Análisis comparativo del cálculo de muros pantalla en el diseño de sótanos de edficios

Abstract

La importancia actual de las estructuras de contención en ámbito predominantemente urbano ha llevado al ingeniero a desarrollar diferentes métodos de cálculo que intentan tener en cuenta el comportamiento real de los suelos. La gran cantidad de variables que intervienen en el problema hace que sea francamente difícil predecir con cierta precisión cómo va a actuar una estructura de contención y el terreno cercano. En la presente tesina se presentan los dos grandes modelos numéricos existentes en la actualidad para el cálculo de muros pantalla en estado de servicio: los modelos de muelles basados en la teoría de Winkler y los modelos de elementos finitos. Se tomarán los programas comerciales que, probablemente, sean más utilizados en España: PLAXIS (modelo de elementos finitos) y RIDO y CYPE (modelos de la teoría de Winkler). Se realiza en primer lugar una presentación de ambos métodos a nivel teórico para facilitar la posterior comprensión de los resultados obtenidos con los modelos y el porqué de sus peculiaridades y diferencias. En dicha explicación se incluyen las ecuaciones que gobiernan el problema tenso-deformacional del suelo y cómo cada método trabaja con ellas; en el caso de los elementos finitos se abarca además la teoría de los modelos constitutivos utilizados. En segundo lugar, se presentan todos aquellos parámetros que definen los modelos utilizados para someter los diferentes softwares a estudio. Posteriormente, se ha llevado a cabo en el documento una exhaustiva comparación de ambos procedimientos de trabajo entre ellos y también con un caso real. El autor de la tesina ha estado presente durante la construcción de un edificio industrial en el término municipal de Hospitalet de Llobregat (provincia de Barcelona) que disponía de un muro pantalla arriostrado construido por bataches como estructura de contención de tierras (arenas básicamente) para los dos niveles de sótanos que presenta; durante dicha construcción se ha realizado un seguimiento y un posterior informe de los movimientos que la pantalla registraba en los momentos significativos de la excavación del solar. La comparación entre ambos métodos de análisis se ha realizado tomando como punto de partida las tensiones registradas en los elementos de arriostramiento, los momentos flectores y leyes de empujes registradas en la pantalla y que son calculadas por unos y otros programas. Por otro lado, la comparativa entre las dos metodologías y el caso real se efectúa tan solo en desplazamientos ya que es la única variable que se ha monitorizado en la obra de referencia. Se debe considerar que el problema en cuestión viene determinado por el comportamiento plástico del suelo de modo que la variable más decisiva a la hora de dictaminar los desplazamientos de la pantalla es el ángulo de fricción interno. En consecuencia, se propone en base a los resultados obtenidos a pie de obra, una estima de dicho ángulo así como del ángulo de rozamiento entre el hormigón de la pantalla y el suelo para este caso en concreto. La metodología utilizada para ello es, definir en primera instancia una función objetivo basada en las diferencias entre movimientos medidos y calculados y, en segunda instancia, llevar a cabo una serie de iteraciones manuales con el fin de obtener un mapa de isolíneas con el que podamos observar el mínimo de dicha función objetivo. Para finalizar, se proponen, basándose en el estudio realizado, una serie de conclusiones que pretenden, en un primer lugar, establecer un registro de ventajas y desventajas que presentan ambas tipologías de cálculo y, en segundo lugar, establecer pros y contras de dos programas comerciales basados en los modelos de muelles.