Muros Pantalla

Documentación gráfica y memoria de muro pantalla.

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Introducción:

  La carestía del suelo en las ciudades, las limitaciones urbanísticas de altura y volumen de edificación han determinado un gran incremento en la ejecución de sótanos.               En algunos casos, el aprovechamiento del subsuelo estaba muy limitado por las características pobres del terreno, la presencia de nivel freático alto o la proximidad de edificaciones a las que se podían causar daños. Cuando las circunstancias no eran demasiado desfavorables, se procedía a la excavación y, en algunos casos, a la construcción posterior de los muros de contención de las paredes de la excavación, y, en otros, a la ejecución de los muros por medio de socalzados. Sin embargo, desde hace unos 40 años, la técnica de "pantallas continuas de hormigón o muros pantalla", ha venido a resolver la mayor parte de los problemas, permitiendo la excavación en condiciones muy desfavorables.

    Los muros pantalla son muros de hormigón armado de sección rectangular, que presentan una continuidad funcional a lo largo de su traza y que se construyen en el terreno in situ desde la superficie del mismo, en forma de paneles discontinuos, antes de realizar la excavación del terreno. El equilibrio durante la ejecución de la zanja se mantiene bien por si misma o gracias al empleo de lodos bentoníticos, los cuales rellenan completamente la excavación.
    Además de su utilización para proteger excavaciones, las pantallas pueden ser empleadas para proporcionar barreras impermeables en la cimentación de presas, sobre todo de materiales sueltos. En estos casos, en su construcción se emplea un material impermeable y deformable, constituido básicamente por una mezcla de bentonita cemento u hormigón plástico.

 Ejecución de Muros Pantalla

1. Construcción del murete guía

    El murete guía es un muro que se realiza a ambos lados de la zanja, donde se construirá la pantalla. Suelen tener de dimensiones entre 70 y 100 cm de altura, y entre 30 y 50 cm de espesor.

    La idea esencial consiste en ejecutar una zanja profunda sin entibación de las paredes. Para ello, en primer lugar, se construye una zanja de poca profundidad en todo el perímetro de la excavación, cuyas dimensiones corresponden generalmente a unos 80 cm de profundidad y un ancho del orden del espesor de la pantalla más 50 cm. Conteniendo el terreno a ambos lados de la zanja se construyen los  muretes guía , con una separación entre ellos ligeramente superior al espesor teórico de la pantalla. Estos muros tienen como misión guiar la herramienta de perforación y, también, que el nivel del lodo dentro de la zanja se sitúe dentro de la altura de los muros guías, impidiendo la inestabilidad del terreno por culpa del chapoteo y oleaje que produce la cuchara de perforación al introducirse en la excavación.

2. Excavación de los paneles: (cuchara bivalva, trépano o hidrofresa)

-CUCHARA BIVALVA: Para la excavación de los paneles se emplean cucharas bivalvas, cuyo accionamiento de apertura y cierre es por medio de cables o hidráulicas; estas cucharas son muy pesadas (5 y 12 ton), de modo que el efecto plomada es el que garantiza la verticalidad de la excavación.

-TREPANO: También puede utilizarse el trépano, que se emplea en terrenos excesivamente duros, o en roca, que no pueden ser arrancados por la cuchara bivalva. Es un elemento metálico, generalmente cilíndrico, de entre 2 y 3 metros de altura, que pesa entre 5 y 10 toneladas, y que se deja caer desde una altura de 4 a 5 metros. Al caer, rompe el terreno del fondo de la zanja, que se extrae posteriormente con la cuchara bivalva. Tiene como inconveniente que produce vibraciones elevadas, esto convierte al trépano en un sistema de excavación prácticamente inviable en ciudades.

-HIDROFRESA: Otra herramienta para la excavación es la Hidrofresa, que es un elemento excavador con ruedas dentadas que giran en sentidos contrarios, arrancando el terreno. La elevada fricción que se produce en las ruedas dentadas, hace necesaria la refrigeración de las mismas, así como de la roca. Para ello, se emplea como líquido refrigerante los lodos bentoníticos, que se inyectan mediante un dispositivo de la propia máquina. Los propios lodos se mezclan con los detritus de la excavación, gracias

a lo cual se extraen del fondo de la zanja. Dado que los lodos bentoníticos se recirculan para permitir esta extracción, han de ser "reciclados", o limpiados, mediante la eliminación de los restos de terreno extraídos del fondo de la zanja.  La hidrofresa, a pesar de ser el mejor sistema, pues apenas produce vibraciones y es el más rápido, presenta el inconveniente de que son máquinas caras, por lo que se puede elevar el coste de la construcción de la pantalla. No obstante, si el terreno fuera excesivamente duro, se debería analizar la posibilidad de realizar la pantalla mediante otros métodos más económicos, como mediante pilotes.

    La excavación se realiza por entrepaños de longitud limitada, dependiendo de las herramientas de perforación y la posibilidad de aprovechar el efecto arco que se pudiera formar en las paredes de la excavación. Pudiéndose realizar paneles de una longitud de 2,60 a 4,20 m para los paneles primarios o de comienzo y de 5 a 7,20 m para los paneles sucesivos. Los espesores pueden variar entre 0,45 a 1,20 m como máximo.   A medida que se progresa en la excavación, se va añadiendo lodo bentonítico, manteniendo la precaución de que su nivel dentro del panel este siempre próximo a la superficie. El lodo bentonítico, es una mezcla de agua y bentonita, el cual suele tener una dosificación del 5% en peso de esta última, con una viscosidad mayor a 32 segundos en el cono de Marsh, un Ph entre 8,5 y 11 y densidades del orden de 1,03 a 1,10 t/m3.

3. Limpieza del fondo de excavación:

  

 Terminada la perforación, se procede a la limpieza del fondo de la excavación de todo aquel material sedimentado, por medio de aire insuflado. El objetivo de esta limpieza es comprobar la densidad del lodo y que el posible contenido de arena sea menor a un 3% con respecto al volumen del lodo, sino se procede a su reciclado hasta dejarlo bajo el 3% de arena. Un contenido de arena mayor produciría problemas en el proceso de hormigonado, dando como resultado bolsones de lodo o nidos.

4. Colocación de elementos junta o encofrados laterales:

    

 A continuación se introduce el elemento junta, en cada extremo del panel. Este elemento suele ser generalmente un tubo de diámetro igual o sensiblemente menor que el espesor del muro, o, un elemento prefabricado el cual queda en forma definitiva dentro del muro. 

   En ocasiones se dispone longitudinalmente, y a través de la junta, un elemento de goma de entre 30 y 40 centímetros de anchura. Cuando ha fraguado el hormigón, se retira la junta. Y al ejecutar el nuevo panel, el elemento de goma evita que puedan producirse filtraciones en la unión entre ambos paneles.

A pesar de que la colocación de este elemento de goma no es habitual, debería ser obligatorio.

5. Colocación de la armadura:

   

  Un vez introducidos estos tubos juntas, se procede a la colocación de la armadura y su posterior hormigonado.  La armadura  ha de estar previamente montada o armada.

Para su colocación, se eleva la armadura con una grúa, y se introduce en el panel. Ha de quedar colgada, por medio de un elemento metálico, del muerte guía. La armadura no puede apoyarse en el fondo de la zanja, dado que flectaría, y al entrar en contacto con las paredes de la excavación, perdería el recubrimiento de hormigón de los laterales de la misma, así como su misión estructural.

6. Hormigonado:

   El hormigonado se realiza con la técnica del hormigón sumergido. Para ello, se introduce dentro del panel un tubo "tremie" de un diámetro entre 15 a 30 cm y una longitud parcial de 1 a 4 m, ensamblados generalmente mediante un biselado que permite un atornillado y destornillado rápido. Se utilizarán áridos, cuyo tamaño máximo no supere los 32 mm. Los hormigones empleados están generalmente dosificados con un gran contenido de cemento 350 a 400 Kg/m3, con una docilidad entre 14 y 18 cm de asiento en el cono de Abrams y una relación agua cemento de 0,60 a 0,65. 

 7. Retirada de juntas o encofrados laterales:

   Cuando el hormigón haya endurecido lo suficiente como para mantener su forma, se procede al retiro de los tubos junta, que van dotados de un desencofrante. Este retiro se realiza tirando de ellos con la misma grúa de perforación o por medios de gatos hidráulicos, los cuales se apoyan en el muro guía. Una vez retirados los tubos, el hormigón del panel ya construido queda con sus extremos de forma semicircular. Enseguida se procede a la excavación del panel contiguo. Precisamente, la forma circular de la superficie del panel anterior facilita la excavación con las cucharas de tipo semicircular. Realizada la excavación del segundo panel, se coloca de nuevo el tubo en su extremo no contiguo al panel anterior, se introduce la armadura, se hormigona el panel y una vez endurecido el hormigón, se retira el tubo junta, y así sucesivamente. De este modo, quedan unas juntas semicirculares que tienen la ventaja de dar un mayor recorrido posible del agua de filtración.

8. Construcción de la viga de atado:

    Una vez completado el hormigonado de todos los paneles y el retiro de los elementos junta, se procede a la demolición de 20 cm en la parte superior del muro. De esta forma quedan al descubierto las armaduras del panel, las que se integran con los demás paneles por medio de una viga de amarre o viga de coronación que corre a lo largo de todo el muro pantalla.  Consiste en una viga de hormigón, que une la parte superior de todos los paneles.  La altura mínima de esta viga es de 40 cm y depende de la estabilidad del muro y del sistema de anclaje que se utilice, si corresponde su utilización, su ancho es igual al del muro ya realizado.

La viga de atado tiene dos misiones:

• Hacer que todos los paneles trabajen conjunta o solidariamente.
• Eliminar definitivamente el hormigón de la parte superior, que pudiera estar contaminado por los lodos bentoníticos, a pesar de todas las precauciones.

9. Excavación del recinto interior: 

     Una vez realizadas todas las operaciones previas, puede procederse a la excavación del recito (generalmente interior) del muro pantalla. Si se ha previsto ejecutar elementos de soporte (anclajes o puntales), se van colocando a medida que se realiza la excavación.

    Se procede a excavar en función de la proximidad de estructuras, de las características del suelo, la presencia y profundidad del nivel freático. Según esto, el proyecto recogerá las fases de excavación, pudiendo ser en una sola fase cuando el muro es en voladizo o realizarse en varias fases, con ayuda de una serie de anclajes en línea a diferentes alturas, en este caso, se puede alcanzar alturas de hasta 45 m.

10. Anclajes:

Dependiendo de la profundidad y de las solicitaciones que se le sometan al  muro se dispondrán anclajes cada x metros de altura, irán en todo el perímetro del muro y constan de cables tensores de acero o vigas metálicas.

    -Un muro sostenido por una hilera de anclajes permite una clava menor respecto del que trabaja como autoportante. La clava mínima con dos o más hileras de anclaje se encuentra entre 1,5 y 2 m., economizando metros de excavación. De este modo se reducen los costes de excavación, de materiales y de tiempo insumido.

    -El anclaje hace que varíe la distribución de esfuerzos en el muro, que pasa de trabajar a modo de ménsula a una viga continua. De esta manera disminuyen los esfuerzos, y ello permite adelgazar el espesor y el armado del muro.

    -Este sistema ofrece mayor seguridad en edificaciones contiguas pues elimina los movimientos habituales en muros de contención.

    -Mediante los anclajes se logra racionalizar y acortar los tiempos de construcción, ya que la excavación queda totalmente limpia.

    -Gran ventaja por la velocidad en la ejecución sobre todo en terrenos blandos, donde se alcanza hasta diez anclajes al día, con mayores rendimientos y menos jornadas de trabajo.

__ Las pantallas de pilotes o micropilotes son un tipo de pantalla,  estructura de contención flexible realizada mediante alineación de pilotes o micropilotes juntos o separados. Se emplean si la excavación de la zanja es difícil. Es decir:

• En terrenos duros: se emplean máquinas piloteras de terrenos en roca.
• En zonas medianeras en las que hacerlo de otra forma pueda suponer riesgos, o porque la anchura de la zanja es muy pequeña.

Tipos de pantallas de pilotes

Los tipos de pantallas de pilotes, según la disposición de los mismos, son:

• Pantallas de pilotes separados. Se han de emplear en terrenos cohesivos. El terreno se mantiene trabajando por efecto arco.

• Pantallas de pilotes tangentes. Se emplean si no hay problemas por el nivel freático.

  ● Pantallas de pilotes secantes. Se emplean cuando las filtraciones entre pilotes (tangentes o separados) pueden poner en riesgo la pantalla o los terrenos que sustenta.

 Otros tipos de pantallas  que podrían citarse:

-TABLESTACAS: 

Las tablestacas, tablaestacas o Pantallas de elementos prefabricados (sheet pile en inglés) son un tipo de pantalla, o estructura de contención flexible. Están formadas por elementos prefabricados. Estos elementos prefabricados suelen ser de acero, aunque también las hay de hormigón. No se deben confundir las tablestacas de hormigón, con las pantallas de paneles prefabricados de hormigón, que suelen ser de dimensiones mayores.

Los elementos prefabricados que componen las tablestacas se hincan en el terreno mediante vibración. Aunque es muy raro, en ocasiones también se introducen en el terreno por golpeo.

Tiene juntas entre sí, con dos misiones:

-Impermeabilizar el contorno, y evitar que se produzcan filtraciones.

-Guiar las tablestacas contiguas.

Dado que los elementos se colocan mediante hinca, han de tener unas dimensiones (entre ellas el espesor) lo suficientemente pequeñas para que se facilite la hinca. Pero también ha de tener una resistencia mínima. Es por esto por lo que, salvo raras excepciones, se emplea el acero.

Los pequeños espesores pueden dar lugar a que los paneles o planchas metálicas que conforman las tablestacas pandeen o flecten. Para evitarlo, se alabea la sección, dotándoles de una mayor inercia.  Secciones típicas son en Z o en U.

-PANTALLAS DE PANELES PREFABRICADOS: 

 Son un tipo de pantalla, o estructura de contención flexible. Como su propio nombre indica, están constituidas de elementos de hormigón prefabricados, con forma de paneles generalmente rectangulares.

Para su colocación, se ha de crear una zanja con unas dimensiones ligeramente superiores a las del panel prefabricado.

Posteriormente se introduce en la zanja el panel, y se vierte bentonita o cemento alrededor.

Este sistema constructivo de pantallas prácticamente no se usa en España, donde las estructuras de contención flexibles más empleadas son las tablestacas y los muros pantalla.

-MUROS HECHOS POR BATACHES: Los muros hechos por bataches, son también un tipo de pantalla, o estructura de contención flexible, que se emplea  habitualmente en ingenieria civil.  No suelen tener una altura o profundidad superior a 2 ó 3 metros, y un espesor entre 30 y 40 centímetros.

Ejemplo unidad de obra muros pantalla

Muro pantalla continuo de 0,45 m. de espesor, según NTE-CCP-7, en terreno granular, con 30 kg/m2 de cuantía de acero B 500 S y hormigón HA-30/P/20 de central, para profundidades menores de 12 m., excavación de zanjas con lodos tixotrópicos (bentonita); i/p.p. de transporte de equipo mecánico, encofrado y hormigonado de muro-guía armado, de 0,70x1x0,25 y demolición del mismo, coronación de pantalla, limpieza y doblado de armaduras.  Según EHE y CTE

Materiales empleados:

· Lodos bentoníticos

· Acero B500S para conformación de armaduras; Alambre de atado

· Cables de acero para tensores.

· Hormigón HA-30/P/20/IIa

· Madera o paneles metálicos para encofrado de muretes guía

 Maquinaria y medios auxiliares empleados: 

· Cuchara bivalva para excavación de zanjas, trépano o hidrofresa

· Bomba para lodos bentoníticos

· Grúa para introducción de armaduras

· Tubo tremie y tolva de llenado para hormigonar

· Retroexcavadora para vaciado de recinto interior

· Camión hormigonera

· Martillo hidráulico para saneado coronación de muro

· Maquina perforadora para realizar los anclajes del muro

CONCLUSIONES:

En comparación a los tradicionales muros en voladizo, el sistema de las pantallas contínuas ofrece las siguientes ventajas:
     - No son necesarias las entibaciones, puesto que son sustituidas por el efecto estabilizador de las paredes de la excavación que producen los lodos bentoníticos.
    - La ejecución es previa a la excavación y se efectúa desde la superficie del terreno, por módulos que se excavan y hormigonan de una sola vez en toda su profundidad.
    - La descompresión del terreno es mínima al no existir la necesidad de excavación y relleno del trasdós del muro, lo que conlleva a una disminución en la presión residual originada por un sismo, ya que este fenómeno es acusado preferentemente en rellenos, no importando su nivel de compactación.
    - El espesor de la pared es constante y relativamente pequeño cuando se utilizan anclajes: 45 cm para alturas entre 2 y 8 m y 60 cm para alturas de 10 m, lo que permite un mejor aprovechamiento del volumen del terreno.
    - Las pantallas se pueden construir en cualquier tipo de terreno, incluso si existe un nivel freático alto, evitando la necesidad de agotamiento.
    - No se requiere zapata de cimentación, sino que la estabilidad se consigue por medio de un adecuado empotramiento de la pantalla, hasta un nivel inferior al de la excavación.
    - Se pueden construir recintos circulares y muros inclinados. Este último caso seria impracticable con el sistema tradicional de muros en voladizo.
    - Los rendimientos de excavación son de aproximadamente 30 a 50 m2/día, en arenas ligeramente cementadas y para espesores de 45 cm. Para espesores mayores este rendimiento aumenta, debido a que aumenta el peso de la cuchara.
  
    Respecto a las desventajas de este sistema, se pueden mencionar entre las más importantes:
  
    - Posibles derrumbes de las paredes debido a estratos más blandos.

   - En terrenos muy duros o la presencia de obstáculos, se hace necesario el uso de trépano, con el consiguiente aumento de costo;

    - Las posibles desviaciones en la excavación provocadas por la tendencia de las cucharas a desviarse o por el encuentro de un estrato más blando.