunas actividades como por ejemplo la lectura de un texto, ya que la maestra suele seguir casi siempre las mismas pautas en

3.4 JORNADA ELECTORAL Después de varios meses de campañas –del 19 de enero al 28 de junio- y de algunos cambios en las preferencias electorales ver gráfica 6, sobretodo entre los

PRESENTACIÓN DEL DESARROLLO DE LAS SESIONES -Recuerdo de aspectos importantes de la sesión anterior 10 minutos -Recuerdo de Objetivos y reglas 5 minutos -Elección conjunta de la

int CVICALLBACK SETPIDGAIN int panel, int control, int event, void *callbackData, int eventData1, int eventData2 { switch event { case EVENT_COMMIT: break; } return 0; }.. int

Aprendizaje de la Amistad El aprendizaje de la amistad es una intervención dirigida a promover cambios en sus pensamientos y conductas para hacer y mantener amigos, que se fundamenta en

Aprendizaje de la amistad El “aprendizaje de la amistad” es una intervención dirigida a promover cambios en los pensamientos y conductas de los niños para hacer y mantener amigos, que

El capítulo 4 se explica un caso experimental donde se describen los pasos para desarrollar una configuración y puesta en marcha de la metodología propuesta haciendo uso de un Kit

audiodescripción, traducción pedagógica, MCER Marco Común Europeo de Referencia, y por último, traducción audiovisual en clase de lenguas, centrándonos sobre todo en la

De esta forma: 1 se puede considerar al proceso de monitoreo como aquél en el cual se revisan las actividades para compararlas con respecto al plan de trabajo; 2 con respecto a los