Estimación de caudal de entrada en recinto apantallado

En este artículo muestro como estimar el caudal para controlar el nivel piezométrico en un recinto entre muros pantalla. Hablaré de casos “normales”, como he mencionado varias veces, hay casos “no normales” y no pocos, de hecho, gracias a ellos vive el autor de este blog.
Uno de los aspectos más relevantes en las excavaciones bajo el nivel freático en recintos apantallados, es el diseño del sistema de control del nivel piezométrico y para ello, el dato fundamental es conocer el caudal a desalojar.
Los objetivos habituales del sistema de control del nivel piezométrico son:

• Permitir la excavación en seco hasta la cota final de rebaje.
• Mantener las subpresiones de agua dentro de los límites admisibles para evitar efectos de flotabilidad. Habitualmente esta condición únicamente afecta a la fase constructiva.
• Generar una red de flujo compatible con las hipótesis de diseño de los muros pantalla.

Lo interesante es que, si hemos dimensionado el empotramiento del muro pantalla frente a sifonamiento, este dato nos saldrá casi regalado ( clica LEER MÁS, si te interesa).
En este punto os debo aconsejar que reviséis los siguientes artículos de GEOJUANJO referentes al dimensionado del empotramiento de los muros pantalla, el que quiera únicamente un número rápido del caudal, deberá visitar la primera referencia, ya que necesitaremos el gradiente (i).
 
Habemus empotramiento en muro pantalla
En muros pantalla, contra el sifonamiento, juntas bien hechas y empotramiento
El empotramiento de los muros pantalla, la hidrogeología y Belén Esteban
Henry Darcy estableció las bases del estudio cuantitativo del flujo del agua a través del terreno con su famosa ley de Darcy, ésta decía que la velocidad (V) del agua a través del terreno es proporcional al gradiente hidráulico (i) según un parámetro constante, la permeabilidad (K). Esta ley, aunque se formuló en el siglo IXX, a nuestros efectos, sigue siendo válida.
V = K*i

Considerando que el caudal (Q) es el resultado de multiplicar la velocidad del agua (V) por la sección (A) que atraviesa ésta, ya tenemos resuelto nuestro problema ya que, para nuestro objetivo, podemos considerar que la sección (A) es la superficie entre muros pantalla y el gradiente (i) es el gradiente de salida, el cual ya tenemos determinado( ver Habemus empotramiento en muro pantalla ). 
Q=A*K*i 
Profundizaré algo más, para ello os propongo el siguiente esquema, el cual, como mostraré más tarde, refleja razonablemente bien el funcionamiento hidráulico del sistema muro pantalla-nivel freático.

 
De hecho se trata de un esquema asimilable a un permeametro de carga constante, aparato obligado en los laboratorios de las escuelas que den un mínimo de geotecnia.
En la siguiente figura os represento una situación “normal” de flujo de agua para un muro pantalla.

Como podéis ver, la analogía es bastante clara.
Como era de prever en el esquema dado, si cerramos el grifo, la situación evolucionará hacia un estado de vasos comunicantes.

Lo anterior, en nuestro muro pantalla se dará en el momento que tengamos realizada la obra, o a un nivel de ejecución adecuado, y se proceda a parar el sistema de control del nivel piezométrico, en ese momento, las subpresiones bajo nuestra obra serán tales que la altura piezométrica será igual a la altura piezométrica en el exterior de nuestra obra.

Como al final de todo, el parámetro más incierto es la permeabilidad, os adjunto la siguiente figura, la cual refleja valores típicos de permeabilidad en m/día. Si la analizáis bien, veréis que para un mismo tipo de material, este parámetro puede variar en órdenes de magnitud.

Pongamos un ejemplo para acabar:
Dada una superficie entre muros pantalla de 1000 m2, donde el empotramiento se ha dimensionado para un gradiente hidráulico de salida de 0,4 y la permeabilidad del terreno es de 1 m/día. ¿Para que caudal debe dimensionarse el sistema de control de nivel piezométrico?
La respuesta es
1000*0,4*1= 400 m3/día
Gracias por vuestro tiempo
Juanjo