Muros pantalla, empotramiento, la hidrogeología y Belén Esteban

El objeto de este artículo es exponer la importancia de valorar el funcionamiento hidrogeológico de un muro pantalla y su entorno para determinar el empotramiento necesario, con el objeto de conseguir un coeficiente de seguridad adecuado frente a sifonamiento.
Para los impacientes, abajo os dejo un "número gordo" que en lo que sigue del artículo cuestionaré.

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.
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