Los Procesos Patológicos Y Su Diagnóstico En Cimentaciones
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PATOLOGÍA E INTERVENCIÓN EN CIMENTACIONES DE EDIFICACIÓN
MÓDULO 3. LOS PROCESOS PATOLÓGICOS Y SU DIAGNÓSTICO
Índice 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico 3.1.
Movimientos del edificio y sus lesiones características 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.1.7
3.2
Asientos Asientos combinados con giro Arcos o bóvedas de descarga Deformación cóncava Deformación convexa (quebranto) Giro monolítico Vibraciones
El diagnóstico 3.2.1
Información imprescindible y tareas específicas para su obtención
3.2.2
Comprobaciones para el diagnóstico
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
3. LOS PROCESOS PATOLÓGICOS Y SU DIAGNÓSTICO
3.1. Movimientos del edificio y sus lesiones características Todo edificio que padezca un proceso patológico en su cimentación experimentará, más tarde o más temprano y de forma más o menos manifiesta, unos movimientos cuyos efectos son unas lesiones apreciables a simple vista: las grietas. La localización, la trayectoria, la extensión y la importancia de las mismas acusan los movimientos que haya padecido y/o que todavía padece el edificio. Las características de esos movimientos dependen principalmente de los siguientes factores: •
La resistencia a tracción de las zonas del edificio afectadas por la lesión. Esta resistencia condiciona la magnitud del movimiento y la velocidad de progresión del proceso patológico. Concretamente, una resistencia a tracción insuficiente en las zonas afectadas por la lesión incrementa la magnitud del movimiento y la velocidad con la que éste progresa. Y, por el contrario, una resistencia a tracción suficiente en dichas zonas minimiza el movimiento y lo ralentiza.
•
La capacidad de la estructura para deformarse sin fracturarse. Esta capacidad condiciona la importancia de los daños. Concretamente, una capacidad de deformación muy reducida, como la que presenta una estructura rígida e hiperestática de hormigón, permite unos movimientos de muy escasa magnitud antes de alcanzar la rotura. Y, por el contrario, una estructura de madera o de acero flexible e isostática puede soportar notables movimientos sin llegar a la rotura.
•
La rigidez del conjunto estructura-cimiento y su interacción con la rigidez del terreno. Esta rigidez condiciona el tipo de movimiento, monolítico o diferencial, que padece el edificio. Concretamente, cuando el conjunto estructura-cimiento-terreno presenta una rigidez suficiente, el movimiento es monolítico y homogéneo, con giros y/o con desplazamientos. Y, por el contrario, cuando ese conjunto presenta una rigidez insuficiente, el movimiento es diferencial y heterogéneo, con distorsiones angulares y/o elongaciones.
De entre las diversas clases de movimientos originados por un proceso patológico padecido en la cimentación, cabe destacar los siguientes: •
Asientos.
•
Asientos combinados con giro.
•
Arcos o bóvedas de descarga.
•
Deformación cóncava.
•
Deformación convexa (quebranto).
•
Giro monolítico.
•
Vibraciones.
3.1.1. Asientos Son movimientos localizados de descenso de elementos estructurales (cimentaciones, muros, pilares). Generan unas fisuras que contornean el eje vertical del elemento estructural afectado y que, en su conjunto, adquieren una morfología de bóveda, más o menos simétrica según sea la rigidez de los diversos elementos constructivos (muros, tabiques, etc.) que convergen en el punto de máximo descenso. El origen de estos movimientos suele ser un fallo localizado del terreno y/o del cimiento. (Véanse FIGURA 3-1 y FIGURA 3-2): En la Figura 3-1 se pueden apreciar dos ejemplos de asientos causados por un fallo del terreno. En concreto, por una alteración del terreno en el entorno inmediato del cimiento, alteración cuyo origen, a su vez y en 3
Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
este caso, fue el deficiente estado de la red de saneamiento enterrada.
Figura 3-1: Asientos causados por una alteración del terreno en el entorno inmediato del cimiento
En la Figura 3-2 se aprecia un asiento causado por un fallo localizado del cimiento: el que corresponde a la fachada interior del soportal, cimiento que transmite al terreno unas acciones mayores que las del cimiento de la fachada exterior, por cuanto esta fachada exterior está menos cargada.
Figura 3-2: Asiento causado por un fallo localizado del cimiento
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Otro ejemplo de asientos entre dos zonas de un edificio desigualmente cargadas es el que se refleja en la FIGURA 3-3. Nótese cómo la ausencia de una junta entre esas dos zonas provoca que el hundimiento del terreno bajo la zona más cargada arrastre a la menos cargada. Y también cómo la grieta que aparece se localiza aproximadamente donde debería haberse previsto una junta. También son frecuentes los asientos en alguno de los bordes del edificio, debidos a incidencias negativas en el entorno inmediato del cimiento: unas veces, por causa de actuaciones inadecuadas (casi siempre, excavaciones); y otras veces, por alteraciones del terreno. (Véase FIGURA 3-4) Ahora bien, hay que tener en cuenta que los asientos en los bordes de los edificios suelen ir acompañados de algún desplome o inclinación, esto es, suelen estar combinados con un giro, tal y como se va a describir a continuación.
Figura 3-3: Asiento entre zonas de un edificio desigualmente cargadas
Figura 3-4: Asiento causado por una actuación inadecuada o por una alteración del terreno junto al cimiento
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3.1.2. Asientos combinados con giro Son movimientos de descenso, combinados con algún desplome o inclinación, que aparecen como consecuencia de la presencia de acciones excéntricas sobre el plano de apoyo de la cimentación. Se genera una flexotracción, debido a la cual suelen ir acompañados de fisuras verticales localizadas en los bordes de la zona superior del edificio, zona en la que, como ya se ha mencionado, el edificio suele presentar una menor resistencia a tracción, insuficiencia que, como ya se ha hecho constar, favorece la progresión de los movimientos. La presencia de acciones excéntricas sobre el plano de apoyo de la cimentación puede deberse a causas muy variadas, de entre las cuales cabe reseñar las siguientes: •
El dimensionado insuficiente de los cimientos de borde del edificio, defecto que ya se ha mencionado en el anterior apartado 2.3.1. y cuyas consecuencias ya han sido reflejadas en la Figura 2-13.
•
La ejecución de alguna excavación junto a cimentaciones existentes y/o la socavación de esas cimentaciones por alteración del terreno en su entorno inmediato. (Véanse FIGURA 3-5 y FIGURA 3-6).
Figura 3-5: Asiento combinado con giro causado por socavación
Figura 3-6: Asiento combinado con giro causado por excavación
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
•
La incidencia en la cimentación de acciones horizontales que hayan sido generadas por las estructuras construidas sobre rasante. (Véase FIGURA 3-7).
Figura 3-7: Asiento combinado con giro causado por acciones horizontales generadas por la estructura
3.1.3. Arcos o bóvedas de descarga Son asientos localizados en los que las fisuras tienden a formar arcos de directriz sensiblemente parabólica, cuyos ejes verticales pasan por el punto de máximo descenso. La aparición de estos arcos descarga la zona afectada, transmitiendo las acciones hacia los laterales, esto es, hacia los que serían sus contrarrestos (estribos) al nivel de la cimentación. (Véase FIGURA 3-8). En un paramento con suficiente altura y cohesión interna el arco es cerrado y se completa (fallo a flexotracción, véase FIGURA 3-8/b). En un paramento de altura limitada e insuficiente cohesión interna, el arco no se cierra y se reduce a dos ramas separadas más o menos parabólicas (fallo a cortante, véase FIGURA 3-8/a). Los movimientos en arco o bóveda de descarga se deben a un fallo localizado del terreno o del cimiento. Cuando la causa que genera el movimiento no ha sido suprimida, llega a formarse un segundo arco, afín al primero, acusándose una generalización del movimiento y una aceleración de la velocidad de su progreso, por cuanto este segundo arco ya no dispone de suficiente contrarresto al nivel de la cimentación. (Véase FIGURA 3-9).
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Figura 3-8: Movimiento en arco o bóveda de descarga
Figura 3-9: Generalización del movimiento en arco de descarga
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
3.1.4. Deformación cóncava Es un movimiento debido a un hundimiento del cimiento generalizado pero no uniforme. Su magnitud es mayor bajo la zona central del edificio que en sus bordes. Suele ir acompañado de varios arcos o bóvedas de descarga afines y también (por flexotracción) de fisuras verticales en la zona inferior del edificio, las cuales quedan ocultas a la vista. Cuando la estructura es isóstatica y con una insuficiente resistencia a cortante, pueden generarse desplazamientos verticales entre unos y otros pórticos. (Véase FIGURA 3-10). El origen de este movimiento suele ser o una deficiente contención del terreno o un deficiente zunchado al nivel de la cimentación.
Figura 3-10: Deformación cóncava
3.1.5. Deformación convexa (quebranto) Tal y como ya se ha hecho constar en el anterior apartado 2.1.2. y ha quedado reflejado en la Figura 2-10, la deformación convexa es un movimiento generalizado y característico de los edificios apoyados sobre arcillas expansivas, en el que se combinan hinchamientos bajo la zona central del edificio con asientos en sus bordes. En consecuencia, los extremos laterales del edificio quedan trabajando en ménsula y la construcción se agrieta, principalmente en su coronación. Este movimiento suele ir acompañado de fisuras verticales por flexotracción, localizadas en la zona superior del edificio, zona en la que, como ya se ha señalado repetidamente, el edificio tiende a presentar una menor resistencia a tracción, lo cual favorece la progresión de los movimientos. (Véase FIGURA 3-11).
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Figura 3-11: Daños causados por una deformación convexa en la coronación de dos edificios
Debe tenerse en cuenta que la deformación convexa origina, a su vez, un segundo fallo: la descompresión en los planos de fábrica verticales, descompresión que genera la deformación, la fisuración e incluso el colapso de los arcos contenidos en esos planos, por pérdida de su contrarresto. (Véase FIGURA 3-12).
Figura 3-12: Daños en los arcos de dos edificios por descompresión de las fábricas verticales.
3.1.6. Giro monolítico Es un movimiento generalizado de inclinación o de desplome, que afecta a la totalidad de un edificio de gran rigidez. Se debe a que las cimentaciones de los bordes opuestos del edificio están apoyadas sobre terrenos que presentan unas características resistentes y una compresibilidad diferentes, por la presencia de estratos inclinados y/o de materiales blandos y compresibles, lo que da lugar a hundimientos diferenciales entre uno y otro de los citados bordes. (Véase FIGURA 3-13). Cuando un edificio afectado por un movimiento de giro monolítico no tiene una ubicación aislada sino que está en contacto con otros edificios o plenamente adosado a los mismos, éstos pueden padecer acciones de empuje causadas por el desplome. (Véase FIGURA 3-14).
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-13: Giro monolítico
Figura 3-14: Empujes causados por el desplome de un edificio sobre el colindante
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
3.1.7. Vibraciones Son movimientos oscilatorios debidos a acciones dinámicas, más o menos permanentes. En función de su origen (seísmo, maquinaria, tráfico, resonancias), de su intensidad y de su duración, pueden causar un movimiento localizado en determinadas zonas del edificio o un movimiento global de la totalidad del mismo. Suelen ir acompañados de fisuras localizadas, sobre todo en la zona superior del edificio, así como de disgregaciones de una buena parte de los materiales constructivos. (Véase FIGURA 3-15).
Figura 3-15: Daños debidos al seismo de 2011 en el convento de las Clarisas. Lorca (Murcia)
3.2. El diagnóstico Para llevar a cabo el diagnóstico de cualquier proceso patológico hay que conocer los daños que padece el edificio, determinar las causas que los han originado y emitir un dictamen en el que se contemple si es o no es necesario (y posible) el realizar algún tipo de intervención. En consecuencia, cualquier diagnóstico debe constar de dos fases fundamentales: •
La fase de información acerca de los daños y de sus causas.
•
La fase de dictamen acerca de la necesidad (y posibilidad) de realizar alguna intervención.
De estas dos fases, la de información es la que tiene una mayor importancia, porque, si es insuficiente o deficiente, el correspondiente dictamen será erróneo. Y, si se parte de un dictamen erróneo, cualquier futura intervención será un fracaso. A continuación, vamos a detallar cuál debería ser la información mínimamente imprescindible para llevar 12
Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
a cabo el diagnóstico correcto de un proceso patológico relacionado con la cimentación o con el terreno afectado por una cimentación y cuáles son las tareas necesarias para recabar dicha información. 3.2.1. Información imprescindible y tareas específicas para su obtención La información mínimamente imprescindible para conseguir unos conocimientos correctos, precisos y fiables acerca de las causas determinantes de los daños que padece un edificio por fallos en su cimentación se adquiere a través de la recopilación de diversos datos, igualmente imprescindibles, de entre los que hay que destacar los siguientes: •
Antecedentes (historial) de los daños objeto del diagnóstico.
•
Información acerca de las redes enterradas de agua a presión y de evacuación de aguas residuales y pluviales.
•
Información acerca del entorno inmediato del edificio.
•
Información acerca de los movimientos sobrevenidos.
•
Información acerca de la cimentación del edificio.
•
Información acerca del terreno.
3.2.1.1 Antecedentes (historial) de los daños objeto del diagnóstico La recopilación de antecedentes se hace a través de una investigación selectiva, normalmente muy lenta y laboriosa, hecha en base al cotejo cruzado de planos, de fotografías y de documentos antiguos, combinada con el análisis crítico de los testimonios recabados a personas conocedoras del edificio afectado. Esto es lo que se suele denominar “historial” de los daños. Deberá versar, como mínimo, acerca de los siguientes extremos: •
Antigüedad del edificio.
•
Fecha aproximada en la que aparecieron los primeros daños que constituyen el objeto del diagnóstico.
•
Proyecto original del edificio.
•
Referencias sobre modificaciones y reparaciones efectuadas en el edificio, particularmente las realizadas sin una asistencia técnica cualificada.
•
Referencias sobre los sucesivos usos del edificio, en su conjunto y en sus diferentes zonas.
•
Referencias sobre anteriores daños que hubiera podido padecer el edificio por causas más o menos normales y corrientes o por causas catastróficas (inundaciones, incendios, terremotos).
3.2.1.2 Información acerca del estado actual de las redes enterradas de agua a presión y de evacuación de aguas residuales y pluviales Tal y como ya se ha hecho constar, es muy frecuente que el origen de los daños se encuentre en el estado deficiente de estas redes, tanto de las correspondientes al propio edificio como de las que discurren por su entorno inmediato (infraestructuras urbanas). Por ello, es preciso conocer los trazados y los elementos constituyentes de tales redes, los materiales empleados en su construcción y el estado real en el que se encuentran. El mayor problema de esta investigación radica en que, al estar enterradas, estas redes permanecen ocultas a la vista y su localización e inspección requieren efectuar un gran número de demoliciones selectivas, a cuyo coste hay que añadir el de la correspondiente reposición de los elementos constructivos dañados por la investigación (principalmente solados y soleras, pero también elementos constituyentes de las propias redes). Además, los trazados de esas redes no suelen coincidir exactamente ni con los que figuran en los planos del edificio ni con los que se reflejan en los planos de las compañías suministradoras, por lo que suele ser necesario el realizar un levantamiento de planos que refleje el trazado real de dichas redes. 13
Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
En la actualidad, las técnicas de inspección de tuberías enterradas mediante el uso de videocámara facilitan enormemente las labores de investigación y reducen notablemente la necesidad de llevar a cabo intervenciones destructivas. 3.2.1.3 Información acerca del entorno inmediato del edificio Esta información, al igual que la del historial de los daños, requiere una investigación selectiva, hecha en base al cotejo cruzado de los datos obtenidos mediante detenidas inspecciones oculares con el análisis crítico de los sistemas constructivos locales y con los testimonios recabados a personas conocedoras de dicho entorno. Deberá versar, como mínimo, acerca de los siguientes extremos: •
Características, antigüedad y estado de conservación de los edificios próximos.
•
Características del marco físico: presencia de cauces de agua, de vaguadas, de laderas inestables, etc.
•
Características, antigüedad y estado real en el que se encuentran las infraestructuras urbanas que corresponden a instalaciones de agua a presión y de evacuación de aguas residuales y pluviales.
•
Referencias sobre determinadas obras y modificaciones que hayan sido ejecutadas cerca del edificio, como pueden ser las siguientes: demolición de inmuebles colindantes o próximos, vaciados para la construcción de edificios o de nuevas infraestructuras, rebajamientos del nivel freático, interrupción de drenajes naturales, creación de parques o de nuevas áreas ajardinadas, etc.
3.2.1.4 Información acerca de los movimientos sobrevenidos La información imprescindible acerca de los movimientos que ya ha padecido y/o que todavía padece un edificio requiere un conocimiento preciso de los daños que le afectan, daños que, cuando tienen un origen relacionado con una patología de la estructura o de la cimentación, se manifiestan en forma de grietas, tal y como ya se ha hecho constar repetidamente. La localización, trayectoria, extensión e importancia de las grietas permiten deducir la clase de movimiento que padece el edificio. Pero además, es imprescindible conocer si el movimiento se encuentra activo y, en el caso de que así sea, estimar la velocidad de su progreso. En consecuencia, las tareas específicas para recabar la información imprescindible acerca de los movimientos se concretan en las dos siguientes: •
Inspecciones oculares de las grietas, para determinar la localización, trayectoria, extensión e importancia de las mismas.
•
Auscultación de las grietas, para determinar si el movimiento se encuentra activo y, en caso afirmativo, para estimar la velocidad con la que éste progresa.
Las inspecciones oculares de las grietas se llevan a cabo mediante detenidas, ordenadas y reiteradas visitas, en las cuales se realizan tomas de fotografías y se levantan los oportunos croquis. Para cada fotografía y para cada croquis, debe tomarse la explícita reseña de su localización exacta con respecto al conjunto del edificio, de modo que todos esos datos gráficos permitan dibujar, con cierta precisión, secciones o perspectivas de las grietas detectadas. Estas secciones o perspectivas son las que permiten identificar el movimiento. (Véase FIGURA 3-16).
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-16: Croquis en perspectiva de las grietas de una vivienda
La auscultación de las grietas permite determinar su magnitud, tendencia y evolución. Para llevarla a cabo, lo mejor es recurrir a una empresa de instrumentación especializada en el control de movimientos de los edificios. Estas empresas poseen toda clase de aparatos para medir la apertura de grietas (Véase FIGURA 3-17), los asientos, las inclinaciones y las distorsiones entre pórticos (Véase FIGURA 3-18), con una precisión que llega a alcanzar hasta la centésima e incluso hasta la milésima de milímetro.
Figura 3-17: Medida de la apertura de grietas
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Figura 3-18: Medida de distorsiones y de inclinaciones
Para realizar estas mediciones se instalan unas bases que, obviamente, deben permanecer fijas durante todo el tiempo que dure la instrumentación. La localización exacta y la denominación de cada una de esas bases deben quedar reflejadas en los correspondientes planos, de modo que las sucesivas observaciones permitan llevar a cabo un seguimiento ordenado de los movimientos que padece el edificio. Las primeras mediciones suelen hacerse una vez al mes y, pasados los primeros tres meses, suelen realizarse trimestralmente, en coincidencia con los cambios de estación. Cuando es necesario realizar algún tipo de intervención en los cimientos o en el terreno afectado por los cimientos, durante la ejecución de la obra se aumenta la frecuencia de las mediciones, a razón de una vez al mes, e incluso una vez cada quince días. Y, cuando la obra ha concluido, se disminuye esa frecuencia de las mediciones, volviendo a la de una vez cada tres meses, hasta completar un ciclo de un año (cuatro estaciones), durante el cual se pueda comprobar la estabilización de los movimientos. Es después de haber hecho esta comprobación y nunca antes cuando pueden ser eliminadas las bases fijas para la medición y acometer y concluir la fase de acabados. El criterio tradicional es que un movimiento de un milímetro al mes indica una necesidad urgente de actuación. Pero este criterio solamente es orientativo, ya que la deformabilidad de las estructuras antes de alcanzar su rotura es muy variable, en función de su rigidez general y de la capacidad de movimiento de sus nudos. De hecho, ese movimiento de 1 mm/mes puede resultar de muy poca entidad en una estructura isostática y muy flexible (por ejemplo, de madera o de acero) y, por el contrario, puede considerarse ruinógeno para una estructura hiperestática y muy rígida (la típica de hormigón armado). En el caso de que no se pueda contar con los servicios de una empresa especializada en instrumentación, como mínimo debe ordenarse la colocación de testigos sobre las grietas más significativas. Es sabido que esos testigos son unas láminas adheridas o superpuestas transversalmente a la directriz de la grieta. Suelen ser de yeso en interiores y de vidrio en exteriores. (Véase FIGURA 3-19). Los testigos deben fecharse de manera indeleble y su localización y denominación exactas deben quedar 16
Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
reflejadas en los correspondientes planos. De este modo, si se produce la rotura de alguno de ellos, además de comprobarse que la grieta y el correspondiente movimiento están activos, se puede conocer la zona del edificio que se encuentra más afectada y realizar una estimación aproximada de la velocidad de progreso de los daños.
Figura 3-19: Colocación de testigos
3.2.1.5 Información acerca de la cimentación La información imprescindible acerca de la cimentación deberá versar, como mínimo, sobre los siguientes extremos: •
Sistema de cimentación que ha sido adoptado en el edificio.
•
Dimensiones (en planta y en vertical) de los distintos elementos de cimentación.
•
Materiales y clases de fábricas empleados en la construcción de los mencionados elementos de cimentación y estado real actual en el que tales materiales y fábricas se encuentran.
Las tareas específicas para obtener la información imprescindible acerca de la cimentación pueden concretarse en las siguientes: •
Inspecciones oculares, para determinar la clase de cimentación y su estado real de conservación.
•
Levantamiento de planos por medición directa, para conocer las dimensiones reales de los cimientos existentes, en función de las cuales se puedan realizar las pertinentes comprobaciones de cálculo.
•
Extracción de muestras de materiales y de fábricas, para realizar ensayos de laboratorio sobre las mismas.
•
Ejecución de ensayos de laboratorio sobre las muestras extraídas, para determinar las características reales de los materiales y de las fábricas que han sido empleadas en la construcción de los cimientos, características en función de las cuales se realizan las pertinentes comprobaciones de cálculo.
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Todas estas tareas requieren la ejecución de excavaciones (catas o calicatas), hechas junto a los cimientos existentes. (Véase FIGURA 3-20).
Figura 3-20: Información obtenida en una cata hecha junto a un cimiento existente
No cabe duda de que la ejecución de estas catas conlleva un riesgo potencial de que puedan aumentar el deterioro y los daños ya existentes. Esto es así porque, aunque el fondo de la excavación no llegue a superar la profundidad del plano de apoyo de la cimentación, la eliminación de las tierras en los laterales del cimiento reduce su capacidad portante y, en resumen, su seguridad frente al hundimiento. (Véase FIGURA 3-21).
Figura 3-21: Fotografía de una cata hecha junto a un cimiento existente
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Para salir al paso de las indeseables consecuencias originadas por estas excavaciones, deben tomarse las necesarias medidas de precaución, que suelen concretarse en la introducción de apeos, cuyo alcance y desarrollo deberán guardar proporción con el estado real de cada zona del edificio y con las características de los trabajos previstos en esas zonas. Un apeo consiste en la incorporación de una estructura auxiliar (de madera, de acero o mixta de madera y de acero), de presencia temporal, para descargar o minorar las acciones que inciden sobre la estructura del edificio. Su ejecución, su puesta en carga y su supresión final requieren un gran cuidado y una máxima meticulosidad, por cuanto cada una de esas fases es causa de que en el edificio se produzcan unos ineludibles movimientos que se añaden a los ya existentes. El apeo, cualesquiera que sean su alcance y su desarrollo, debe estar apoyado sobre una cimentación propia, más o menos compleja, construida específicamente para el caso. Entre otros muchos, está condicionado por los siguientes factores: •
Asegurar en todo momento la estabilidad de la estructura apeada.
•
Conseguir que la presencia y la circulación de personas dentro del inmueble apeado o en las proximidades del mismo no revista el menor peligro.
•
Dejar libres al máximo los espacios necesarios para trabajar y/o para la circulación de personas.
•
Permitir la adaptación a los movimientos que se puedan producir en la estructura apeada durante la ejecución de los trabajos, e incluso, corregir los efectos de tales movimientos (apeos activos).
Habida cuenta de la gran variedad de estructuras que pueden ser objeto de apeo, de la gran variedad de movimientos que dichas estructuras pueden padecer y de la gran variedad de circunstancias específicas que pueden presentarse en la ejecución de los trabajos, no es extraño que se instalen apeos tan simples como el que refleja la FIGURA 3-22 o tan complejos como los que se muestran en la FIGURA 3-23 y en la FIGURA 3-24. El apeo que se refleja en la figura 3-22 ha sido previsto para descargar un pilar del soportal de un porche (carga reducida) y para una pequeña adaptación a los movimientos que pudieran producirse durante el transcurso de las obras, adaptación que se puede lograr mediante un simple sistema de husillo.
Figura 3-22: Apeo simple
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
El apeo que se muestra en la FIGURA 3-23 es de los denominados “apeos activos” y ha sido previsto para descargar la fachada de un edificio en la que se requería, además de una adaptación a los movimientos que se estaban produciendo, una corrección de los mismos, para lo cual se emplearon gatos hidráulicos.
Figura 3-23: Apeo activo de la fachada de un edificio
El apeo que se muestra en la FIGURA 3-24 es un apeo complejo que fue llevado a cabo en la catedral de Vitoria. Por cuanto la excavación prevista por debajo de la cota del plano de apoyo de los cimientos no permitía construir una cimentación propia para el apeo, fueron los propios elementos estructurales existentes, debidamente zunchados en todas las direcciones (para minimizar los movimientos), los que constituyeron la sustentación del apeo. En esos casos en los que no es posible construir un cimiento propio para el apeo, porque esté previsto excavar por debajo del plano de apoyo de los cimientos (por ejemplo, para construir sótanos en un edificio existente), otra solución relativamente frecuente y que será detallada más adelante es el apeo con micropilotes. (Véase FIGURA 3-25).
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-24: Apeo complejo en la catedral de Vitoria
Figura 3-25: Apeo con micropilotes en la casa del Cordón. Burgos
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
3.2.1.6 Información acerca del terreno Las tareas específicas para obtener la información imprescindible acerca del terreno se concretan en la planificación y elaboración de un Informe Geotécnico. Con carácter general, el Informe Geotécnico es un documento cuya finalidad principal consiste en determinar las características y las propiedades del terreno afectado por la cimentación. Pero debe advertirse que, en los procesos patológicos causados por fallos en las cimentaciones, el Informe Geotécnico ni puede ni debe limitarse al estudio del terreno que se encuentra afectado por los cimientos ya existentes. Porque, aunque ese estudio pudiera resultar suficiente para efectuar el diagnóstico del proceso patológico que padece el edificio, nunca bastaría para definir y para realizar algunos de los tipos de intervención más frecuentes, por ejemplo, una solución de recalce profundo mediante micropilotes para un edificio que originariamente está cimentado con zapatas. La planificación de un Informe Geotécnico debe considerar todas las siguientes tareas: •
Selección de las técnicas de reconocimiento del terreno.
•
Determinación del número, localización y profundidad de los reconocimientos.
•
Definición de las muestras de terreno que deben ser extraídas: tipo, número y profundidad de extracción.
•
Definición de los ensayos que deben realizarse “in situ”: clases de ensayos, número y profundidad de ejecución.
•
Definición de los ensayos de laboratorio que deben realizarse sobre las muestras extraídas: clases de ensayos y número de determinaciones.
En España, actualmente es obligatorio que la planificación de un Informe Geotécnico respete y cumplimente todo cuanto el Documento Básico de Seguridad Estructural- Cimientos (DB-SE-C) prescribe al efecto. En concreto, debe atenerse a los contenidos del “Capítulo 3” de este Documento, de entre los que, a continuación, se van a realizar algunos comentarios sobre aquellos que se consideran de mayor interés para los fines pretendidos en el presente epígrafe. De acuerdo con el DB-SE-C, la planificación de un Informe Geotécnico debe hacerse en función del tipo de construcción y de la clase de terreno. En lo relativo al tipo de construcción, el DB-SE-C contempla cinco tipos distintos, en función del número de plantas y, en el caso de los tipos C-0 y C-1, también en función de la superficie construida. (Véase FIGURA 3-26).
Figura 3-26: Tipos de construcción en la planificación de un Informe Geotécnico (DB-SE-C)
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En lo relativo a la clase de terreno, el DB-SE-C contempla tres clases distintas: terrenos favorables (denominados como T-1), terrenos intermedios (denominados como T-2) y terrenos desfavorables (denominados como T-3). (Véase FIGURA 3-27). Ahora bien, en el DB-SE-C todas las prescripciones relativas a la planificación contemplan exclusivamente dos clases de terrenos, el T-1 y el T-2, dejando “libertad de autor” para todo lo relativo al T-3, aunque exigiendo el cumplimiento de una única condición: que en esta clase de terreno desfavorable la planificación será, como mínimo, la que se prescribe para el T-2. A la vista de la gran variedad de los terrenos y, en resumen, de las características geotécnicas que se engloban en esa clase T-3, no es extraño que no se haya podido concretar una planificación única para este terreno. Pero el hecho de que, de acuerdo con la normativa, para el terreno T-3 deba hacerse como mínimo la planificación que se prescribe para el T-2, inclina a no hacer ninguna otra actuación distinta de las señaladas para el T-2, máxime cuando cualquier actuación adicional específica conllevaría más gasto.
Figura 3-27: Clases de terrenos en la planificación de un Informe Geotécnico (DB-SE-C)
En lo relativo a la selección de las técnicas de reconocimiento que deben emplearse en la investigación del terreno, el DB-SE-C contempla todas las técnicas usuales, esto es, las calicatas, los sondeos mecánicos, las pruebas continuas de penetración y los métodos geofísicos. Pero prescribe que ni las calicatas ni los métodos geofísicos pueden utilizarse de manera exclusiva, sino combinados o bien con sondeos mecánicos o bien con pruebas continuas de penetración. Los sondeos mecánicos son perforaciones con diámetros habituales entre 65 mm y 140 mm y con profundidades variables. Las perforaciones pueden realizarse a percusión, a presión y a rotación, siendo este último el método de avance más frecuente. Permiten conocer la estratigrafía del terreno en profundidad, determinar la cota a la que se localiza el nivel freático, perforar por debajo de la capa de agua, atravesar estratos duros o rocosos, tomar muestras de toda clase de terrenos, de rocas y de acuíferos y hacer ensayos “in situ”. En resumen, el sondeo mecánico es la técnica que puede aportar el mayor número de datos posibles acerca de un terreno. Uno de los problemas que plantea el sondeo mecánico cuando se pretende realizar por debajo de edificios 23
Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
existentes es que la batería de perforación suele ir montada o sobre un camión o sobre un tractor de orugas, esto es, sobre vehículos que no pueden acceder al interior de casi ningún edificio, ya sea por un gálibo insuficiente o por luces de estructura o por dimensiones de huecos reducidas. (Véase FIGURA 3-28).
Figura 3-28: Equipos de sondeos mecánicos
En esos casos en los que no resulta posible que la maquinaria de perforación acceda al interior del edificio para recabar información del terreno situado por debajo del mismo, no queda más remedio que realizar los sondeos en su entorno exterior inmediato y llevar a cabo en el interior otras pruebas, como son las continuas de penetración, que emplean una maquinaria de dimensiones mucho más reducidas. Esas pruebas continuas de penetración consisten en introducir en el terreno una puntaza de dimensiones normalizadas mediante la aplicación de una energía de impacto fija o de una presión estática controlada. Se tienen así dos tipos de pruebas: la dinámica, que es la de uso más frecuente y que en el lenguaje de la obra se conoce como “penetrómetro dinámico, tipo borro”; y la estática, que tiene un uso mucho más limitado y que en obra es conocida como “penetrómetro estático” o “penetrómetro holandés”. La Figura 3-29 muestra un equipo de penetrómetro dinámico y el correspondiente gráfico de resultados del ensayo, en el cual se van reflejando ordenadamente los números de golpes necesarios para que la puntaza vaya penetrando en el terreno en sucesivos avances de veinte centímetros. El ensayo suele llevarse hasta llegar al efecto llamado ”rechazo”, efecto que se alcanza cuando, después de dos andanadas de cien golpes cada una, la puntaza ya no penetra más en el terreno.
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-29: Ensayo de penetración dinámica
No cabe duda de que este ensayo mide la resistencia del terreno a la penetración, resistencia que, en los suelos granulares (gravas y arenas), está directamente relacionada con su estado de compacidad y con el único parámetro resistente de estos suelos, que es el ángulo de rozamiento interno. Pero debe hacerse constar que las pruebas de penetración son ensayos de los que se suelen denominar “ciegos”, porque no permiten ni ver el terreno ensayado ni extraer muestras del mismo. Además, en un terreno que contenga obstáculos, como puede suceder en un relleno de vertedero, podría darse un rechazo falso, simplemente porque la puntaza no haya podido atravesar ni desplazar un obstáculo. Este es el motivo por el que el DB-SE-C no permite el uso de penetrómetros de manera exclusiva, salvo para edificios de muy pequeña entidad (tipo C-0) construidos en terrenos favorables (tipo T-1). En todos los demás restantes casos de edificios y de terrenos, siempre es necesario combinar las pruebas de penetración con sondeos mecánicos, pero respetando en todos los casos un número mínimo de sondeos y un porcentaje máximo de sustitución de sondeos por penetrómetros. (Véase FIGURA 3-30).
Figura 3-30: Planificación de las técnicas de reconocimiento (DB-SE-C)
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
En relación con el número y con la separación entre unos y otros puntos de reconocimiento, el DB-SE-C prescribe unas distancias máximas entre ellos y establece que el reconocimiento mínimo debe hacerse, al menos, en tres puntos. (Véase FIGURA 3-31). En lo relativo a la localización de tales puntos de reconocimiento, el DB-SE-C también prescribe que hay que reflejar en un plano la situación de todos y cada uno de ellos, refiriéndolos a puntos fijos del entorno claramente reconocibles o, en su defecto, a coordenadas UTM. Esta obligatoriedad permite replantear y localizar “in situ” todos los puntos de reconocimiento de una manera precisa y fiable.
Figura 3-31: Planificación de la densidad y profundidad de los reconocimientos (DB-SE-C)
Tal y como puede comprobarse en la Figura 3-31, el DB-SE-C establece para los reconocimientos una profundidad de investigación orientativa. Pero, en realidad, esta profundidad es de aplicación exclusivamente a los sondeos, habida cuenta de que, en las pruebas de penetración la profundidad de investigación está limitada por el rechazo, el cual, obviamente, es específico en casa caso. Aunque la profundidad de investigación sea calificada como orientativa, el DB-SE-C prescribe la obligatoriedad de comprobar que sea suficiente para asegurarse de que, por debajo de ella, la transmisión de las acciones del edificio al terreno no va a producir asientos significativos. Según el DB-SE-C, esa mínima profundidad obligatoria de investigación será aquella en la que el aumento neto de la tensión causado por el peso del edificio sea igual o inferior al 10% de la tensión efectiva vertical preexistente en el terreno antes de construir el edificio. En relación con las muestras de terreno que deben ser extraídas y con los ensayos que deben hacerse “in situ” y en laboratorio, cabe destacar que el DB-SE-C define las distintas categorías de esas muestras y la categoría mínima que deben tener tales muestras para que sobre ellas puedan hacerse las distintas clases de ensayos de laboratorio. Y también define las clases de ensayos que pueden realizarse, tanto “in situ” como en laboratorio, pero el número de determinaciones que especifica es simplemente orientativo. (Véase FIGURA 3-32).
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-32: Planificación de ensayos. (DB-SE-C)
Habría sido más razonable que el DB-SE-C definiera un número mínimo de determinaciones en lugar de un número orientativo de las mismas. Porque la experiencia demuestra que, por la mala costumbre, tan errónea como frecuente, de minimizar el costo del Informe Geotécnico, al Técnico Proyectista y al Director de la Obra no se les suele suministrar el suficiente número de datos para que puedan evaluar, con suficiente precisión y con el debido grado de seguridad, los parámetros geotécnicos del terreno que deben ser utilizados en los cálculos. Pero esa indefinición no es la única carencia del DB-SE-C que deben afrontar el Técnico Proyectista y el Director de la Obra en relación con el Informe Geotécnico, porque, en el apartado 3.4, relativo a la “confirmación del estudio geotécnico antes de la ejecución”, consta lo siguiente: “Una vez iniciada la obra e iniciadas las excavaciones, a la vista del terreno excavado y para la situación precisa de los elementos de la cimentación, el Director de Obra apreciará la validez y suficiencia de los datos aportados por el estudio geotécnico, adoptando en casos de discrepancia las medidas oportunas para la adecuación de la cimentación y del resto de la estructura a las características geotécnicas del terreno.” Hay que calificar de sorprendente – por lo menos -- el que exista un Director de Obra capaz de apreciar “la validez y suficiencia de los datos aportados por el estudio geotécnico” sola y exclusivamente “a la vista del terreno excavado”. Porque, de ser así, no cabe duda de que dicho estudio no es en absoluto necesario. Pero, además, debe hacerse constar que un cimiento no solamente está constituido por el propio elemento estructural que apoya sobre ese terreno ya excavado y que resulta apreciable a simple vista, sino también por el terreno que queda oculto por debajo de la cota de fondo de la excavación y que obviamente va a verse afectado por dicho elemento estructural. Es evidente que la lectura del mencionado apartado 3.4 del DB-SE-C inclina a la broma fácil, pero la repercusión de sus contenidos puede ser muy seria en todo lo relativo a las responsabilidades de los distintos agentes que intervienen en la edificación. Porque si, a la vista del terreno excavado, el Director de Obra no manifiesta discrepancia alguna con el estudio geotécnico, está refrendando implícitamente los datos aportados por dicho estudio, de manera que pasa a convertirse en el único responsable de lo que pudiera ocurrir en la cimentación y en la estructura por causa de la inadecuación de tales datos a las reales características del terreno. Y como mediante una simple ”vista del terreno excavado” no es posible concretar discrepancia técnica alguna, todos los estudios geotécnicos siempre resultarán válidos y suficientes, cualesquiera que sean las carencias de los mismos.
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Es de esperar que, más tarde o más temprano, se decida la supresión de ese inadecuado párrafo que invalida una gran parte del considerable esfuerzo hecho en España para disponer, por fin, de una normativa capaz de homogeneizar los criterios en materia de Mecánica del Suelo y de Cimentaciones y, con ello, contribuir a una mejor calidad de los proyectos de edificación. 3.2.2. Comprobaciones para el diagnóstico Tal y como ya se ha hecho constar en el epígrafe 1.1., casi todos los cimientos existentes en los edificios corresponden o bien a cimentaciones superficiales o directas (Véase, de nuevo, FIGURA 1-1) o bien a cimentaciones profundas (Véase, de nuevo, FIGURA 1-2). Los datos imprescindibles para comprobar si una cimentación superficial o directa requiere o no algún tipo de intervención serán, como mínimo, los siguientes: •
Acciones a nivel del plano de apoyo en los distintos elementos de cimentación.
•
Dimensiones en planta de los elementos de cimentación.
•
Dimensión vertical (canto) de los elementos de cimentación.
•
Resistencia de la fábrica empleada en la ejecución de los elementos de cimentación.
•
Resistencia del terreno afectado por la cimentación.
En el caso de que la tensión de trabajo de alguno(s) de los elementos de cimentación sea mayor que la resistencia del terreno, será necesario realizar algún tipo de intervención. Y también será necesaria una intervención cuando el cimiento no posea una resistencia intrínseca suficiente para contrarrestar las reacciones del terreno. A propósito de la cimentación superficial, en los contenidos del DB-SE-C figura todo lo siguiente: “Las comprobaciones para verificar que una cimentación superficial cumple los requisitos necesarios se basarán en el método de los estados límite”. “Se debe verificar que el coeficiente de seguridad disponible con relación a las cargas que producirían el agotamiento de la resistencia del terreno para cualquier mecanismo posible de rotura, sea adecuado”. “Los estados límite últimos que siempre habrán de verificarse para las cimentaciones directas, son: a) hundimiento; b) deslizamiento; c) vuelco; d) estabilidad global; e) capacidad estructural del cimiento”. En la tabla 2.1 del DB-SE-C (Véase Figura 3-33), se definen los coeficientes de seguridad parciales que deben considerarse en la verificación de cada uno de los antecitados estados límite últimos.
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-33: Coeficientes de seguridad parciales para la verificación de los estados límites últimos
Los datos imprescindibles para comprobar si una cimentación profunda por pilotaje requiere algún tipo de intervención serán, como mínimo, los siguientes: •
Acciones a nivel del plano de apoyo de los encepados en los distintos grupos de pilotes.
•
Tipología de los pilotes (hincado, perforado, barrenado) y materiales empleados en su construcción (madera, acero, hormigón, mixtos).
•
Diámetro y longitud de los pilotes.
•
Resistencias del terreno en fuste y en punta de los pilotes, considerados como elementos aislados.
•
Carga admisible de los pilotes, considerados como elementos aislados, y carga admisible de los grupos de pilotes.
Evidentemente, en el caso de que la carga de trabajo de los pilotes, considerados como elementos aislados o en grupo, sea mayor que su respectiva carga admisible, será necesario realizar algún tipo de intervención. También será necesaria una intervención cuando el tope estructural o carga nominal (esto es, lo que aguanta el pilote como estructura sometida a compresión simple) de alguno(s) de los pilotes sea menor que su correspondiente carga de trabajo. A propósito de la cimentación profunda, en los contenidos del DB-SE-C figura todo lo siguiente: “Las comprobaciones para verificar que una cimentación profunda cumple los requisitos necesarios se basarán en el método de los estados límite”. “Los tipos de rotura más comunes y que en cualquier caso deben verificarse son: a) estabilidad global; b) hundimiento; c) rotura por arrancamiento; d) rotura horizontal del terreno bajo cargas del pilote; e) capacidad estructural del pilote”. 29
Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Los coeficientes de seguridad parciales que deben considerarse en la verificación de cada uno de esos antecitados estados límite últimos también se definen en la ya mencionada Tabla 2.1. (Véase, de nuevo, FIGURA 3-33).
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MÓDULO 3. LOS PROCESOS PATOLÓGICOS Y SU DIAGNÓSTICO
Índice 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico 3.1.
Movimientos del edificio y sus lesiones características 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.1.7
3.2
Asientos Asientos combinados con giro Arcos o bóvedas de descarga Deformación cóncava Deformación convexa (quebranto) Giro monolítico Vibraciones
El diagnóstico 3.2.1
Información imprescindible y tareas específicas para su obtención
3.2.2
Comprobaciones para el diagnóstico
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
3. LOS PROCESOS PATOLÓGICOS Y SU DIAGNÓSTICO
3.1. Movimientos del edificio y sus lesiones características Todo edificio que padezca un proceso patológico en su cimentación experimentará, más tarde o más temprano y de forma más o menos manifiesta, unos movimientos cuyos efectos son unas lesiones apreciables a simple vista: las grietas. La localización, la trayectoria, la extensión y la importancia de las mismas acusan los movimientos que haya padecido y/o que todavía padece el edificio. Las características de esos movimientos dependen principalmente de los siguientes factores: •
La resistencia a tracción de las zonas del edificio afectadas por la lesión. Esta resistencia condiciona la magnitud del movimiento y la velocidad de progresión del proceso patológico. Concretamente, una resistencia a tracción insuficiente en las zonas afectadas por la lesión incrementa la magnitud del movimiento y la velocidad con la que éste progresa. Y, por el contrario, una resistencia a tracción suficiente en dichas zonas minimiza el movimiento y lo ralentiza.
•
La capacidad de la estructura para deformarse sin fracturarse. Esta capacidad condiciona la importancia de los daños. Concretamente, una capacidad de deformación muy reducida, como la que presenta una estructura rígida e hiperestática de hormigón, permite unos movimientos de muy escasa magnitud antes de alcanzar la rotura. Y, por el contrario, una estructura de madera o de acero flexible e isostática puede soportar notables movimientos sin llegar a la rotura.
•
La rigidez del conjunto estructura-cimiento y su interacción con la rigidez del terreno. Esta rigidez condiciona el tipo de movimiento, monolítico o diferencial, que padece el edificio. Concretamente, cuando el conjunto estructura-cimiento-terreno presenta una rigidez suficiente, el movimiento es monolítico y homogéneo, con giros y/o con desplazamientos. Y, por el contrario, cuando ese conjunto presenta una rigidez insuficiente, el movimiento es diferencial y heterogéneo, con distorsiones angulares y/o elongaciones.
De entre las diversas clases de movimientos originados por un proceso patológico padecido en la cimentación, cabe destacar los siguientes: •
Asientos.
•
Asientos combinados con giro.
•
Arcos o bóvedas de descarga.
•
Deformación cóncava.
•
Deformación convexa (quebranto).
•
Giro monolítico.
•
Vibraciones.
3.1.1. Asientos Son movimientos localizados de descenso de elementos estructurales (cimentaciones, muros, pilares). Generan unas fisuras que contornean el eje vertical del elemento estructural afectado y que, en su conjunto, adquieren una morfología de bóveda, más o menos simétrica según sea la rigidez de los diversos elementos constructivos (muros, tabiques, etc.) que convergen en el punto de máximo descenso. El origen de estos movimientos suele ser un fallo localizado del terreno y/o del cimiento. (Véanse FIGURA 3-1 y FIGURA 3-2): En la Figura 3-1 se pueden apreciar dos ejemplos de asientos causados por un fallo del terreno. En concreto, por una alteración del terreno en el entorno inmediato del cimiento, alteración cuyo origen, a su vez y en 3
Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
este caso, fue el deficiente estado de la red de saneamiento enterrada.
Figura 3-1: Asientos causados por una alteración del terreno en el entorno inmediato del cimiento
En la Figura 3-2 se aprecia un asiento causado por un fallo localizado del cimiento: el que corresponde a la fachada interior del soportal, cimiento que transmite al terreno unas acciones mayores que las del cimiento de la fachada exterior, por cuanto esta fachada exterior está menos cargada.
Figura 3-2: Asiento causado por un fallo localizado del cimiento
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Otro ejemplo de asientos entre dos zonas de un edificio desigualmente cargadas es el que se refleja en la FIGURA 3-3. Nótese cómo la ausencia de una junta entre esas dos zonas provoca que el hundimiento del terreno bajo la zona más cargada arrastre a la menos cargada. Y también cómo la grieta que aparece se localiza aproximadamente donde debería haberse previsto una junta. También son frecuentes los asientos en alguno de los bordes del edificio, debidos a incidencias negativas en el entorno inmediato del cimiento: unas veces, por causa de actuaciones inadecuadas (casi siempre, excavaciones); y otras veces, por alteraciones del terreno. (Véase FIGURA 3-4) Ahora bien, hay que tener en cuenta que los asientos en los bordes de los edificios suelen ir acompañados de algún desplome o inclinación, esto es, suelen estar combinados con un giro, tal y como se va a describir a continuación.
Figura 3-3: Asiento entre zonas de un edificio desigualmente cargadas
Figura 3-4: Asiento causado por una actuación inadecuada o por una alteración del terreno junto al cimiento
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
3.1.2. Asientos combinados con giro Son movimientos de descenso, combinados con algún desplome o inclinación, que aparecen como consecuencia de la presencia de acciones excéntricas sobre el plano de apoyo de la cimentación. Se genera una flexotracción, debido a la cual suelen ir acompañados de fisuras verticales localizadas en los bordes de la zona superior del edificio, zona en la que, como ya se ha mencionado, el edificio suele presentar una menor resistencia a tracción, insuficiencia que, como ya se ha hecho constar, favorece la progresión de los movimientos. La presencia de acciones excéntricas sobre el plano de apoyo de la cimentación puede deberse a causas muy variadas, de entre las cuales cabe reseñar las siguientes: •
El dimensionado insuficiente de los cimientos de borde del edificio, defecto que ya se ha mencionado en el anterior apartado 2.3.1. y cuyas consecuencias ya han sido reflejadas en la Figura 2-13.
•
La ejecución de alguna excavación junto a cimentaciones existentes y/o la socavación de esas cimentaciones por alteración del terreno en su entorno inmediato. (Véanse FIGURA 3-5 y FIGURA 3-6).
Figura 3-5: Asiento combinado con giro causado por socavación
Figura 3-6: Asiento combinado con giro causado por excavación
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
•
La incidencia en la cimentación de acciones horizontales que hayan sido generadas por las estructuras construidas sobre rasante. (Véase FIGURA 3-7).
Figura 3-7: Asiento combinado con giro causado por acciones horizontales generadas por la estructura
3.1.3. Arcos o bóvedas de descarga Son asientos localizados en los que las fisuras tienden a formar arcos de directriz sensiblemente parabólica, cuyos ejes verticales pasan por el punto de máximo descenso. La aparición de estos arcos descarga la zona afectada, transmitiendo las acciones hacia los laterales, esto es, hacia los que serían sus contrarrestos (estribos) al nivel de la cimentación. (Véase FIGURA 3-8). En un paramento con suficiente altura y cohesión interna el arco es cerrado y se completa (fallo a flexotracción, véase FIGURA 3-8/b). En un paramento de altura limitada e insuficiente cohesión interna, el arco no se cierra y se reduce a dos ramas separadas más o menos parabólicas (fallo a cortante, véase FIGURA 3-8/a). Los movimientos en arco o bóveda de descarga se deben a un fallo localizado del terreno o del cimiento. Cuando la causa que genera el movimiento no ha sido suprimida, llega a formarse un segundo arco, afín al primero, acusándose una generalización del movimiento y una aceleración de la velocidad de su progreso, por cuanto este segundo arco ya no dispone de suficiente contrarresto al nivel de la cimentación. (Véase FIGURA 3-9).
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Figura 3-8: Movimiento en arco o bóveda de descarga
Figura 3-9: Generalización del movimiento en arco de descarga
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
3.1.4. Deformación cóncava Es un movimiento debido a un hundimiento del cimiento generalizado pero no uniforme. Su magnitud es mayor bajo la zona central del edificio que en sus bordes. Suele ir acompañado de varios arcos o bóvedas de descarga afines y también (por flexotracción) de fisuras verticales en la zona inferior del edificio, las cuales quedan ocultas a la vista. Cuando la estructura es isóstatica y con una insuficiente resistencia a cortante, pueden generarse desplazamientos verticales entre unos y otros pórticos. (Véase FIGURA 3-10). El origen de este movimiento suele ser o una deficiente contención del terreno o un deficiente zunchado al nivel de la cimentación.
Figura 3-10: Deformación cóncava
3.1.5. Deformación convexa (quebranto) Tal y como ya se ha hecho constar en el anterior apartado 2.1.2. y ha quedado reflejado en la Figura 2-10, la deformación convexa es un movimiento generalizado y característico de los edificios apoyados sobre arcillas expansivas, en el que se combinan hinchamientos bajo la zona central del edificio con asientos en sus bordes. En consecuencia, los extremos laterales del edificio quedan trabajando en ménsula y la construcción se agrieta, principalmente en su coronación. Este movimiento suele ir acompañado de fisuras verticales por flexotracción, localizadas en la zona superior del edificio, zona en la que, como ya se ha señalado repetidamente, el edificio tiende a presentar una menor resistencia a tracción, lo cual favorece la progresión de los movimientos. (Véase FIGURA 3-11).
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Figura 3-11: Daños causados por una deformación convexa en la coronación de dos edificios
Debe tenerse en cuenta que la deformación convexa origina, a su vez, un segundo fallo: la descompresión en los planos de fábrica verticales, descompresión que genera la deformación, la fisuración e incluso el colapso de los arcos contenidos en esos planos, por pérdida de su contrarresto. (Véase FIGURA 3-12).
Figura 3-12: Daños en los arcos de dos edificios por descompresión de las fábricas verticales.
3.1.6. Giro monolítico Es un movimiento generalizado de inclinación o de desplome, que afecta a la totalidad de un edificio de gran rigidez. Se debe a que las cimentaciones de los bordes opuestos del edificio están apoyadas sobre terrenos que presentan unas características resistentes y una compresibilidad diferentes, por la presencia de estratos inclinados y/o de materiales blandos y compresibles, lo que da lugar a hundimientos diferenciales entre uno y otro de los citados bordes. (Véase FIGURA 3-13). Cuando un edificio afectado por un movimiento de giro monolítico no tiene una ubicación aislada sino que está en contacto con otros edificios o plenamente adosado a los mismos, éstos pueden padecer acciones de empuje causadas por el desplome. (Véase FIGURA 3-14).
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-13: Giro monolítico
Figura 3-14: Empujes causados por el desplome de un edificio sobre el colindante
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
3.1.7. Vibraciones Son movimientos oscilatorios debidos a acciones dinámicas, más o menos permanentes. En función de su origen (seísmo, maquinaria, tráfico, resonancias), de su intensidad y de su duración, pueden causar un movimiento localizado en determinadas zonas del edificio o un movimiento global de la totalidad del mismo. Suelen ir acompañados de fisuras localizadas, sobre todo en la zona superior del edificio, así como de disgregaciones de una buena parte de los materiales constructivos. (Véase FIGURA 3-15).
Figura 3-15: Daños debidos al seismo de 2011 en el convento de las Clarisas. Lorca (Murcia)
3.2. El diagnóstico Para llevar a cabo el diagnóstico de cualquier proceso patológico hay que conocer los daños que padece el edificio, determinar las causas que los han originado y emitir un dictamen en el que se contemple si es o no es necesario (y posible) el realizar algún tipo de intervención. En consecuencia, cualquier diagnóstico debe constar de dos fases fundamentales: •
La fase de información acerca de los daños y de sus causas.
•
La fase de dictamen acerca de la necesidad (y posibilidad) de realizar alguna intervención.
De estas dos fases, la de información es la que tiene una mayor importancia, porque, si es insuficiente o deficiente, el correspondiente dictamen será erróneo. Y, si se parte de un dictamen erróneo, cualquier futura intervención será un fracaso. A continuación, vamos a detallar cuál debería ser la información mínimamente imprescindible para llevar 12
Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
a cabo el diagnóstico correcto de un proceso patológico relacionado con la cimentación o con el terreno afectado por una cimentación y cuáles son las tareas necesarias para recabar dicha información. 3.2.1. Información imprescindible y tareas específicas para su obtención La información mínimamente imprescindible para conseguir unos conocimientos correctos, precisos y fiables acerca de las causas determinantes de los daños que padece un edificio por fallos en su cimentación se adquiere a través de la recopilación de diversos datos, igualmente imprescindibles, de entre los que hay que destacar los siguientes: •
Antecedentes (historial) de los daños objeto del diagnóstico.
•
Información acerca de las redes enterradas de agua a presión y de evacuación de aguas residuales y pluviales.
•
Información acerca del entorno inmediato del edificio.
•
Información acerca de los movimientos sobrevenidos.
•
Información acerca de la cimentación del edificio.
•
Información acerca del terreno.
3.2.1.1 Antecedentes (historial) de los daños objeto del diagnóstico La recopilación de antecedentes se hace a través de una investigación selectiva, normalmente muy lenta y laboriosa, hecha en base al cotejo cruzado de planos, de fotografías y de documentos antiguos, combinada con el análisis crítico de los testimonios recabados a personas conocedoras del edificio afectado. Esto es lo que se suele denominar “historial” de los daños. Deberá versar, como mínimo, acerca de los siguientes extremos: •
Antigüedad del edificio.
•
Fecha aproximada en la que aparecieron los primeros daños que constituyen el objeto del diagnóstico.
•
Proyecto original del edificio.
•
Referencias sobre modificaciones y reparaciones efectuadas en el edificio, particularmente las realizadas sin una asistencia técnica cualificada.
•
Referencias sobre los sucesivos usos del edificio, en su conjunto y en sus diferentes zonas.
•
Referencias sobre anteriores daños que hubiera podido padecer el edificio por causas más o menos normales y corrientes o por causas catastróficas (inundaciones, incendios, terremotos).
3.2.1.2 Información acerca del estado actual de las redes enterradas de agua a presión y de evacuación de aguas residuales y pluviales Tal y como ya se ha hecho constar, es muy frecuente que el origen de los daños se encuentre en el estado deficiente de estas redes, tanto de las correspondientes al propio edificio como de las que discurren por su entorno inmediato (infraestructuras urbanas). Por ello, es preciso conocer los trazados y los elementos constituyentes de tales redes, los materiales empleados en su construcción y el estado real en el que se encuentran. El mayor problema de esta investigación radica en que, al estar enterradas, estas redes permanecen ocultas a la vista y su localización e inspección requieren efectuar un gran número de demoliciones selectivas, a cuyo coste hay que añadir el de la correspondiente reposición de los elementos constructivos dañados por la investigación (principalmente solados y soleras, pero también elementos constituyentes de las propias redes). Además, los trazados de esas redes no suelen coincidir exactamente ni con los que figuran en los planos del edificio ni con los que se reflejan en los planos de las compañías suministradoras, por lo que suele ser necesario el realizar un levantamiento de planos que refleje el trazado real de dichas redes. 13
Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
En la actualidad, las técnicas de inspección de tuberías enterradas mediante el uso de videocámara facilitan enormemente las labores de investigación y reducen notablemente la necesidad de llevar a cabo intervenciones destructivas. 3.2.1.3 Información acerca del entorno inmediato del edificio Esta información, al igual que la del historial de los daños, requiere una investigación selectiva, hecha en base al cotejo cruzado de los datos obtenidos mediante detenidas inspecciones oculares con el análisis crítico de los sistemas constructivos locales y con los testimonios recabados a personas conocedoras de dicho entorno. Deberá versar, como mínimo, acerca de los siguientes extremos: •
Características, antigüedad y estado de conservación de los edificios próximos.
•
Características del marco físico: presencia de cauces de agua, de vaguadas, de laderas inestables, etc.
•
Características, antigüedad y estado real en el que se encuentran las infraestructuras urbanas que corresponden a instalaciones de agua a presión y de evacuación de aguas residuales y pluviales.
•
Referencias sobre determinadas obras y modificaciones que hayan sido ejecutadas cerca del edificio, como pueden ser las siguientes: demolición de inmuebles colindantes o próximos, vaciados para la construcción de edificios o de nuevas infraestructuras, rebajamientos del nivel freático, interrupción de drenajes naturales, creación de parques o de nuevas áreas ajardinadas, etc.
3.2.1.4 Información acerca de los movimientos sobrevenidos La información imprescindible acerca de los movimientos que ya ha padecido y/o que todavía padece un edificio requiere un conocimiento preciso de los daños que le afectan, daños que, cuando tienen un origen relacionado con una patología de la estructura o de la cimentación, se manifiestan en forma de grietas, tal y como ya se ha hecho constar repetidamente. La localización, trayectoria, extensión e importancia de las grietas permiten deducir la clase de movimiento que padece el edificio. Pero además, es imprescindible conocer si el movimiento se encuentra activo y, en el caso de que así sea, estimar la velocidad de su progreso. En consecuencia, las tareas específicas para recabar la información imprescindible acerca de los movimientos se concretan en las dos siguientes: •
Inspecciones oculares de las grietas, para determinar la localización, trayectoria, extensión e importancia de las mismas.
•
Auscultación de las grietas, para determinar si el movimiento se encuentra activo y, en caso afirmativo, para estimar la velocidad con la que éste progresa.
Las inspecciones oculares de las grietas se llevan a cabo mediante detenidas, ordenadas y reiteradas visitas, en las cuales se realizan tomas de fotografías y se levantan los oportunos croquis. Para cada fotografía y para cada croquis, debe tomarse la explícita reseña de su localización exacta con respecto al conjunto del edificio, de modo que todos esos datos gráficos permitan dibujar, con cierta precisión, secciones o perspectivas de las grietas detectadas. Estas secciones o perspectivas son las que permiten identificar el movimiento. (Véase FIGURA 3-16).
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-16: Croquis en perspectiva de las grietas de una vivienda
La auscultación de las grietas permite determinar su magnitud, tendencia y evolución. Para llevarla a cabo, lo mejor es recurrir a una empresa de instrumentación especializada en el control de movimientos de los edificios. Estas empresas poseen toda clase de aparatos para medir la apertura de grietas (Véase FIGURA 3-17), los asientos, las inclinaciones y las distorsiones entre pórticos (Véase FIGURA 3-18), con una precisión que llega a alcanzar hasta la centésima e incluso hasta la milésima de milímetro.
Figura 3-17: Medida de la apertura de grietas
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Figura 3-18: Medida de distorsiones y de inclinaciones
Para realizar estas mediciones se instalan unas bases que, obviamente, deben permanecer fijas durante todo el tiempo que dure la instrumentación. La localización exacta y la denominación de cada una de esas bases deben quedar reflejadas en los correspondientes planos, de modo que las sucesivas observaciones permitan llevar a cabo un seguimiento ordenado de los movimientos que padece el edificio. Las primeras mediciones suelen hacerse una vez al mes y, pasados los primeros tres meses, suelen realizarse trimestralmente, en coincidencia con los cambios de estación. Cuando es necesario realizar algún tipo de intervención en los cimientos o en el terreno afectado por los cimientos, durante la ejecución de la obra se aumenta la frecuencia de las mediciones, a razón de una vez al mes, e incluso una vez cada quince días. Y, cuando la obra ha concluido, se disminuye esa frecuencia de las mediciones, volviendo a la de una vez cada tres meses, hasta completar un ciclo de un año (cuatro estaciones), durante el cual se pueda comprobar la estabilización de los movimientos. Es después de haber hecho esta comprobación y nunca antes cuando pueden ser eliminadas las bases fijas para la medición y acometer y concluir la fase de acabados. El criterio tradicional es que un movimiento de un milímetro al mes indica una necesidad urgente de actuación. Pero este criterio solamente es orientativo, ya que la deformabilidad de las estructuras antes de alcanzar su rotura es muy variable, en función de su rigidez general y de la capacidad de movimiento de sus nudos. De hecho, ese movimiento de 1 mm/mes puede resultar de muy poca entidad en una estructura isostática y muy flexible (por ejemplo, de madera o de acero) y, por el contrario, puede considerarse ruinógeno para una estructura hiperestática y muy rígida (la típica de hormigón armado). En el caso de que no se pueda contar con los servicios de una empresa especializada en instrumentación, como mínimo debe ordenarse la colocación de testigos sobre las grietas más significativas. Es sabido que esos testigos son unas láminas adheridas o superpuestas transversalmente a la directriz de la grieta. Suelen ser de yeso en interiores y de vidrio en exteriores. (Véase FIGURA 3-19). Los testigos deben fecharse de manera indeleble y su localización y denominación exactas deben quedar 16
Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
reflejadas en los correspondientes planos. De este modo, si se produce la rotura de alguno de ellos, además de comprobarse que la grieta y el correspondiente movimiento están activos, se puede conocer la zona del edificio que se encuentra más afectada y realizar una estimación aproximada de la velocidad de progreso de los daños.
Figura 3-19: Colocación de testigos
3.2.1.5 Información acerca de la cimentación La información imprescindible acerca de la cimentación deberá versar, como mínimo, sobre los siguientes extremos: •
Sistema de cimentación que ha sido adoptado en el edificio.
•
Dimensiones (en planta y en vertical) de los distintos elementos de cimentación.
•
Materiales y clases de fábricas empleados en la construcción de los mencionados elementos de cimentación y estado real actual en el que tales materiales y fábricas se encuentran.
Las tareas específicas para obtener la información imprescindible acerca de la cimentación pueden concretarse en las siguientes: •
Inspecciones oculares, para determinar la clase de cimentación y su estado real de conservación.
•
Levantamiento de planos por medición directa, para conocer las dimensiones reales de los cimientos existentes, en función de las cuales se puedan realizar las pertinentes comprobaciones de cálculo.
•
Extracción de muestras de materiales y de fábricas, para realizar ensayos de laboratorio sobre las mismas.
•
Ejecución de ensayos de laboratorio sobre las muestras extraídas, para determinar las características reales de los materiales y de las fábricas que han sido empleadas en la construcción de los cimientos, características en función de las cuales se realizan las pertinentes comprobaciones de cálculo.
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Todas estas tareas requieren la ejecución de excavaciones (catas o calicatas), hechas junto a los cimientos existentes. (Véase FIGURA 3-20).
Figura 3-20: Información obtenida en una cata hecha junto a un cimiento existente
No cabe duda de que la ejecución de estas catas conlleva un riesgo potencial de que puedan aumentar el deterioro y los daños ya existentes. Esto es así porque, aunque el fondo de la excavación no llegue a superar la profundidad del plano de apoyo de la cimentación, la eliminación de las tierras en los laterales del cimiento reduce su capacidad portante y, en resumen, su seguridad frente al hundimiento. (Véase FIGURA 3-21).
Figura 3-21: Fotografía de una cata hecha junto a un cimiento existente
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Para salir al paso de las indeseables consecuencias originadas por estas excavaciones, deben tomarse las necesarias medidas de precaución, que suelen concretarse en la introducción de apeos, cuyo alcance y desarrollo deberán guardar proporción con el estado real de cada zona del edificio y con las características de los trabajos previstos en esas zonas. Un apeo consiste en la incorporación de una estructura auxiliar (de madera, de acero o mixta de madera y de acero), de presencia temporal, para descargar o minorar las acciones que inciden sobre la estructura del edificio. Su ejecución, su puesta en carga y su supresión final requieren un gran cuidado y una máxima meticulosidad, por cuanto cada una de esas fases es causa de que en el edificio se produzcan unos ineludibles movimientos que se añaden a los ya existentes. El apeo, cualesquiera que sean su alcance y su desarrollo, debe estar apoyado sobre una cimentación propia, más o menos compleja, construida específicamente para el caso. Entre otros muchos, está condicionado por los siguientes factores: •
Asegurar en todo momento la estabilidad de la estructura apeada.
•
Conseguir que la presencia y la circulación de personas dentro del inmueble apeado o en las proximidades del mismo no revista el menor peligro.
•
Dejar libres al máximo los espacios necesarios para trabajar y/o para la circulación de personas.
•
Permitir la adaptación a los movimientos que se puedan producir en la estructura apeada durante la ejecución de los trabajos, e incluso, corregir los efectos de tales movimientos (apeos activos).
Habida cuenta de la gran variedad de estructuras que pueden ser objeto de apeo, de la gran variedad de movimientos que dichas estructuras pueden padecer y de la gran variedad de circunstancias específicas que pueden presentarse en la ejecución de los trabajos, no es extraño que se instalen apeos tan simples como el que refleja la FIGURA 3-22 o tan complejos como los que se muestran en la FIGURA 3-23 y en la FIGURA 3-24. El apeo que se refleja en la figura 3-22 ha sido previsto para descargar un pilar del soportal de un porche (carga reducida) y para una pequeña adaptación a los movimientos que pudieran producirse durante el transcurso de las obras, adaptación que se puede lograr mediante un simple sistema de husillo.
Figura 3-22: Apeo simple
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
El apeo que se muestra en la FIGURA 3-23 es de los denominados “apeos activos” y ha sido previsto para descargar la fachada de un edificio en la que se requería, además de una adaptación a los movimientos que se estaban produciendo, una corrección de los mismos, para lo cual se emplearon gatos hidráulicos.
Figura 3-23: Apeo activo de la fachada de un edificio
El apeo que se muestra en la FIGURA 3-24 es un apeo complejo que fue llevado a cabo en la catedral de Vitoria. Por cuanto la excavación prevista por debajo de la cota del plano de apoyo de los cimientos no permitía construir una cimentación propia para el apeo, fueron los propios elementos estructurales existentes, debidamente zunchados en todas las direcciones (para minimizar los movimientos), los que constituyeron la sustentación del apeo. En esos casos en los que no es posible construir un cimiento propio para el apeo, porque esté previsto excavar por debajo del plano de apoyo de los cimientos (por ejemplo, para construir sótanos en un edificio existente), otra solución relativamente frecuente y que será detallada más adelante es el apeo con micropilotes. (Véase FIGURA 3-25).
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-24: Apeo complejo en la catedral de Vitoria
Figura 3-25: Apeo con micropilotes en la casa del Cordón. Burgos
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
3.2.1.6 Información acerca del terreno Las tareas específicas para obtener la información imprescindible acerca del terreno se concretan en la planificación y elaboración de un Informe Geotécnico. Con carácter general, el Informe Geotécnico es un documento cuya finalidad principal consiste en determinar las características y las propiedades del terreno afectado por la cimentación. Pero debe advertirse que, en los procesos patológicos causados por fallos en las cimentaciones, el Informe Geotécnico ni puede ni debe limitarse al estudio del terreno que se encuentra afectado por los cimientos ya existentes. Porque, aunque ese estudio pudiera resultar suficiente para efectuar el diagnóstico del proceso patológico que padece el edificio, nunca bastaría para definir y para realizar algunos de los tipos de intervención más frecuentes, por ejemplo, una solución de recalce profundo mediante micropilotes para un edificio que originariamente está cimentado con zapatas. La planificación de un Informe Geotécnico debe considerar todas las siguientes tareas: •
Selección de las técnicas de reconocimiento del terreno.
•
Determinación del número, localización y profundidad de los reconocimientos.
•
Definición de las muestras de terreno que deben ser extraídas: tipo, número y profundidad de extracción.
•
Definición de los ensayos que deben realizarse “in situ”: clases de ensayos, número y profundidad de ejecución.
•
Definición de los ensayos de laboratorio que deben realizarse sobre las muestras extraídas: clases de ensayos y número de determinaciones.
En España, actualmente es obligatorio que la planificación de un Informe Geotécnico respete y cumplimente todo cuanto el Documento Básico de Seguridad Estructural- Cimientos (DB-SE-C) prescribe al efecto. En concreto, debe atenerse a los contenidos del “Capítulo 3” de este Documento, de entre los que, a continuación, se van a realizar algunos comentarios sobre aquellos que se consideran de mayor interés para los fines pretendidos en el presente epígrafe. De acuerdo con el DB-SE-C, la planificación de un Informe Geotécnico debe hacerse en función del tipo de construcción y de la clase de terreno. En lo relativo al tipo de construcción, el DB-SE-C contempla cinco tipos distintos, en función del número de plantas y, en el caso de los tipos C-0 y C-1, también en función de la superficie construida. (Véase FIGURA 3-26).
Figura 3-26: Tipos de construcción en la planificación de un Informe Geotécnico (DB-SE-C)
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
En lo relativo a la clase de terreno, el DB-SE-C contempla tres clases distintas: terrenos favorables (denominados como T-1), terrenos intermedios (denominados como T-2) y terrenos desfavorables (denominados como T-3). (Véase FIGURA 3-27). Ahora bien, en el DB-SE-C todas las prescripciones relativas a la planificación contemplan exclusivamente dos clases de terrenos, el T-1 y el T-2, dejando “libertad de autor” para todo lo relativo al T-3, aunque exigiendo el cumplimiento de una única condición: que en esta clase de terreno desfavorable la planificación será, como mínimo, la que se prescribe para el T-2. A la vista de la gran variedad de los terrenos y, en resumen, de las características geotécnicas que se engloban en esa clase T-3, no es extraño que no se haya podido concretar una planificación única para este terreno. Pero el hecho de que, de acuerdo con la normativa, para el terreno T-3 deba hacerse como mínimo la planificación que se prescribe para el T-2, inclina a no hacer ninguna otra actuación distinta de las señaladas para el T-2, máxime cuando cualquier actuación adicional específica conllevaría más gasto.
Figura 3-27: Clases de terrenos en la planificación de un Informe Geotécnico (DB-SE-C)
En lo relativo a la selección de las técnicas de reconocimiento que deben emplearse en la investigación del terreno, el DB-SE-C contempla todas las técnicas usuales, esto es, las calicatas, los sondeos mecánicos, las pruebas continuas de penetración y los métodos geofísicos. Pero prescribe que ni las calicatas ni los métodos geofísicos pueden utilizarse de manera exclusiva, sino combinados o bien con sondeos mecánicos o bien con pruebas continuas de penetración. Los sondeos mecánicos son perforaciones con diámetros habituales entre 65 mm y 140 mm y con profundidades variables. Las perforaciones pueden realizarse a percusión, a presión y a rotación, siendo este último el método de avance más frecuente. Permiten conocer la estratigrafía del terreno en profundidad, determinar la cota a la que se localiza el nivel freático, perforar por debajo de la capa de agua, atravesar estratos duros o rocosos, tomar muestras de toda clase de terrenos, de rocas y de acuíferos y hacer ensayos “in situ”. En resumen, el sondeo mecánico es la técnica que puede aportar el mayor número de datos posibles acerca de un terreno. Uno de los problemas que plantea el sondeo mecánico cuando se pretende realizar por debajo de edificios 23
Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
existentes es que la batería de perforación suele ir montada o sobre un camión o sobre un tractor de orugas, esto es, sobre vehículos que no pueden acceder al interior de casi ningún edificio, ya sea por un gálibo insuficiente o por luces de estructura o por dimensiones de huecos reducidas. (Véase FIGURA 3-28).
Figura 3-28: Equipos de sondeos mecánicos
En esos casos en los que no resulta posible que la maquinaria de perforación acceda al interior del edificio para recabar información del terreno situado por debajo del mismo, no queda más remedio que realizar los sondeos en su entorno exterior inmediato y llevar a cabo en el interior otras pruebas, como son las continuas de penetración, que emplean una maquinaria de dimensiones mucho más reducidas. Esas pruebas continuas de penetración consisten en introducir en el terreno una puntaza de dimensiones normalizadas mediante la aplicación de una energía de impacto fija o de una presión estática controlada. Se tienen así dos tipos de pruebas: la dinámica, que es la de uso más frecuente y que en el lenguaje de la obra se conoce como “penetrómetro dinámico, tipo borro”; y la estática, que tiene un uso mucho más limitado y que en obra es conocida como “penetrómetro estático” o “penetrómetro holandés”. La Figura 3-29 muestra un equipo de penetrómetro dinámico y el correspondiente gráfico de resultados del ensayo, en el cual se van reflejando ordenadamente los números de golpes necesarios para que la puntaza vaya penetrando en el terreno en sucesivos avances de veinte centímetros. El ensayo suele llevarse hasta llegar al efecto llamado ”rechazo”, efecto que se alcanza cuando, después de dos andanadas de cien golpes cada una, la puntaza ya no penetra más en el terreno.
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-29: Ensayo de penetración dinámica
No cabe duda de que este ensayo mide la resistencia del terreno a la penetración, resistencia que, en los suelos granulares (gravas y arenas), está directamente relacionada con su estado de compacidad y con el único parámetro resistente de estos suelos, que es el ángulo de rozamiento interno. Pero debe hacerse constar que las pruebas de penetración son ensayos de los que se suelen denominar “ciegos”, porque no permiten ni ver el terreno ensayado ni extraer muestras del mismo. Además, en un terreno que contenga obstáculos, como puede suceder en un relleno de vertedero, podría darse un rechazo falso, simplemente porque la puntaza no haya podido atravesar ni desplazar un obstáculo. Este es el motivo por el que el DB-SE-C no permite el uso de penetrómetros de manera exclusiva, salvo para edificios de muy pequeña entidad (tipo C-0) construidos en terrenos favorables (tipo T-1). En todos los demás restantes casos de edificios y de terrenos, siempre es necesario combinar las pruebas de penetración con sondeos mecánicos, pero respetando en todos los casos un número mínimo de sondeos y un porcentaje máximo de sustitución de sondeos por penetrómetros. (Véase FIGURA 3-30).
Figura 3-30: Planificación de las técnicas de reconocimiento (DB-SE-C)
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
En relación con el número y con la separación entre unos y otros puntos de reconocimiento, el DB-SE-C prescribe unas distancias máximas entre ellos y establece que el reconocimiento mínimo debe hacerse, al menos, en tres puntos. (Véase FIGURA 3-31). En lo relativo a la localización de tales puntos de reconocimiento, el DB-SE-C también prescribe que hay que reflejar en un plano la situación de todos y cada uno de ellos, refiriéndolos a puntos fijos del entorno claramente reconocibles o, en su defecto, a coordenadas UTM. Esta obligatoriedad permite replantear y localizar “in situ” todos los puntos de reconocimiento de una manera precisa y fiable.
Figura 3-31: Planificación de la densidad y profundidad de los reconocimientos (DB-SE-C)
Tal y como puede comprobarse en la Figura 3-31, el DB-SE-C establece para los reconocimientos una profundidad de investigación orientativa. Pero, en realidad, esta profundidad es de aplicación exclusivamente a los sondeos, habida cuenta de que, en las pruebas de penetración la profundidad de investigación está limitada por el rechazo, el cual, obviamente, es específico en casa caso. Aunque la profundidad de investigación sea calificada como orientativa, el DB-SE-C prescribe la obligatoriedad de comprobar que sea suficiente para asegurarse de que, por debajo de ella, la transmisión de las acciones del edificio al terreno no va a producir asientos significativos. Según el DB-SE-C, esa mínima profundidad obligatoria de investigación será aquella en la que el aumento neto de la tensión causado por el peso del edificio sea igual o inferior al 10% de la tensión efectiva vertical preexistente en el terreno antes de construir el edificio. En relación con las muestras de terreno que deben ser extraídas y con los ensayos que deben hacerse “in situ” y en laboratorio, cabe destacar que el DB-SE-C define las distintas categorías de esas muestras y la categoría mínima que deben tener tales muestras para que sobre ellas puedan hacerse las distintas clases de ensayos de laboratorio. Y también define las clases de ensayos que pueden realizarse, tanto “in situ” como en laboratorio, pero el número de determinaciones que especifica es simplemente orientativo. (Véase FIGURA 3-32).
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-32: Planificación de ensayos. (DB-SE-C)
Habría sido más razonable que el DB-SE-C definiera un número mínimo de determinaciones en lugar de un número orientativo de las mismas. Porque la experiencia demuestra que, por la mala costumbre, tan errónea como frecuente, de minimizar el costo del Informe Geotécnico, al Técnico Proyectista y al Director de la Obra no se les suele suministrar el suficiente número de datos para que puedan evaluar, con suficiente precisión y con el debido grado de seguridad, los parámetros geotécnicos del terreno que deben ser utilizados en los cálculos. Pero esa indefinición no es la única carencia del DB-SE-C que deben afrontar el Técnico Proyectista y el Director de la Obra en relación con el Informe Geotécnico, porque, en el apartado 3.4, relativo a la “confirmación del estudio geotécnico antes de la ejecución”, consta lo siguiente: “Una vez iniciada la obra e iniciadas las excavaciones, a la vista del terreno excavado y para la situación precisa de los elementos de la cimentación, el Director de Obra apreciará la validez y suficiencia de los datos aportados por el estudio geotécnico, adoptando en casos de discrepancia las medidas oportunas para la adecuación de la cimentación y del resto de la estructura a las características geotécnicas del terreno.” Hay que calificar de sorprendente – por lo menos -- el que exista un Director de Obra capaz de apreciar “la validez y suficiencia de los datos aportados por el estudio geotécnico” sola y exclusivamente “a la vista del terreno excavado”. Porque, de ser así, no cabe duda de que dicho estudio no es en absoluto necesario. Pero, además, debe hacerse constar que un cimiento no solamente está constituido por el propio elemento estructural que apoya sobre ese terreno ya excavado y que resulta apreciable a simple vista, sino también por el terreno que queda oculto por debajo de la cota de fondo de la excavación y que obviamente va a verse afectado por dicho elemento estructural. Es evidente que la lectura del mencionado apartado 3.4 del DB-SE-C inclina a la broma fácil, pero la repercusión de sus contenidos puede ser muy seria en todo lo relativo a las responsabilidades de los distintos agentes que intervienen en la edificación. Porque si, a la vista del terreno excavado, el Director de Obra no manifiesta discrepancia alguna con el estudio geotécnico, está refrendando implícitamente los datos aportados por dicho estudio, de manera que pasa a convertirse en el único responsable de lo que pudiera ocurrir en la cimentación y en la estructura por causa de la inadecuación de tales datos a las reales características del terreno. Y como mediante una simple ”vista del terreno excavado” no es posible concretar discrepancia técnica alguna, todos los estudios geotécnicos siempre resultarán válidos y suficientes, cualesquiera que sean las carencias de los mismos.
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Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Es de esperar que, más tarde o más temprano, se decida la supresión de ese inadecuado párrafo que invalida una gran parte del considerable esfuerzo hecho en España para disponer, por fin, de una normativa capaz de homogeneizar los criterios en materia de Mecánica del Suelo y de Cimentaciones y, con ello, contribuir a una mejor calidad de los proyectos de edificación. 3.2.2. Comprobaciones para el diagnóstico Tal y como ya se ha hecho constar en el epígrafe 1.1., casi todos los cimientos existentes en los edificios corresponden o bien a cimentaciones superficiales o directas (Véase, de nuevo, FIGURA 1-1) o bien a cimentaciones profundas (Véase, de nuevo, FIGURA 1-2). Los datos imprescindibles para comprobar si una cimentación superficial o directa requiere o no algún tipo de intervención serán, como mínimo, los siguientes: •
Acciones a nivel del plano de apoyo en los distintos elementos de cimentación.
•
Dimensiones en planta de los elementos de cimentación.
•
Dimensión vertical (canto) de los elementos de cimentación.
•
Resistencia de la fábrica empleada en la ejecución de los elementos de cimentación.
•
Resistencia del terreno afectado por la cimentación.
En el caso de que la tensión de trabajo de alguno(s) de los elementos de cimentación sea mayor que la resistencia del terreno, será necesario realizar algún tipo de intervención. Y también será necesaria una intervención cuando el cimiento no posea una resistencia intrínseca suficiente para contrarrestar las reacciones del terreno. A propósito de la cimentación superficial, en los contenidos del DB-SE-C figura todo lo siguiente: “Las comprobaciones para verificar que una cimentación superficial cumple los requisitos necesarios se basarán en el método de los estados límite”. “Se debe verificar que el coeficiente de seguridad disponible con relación a las cargas que producirían el agotamiento de la resistencia del terreno para cualquier mecanismo posible de rotura, sea adecuado”. “Los estados límite últimos que siempre habrán de verificarse para las cimentaciones directas, son: a) hundimiento; b) deslizamiento; c) vuelco; d) estabilidad global; e) capacidad estructural del cimiento”. En la tabla 2.1 del DB-SE-C (Véase Figura 3-33), se definen los coeficientes de seguridad parciales que deben considerarse en la verificación de cada uno de los antecitados estados límite últimos.
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Módulo 3. Los procesos patológicos y su diagnóstico
Figura 3-33: Coeficientes de seguridad parciales para la verificación de los estados límites últimos
Los datos imprescindibles para comprobar si una cimentación profunda por pilotaje requiere algún tipo de intervención serán, como mínimo, los siguientes: •
Acciones a nivel del plano de apoyo de los encepados en los distintos grupos de pilotes.
•
Tipología de los pilotes (hincado, perforado, barrenado) y materiales empleados en su construcción (madera, acero, hormigón, mixtos).
•
Diámetro y longitud de los pilotes.
•
Resistencias del terreno en fuste y en punta de los pilotes, considerados como elementos aislados.
•
Carga admisible de los pilotes, considerados como elementos aislados, y carga admisible de los grupos de pilotes.
Evidentemente, en el caso de que la carga de trabajo de los pilotes, considerados como elementos aislados o en grupo, sea mayor que su respectiva carga admisible, será necesario realizar algún tipo de intervención. También será necesaria una intervención cuando el tope estructural o carga nominal (esto es, lo que aguanta el pilote como estructura sometida a compresión simple) de alguno(s) de los pilotes sea menor que su correspondiente carga de trabajo. A propósito de la cimentación profunda, en los contenidos del DB-SE-C figura todo lo siguiente: “Las comprobaciones para verificar que una cimentación profunda cumple los requisitos necesarios se basarán en el método de los estados límite”. “Los tipos de rotura más comunes y que en cualquier caso deben verificarse son: a) estabilidad global; b) hundimiento; c) rotura por arrancamiento; d) rotura horizontal del terreno bajo cargas del pilote; e) capacidad estructural del pilote”. 29
Patologías e intervención en las cimentaciones de edificación
Los coeficientes de seguridad parciales que deben considerarse en la verificación de cada uno de esos antecitados estados límite últimos también se definen en la ya mencionada Tabla 2.1. (Véase, de nuevo, FIGURA 3-33).
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