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Influencia de forjado sobre muros en depósito de agua en superficie

Hola a todos, tengo algunas dudas sobre la influencia que tendrá el forjado dispuesto en un deposito de agua de 10.000 m3 sobre los muros perimetrales del mismo y me gustaría saber vuestra opinión.

Como digo se trata de un depósito de agua que se encuentra en superficie y por lo tanto la hipótesis más desfavorable a nivel de empujes sobre muros será cuando el depósito este lleno, ya que no hay tierras en el exterior del depósito para compensar estos empujes. Los muros se "empotran" en una losa de cimentación de 60 cm de canto y tienen una altura de 6,50 metros y un espesor de 0,50 metros. En la parte interior del depósito se dispone una malla de pilares separados 7x5 metros.

Por otro lado, el forjado de cubierta del deposito esta compuesto por vigas prefabricadas en la dirección de los 5 metros de luz, apoyadas en unas mensulas que parten de los pilares a traves de neoprenos. La luz de 7 metros se salva mediante placas alveolares de 20 cm de canto más losa superior de 5 cm. En esta imagen muestro una planta del forjado:
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En las siguientes imágenes se muestra el detalle del apoyo de las vigas prefabricadas sobre los muros perimetrales y sobre los pilares:
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La sección de la viga (jácena) es la siguiente:
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Y ahora viene mi pregunta, ¿cómo influye esta solución de forjado en la forma de trabajar del muro?. En mi opinión, esta solución de forjado no sería capaz de arriostrar al muro en cabeza y por lo tanto éste trabajaría como un muro en ménsula, ya que los empujes del agua harían que el forjado tuviera que traccionarse en su plano y con el detalle de unión viga-muro mostrado se ve que no hay armadura de conexión entre el forjado y el muro para que esto ocurra. Otra cosa sería que los empujes fueran desde el exterior debidos a las tierras, donde por contacto el forjado si arriostraría al muro en cabeza, pero no es el caso. Por supuesto en la otra dirección donde solo apoyan sobre el muro las losas alveolares peor aún.

En ese caso me preocupa que el muro trabajando en ménsula no sea capaz de soportar los empujes debidos al agua (casi 6 metros de columna de agua) debiendo recurrir por ejemplo a contrafuertes. El depósito además se encuentra en zona sísmica (ab = 0,08g).

La idea es que la construcción del forjado sea lo más rápida y económica posible y de ahí la solución con elementos prefabricados. ¿Cómo haríais para que el forjado arriostrase al muro en cabeza?, ¿se deberían disponer vigas en las dos direcciones principales por estar en zona sísmica?, ¿cambiaríais la solución del forjado?. Las sobrecargas sobre este forjado serán basicamente de mantenimiento.

Muchas gracias a todos.

Un saludo,
Manuel Aguilar.

Manuel Aguilar García
10 respuestas
10 respuestas
Alejandro Calle
Alejandro Calle
Profesor
24 ago 2019 - 11:39

Hola Manuel:

Estoy de acuerdo contigo en lo que se refiere a la transmisión de esfuerzos del muro al forjado. A compresión podrías contar con él en cierta medida. A tracción, sólo a través de la malla de la capa de compresión.

Como dices, con una altura de 6,5, en ménsula, y con empuje de agua, el muro sin contrafuertes va a ser problemático.

Una posibilidad sería utilizar las partes in situ del forjado para colocar un sistema de tirantes en las dos direcciones. Es decir, en la dirección de las vigas, como tienes una zona de 30x25 cm. in situ puedes disponer una armadura corrida, correctamente anclada al muro y con los solapes necesarios a lo largo de su longitud que te permita vincular caras opuestas del depósito. Te en cuenta que al enganchar el muro al del otro lado en puntos situados a 7,5 m., entre ellos tendrá que haber armadura en el muro con capacidad suficiente para trasladar la carga a esos puntos mediantes flexión y cortante horizontales.

En la dirección de las losas podría hacerse algo parecido dejando un hueco entre una placa alveolar y la adyacente. Esto tiene el inconveniente de que necesitarías encofrado. Podrías utilizar a modo de encofrado perdido una placa de menor canto que te deje una zona de hormigón in situ sobre ella para disponer el tirante. .

Un saludo,

Alejandro

jose manuel gil
jose manuel gil
Alumno
25 ago 2019 - 23:13

Hola Manuel

...El espesor del muro... no lo puedes hacer variable siendo la cara recta la del lado del agua y variando el espesor desde el arranque con valor máximo en el mismo? No puedes aumentar un poco el espesor de los muros para que al menos tengan un espesor H/10? Un espesor de 0.5 m me parece escaso para esa altura de agua porque al tener que cumplir fisuración el armado va a ser en arranques bestial.

...A la hora del cálculo, no se puede suponer en los lados en los que las losas apoyan en los muros al menos con la componente vertical del peso propio de la losa y de la parte de sobrecarga que se lleva el area tributaria? A lo mejor eso ayuda también a centrar el empuje un poco...

Como modelizas la estructura total? Por un lado pilares vigas y losa alveolar en un programa tipo cype y el muro como si fuera en voadizo y empotrado en la solera por otro lado?... La solera tiene un espesor uniforme en toda la superficie ó tiene un espesor más pequeño fuera de la zona de pilares y zapata de muro?
Hay juntas de dilatación? Modelizas la estructura de los muros como un todo?

Alejandro...cuando dices Ten cuenta que al enganchar el muro al del otro lado en puntos situados a 7,5 m., entre ellos tendrá que haber armadura en el muro con capacidad suficiente para trasladar la carga a esos puntos mediantes flexión y cortante horizontales
Podrías poner un detalle de ese tipo de armadura que tendría que haber en el muro con capacidad suficiente... podrías explicar como se traslada la flexión y cortante horizontal al muro vertical? Como se podría modelizar ese arriostramiento entre viga y muro en un programa? que rigidez tipo K= EA/L podría suponerse? E = E hormigón, A = área de la viga y L = 5 m?.

En este tipo de cálculo... habría que tener en cuenta la tracción horizontal que se daría en la estructura si fuese contínua ó al estar dividida entre las juntas de dilatación sólo tendríamos en cuenta los momentos...

Saludos y muchas gracias

jose manuel gil santacruz
jose manuel gil santacruz
Alumno
26 ago 2019 - 10:07

Buenas

...En este tipo de estructuras (depósitos) si tuviésemos tierras en el trasdós... Supongo que lo más desfavorable es para dimensionar el armado interior que sólo está empujando el agua, sin contar con la colaboración de las tierras (además si hay que comprobar la estanqueidad del deposito y ver si se producen fugas en un primer llenado, no podemos rellenar hasta comprobar que no se producen fugas) y para el armado exterior suponer que sólo empujan las tierras (y el freático si hubiera) y la carga de tráfico exterior sin tener en cuenta el empuje del agua, verdad^^

..Me intersean este tipo de estructuras por lo que si teneis bibliografía, anejos, detalles... podríamos intercambiar información.

Saludos y muchas gracias

Manuel Aguilar García
Manuel Aguilar García
Alumno
28 ago 2019 - 08:59

Hola,

En primer lugar gracias por las respuestas.

En relación a lo que comentas, José Manuel, en caso de mantener la solución de forjado propuesta se tendría que actuar sobre los muros y a parte de la solución de contrafuertes que yo proponía, otra solución podría ser aumentar el espesor de los muros tal y como dices. Habría que plantear las distintas soluciones para ver, dentro del correcto funcionamiento estructural, cuál es más económica.

Por supuesto, se puede considerar la carga vertical en cabeza del muro, sobretodo la relativa al peso propio de los elementos. La parte de la sobrecarga yo no la tendría en cuenta, ya que ésta no siempre actuará y su consideración puede quedar del lado de la "inseguridad".

Por otro lado, hasta donde yo tengo entendido si modelas una estructura de este tipo en CYPE, en cuanto le defines el forjado de cubierta considera que se trata de un diafragma rígido y por tanto considera el muro arriostrado en cabeza (si me equivoco que me corrija alguien). Por tanto modelar esta estructura con CYPE dependerá mucho del comportamiento real que le quieras dar a la estructura.

En la solución actual, bajo muros y pilares existe una "zapata" de 80cm de canto y a una cierta distancia se va reduciendo hasta 25 cm. Esta es una solución que a mí no me termina de gustar, ya que se trata de una solución más o menos típica en edificación donde las mayores cargas bajan por los pilares. En este caso, la carga más importante es la del peso del agua y al tratarse ésta de una sobrecarga uniformemente repartida yo optaría por dotar de un canto uniforme a toda la losa. ¿Qué opináis sobre este aspecto?

Esta estructura creo recordar que no tenía ninguna junta de dilatación, y por último en relación a las hipótesis más desfavorables que comentas, estoy de acuerdo contigo en que si cabe la posibilidad de que el depósito se llene de agua antes de rellenar en trasdós con tierras, esa será una de las hipótesis más desfavorables para unas posiciones concretas de la armadura (depende de las condiciones de contorno del muro) y luego que únicamente actuen las tierras sin contar con el agua interior será la más desfavorable para otras. Aquí lo importante es conocer las posibles hipótesis de carga y combinarlas entre sí de forma que siempre se consideren los casos más desfavorables que realmente puedan ocurrir.

Esta es la primera estructura de este tipo que estoy tratanto, por lo que al igual que José Manuel estaría encantado de toda la información relativa a este tema que conozcáis.

Un saludo,
Manuel Aguilar.

Juan Carlos Arroyo
Juan Carlos Arroyo
Profesor
28 ago 2019 - 16:35

Hola a todos:

Quería hacer una acotación numérica:

  • Si la armadura de la capa de compresión se ancla en el muro y es capaz de asumir la reacción horizontal hacia afuera, provocada por la carga de agua , yo creo que el muro puede considerarse de sótano, es decir, arriostrado en cabeza. Eso dismiinuye bastante su dmensionamiento.
  • Como el agua empuja lo que pesa, abajo habrá un empuje unitario de (en 6,0 m) 6x1,0= 6 t/m2
  • El empuje total (triangular) es 6 x6/2 = 18 t/m
  • Por ser triangular el empuje, la tercera parte se va al apoyo superior, es decir, 6t/m
  • Para asumir con armadura esa fuerza (el acero trabaja a 4,3 t/cm2 debemos disponer
    6 /4,34 = 1,7 cm2
    Un mallazo d8 a 20 bien anclado sobra

Un saludo

Adexe Arbelo Guedes
Adexe Arbelo Guedes
Alumno
22 feb 2021 - 17:53
Hola a todos,
Retomo este tema, porque se me ha dado el mismo caso en el estudio y me surge una duda y me quedaría más tranquilo si me echan una mano.
Estamos diseñando un paso inferior de una carretera privada para instalaciones. Al no poder cimbrar las losas, estamos pensando en construir dos muros donde apoyarla. Tenemos un problema en la limitación de las dimensiones de la zapatas. Pensé en en lo siguiente: construir los muros, apoyar una placa alveolar con una capa de compresión de 10 cm con armadura de negativos que transmita al muro. Mi duda es la siguiente:
Con esos escasos 10 cm y la armadura de negativos convenientemente anclada en los muros, es suficiente para considerar este apoyo como empotrado, con lo que el Momento positivo sería asumida por la placa alveolar y el negativo por la armadura superior, asumiendo además, que el muro está arriostrado. O por el contrario, esto no se cumple y es necesario calcular la placa alveolar como simplemente apoyada y los muros como muros ménsula.
En definitiva, quiero crear un pórtico formado por los muros y una losa superior con alveoplacas y capa de compresión, de tal forma, que el el diagrama de flectores se reparta como muestro en la foto.
Mi miedo es que no se transmita los momentos negativos (que no exista empotramiento real) y que la alveoplaca trabaje como simplemente apoyada y el muro como ménsula.
Muchas gracias de antemano.
Foto dura.jpg 1.36 MB
jose manuel gil santacruz
jose manuel gil santacruz
Alumno
29 ago 2019 - 12:37

...Esto si que es un Peazo Número Gordo como Dios manda... que gustazo Juan Carlos*

..Entonces tu lo calcularías como un muro de sótano^^^ Porque entonces el armado variaría bastante con respecto a muro ménsula simplemente empotrado en la solera...

...Teniendo unas dimensiones el depósito de unos 50 x 20 m y estando en superficie... No deberían tenerse en cuenta juntas de dilatación (famosas juntas); un orden de magnitud que yo tenía entendido esque cuando están enterrados podíamos tener unos 30-40 m sin juntas pero al estar en superficie me parece un poco "heavy" no ponerlas, como lo veis^^^

Manuel, si me pasas tu mail, te puedo mandar varios anejos que tengo de estucturas parecidas, uno es de un estanque de tormentas con pilares intermedios y losa superior en donde por un lado se calcula el vaso y por otro la tapa, y otro de un biológico tipo carrusell.

Vamos hablando y muchas gracias

Juan Carlos Arroyo
Juan Carlos Arroyo
Profesor
29 ago 2019 - 17:12

Hola José Manuel:

Muchas gracias por apreciar el número gordo.

Ese muro lo calcularía como muro de sótano si garantizo el efecto de arriostramiento del forjado superior:

  • Si el empuje es de tierras, hay que exigir la continuidad del hormigón. Una pequeña capa de 5 cm suele bastar par aasumir las compresiones.
  • Si el empuje es hacia afuera, hay que garantizar que la armadura de la capa de compresión asume esa tracción.

SI el forjado superior tiene juntas el tema cambia y habría que estudiar el 3D del depósito.
Si los muros tiene juntas, quítaselas ;) y pon una buena armadura mínima horizontal. Los cálculos de esa armadura mínimason un tema más complejo que hacen consultoras especializadas (p.e. en CALTER ;) )

Respecto al control de fisuración por razones de estanquidad, el Montoya da valores de la abertura de fisura que la garantizan.

Un capítulo del Montoya de ediciones pretéritas era el de depósitos. Era un buen capitulo, poco leido, que ya no se ha reeditado.

Un saludo

jose manuel gil santacruz
jose manuel gil santacruz
Alumno
31 ago 2019 - 21:46

...y cómo plantearías tu la losa en el depósito de Manuel ? De espesor constante o con zapatas en cada pilar y espesor más delgado entre pilares?

El Montoya (peazo de Libro, enhorabuena otra vez Juan Carlos por la parte que te toca...) establecía una distinción entre un tipo de cálculo en los depósitos dependiendo si son "grandes" o no. Si no lo son lo calcula como placas triempotradas y si sí entonces como muros, es decir la solera se independiza del muro..´lo que pasa que no especifica (o yo no lo he encontrado, la dimensiones para hacer un calculo de un tipo o de otro...si alguien puede aportar experiencia ó bibliografía sería de gran interés)
Tambien dice que además de la armadura a flexión hay que sumar la armadura de tracción y sumársela tanto al muro como a la solera, calculando esta armadura de tracción con una resistencia de unos 1000 kg/cm2. (esto, claro si hay que calcular el depósito como un todo uno solera muro).

Concretando...cómo abordarías el cálculo del depósito de Manuel...como muro ménsula? con solera independizada del muro? con solera de espesor constante? como muro sótano arriostrando la armadura de la capa de compesión a los muros? Sumando a la armadura de flexión la de tracción horizontal?.

...muchas gracias por todos vuestros comentarios¡¡

German Camilo Salgado Escobar
German Camilo Salgado Escobar
Alumno
4 sep 2019 - 13:32

Saludos a todos, me parece interesante el tema

Estos son mis comentarios y si están errados os agradecería que me corrigieráis:

-Es necesario disponer de armadura o chequear la necesidad de ésta, en la ménsula expuesta en el dibujo?

-En concreto, entiendo que se trata de un cajón anclado en base y una losa o forjado superior que se apoya en los pilares y en los muros del contorno del cajón. En ese sentido, habría que calcular la armadura del muro como ménsula y luego con coacción o arriestroamiento en corona. Se valora la diferencia. Luego se estima la armadura extra de anclaje para lograr el apoyo rígido entre muro-forjado. Se analiza la diferencia de armadura extra de anclaje y la armadura extra del muro por ser ménsula. Y así al final se reduce a un tema de costos. Todo esto sin considerar cambios en espesores de muro y asumiendo que el problema se limita a los estados de agotamiento de las secciones resistentes.

-En cualquier caso, al rigidizar la unión entre muro y forjado, la estructura en conjunto aumenta su hiperestaticidad, lo que la dota de una seguridad complementaria.

-De cara al sismo, la estructura respondería mejor si el forjado está anclado al muro. Aunque esto sobreesfuerza el forjado según la magnitud de la acción horizontal asociada al sismo.

Un saludo