MUROS DE SÓTANO Son elementos constructivos cuya principal misión es servir de contención, generalmente de un terreno natural o de un relleno artificial trabajando fundamentalmente a flexión, siendo la compresión compresión vertical despreciable despreciable debido al peso propio . Sirve de enlace entre la superestructura y la cimentación, proporcionando a la cimentación una gran rigidez. En ocasiones desempeñan la función de cimiento, al transmitir las presiones o cargas suministradas su ministradas por los pilares o por los forjados que se apoyan en la coronación del muro.
FUNCIÓN DE LOS MUROS DE SÓTANO Las funciones más comunes que desempeñan los muros de sótano pueden ser: a) Retener el empuje horizontal que ejerce la masa de suelo sobre el muro. b) Transmitir las cargas provenientes de las plantas superiores si hubiere, o bien, de otras cargas existentes sobre el relleno más el peso propio del muro al cimiento.
DIFERENCIAS DE FUNCIONAMIENTO ENTRE MUROS DE SÓTANO Y MUROS DE CONTENCIÓN Los principios de funcionamiento de los muros de contención y los muros de sótano son diferentes; dado que, un muro de contención se comporta básicamente como un voladizo empotrado en el cimiento y, su fin primordial es el de retener un terreno o relleno (fig. 3a). Mientras que, un muro de sótano se comporta generalmente como una losa de uno o varios vanos, donde el tipo de apoyo depende de la clase de muro requerido de acuerdo al diseño.
. Donde:
N1 = Carga proveniente del apoyo muro-losa N2 = Carga del peso de la superestructura En la situación anterior, el cuerpo del muro trabaja esencialmente a flexión y la comprensión vertical debida a su peso propio es generalmente despreciable.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA EL DISEÑO DE MUROS SEGÚN ACI-318-2014 ESPESOR MÍNIMO Según el ACI en la tabla 11.3.1 el espesor del muro será de 19 cm.
REFUERZO MÍNIMO PARA MUROS CUANDO V u ≤ 0.5φVc Según el ACI en la tabla tabla 11.6.1 .
CUANDO V u ≤ 0.5φVc Según el ACI en la tabla tabla 11.6.2. Si hl/wl < 0.5 la cantidad de refuerzo vertical es igual a la cantidad de refuerzo horizontal. Si hl/wl ˃ 2.5 sólo se requiere una cantidad mínima de refuerzo vertical 0.0025sh .
Pl
debe
ser
al
menos
el
mayor
valor
entre
0.0025
y
ESPACIAMIENTOS DE REFUERZO LONGITUDINAL Muros construidos en obra debe ser el menor entre 3h(espesor) y 450mm. Cuando se requiere refuerzo para cortante para resistencia en el plano del muro, el espaciamiento del refuerzo longitudinal no debe exceder .
TRANSVERSAL
/
Muros construidos en sitio no debe exceder el menor de 3h(espesor) y 450mm. Cuando se requiere refuerzo a cortante para resistencia en el plano del muro, el espaciamiento del refuerzo transversal no debe ser mayor que .
/
CUANTÍAS DE ACERO Los recubrimientos vendrán dados por el ACI en la tabla 20.6.1.
ARMADURA VERTICAL • • •
0,0012 para barras corrugadas de diámetro no superior a 16 mm. 0,0015 para barras corrugadas de diámetro superior a 16 mm. 0,0012 para mallas soldadas.
ARMADURA HORIZONTAL • • •
0,0020 para barras corrugadas de diámetro no superior a 16 mm. 0,0025 para barras corrugadas de diámetro superior a 16 mm. 0,0020 para mallas electrosoldadas.
RECUBRIMIENTO DE CONCRETO PARA EL REFUERZO Según el ACI en la tabla tabla 20.6.1.3.2.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA EL DISEÑO DE MUROS SEGÚN NEC 2015 (HORMIGÓN ARMADO) CUANTÍAS DE ACERO La cuantía de refuerzo para muros estructurales de hormigón es tal que, tanto en el eje longitudinal ρv, como en el eje transversal ρn:
Espaciamiento máximo entre refuerzos: 250 mm. El refuerzo requerido por fuerzas cortantes se debe distribuir uniformemente. Se debe usar al menos doble malla de refuerzo en cualquier muro estructural de hormigón de más de 150 mm de espesor
TIPOLOGÍA DE MUROS DE SÓTANO Existen dos tipos elementales de muros de sótano, de un nivel y de varios niveles. Para estructuras de pequeña magnitud se construye generalmente sólo un nivel de sótano, donde aparte del peso propio, recibe como única carga vertical la reacción del apoyo muro-losa (fig.1).
El caso más frecuente es que sobre el muro se apoyen pilares que le transmiten cargas de las plantas superiores, pudiendo existir ademas varios sótanos. (Fig. 2)
Las variaciones que puede tener cualquiera de los tipos de sótanos dependen de que el terreno contenido sea o no de propiedad ajena y, de la relación entre empujes y cargas verticales, para determinar si es posible que el cimiento vaya centrado respecto al muro.
ACCIONES EN LOS MUROS DE SOTANO Las acciones que se deben considerar en el proyecto de un muro de sótano son:
[2] Acciones Por Su Naturaleza -A cc iones Direc tas .- son aquellas que se aplican directamente sobre la estructura. En este grupo se incluyen, el peso propio de la estructura, las restantes cargas permanentes, las sobrecargas de uso. -A cc iones Indir ectas son aquellas deformaciones o aceleraciones impuestas capaces de dar lugar, de un modo indirecto a fuerzas. En este grupo se incluyen los efectos debidos a la temperatura, asientos de la cimentación, acciones reológicas, acciones sísmicas, empujes de suelo, empujes estáticos y dinámicos.
TIPOS DE MUROS DE CONCRETO REFORZADO UTILIZADOS EN SÓTANOS Muro Empotrado-Apoyado Este tipo de muro va apoyado en extremo superior sobre las vigas, por medio de juntas especiales entre el muro y la viga
Figura 24. Muro de sótano empotrado apoyado
Muro doblemente empotrado (muro en dos apoyos) Un muro doblemente empotrado se diseña como parte de la superestructura, es decir, empotrado en las vigas y en su propio cimiento (fig. 25). Además, puede estar apoyado en las columnas del edificio, en este caso funciona como una losa en dos direcciones de cuatro apoyos. Sin embargo, cabe recordar que la carga a soportar será uniformemente variada y no uniformemente distribuida como en una losa común.
Figura 25. Muro doblemente empotrado
CASO DE DOS SOTANOS El método es idéntico, aunque el problema, al ser hiperestático, requiere un cálculo algo más laborioso.
•
Los diagramas de momentos flectores y el de esfuerzos axiales se indican en la figura d) y e).
•
Caben las mismas hipótesis que en el caso de un solo sótano y, análogamente, para el dimensionamiento en flexión compuesta, conviene optimizar la suma de armaduras de las dos caras. De nuevo aquí conviene considerar también la hipótesis de muro empotrado en la zapata.
De nuevo aquí conviene considerar también la hipótesis de muro empotrado en la zapata, con las consideraciones que allí se hicieron.
CASO DE EXISTENCIA DE CARGAS SOBRE EL TERRENO CARGA UNIFORMEMENTE REPARTIDA El peso de la cuña MNC, a profundidad H, incluida la sobrecarga correspondiente aplicamos el método de COULOMB y se expresa en:
CARGA EN BANDA PARALELA A LA CORONACION Según la la grafica, para el caso de trasdós vertical (es la cara del muro en contacto con el material contenido) y superficie de terreno horizontal, llamemos: pq presión horizontal en el punto A carga en la banda, por unidad de superficie
La presión real contra un muro rígido es doble de la obtenida por la aplicación de la teoría de la elasticidad.
Cargas puntuales o concentradas en áreas reducidas (zapatas). En este caso la distribución de presiones no sólo es variable con la altura sino también a lo largo del muro. El empuje equivalente es, λa N, siendo N la resultante de la carga sobre el terreno y dicho empuje equivalente se reparte en un ancho b + x
TIPOS DE 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
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). TEORÍA DE RANKINE. La teoría de Rankine para el cálculo de empujes en terrenos granulares se basa en las hipótesis que el terreno presenta superficie libre plana y está en el llamado estado Rankine, en el cual presenta dos series de superficies planas de rotura, formando ángulos de 45 ± Ǿ/ 2 con la horizontal.
CARGAS ESTÁTICAS El estudio de la presión ejercida en un terreno a una profundidad H, es de suma importancia para el diseño de muros de sótano, ya que, prescindir de dichos estudios o analizarlos a la ligera, podría repercutir en el desempeño adecuado de tales elementos, provocando así posiblemente hasta la falla de la estructura total.
Coeficiente estático Para un estrato:
Suelos cohesivos
= 11 +
Suelos friccionantes
= ∗ (45° 2)
Ec. 3.1.1
En el caso de tener dos estratos se determina el coeficiente estático con la siguiente fórmula:
′ = 1∅ ∗ {2 ∗ + 2( ∗ℎ ) ∗∅ ∗∅ [ 4 ∗ ∅] + 4+ ( ∗ℎ) ∗ ∅ + 8( ∗ ℎ)∗ ∗∅ ∗ ∅} 1 √ = ∗ + √ Para el segundo estrato se lo determina con la siguiente ecuación:
Donde:
Ø= Ángulo de fricción interna del suelo
= Ángulo de inclinación del terraplén
ɣ = Peso
específico del suelo
h= Altura del estrato
Presión del suelo
Vertical
Una molécula de suelo con peso unitario γ, sedimentada debido a procesos
geológicos y situada a una profundidad h, tenderá a deformarse verticalmente por efecto de las cargas provenientes de los estaros superiores y posiblemente otras cargas externas. El esfuerzo vertical a cualquier profundidad h es:
ℎ
Donde: = Sobre carga del talud
= Peso específico del suelo = Altura del muro
Horizontal
= ∗ℎ ∗
Si se supone que la capa donde está la molécula es indefinida, entonces ésta no podrá dilatarse horizontalmente porque el suelo de la capa en estudio la mantendrá confinada bajo el mismo régimen de compresión. La tendencia impedida de la molécula que debe dilatarse, originará una f uerza de compresión horizontal uniforme en todas las direcciones del plano (fig.8). A esto se le conoce como presión lateral en reposo definida en la siguiente ecuación:
= ∗ +
Donde: = Coeficiente estático
= Presión del poro de agua =
∗ ℎ
El empuje resultante es igual al área de la aplicación de la carga horizontal, en los terrenos compuestos por estratos de diversas características se determina el empuje total obteniendo la resultante de los empujes parciales correspondientes a cada uno de los estratos. La línea de acción del empuje resultante activo es: Z
Donde:
= ∑ ∗
= Empuje resultante
CARGAS DINÁMICAS Coeficiente de empuje dinámico
ó = ó ó ℎ = ℎ ó
ℎ = =
Donde:
Aceleración horizontal de la masa de suelo en unidades de gravedad de acuerdo con el tipo de sismo que se esté analizando y, con el mapa de microzonificación sísmica. Aceleración vertical de la masa de suelo en unidades de gravedad, en caso de no poseer registros de acelerogramas el valor es de 0.
Donde:
′ = − ∗ 1 ℎ
′
= Coeficiente de empuje dinámico
Coeficiente Pseudoestático del suelo
′ ∅ + = ′ ′ ′ 1 + ∅+ ∅ ′ + Ka = Coeficiente Pseudoestático ∅ = Ángulo defriccióninternaEstudio desuelos β = Ángulo queformaelmuroensu parte posteriorconsuhorizontal α = Ángulo deinclinacióndel terraplen δ = Ángulo defricciónsuelo muro δ = 0° δ= ∅ δ = ∅ Donde:
, Depende del Angulo de rozamiento interno del suelo, el contenido de humedad y la rugosidad del muro. Para caso de terrenos desfavorables,
En caso de tener una superficie del muro muy rugosa se toma en cuenta para el caso de empujes se le considera
Empuje dinámico total (Ecuación de Mononobe-Okabe)
Fue desarrollado por MONONOBE y OKABE y es un método pseudoestático derivado de las teorías de empuje activo suponiendo superficie de rotura plana, que el muro puede deformarse hasta alcanzar el empuje activo y que todos los puntos del relleno están sometidos a la misma aceleración en un mismo instante.
= 12 ℎ1 ∗ = Empuje dinámicototal = Pesoespecíficodelsuelo = Aceleraciónverticaldela masadesuelo enunidadesdegravedad = Coeficiente Pseudoestático ℎ = Alturatotaldelmuro Donde:
Incremento dinámico
Donde:
∆ =
= Presiónactiva
∆
En caso de tener varios estratos se asume el valor de es aproximadamente del 10-20% del peso del muro (peso de la pantalla + peso de la cimentación).
Línea de acción del incremento dinámico y del empuje dinámico La línea de acción de Pae estará a una altura Zae con respecto al fondo del muro, y la de ΔPae a 2/3H ó 0.6H
∆ = 23 ℎ = ∆ ∗ ∆ + ∗
JUNTAS DE MUROS DE SÓTANO Juntas de Hormigonado La primera junta de hormigonado es la existente entre el hormigón de limpieza y el hormigón de la zapata.
Juntas de Dilatación Se sitúa entre elementos constructivos o entre 2 partes de un mismo elemento verticales a fin de posibilitar el movimiento entre ellos, evitan la aparición de fisuras por cambio de temperatura, retracción de secado y absorben las deformaciones -A cada 20 m como máximo en zonas de temp. Extremas. -A cada 30 m como máximo en zonas de temp. Moderadas. -Donde cambie la altura del muro.
-Donde cambie la profundidad del plano de cimentación.
Juntas de Control Estas juntas son construidas para el direccionamiento de grietas en zona de tensión. Se las realiza con tiras de 2cm de ancho y con una profundidad de ¼ del espesor de la pared, estas pueden ser de madera, metal, plástico o goma. Después de remover la tira, las ranuras deben ser selladas con un relleno de juntas de buena calidad.
VIGA DE CORONACIÓN Su función es homogeneizar las deformaciones entre paneles. Olvidando la existencia de una junta de hormigonado entre módulos de pantalla, la viga de coronación tendrá como Objetivo: •
1. Trabar (arriostrar) horizontalmente todas las cabezas de los muros para evitar deformación en cabeza. Se calcula como una viga continua donde en el plano horizontal se le impone una deformación igual a la deformación máxima del muro.
•
2. Repartir el esfuerzo vertical para evitar asentamientos diferenciales frente cargas verticales. Para ello se dimensiona como una viga continua apoyada en cada uno de los muros donde en un tramo se anula dicho apoyo y se sutituye por una carga vertical igual a su peso propio.
DRENAJE El drenaje en muros sirve para evitar la acumulación de agua detrás de las paredes, que pueden provocar grandes presiones por la formación de hielo para lo cual se debe colocar material granular detrás de la pared del muro.
Los muros y zapatas de cimentación del sótano deben ser cubiertos con tiras de 6 milésimas de pulgada de espesor (0,153 mm) una lámina de polietileno o de tipo 30 fieltro
Para eso UBC – 97 Nos indica que los muros y zapatas de cimentación del sótano deben ser impermeabilizados y reforzados adecuadamente cubiertos con tiras de 6 milésimas de pulgada de espesor (0,153 mm) una lámina de polietileno o de tipo 30 fieltro.
DAÑOS Y DEFECTOS EN MUROS DE SÓTANO Fisuración Excesiva Puede presentarse en todas las zonas de tracción, y se trata de una fisuración especialmente grave si su ancho es excesivo, ya que en general el terreno está en estado húmedo y la fisuración no es observable, pues se genera en el trasdós.
Rotura por Esfuerzo Cortante Este fallo puede producirse en el alzado o puntera, el talón o el tacón.
Rotura por Esfuerzo Rasante La sección peligrosa suele ser la de arranque del alzado, A B , que es una junta de hormigonado obligada, en zona de máximo momento flector y máximo esfuerzo cortante.
Muro Con Alta Humedad
Muro De Sótano Con Grietas Y Fisuras. Se debe habitualmente al mayor espaciamiento del refuerzo que el requerido; asimismo las fisuras en diagonal pueden ser ocasionadas por esfuerzos provocados de torsión de los elementos al ocurrir sismos.
Detalle de grietas
BIBLIOGRAFÍA [1] ACI 318, “Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318SUS14) y Comentario”. American Concrete Institute, Estados Unidos. 2014 [1] NEC 318, “Norma Ecuatoriana de la Construccion”. Ecuador. 2015
[3] Calavera Ruiz J, “Muros de Contención y Sótano”. Editorial Intemac. Segunda Edición. – Capitulo 10: Muros de Sótano, Madrid, España 1989 [4] D. I. Hernández Pérez, Consideraciones para el análisis, diseño y evaluación de muros de sótano de concreto reforzado, Guatemala: Universidad de San Carlos de Guatemala, 2009. [5] Fco. de Borja Varona Moya, “ Apuntes de hormigón Armado”, Escuela Politécnica SuperiorUniversidad de Alicante, San Vicente del Raspeig, España. 2012
[6] Jesús Antonio Lopez Perales, “Muros de contención y de sotano”,
España, Universidad Castilla.1999
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