5 Muros de Sótano.

Estos muros están arriostrados transversalmente por los forjados y no trabajan en voladizo. La restricción en los movimientos transversales provocada por los forjados hace que frecuentemente no puedan producirse las deformaciones necesarias para alcanzar las condiciones de empuje activo.

En el caso de muros de sótano, a las acciones hay que añadir las verticales de la solicitación de los forjados intermedios y de cabeza, si existen, y la compresión aportada directa o indirectamente por los soportes o muros de carga del edificio que arranquen de ese mismo punto. Para el cálculo de la situación definitiva, podrá suponerse que los empujes horizontales se equilibran contra los pisos, tanto forjado o forjados como solera, en la medida necesaria para minimizar el fallo por deslizamiento.

La resultante F, correspondiente a la reacción de los forjados sobre el muro, es una variable más en los cálculos recogidos en  pantallas-criterios-basicos(véase Figura 2.18a).

Para su determinación puede ser necesario incluir en el cálculo la deformabilidad del cimiento mediante un coeficiente de balasto. En determinados casos puede hacerse la hipótesis simplificada de considerar un reparto uniforme de presiones bajo el cimiento.

En el caso de muros de sótano con dos o más niveles de forjado, el cálculo puede efectuarse asimilando el muro a una viga continua, incluyendo la compatibilidad de deformaciones con la zapata (véase Figura 2.18b).

El muro de sótano debe analizarse en sentido longitudinal como una zapata continua.

Si el muro tiene desarrollo lineal en planta, con una configuración geométrica y de empuje uniformes, bastará una verificación en sección, por metro de desarrollo, en dos dimensiones. Si tiene traza quebrada o cerrada en planta, o posee configuración variable de altura a lo largo de su desarrollo, el análisis deberá tener en cuenta el conjunto total, aunque deberá verificarse localmente, introduciendo en el equilibrio de cada parte los términos mecánicos de su interrelación con el conjunto.

Figura 2.18 Muro de Sótano.

Muros de gravedad, de gravedad aligerados, en L o en ménsula, de contrafuertes

1 Muros de gravedad

En general no es necesaria la comprobación de tensiones sobre la fábrica ya que éstas suelen ser muy pequeñas y perfectamente admisibles para su resistencia.

2 Muros de gravedad aligerados

Se comprobarán las secciones más críticas, teniendo en cuenta el peso propio y el empuje resultante hasta la sección considerada.

3 Muros en L o en ménsula

Las tres ménsulas, en alzado, pie y talón, se calcularán como empotradas en su arranque con las distribuciones de tensiones en alzados y cimentación deducidas en las comprobaciones de la estabilidad en las diferentes fases de la ejecución y en las comprobaciones de los estados límite de servicio.

4 Muros de contrafuertes

Las placas verticales entre contrafuertes pueden calcularse como placas empotradas en tres lados (véase Figura 2.17).

 Figura 2.17  Muro de Contrafuertes.

Para muros altos o de forma especial debe hacerse un cálculo detallado de los esfuerzos de torsión, pandeo de los contrafuertes, fisuración, etc.

Cuando los contrafuertes estén situados en el trasdós, se dimensionarán para resistir las tracciones correspondientes a las reacciones de apoyo o empotramiento de las placas frontales.

Muros: Dimensionado.

El material constitutivo del muro debe poder resistir las tensiones derivadas de los empujes y solicitaciones exteriores. 

Los esfuerzos y deformaciones del muro, el terreno y de los elementos de sujeción se calcularán considerando los valores representativos de las acciones y los valores característicos de los parámetros del terreno.

En muros de urbanización, se deben incluir las acciones o reacciones que pueden darse debidas a los elementos conectados a los mismos.

Los esfuerzos que se deben tomar para el dimensionado son los que se deduzcan en las comprobaciones de estabilidad en las diferentes fases de la ejecución y las comprobaciones de estados límite de servicio, con los que se obtendrá la envolvente de los máximos momentos flectores y esfuerzos cortantes en el muro. Los esfuerzos obtenidos sobre los elementos estructurales se mayorarán considerando los coeficientes y definidos en la tabla 2.3.

Los estados límite de servicio se analizarán con los criterios definidos en el estados-limite-de-servicio

Muros: Vuelco.

En general puede prescindirse de esta comprobación cuando la resultante de las fuerzas que actúan sobre el muro, incluido el peso propio y la resultante de posibles elementos de sostenimiento (anclajes, forjados o arriostramientos intermedios), tenga su punto de aplicación dentro del núcleo central de la base. En el caso de bases rectangulares indefinidas, el núcleo central es una faja de ancho: B/3.

En zapatas rectangulares, si V es la componente vertical de la resultante sobre la base del muro y e su excentricidad, puede suponerse que las presiones del terreno siguen una ley lineal, con valores extremos (véase Figura 2.16):

Figura 2.16 Estabilidad al Vuelco.

  

se produciría el despegue de uno de sus bordes, aumentando notablemente la tensión en el otro borde.

La estabilidad al vuelco se verificará comparando los momentos de cálculo desestabilizantes y estabilizantes respecto de la arista exterior de la base de la zapata.

No se tendrá en cuenta el efecto estabilizador del empuje pasivo, salvo justificación especial.

Deslizamiento del Muro.

Este estado límite debe comprobarse tan sólo en aquellos casos en los que la máxima componente de los empujes horizontales sobre el muro sea mayor del 10% de la carga vertical total.

En suelos granulares, la seguridad frente al deslizamiento por la base puede determinarse mediante la fórmula:

Siendo

N y T: las componentes normal y tangencial de la resultante de las fuerzas de empuje, elementos de arriostramiento y peso propio sobre el plano de la base (Figura 2.15).

   

 (φ’ es el ángulo de rozamiento interno efectivo del terreno)

Cuando el suelo posea cohesión y rozamiento:

Siendo:

c*: la cohesión reducida del suelo (c* = 0,5 c’k ≤ 0,05 MPa)
B: el ancho de la base del muro
c’k: la cohesión efectiva del terreno

Los coeficientes de seguridad γR se definen en la tabla 2.3.

No se tendrá en cuenta el efecto estabilizador del empuje pasivo, salvo justificación especial. Si el muro está provisto de zarpa se considerará el deslizamiento según las superficies más probables (véase Figura 2.15).

Figura 2.15  Posibles Superficies de deslizamiento en Muro con Zarpa.

Hundimiento de Cimentación o Base del Muro.

La cimentación o base del muro debe tener la misma seguridad frente al hundimiento que una zapata de cimentación de una estructura, según los criterios que se definen en los capítulos de cimentaciones superficiales y profundas, considerando la inclinación y excentricidad de la resultante y los coeficientes de seguridad parciales definidos en la tabla 2.3.

En la Figura 2.14 se esquematizan los tipos de muros más habituales y se representan el peso propio del muro y en su caso de las tierras que lo acompañan, W, o de las cargas transmitidas al mismo, V, la resultante de los elementos de arriostramiento transversal (forjado, apuntalamiento, anclaje), F, los empujes de tierras horizontal, Eh y vertical, E, y las resultantes de estas solicitaciones a nivel de cimentación, N y T. En el cálculo de N y T no debe considerarse el empuje pasivo.

En el caso de que existan otras acciones sobre el muro habrá que considerarlas igualmente.

Figura 2.14  Diagrama de Fuerzas Sobre Muros.

La distribución de presiones del muro debe definirse de forma que los asientos sean admisibles. Cuando el terreno sea muy compresible, deben evitarse los asientos diferenciales de los bordes de la cimentación imponiendo que la resultante de fuerzas esté lo más centrada posible.

Si la capacidad de carga del terreno fuera insuficiente o los asientos excesivos, se podrá recurrir a una cimentación profunda, una mejora o refuerzo del terreno u otra solución que asegure la estabilidad frente al hundimiento.

Muros: Estabilidad Global y Fallo Combinado del Terreno y del Elemento Estructural.

El conjunto del muro incluida su cimentación, puede fallar mediante un mecanismo de rotura aún más profundo que éstos, o que no siendo tan profundo pudiera cortarlos.

Debe comprobarse que la seguridad al deslizamiento a lo largo de la superficie pésima posible, que incluya en la masa deslizante al muro completo y a sus elementos de sujeción, no es inferior al límite establecido.

En la Figura 2.13 se recogen algunos casos típicos de inestabilidad frente a un deslizamiento general de muros de contención.

Cuando la superficie deslizante atraviese la cimentación del edificio o la cimentación por pilotes del propio muro, se tendrá en cuenta lo expuesto en los capítulos correspondientes a éstos. 

Figura 2.13 Estabilidad Global.

Estabilidad de Muros.

La comprobación de la estabilidad de un muro debe hacerse, según los criterios definidos en el apartado Estados Limites Ultimos, Estados Limites de Servicio, en la situación pésima para todas y cada una de las fases de su construcción, debiendo verificarse al menos los siguientes estados límite:

a) estabilidad global;

b) hundimiento;

c) deslizamiento;

d) vuelco;

e) capacidad estructural del muro.

En el caso de muros excavados por bataches a medida que se ejecuta la excavación, deben verificarse además los estados límites de estabilidad indicados en el apartado

estabilidad-de-una-pantalla para pantallas, por analogía con éstas.

La estabilidad debe verificarse bien para cada muro por separado o bien para el conjunto de muros del edificio.

Sistemas de Drenaje en Muros.

Se considerarán preferentemente los siguientes sistemas de drenaje:

a) drenes verticales de material granular, hormigón poroso, u otros que puedan ocupar toda la altura del muro o parte de ella;

b) láminas drenantes;

c) drenes inclinados;

d) tapices drenantes horizontales a uno o varios niveles;

e) drenes horizontales a través del relleno;

f) drenes longitudinales en la base o talud del relleno;

g) mechinales en contacto directo con el relleno.

En el caso de suelos expansivos, rellenos susceptibles a la helada, aguas agresivas o condiciones especiales se hará un estudio específico detallado del sistema más conveniente. En general se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones:

a) los filtros verticales son más difíciles de construir que los inclinados y producen una menor reducción de presiones del agua infiltrada o freática.

b) funcionalmente el mejor sistema consiste en una cuña de relleno granular filtrante.

Este sistema es el más sencillo de ejecución y debe preferirse a los demás cuando existen materiales adecuados en la zona y su coste no sea excesivo.

c) todos los sistemas deben tener fácil evacuación del agua drenada, evitando su acumulación en el trasdós.

d) los mechinales constituyen un sistema de resultado problemático si no están combinados con algún filtro o dren interior al relleno. Estos deben, salvo justificación, cumplir las siguientes características:

i) tener un diámetro o lado no inferior a 10 cm, y su separación horizontal no debe ser superior a 3 m. Deben colocarse lo más bajos posible, disponiendo además otra hilada de mechinales a media altura del muro o a 1,50 m sobre la hilada inferior en paralelo o al tresbolillo, para prever la obstrucción de éstos. Debe existir, como mínimo, un mechinal por cada 4  m2 de muro;

ii) cuando se trate de muros de contrafuertes deben existir, como mínimo, dos mechinales por panel entre contrafuertes;

iii) si la única salida del agua almacenada en el trasdós es a través de mechinales, deben tenerse en cuenta los empujes debidos a una saturación parcial del relleno;

iv) en la salida de los mechinales por el paramento de trasdós se colocará un filtro de grava gruesa de volumen aproximado 0,40 x 0,40 x 0,30 m, o el necesario para evitar el escape del material de relleno y la colmatación del mechinal;

v) siempre que sea posible debe evitarse la infiltración de agua de lluvia o escorrentía por la superficie del relleno, para lo cual se colocarán materiales o pavimentos poco permeables, con fácil drenaje por gravedad y complementados con las oportunas cunetas o sumideros.

Debe evitarse el paso de humedad por absorción capilar a través del muro cuando el filtro sea vertical o exista un riesgo alto de estancamiento en el trasdós.

juntas de Dilatación en Muros.

Los muros deben disponer de juntas de dilatación para absorber las deformaciones debidas a la temperatura y, en su caso, las de retracción.

Deben existir juntas en los cambios de sección, o cuando existan singularidades del propio muro tales como escaleras, rampas de carga, etc.

Análogamente se dispondrán juntas cuando se han de diferenciar entre tramos contiguos del muro.

La distancia entre juntas de dilatación, salvo justificación, no será superior a 30 m, recomendándose una separación no superior a 3 veces la altura del muro.

Cuando los efectos de la retracción puedan ser importantes se intercalarán falsas juntas, debilitando la sección del muro para predeterminar el plano de rotura. La separación entre estas juntas será de 8 a 12 m.

La abertura de las juntas de dilatación será de 2 a 4 cm, según las variaciones de temperatura previsibles.

Se evitará el paso de armaduras a través de las juntas. Cuando esto sea necesario para mantener alineaciones o por circunstancias especiales, salvo justificación en contra, todas las armaduras que penetren en una cara de la junta deben proyectarse como pasadores lubricados y sin dobleces ni anclajes para permitir los movimientos longitudinales y convenientemente protegidos de acuerdo con la durabilidad especificada.

Aspectos para el Análisis y Dimensionado de Muros.

Para el correcto análisis y dimensionado de un muro se considerarán los siguientes aspectos:

a) la determinación de los parámetros geotécnicos del terreno se efectuará teniendo en cuenta los valores más críticos a corto y largo plazo previsibles, que puedan presentarse en la vida del muro;

b) es necesario especificar las características del material a emplear para el relleno del trasdós. Si no se hace así, el cálculo debe basarse en el material más desfavorable de los eventualmente utilizables;

c) deben determinarse los movimientos tolerables del muro, de los edificios y servicios próximos, ya que de ellos dependen en gran parte los empujes a considerar e incluso el tipo de muro y elementos de sujeción a emplear.

d) debe comprobarse que los anclajes proyectados no afectan a los edificios y servicios próximos;

e) el muro y cada uno de los paños debe ser estable en todas las fases de la construcción. Esta condición puede exigir el apuntalamiento de los muros de trasdós recortado mientras no se coloque el relleno;

f) la estabilidad del muro puede verse afectada por procesos de socavación, erosión o por eliminación del terreno al pie del mismo, por lo cual deben adoptarse las medidas protectoras oportunas cuando haya lugar.

En muros de contención se debe tener en cuenta que un correcto dimensionado del drenaje a largo plazo del trasdós del muro, siempre es más ventajoso que el cálculo del muro, tomando en consideración la totalidad de las presiones hidrostáticas y de filtración a las que previsiblemente pueda estar sometido. En muros de sótano deben tenerse en cuenta las consideraciones sobre la impermeabilidad.

Salvo en muros de muy escasa altura, la profundidad de apoyo de la cimentación respecto a la superficie no debe ser inferior a 0,80 m.

Al prever las características del material de relleno de trasdós se tendrá en cuenta que:

a) si el muro ha de servir para soportar un pavimento, solera o cualquier tipo de tráfico, los asientos deben ser admisibles;

b) las propiedades de los suelos existentes en el emplazamiento del muro pueden variar notablemente, si se trata de suelos cohesivos, con las operaciones de excavación y nueva colocación en el trasdós;

c) la permeabilidad de los materiales de relleno es de una importancia decisiva para los posibles empujes tanto por agua freática como infiltrada;

d) se evitará el empleo de suelos arcillosos o limosos en el relleno de trasdós de muros, especialmente en terrenos expansivos.

Elementos de Sujeción: Aspectos para el Apuntalamiento contra el Fondo de la Excavación.

Para el apuntalamiento contra el fondo de la excavación se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:

a) su dimensionado se hará a partir de los máximos esfuerzos deducidos de las comprobaciones de estabilidad de la pantalla, debidamente mayorados aplicando los coeficientes de seguridad parciales definidos la  tabla 2.3.

b) en general, será conveniente transmitir dichos esfuerzos al terreno por medio de una zapata corrida paralela a la pantalla; que dependerá de la capacidad portante del suelo en el fondo de la excavación. Como el esfuerzo que ha de transmitirse al terreno tendrá una componente horizontal importante, se pondrá especial cuidado en la comprobación del posible deslizamiento o se tomarán las medidas oportunas para impedirlo.

c) la disposición de puntales debe perturbar lo menos posible a la excavación, la ejecución de las cimentaciones del edificio, los pilares, forjados, etc.

Para el apuntalamiento reciproco contra otras pantallas próximas se tendrán en cuenta los siguientes criterios:

a) en general se realizará el apuntalamiento por medio de codales dispuestos en planos horizontales, de manera que introduzcan la menor complicación posible en la prosecución de las sucesivas fases de excavación, en la construcción de las cimentaciones y estructuras del edificio.

b) para el dimensionado se tomarán los máximos esfuerzos deducidos de las comprobaciones de estabilidad de la pantalla, convenientemente mayorados con los coeficientes de seguridad definidos en la tabla 2.3.

c) en los apuntalamientos mediante los forjados de la propia edificación, los esfuerzos de sujeción que se deduzcan de las comprobaciones de estabilidad de las pantallas, mayorados, se tendrán en cuenta en el cálculo de los forjados. Si estos esfuerzos resultasen favorables para los forjados, debe también realizarse la comprobación de la resistencia de los mismos sin tener en cuenta dichos esfuerzos, para prever la posibilidad de que el terreno en el trasdós de la pantalla no produzca empujes sobre ésta.

En los anclajes al terreno se tendrán en cuenta las siguientes indicaciones:

a) deben estudiarse y controlarse las posibles afecciones a edificios o servicios próximos, recabando la información necesaria sobre éstos, y en su caso, los permisos pertinentes;

b) su longitud ha de ser tal que la zona de transmisión de los esfuerzos al terreno quede fuera de la masa deslizante limitada por superficie pésima de deslizamiento, que se haya deducido en las comprobaciones de estabilidad general y de estabilidad propia de la pantalla;

c) la capacidad de transmisión de esfuerzos al terreno, en la longitud de anclaje prevista para ello, será consecuencia del estado tensional del suelo en contacto con el anclaje;

d) si los anclajes son definitivos, o  si son provisionales y han de permanecer durante mucho tiempo, y existe peligro de corrosión de los cables o redondos, se adoptarán las medidas oportunas para evitar la corrosión. A estos efectos se consideran válidas las condiciones de protección frente a la corrosión definidas en la norma UNE-EN 1537:2001;

e) la comprobación de la resistencia de cada anclaje se hará a partir de los máximos esfuerzos deducidos en las comprobaciones de estabilidad de la pantalla, multiplicados por los coeficientes de seguridad correspondientes.

En los anclajes a pantallas o muros paralelos se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:

a) la longitud de anclajes ha de ser tal que se garantice la estabilidad de las estructuras de anclaje. Si hay peligro de corrosión del acero de los anclajes, se adoptarán barreras de protección contrastadas;

b) el dimensionado de los anclajes se hará a partir de los máximos esfuerzos deducidos en las comprobaciones de estabilidad de la pantalla, mayorados con los coeficientes de seguridad que se definen en la tabla 2.3.

Pantallas de Pilotes “in situ” .

Se considerará a los pilotes como vigas de sección circular trabajando a flexión simple o compuesta, si se tiene en cuenta el peso propio. Se dimensionarán estructuralmente considerando los coeficientes de seguridad definidos en la tabla 2.3, y de acuerdo con la Instrucción EHE.

El recubrimiento mínimo de las armaduras cumplirá las condiciones definidas en la Instrucción EHE para piezas hormigonadas contra el terreno.

Pantallas Continuas de Hormigón.

La pantalla se calculará estructuralmente considerando los coeficientes de seguridad definidos en la tabla 2.3, de acuerdo con la Instrucción EHE. Se podrá tener en cuenta el peso propio de la pantalla, a fin de contar con un esfuerzo axil en la sección transversal que proporciona una economía de armaduras. La forma de trabajo será la de flexión simple o compuesta en planos verticales perpendiculares a la pantalla.

En pantallas continuas y de pilotes ”in situ” se recomienda utilizar, a efectos de cálculo a flexión, una resistencia característica del hormigón de 18 MPa para tomar en consideración las condiciones de puesta en obra.

Las paredes de la zanja, que constituyen el encofrado de la pantalla, son planas con bastantes irregularidades. El recubrimiento mínimo de las armaduras cumplirá las condiciones definidas en la Instrucción EHE para piezas hormigonadas contra el terreno.

Si el terreno es cohesivo y muy estable y si no existen edificaciones en las proximidades, pueden excavarse módulos de un ancho que oscila generalmente entre un valor mínimo correspondiente a la apertura de la cuchara, generalmente de 2,5 a  4,5m, y un valor máximo función de la estabilidad del terreno.

En las circunstancias opuestas, terrenos muy sueltos o en proximidad de medianerías en mal estado o edificaciones muy susceptibles a los asentamientos o movimientos horizontales, la longitud de los módulos o zanjas se reducirá todo lo posible.

Pantallas de tablestacas de Hormigón Armado y Acero.

Tablestacas de hormigón armado y pretensado:

a) se dimensionarán para que resistan los máximos esfuerzos mayorados durante el servicio, los esfuerzos que puedan producirse durante la hinca y los que se produzcan durante el transporte, igualmente mayorados. La forma de comprobación de la resistencia, de la sección transversal, en función de las características resistentes del hormigón y del acero, será la indicada en la Instrucción EHE.

b) el recubrimiento del acero de las armaduras debe ser mayor o igual que 3 cm en agua dulce, y que 4 cm en agua salada y cumplirá las condiciones definidas en la

Instrucción EHE.

Tablestacas de acero:

a) el perfil se elegirá de modo que con los esfuerzos de servicio, mayorados, no se supere en ninguna sección la tensión de limite elástico según la calidad del acero, dividida por el coeficiente de seguridad definido en la tabla 2.3.

b) el perfil elegido debe permitir que pueda hincarse sin que se produzcan deterioros en cualquiera de sus extremos.

c) si las tablestacas a emplear pueden haberse usado en otras obras previamente y ser de recuperación, se adoptará un coeficiente de seguridad adicional para tener en cuenta posibles deformaciones del perfil, tensiones residuales, pérdida de sección por corrosión, etc.

d) si la pantalla ha de permanecer en servicio durante mucho tiempo, en presencia de agua, se adoptarán medidas para evitar la corrosión. Si no se toma ninguna medida en ese sentido, el perfil no tendrá un espesor inferior a 8 mm y debe tomarse en consideración la pérdida de espesor producida por la corrosión.

Dimensiones y Características de la Sección Transversal de una Pantalla.

Las características de la sección transversal de una pantalla vendrán fijadas por consideraciones de resistencia a los esfuerzos a los que se verá sometida. En ocasiones, puede estar condicionada por la necesidad de una rigidez determinada, con la que se limiten los movimientos del terreno en el trasdós a valores tolerables.

Los esfuerzos que se deben tomar para el dimensionado son los que se deduzcan en las comprobaciones de estabilidad en las diferentes fases de la ejecución y las comprobaciones de los estados límite de servicio, con los que se obtendrá la envolvente de los máximos momentos flectores y esfuerzos cortantes a lo largo de toda la pantalla.

En los apartados que figuran a continuación se recogen indicaciones adicionales para los siguientes tipos de pantallas:

a) pantallas de tablestacas;

b) pantallas continuas de hormigón;

c) pantallas de pilotes “in situ”.

Profundidad de la Pantalla.

La profundidad de la pantalla por debajo del fondo de la excavación se determinará de manera que se cumplan las condiciones de estabilidad fijadas en los apartados anteriores. La profundidad de la pantalla puede venir condicionada por el caudal de filtración, si se excava bajo el agua,  o por alcanzar un estrato impermeable para reducir al máximo las filtraciones por el fondo, o por alcanzar un estrato resistente que permita el uso de la pantalla como elemento portante de cargas verticales.

Dimensionado de la Pantalla.

En la fase de diseño se decide el tipo de pantalla que se va a emplear, si se van a disponer elementos de sujeción, su número, tipo y situación y las fases de la excavación y ejecución del edificio que puedan afectar a la pantalla.

El dimensionado debe referirse a los siguientes aspectos:

a) profundidad de la pantalla;

b) dimensiones y características de su sección transversal;

c) elementos de sujeción.

Los coeficientes parciales de seguridad a emplear para el dimensionado de la pantalla se recogen en la tabla 2.3.

Esfuerzos y Deformaciones de los Elementos de Sujeción.

Los esfuerzos sobre los elementos de sujeción se determinarán para todas las fases de ejecución de la excavación en que intervengan; puede omitirse el cálculo en aquellas fases para las que puedan demostrarse a priori que los esfuerzos son inferiores a los que resultan en otras.

En la determinación de los esfuerzos sobre los elementos de sujeción se tomarán en consideración los siguientes aspectos: 

a) tipo de elemento de sujeción, bien sea apuntalamiento, anclaje o elementos estructurales del edificio;

b) deformabilidad del mismo;

c) deformaciones diferidas (fluencia, retracción);

d) estado tensional inicial;

e) fases de ejecución;

f) variaciones térmicas.

Para tener en cuenta el posible fallo de algún elemento (como por un ablandamiento local del terreno en el caso de anclajes), que sobrecargará los más próximos, debe aumentarse en un 10% el esfuerzo deducido para cada elemento de sujeción en las

Esfuerzos y Deformaciones del Terreno.

Si existe alguna edificación o servicio próximo al borde de la excavación o en sus inmediaciones, deben estimarse los movimientos verticales y horizontales a que se verá sometida su cimentación en las diferentes fases de excavación, para la pantalla diseñada, y juzgar si entrañan peligro para la estabilidad de dichas edificaciones o pueden ser causa de agrietamientos, inclinaciones, asientos importantes, etc.

La determinación de las deformaciones del terreno podrá conducir a proyectar una pantalla más rígida, con mayor número de elementos de sujeción o mejor dispuestos, con otro sistema u otras fases de ejecución, etc.

La determinación de las deformaciones del terreno puede efectuarse aplicando métodos de discretización del continuo, como elementos finitos o diferencias finitas, en los que se tengan en cuenta las características tensión-deformación de los suelos y la flexibilidad de la pantalla, o bien, métodos basados en el modelo de Winkler, en los que la determinación de los movimientos del terreno se limita a los de la pantalla.

Esfuerzos y Deformaciones del Terreno.

Si existe alguna edificación o servicio próximo al borde de la excavación o en sus inmediaciones, deben estimarse los movimientos verticales y horizontales a que se verá sometida su cimentación en las diferentes fases de excavación, para la pantalla diseñada, y juzgar si entrañan peligro para la estabilidad de dichas edificaciones o pueden ser causa de agrietamientos, inclinaciones, asientos importantes, etc.

La determinación de las deformaciones del terreno podrá conducir a proyectar una pantalla más rígida, con mayor número de elementos de sujeción o mejor dispuestos, con otro sistema u otras fases de ejecución, etc.

La determinación de las deformaciones del terreno puede efectuarse aplicando métodos de discretización del continuo, como elementos finitos o diferencias finitas, en los que se tengan en cuenta las características tensión-deformación de los suelos y la flexibilidad de la pantalla, o bien, métodos basados en el modelo de Winkler, en los que la determinación de los movimientos del terreno se limita a los de la pantalla.

Esfuerzos y Deformaciones Sobre una Pantalla.

Los esfuerzos sobre una pantalla son los que resultan de los empujes del terreno y las reacciones en los elementos de sujeción a que está sometida en cada una de sus fases. A su vez, los empujes unitarios del terreno y las fuerzas de sujeción son función de la deformación de la pantalla, de la propia naturaleza del terreno y de las características fuerza deformación de los elementos de sujeción. En su determinación se tomarán en consideración el proceso de excavación, el tipo de sujeción, el instante de su introducción, etc.

El cálculo de esfuerzos podrá efectuarse a partir de las leyes de empujes unitarios , empleadas en las comprobaciones de estabilidad por métodos de equilibrio límite y de las reacciones de los elementos de sujeción deducidas en tales comprobaciones. Con este procedimiento no se tiene en cuenta más que de forma cualitativa la rigidez de la pantalla con relación a su empotramiento en el terreno y a las condiciones de sujeción y, de ningún modo, las propiedades de deformación del terreno.

La determinación de los esfuerzos sobre la pantalla debe llevarse a cabo para todas las fases de ejecución de la excavación o del edificio, que impliquen una variación de los empujes del terreno o de las fuerzas de sujeción. Podrán omitirse aquellas fases en que pueda demostrarse “a priori” que los esfuerzos son inferiores a los que se producirán en otras.

Deberá efectuarse un estudio más detallado empleando modelos basados en el coeficiente de balasto o modelos de elementos finitos o diferencias finitas en los siguientes casos:

a) cuando existan edificios o servicios próximos especialmente sensibles a los movimientos;

b) cuando no exista experiencia en obras similares.

Capacidad Estructural de la Pantalla.

Este estado límite se alcanzará cuando los valores de cálculo de los efectos de las acciones en los elementos estructurales que componen la pantalla superen el valor de cálculo de su capacidad resistente.

Estabilidad de las Zanjas en el caso de Pantallas de Hormigón Armado.

Debe comprobarse la estabilidad de las zanjas, tanto si se emplean lodos tixotrópicos como si no se hace uso de ellos. Es particularmente importante esta comprobación si existen edificaciones próximas o inmediatas a las zanjas.

Para asegurar la estabilidad de una excavación de planta rectangular (zanja) se deben emplear lodos cuando la profundidad de la zanja sea superior a la altura que podría excavarse con talud vertical indefinido.

Estabilidad de las Edificaciones Próximas a la Excavación.

Si existen edificios medianeros con los límites de una excavación hecha al abrigo de una pantalla, o en sus proximidades, debe considerarse su existencia como una sobrecarga en los cálculos de los empujes. Asimismo, debe comprobarse para cada una de las fases de ejecución tanto de la pantalla en sí como de la excavación, que los movimientos horizontales y verticales a que se vea sometido el terreno en el trasdós, sobre el que se encuentren cimentados los edificios medianeros o próximos, no son lo suficientemente importantes como para hacer peligrar la estabilidad de los mismos o ser causa de agrietamientos, inclinaciones, etc.  Se definen los criterios en cuanto a los movimientos y deformaciones horizontales y verticales máximos admisibles de edificios o servicios próximos a elementos de contención, los procedimientos para evaluar estos movimientos.

Estabilidad de los Elementos de Sujeción en la Fase de Excavación o Construcción.

Se debe comprobar que no se produce el fallo de cada elemento de sujeción para aquella fase de excavación o construcción del edificio que dé lugar al máximo esfuerzo sobre el mismo.

Deberá comprobarse que los anclajes no provocan deformaciones inadmisibles en los edificios o servicios próximos y que no interfieren con estructuras o cimentaciones colindantes.

Los cálculos se podrán efectuar, en las fases intermedias de la excavación o de la construcción del edificio, considerando los  valores representativos de las acciones y los valores característicos de los parámetros del terreno.

En el caso de apuntalamientos, la comprobación de su resistencia, incluyendo la posibilidad de pandeo, se hará a partir de los esfuerzos que resulten del cálculo, mayorados según los criterios definidos en el apartado 2.3.2.3. Si los apuntalamientos transfieren las cargas al fondo de la excavación, será necesario comprobar la estabilidad de su cimentación.

Estabilidad Propia de la Pantalla.

En pantallas deben considerarse los siguientes estados límite:

a) rotura por rotación o traslación del elemento de contención o partes del mismo;
b) rotura por hundimiento.

Se comprobará que los empujes del terreno sobre la pantalla en su trasdós pueden ser equilibrados por los empujes del terreno sobre la parte empotrada de la pantalla por debajo del fondo de la excavación, en su intradós, y por las reacciones de los elementos de sujeción (puntales, codales, forjados, otras pantallas, u otros) y los anclajes, si los hubiere.

La comprobación de estabilidad propia de la pantalla debe llevarse a cabo en las condiciones de corto o largo plazo, según sea la naturaleza del terreno y la duración de la situación para la cual se comprueba la estabilidad.

Los cálculos de estabilidad de la pantalla pueden efectuarse, según los casos, por los siguientes métodos:

a) métodos de equilibrio límite;
b) métodos basados en modelos del tipo Winkler;
c) elementos finitos - diferencias finitas.

Estabilidad del Fondo de la Excavación.

En suelos cohesivos puede producirse la rotura del fondo de la excavación debida al descenso de la tensión vertical por efecto de la excavación (véase Figura 2.11). Asimismo, en suelos muy preconsolidados, la tensión efectiva horizontal bajo el fondo de la excavación se reduce en menor proporción que la vertical pudiendo alcanzarse estados de plastificación.

Deberá comprobarse la seguridad respecto a un levantamiento del fondo de la excavación por agotamiento de la resistencia a esfuerzo cortante por efecto de las presiones verticales del terreno.

Se prestará especial atención a posibles fenómenos de sifonamiento, subpresión o erosión interna.

Figura 2.11 Estabilidad del Fondo de la Cimentación.

Salvo que se efectúe un análisis específico, la comprobación de la estabilidad se efectuará considerando el terreno situado sobre el nivel final de excavación como una sobrecarga y despreciando su resistencia así como la resistencia de la pantalla bajo el fondo de la excavación.

La seguridad frente a este tipo de rotura, en suelos coherentes, puede evaluarse mediante la siguiente expresión:

siendo

σ: la tensión vertical total a nivel del fondo de la excavación.

cu: la resistencia al corte sin drenaje del terreno existente bajo el fondo de la excavación

Ncb: un factor de capacidad de carga que se define en la Figura 2.12 en función de la anchura B, la longitud L, y la profundidad, H, de la excavación.

γM: en situaciones persistentes o transitoria, 2,0 si no existen edificios o servicios sensibles a los movimientos en las proximidades de la pantalla, y a 2,5 en caso contrario.

Figura 2.12  Factor de Capacidad de carga para Análisis de Estabilidad del Fondo de la Excavación.

Cuando se trate de excavaciones superiores a 6m, debe tenerse en cuenta el levantamiento del fondo por efecto de la descarga del terreno excavado. Para ello se podrán emplear métodos elásticos o plásticos a través de los parámetros deducidos de ensayos de consolidación o placa de carga, en ciclos de carga y descarga.

Si la excavación se hace en un terreno saturado y por debajo del nivel freático, se establecerá una corriente de filtración de agua a través del terreno que aflorará en el fondo de la excavación o irá a parar a los elementos de drenaje y agotamiento que se dispongan para dejar en seco la excavación. En este caso, es necesario comprobar que no se va a producir sifonamiento ni arrastre del material.

La seguridad frente al sifonamiento se estudiará minorando el gradiente crítico del terreno, icr, por un factor, γM = 2. 

Siendo

ir: el gradiente real en sentido vertical, en un determinado punto;
icr: el gradiente que anula la tensión efectiva vertical en dicho punto.

Estabilidad Global y Fallo Combinado del Terreno y del Elemento Estructural.

El conjunto de la estructura y la pantalla pueden fallar mediante un mecanismo de rotura aún más profundo que la pantalla, o que no siendo tan profundo pudiera cortar a ésta.

Debe comprobarse que la seguridad al deslizamiento a lo largo de la superficie pésima posible, que incluya en la masa deslizante a la pantalla completa y a sus elementos de sujeción, no es inferior al establecido.

Las acciones de los elementos de sujeción de la pantalla que queden incluidos por completo en las superficies de rotura no deben ser consideradas.

En la Figura 2.9 se esquematizan algunas de las posibles formas de rotura, por deslizamiento profundo.

Figura 2.9 Formas de Rotura por Deslizamiento Profundo.

Deben comprobarse también los mecanismos de rotura a lo largo de superficies de deslizamiento que corten a los elementos de anclaje o que no incluyan en la masa deslizante a los sistemas de apuntalamiento por completo. En la Figura 2.10 se indican esquemáticamente algunas de estas posibles formas de rotura.

Figura 2.10  Ejemplos de Deslizamiento profundos que interceptan elementos de sujeción.

En tales casos se contará con las fuerzas de los anclajes o de los apuntalamientos, con su valor de trabajo sin afectar de coeficiente de seguridad alguno, como fuerzas exteriores.

Además, puede ser necesario, como en el caso de anclajes cortados por la superficie deslizante, tener en cuenta las tensiones provocadas por los anclajes sobre la pantalla.

Estabilidad de una Pantalla de Contención.

La comprobación de la estabilidad de una pantalla de contención debe hacerse, según los criterios definidos en el apartado 2.3.1, en la situación pésima para todas y cada una de las fases de la excavación o de la construcción del edificio, a menos que la estabilidad en una determinada fase implique necesariamente la estabilidad en otras con un mayor grado de seguridad, en cuyo caso podrá prescindirse de las comprobaciones correspondientes a éstas.

Los cálculos de estabilidad en cada fase deben verificarse al menos los siguientes estados límite: 

a) estabilidad global;

b) estabilidad del fondo de la excavación;

c) estabilidad propia de la pantalla;

d) estabilidad de los elementos de sujeción;

e) estabilidad en las edificaciones próximas;

ft) estabilidad de las zanjas, en el caso de pantallas de hormigón armado.

La estabilidad debe verificarse bien para cada pantalla por separado o bien para el conjunto de pantallas del edificio.