MUROS DE SOTANO

1. DEFINICION

Los muros de sótano son elementos constructivos cuya principal misión es servir de contención, generalmente de un terreno natural o de un relleno artificial. En las situaciones anteriores el muro trabaja fundamentalmente a flexión, siendo la compresión vertical debida a su peso propio generalmente despreciable.

En ocasiones los muros de sótano desempeñan la función de cimiento, al transmitir las presiones o cargas suministradas por los pilares o por los forjados que se apoyan en la coronación del muro.

Estos muros suelen estar compuestos por paneles macizos prefabricados o por los denominados muros dobles (elementos compuestos por dos láminas de hormigón prefabricadas unidas mediante armaduras en celosía conteniendo el acero necesario para las solicitaciones requeridas, realizando únicamente el hormigonado "in situ" del alma sin necesidad de encofrado ni armadura adicional).

2. GRAFICO

3. ACCIONES

3.1 EMPUJE

La presión del terreno sobre un muro está fuertemente condicionada por la deformabilidad del muro, entendiendo por tal no sólo la deformación que el muro experimenta como pieza de hormigón, sino también la que produce en el muro la deformación del terreno de cimentación.

En la interacción entre el muro y el terreno sobre el que cimenta puede ocurrir que las deformaciones sean prácticamente nulas, diciéndose que la masa de suelo se encuentra en estado de reposo y se está en el caso de empuje al reposo.

Algunos muros de gravedad y de sótano pueden encontrarse en ese caso.

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Si el muro se desplaza, permitiendo la expansión lateral del suelo, se produce un fallo por corte del suelo, y la cuña de rotura avanza hacia el muro y desciende. El empuje se reduce desde el valor del empuje al reposo hasta el denominado valor de empuje activo, que es el mínimo valor posible del empuje (figura 10 a).

Por el contrario, si se aplican fuerzas al muro de forma que éste empuje al relleno, el fallo se produce mediante una cuña mucho más amplia, que experimenta un ascenso. Este valor recibe el nombre de empuje pasivo y es el mayor valor que puede alcanzar el empuje. Por tanto, el empuje al reposo es de valor intermedio entre el empuje activo y el empuje pasivo (figura 10 b).

3.2 EMPUJE AL REPOSO

Este valor del empuje puede producirse cuando la deformabilidad del muro es extremadamente pequeña.

El valor de λ de la expresión [10] es difícil de evaluar, pero en arenas suele variar entre 0,4 y 0,6. En terrenos granulares suele estimarse mediante la expresión λ = 1 – sen ϕ. En terrenos cohesivos alcanza valores entre 0,5 y 0,75.

Para el caso en que no haya carga sobre el relleno, el diagrama triangular de presiones se sustituye por uno rectangular de valor dos tercios de la presión máxima de empuje activo, pero calculado con λ = 1 – sen ϕ. Si existe carga sobre el terreno, se opera de manera análoga.

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En la práctica, la situación de empuje al reposo difícilmente se alcanza, incluso en muros de gran rigidez, pues en la mayoría de los casos el relleno del trasdós se compacta de una manera moderada.

3.3 EMPUJE ACTIVO

Existen diversas teorías para la determinación del empuje activo, entre las que destacan las debidas a Coulomb y Rankine. En ambas teorías se establecen diversas hipótesis simplificativas del problema, que conducen a cierto grado de error, pero producen valores de empuje que entran dentro de los márgenes de seguridad.

En el estado actual de conocimientos se pueden calcular los empujes del terreno con razonable precisión en el caso de suelo granulares. Para otros tipos de suelo la precisión es poco satisfactoria.

4. ESQUEMAS GENERALES DE ARMADO

Armado en el sentido vertical:

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Puede determinarse que los momentos negativos (tracciones en el trasdós) corresponden al valor de M’ (cargas verticales más empuje en la hipótesis de apoyo simple) o de M’’ (empuje sin cargas verticales con empotramiento en la base).

Los esquemas de armado se representan en la figura:

5. TIPOLOGIA

El tipo más elemental está esquematizado en la figura de abajo. Aparte del peso propio, recibe como única carga vertical la reacción de apoyo del forjado de techo.

Dentro de la tipología general, el caso más frecuente es que sobre el muro apoyen pilares que transmiten cargas de las plantas superiores, pudiendo existir además varios sótanos, tal y como se indica en la siguiente figura.

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Dependiendo de que el terreno contenido sea o no de propiedad ajena y de la relación entre empujes y cargas verticales, el cimiento va o no centrado respecto al muro.

La ejecución de este tipo de muros puede ser con encofrados o mediante el procedimiento de muros pantalla.

6. JUNTAS ENTRE MUROS

Juntas de estanqueidad: En el proceso de hormigonado es necesario prever los siguientes tipos de juntas que deben ser estancas:

JUNTAS HORIZONTALES

La junta muro – zapata (horizontal): Debe hacerse a costa superior de la unión zapata muro. Realmente se trata de una junta muro.

La junta muro – muro: Debe evitarse, si es posible, hormigonado el muro una sola vez.

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JUNTAS VERTICALES

Las juntas de hormigonado verticales deben suprimirse haciéndolas coincidir con las juntas de retracción. Estas juntas si el muro esta armado al menos con cuantía mínima, deben estar a una distancia no superior a 12 metros. Si el muro no lleva armadura las juntas de retracción distaran entre sí, como máximo 6 metros.

En el caso de hacer juntas de hormigonado se realizaran de modo análogo a las de retracción.

La juntas de dilatación coincidirán con las del resto de la estructuras.

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7. CALCULO DE MUROS DE SOTANO

La figura representa un muro de sótano que recibe simultáneamente cargas verticales y cargas horizontales. Las cargas verticales generalmente son transmitidas por pilares de la estructura y también por algún forjado, mientras que las cargas horizontales son producidas por el empuje de tierras.

Este tipo de muros no trabaja como una ménsula, al estar enlazados al forjado de la planta baja.

11.1 CALCULO DEL EMPUJE

Al estar impedido el corrimiento del muro en coronación y cimiento, su deformabilidad es muy reducida y nos encontramos en un caso de empuje al reposo.

Suponemos que el muro se encofra a dos caras y una vez construidos tanto el muro como el forjado, se procede a la ejecución del relleno con material granular.

Para el caso de relleno granular de densidad g kN/m3 y sobrecarga q kN/m2 sobre el relleno, la distribución de presiones se indica en la figura 36. Con una precisión aceptable, se sustituye

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la ley de presiones trapecial por una distribución rectangular para el caso de un sótano y birrectangular para el caso de dos sótanos.

El valor del coeficiente al reposo en suelos no sobre consolidados viene dado por:

Donde ϕ es el ángulo de rozamiento interno del relleno.

11.2 ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO

El esquema de funcionamiento de los muros de sótano es diferente al de los muros de contención. Si se considera el caso del muro de la figura 37, frente a las acciones del terreno Er, la carga de la estructura sobre el muro N, el peso propio del alzado Nm, el peso propio del cimiento Nc y el peso del terreno, soleras y pavimento que gravitan sobre el cimiento Nt, el equilibrio del muro se consigue mediante la fuerza que ejerce el forjado sobre el muro T1, mediante el rozamiento del suelo de cimentación sobre la base del cimiento T2 y mediante una tensión uniforme st repartida bajo el cimiento. Todos los esfuerzos se consideran por metro lineal de muro.

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Expresando las condiciones de equilibrio respecto a los ejes x, y, y el punto O, situado en el punto medio de la base del cimiento, con fuerzas y excentricidades consideradas positivas en los sentidos positivos de los ejes, y llamando ∑N a la suma de las acciones verticales que actúan sobre el muro, se tiene:

Siempre que:

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el valor de T1 corresponderá a apoyo del muro sobre el forjado. En caso contrario, el muro se ancla en el forjado. Esto ocurriría si no se movilizase el empuje Er.

Para que el muro no deslice,

Donde Csd es el coeficiente de seguridad al deslizamiento y m el coeficiente de rozamiento entre el cimiento y el terreno. Normalmente se toma Csd=1,5.

11.3 CALCULO DEL MURO EN SENTIDO VERTICAL

Adoptamos las designaciones y ejes señalados en la figura y un muro genérico que abarca la solución de zapata centrada (figura 38 b) y la de zapata excéntrica (figura 38 c).

De acuerdo con la expresión [58] la resultante del empuje al reposo la suponemos situada a la mitad de la altura H (figura 38). Designamos como T y –T las reacciones al nivel del forjado y fondo del cimiento, que equilibran el momento e×∑N, donde ∑N representa la suma de todas las cargas verticales que actúan sobre el muro y de su excentricidad. Llamamos R a las reacciones al nivel del forjado y fondo del cimiento que equilibran el empuje al reposo E r. Los dos conjuntos de reacciones, T y R, se separan porque responden a acciones que no son simultáneas necesariamente.

Planteando las ecuaciones de equilibrio respecto a los ejes x, y, y el punto O, situado en el punto medio de la base del cimiento, por metro lineal de muro se tiene:

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Se pueden establecer tres hipótesis:

1) No se produce empuje y las cargas verticales alcanzan su valor máximo ∑N.

En este caso R = 0.

La reacción en el fondo del cimiento vale debiéndose verificar

de donde se establece el valor de e:

2) Se produce empuje, pero las cargas verticales alcanzan su valor mínimo ∑Nmin.

Habitualmente esta situación corresponde con ausencia de sobrecargas en la estructura, o a una etapa de construcción.

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3) Se produce empuje y las cargas verticales alcanzan su valor máximo ∑Nmax.

Análogamente a la hipótesis anterior,

Estudiando las tres hipótesis se puede establecer una situación pésima, que se resume así:

Se produce presión sobre el terreno bajo la acción de las máximas cargas verticales, con independencia de que actúe o no el empuje del terreno.

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A nivel del forjado, la máxima tracción se produce si no actúa el empuje y las cargas verticales alcanzan su valor máximo.

A nivel del forjado, la máxima compresión (si existe) se produce para el caso de empuje del terreno y mínima carga vertical.

A nivel del cimiento, la máxima reacción se produce cuando actúa el empuje y la máxima carga vertical, estableciéndose

En cuanto a los esfuerzos, también es necesario comprobar tres hipótesis diferentes:

1. Actúa solo el peso propio a nivel de muro (es decir, peso propio, rellenos y carga

permanente del forjado) y el empuje de tierras. Esta situación se da durante la construcción. El relleno del trasdós no debe realizarse hasta que no se termine la construcción del forjado. En la figura 39 se indican los diagramas de flexión simple y flexión compuesta y los diagramas finales de momentos flectores y esfuerzos axiles. En esta hipótesis se puede calcular el muro a flexión simple, despreciando las cargas verticales. En cualquier caso, es prudente cubrir la ley de momentos flectores correspondiente a la situación de muro apoyado en la coronación y empotrado en el cimiento.

2. Actúan el empuje de tierras y las cargas verticales máximas.

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Los diagramas correspondientes se indican en la figura 40.

3. Actúan sólo las cargas verticales máximas. El diagrama de momentos flectores y esfuerzo axil se recoge en la figura 41.

11.4 CALCULO DEL MURO EN SENTIDO LONGITUDINAL

En dirección longitudinal, el muro se comporta como una viga de cimentación. Para su cálculo puede seguirse el método simplificado de Calavera:

Se considera el muro como un cuerpo rígido sometido a las cargas de los pilares y forjados en su coronación, y a su peso propio.

Se halla la resultante de todas las cargas ∑N y la excentricidad total e. Con e y ∑N se obtiene la distribución lineal de presiones, variando de un valor

máximo s1 a uno mínimo s2. Conocidas las acciones y reacciones sobre la viga, se calculan los momentos flectores

y los esfuerzos cortantes. Aunque en sentido estricto el muro suele ser una viga pared y debería por tanto ser

calculado de acuerdo con ello, en general las armaduras mínimas de retracción y

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temperatura son importantes y reducen la armadura necesaria para resistir los momentos flectores resultantes.

8. BIBLIOGRAFIA

http://www.andece.org/index.php/tipos-cerramientos/muros-de-sotano http://www.uclm.es/area/ing_rural/trans_const/muros.pdf http://dspace.unav.es/dspace/bitstream/10171/16315/1/RE_Vol%2004_12.pdf

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